Назначение устройство и принцип действия трансформатора: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Содержание

Устройство и принципы действия трансформаторов: назначение, виды, критерии подбора

Трансформаторные установки — преобразователи электрической энергии. Они применяются в большинстве электрических приборов, в электросетях, устройствах автоматики, бытовых приборах и коммуникационных аппаратах. Принцип действия трансформаторов опирается на закон электромагнитной индукции Фарадея.

Устройство трансформатора

Конструктивно трансформатор состоит из одной или нескольких изолированных обмоток, которые намотаны на ферромагнитный сердечник. В простейшей схеме это первичная и вторичная обмотки. На первичную подаётся напряжение, со вторичной снимается. Под воздействием переменного тока, который подаётся на первичную обмотку, в магнитопроводе образуется синусоидальный магнитный поток Ф. Пронизывая обмотки, он индуцирует в первичной обмотке электродвижущую силу самоиндукции (ЭДС), а во вторичной — ЭДС индукции.

Обе эти электродвижущие силы индуцируются магнитным потоком Ф, следовательно, ЭДС (E) одинакова в каждом витке. Витки соединены последовательно, поэтому ЭДС первичной обмотки будет E1 = E · w1. Для вторичной это соотношение: E2 = E · w2, где w1, w2 — число витков.

При разомкнутой вторичной обмотке ток в ней не течёт, и напряжение на концах равно ЭДС, U2 = E2. При небольшом токе в первичной обмотке потери будут незначительны и U1 ≈ E1. Заменим E1 и E2, и тогда отношение напряжений выразится некоторой постоянной K, называемой коэффициентом трансформации, U1/U2 = E1/E2 = w1/w2 = K.

Виды преобразователей

Назначение и принцип действия трансформатора заключаются в возможности повышать и понижать напряжение, изменять число фаз, преобразовывать частоту. В зависимости от выполняемых функций трансформаторы подразделяются на следующие виды:

  • Силовые трансформаторные установки. Генераторы на электростанциях вырабатывают энергию высокого напряжения 6—24 кВ. Чтобы избежать больших потерь в линиях электропередач, требуется повышать напряжение до 750 кВ. Для распределения энергии между конечными потребителями приходится понижать напряжение до 380 В. Силовые трансформаторы выполняют эти задачи преобразования напряжений.
  • Трансформаторные установки тока. Применяются для измерений в электрических цепях. Первичную обмотку подключают в цепь, ток в которой требуется измерить, а вторичная служит для подключения измерительных приборов. Во вторичной обмотке течёт ток, пропорциональный току первичной.
  • Трансформаторные установки напряжения. Преобразуют высокое напряжение в низкое.

Сварочные трансформаторные установки. Применяются в сварочных агрегатах. Преобразовывают высокое напряжение в низкое, при этом ток повышается до тысяч ампер.

  • Автотрансформаторы. Обе обмотки соединены, имеется и магнитная, и электрическая связь.
  • Импульсные трансформаторные установки. Служат для преобразования импульсных сигналов.

По количеству обмоток различают:

  • Двухобмоточные установки.
  • Трехобмоточные установки.
  • Многофазные трансформаторные установки.

По конструкции трансформаторы бывают сухие и масляные. При работе трансформаторных установок возникают тепловые потери. Для маломощных агрегатов они невелики, там применяется воздушное охлаждение. Это сухие трансформаторы. Масляные трансформаторы более мощные и нуждаются в охлаждении жидкостью. Для этого их помещают в баки с трансформаторным маслом, что способствует более полному охлаждению и улучшает изоляцию. Масляные агрегаты предназначаются для работы при напряжениях выше 6 тыс. В.

Режимы работы трансформаторных устройств

Все устройства могут работать в режимах холостого хода, под нагрузкой и короткого замыкания. Холостой ход — это условия работы, при которых отсутствует нагрузка, вторичная обмотка разомкнута. При этом режиме рассчитываются:

  • Коэффициенты трансформации.
  • Сопротивление ветви намагничивания. Для этого во вторичную обмотку включается вольтметр. Сопротивление должно быть таким, чтобы величина тока была минимальна.
  • Коэффициент мощности.
  • Короткое замыкание — условия работы, при которых концы вторичной обмотки соединяются. При работе агрегата короткое замыкание — это аварийный режим. Первичный и вторичный токи возрастают в десятки раз. Для предотвращения аварии включаются механизмы защиты.

В условиях испытаний определяется напряжение короткого замыкания

. Это паспортная характеристика агрегата. Для определения характеристики соединяют концы вторичной обмотки, а напряжение на первичной понижается до такого, при котором ток не превышает номинальных значений.

При таких испытаниях вместе с испытаниями на холостом ходу определяется коэффициент полезного действия установок.

Критерии выбора оборудования

При приобретении трансформаторного оборудования необходимо рассматривать его основные параметры:

  • Напряжение.
  • Коэффициент трансформации.
  • Угловая погрешность для трансформаторов тока.

Учитываются также условия эксплуатации. Очень важны для выбора область применения, нагрузки и напряжения короткого замыкания. Особенно нужно правильно эксплуатировать установки. Существуют нормативы по пуску, наладке и использованию агрегатов. Главным моментом является обслуживание установок, при котором следует проверять сопротивление на обмотках и ток.

Периодически следует проверять уровень масла и чистоту изоляции. При выполнении всех требований регламента по установке и обслуживанию агрегатов будет обеспечена безопасность эксплуатации и гарантийный срок службы устройств.

Трансформатор тока - устройство, принцип работы и виды

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

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

Принцип действия трансформатора тока

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

Назначение трансформаторов

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

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

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

Конструкция трансформатора тока

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

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

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

Коэффициент трансформации

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

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

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

Классификация трансформаторов

Существует несколько признаков, по которым трансформаторы тока делятся.

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

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

По виду установки трансформаторы тока бывают наружными и

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

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

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

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

Назначение, устройство и принцип действия трансформатора

1. Южно-Казахстанская государственная фармацевтическая академия

Кафедра технология фармацевтического производства
Презентация
На тему: Назначение устройство и принцип
действия трансформатора.
Выполнил: Толеш Н
Группа: 302 ТФПК
Приняла: Бердалиева А.А
Шымкент, 2017 г

2. План

І. Введение
ІІ. Основная часть




Понятие о трансформаторе
История
Схема трансформатора
Виды трансформатора
ІІІ. Заключение
IV.Литература
Трансформа́тор (от лат. transformare
— «превращать, преобразовывать») —
статическое электромагнитное устройство,
имеющее
две
или
более индуктивно связанные обмотки на
каком-либо
магнитопроводе
и
предназначенное
для
преобразования
посредством
электромагнитной
индукции одной или нескольких систем
(напряжений) переменного тока в одну или
несколько других систем (напряжений), без
изменения частоты
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
магнитомягкого материал.

5. История

Для создания трансформаторов необходимо было изучение
свойств материалов: неметаллических, металлических и
магнитных, создания их теории.
В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было
открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе
действия электрического трансформатора, при проведении им
основополагающих исследований в области электричества. 29
августа 1831 года Фарадей описал в своём дневнике опыт, в ходе
которого он намотал на железное кольцо диаметром 15 см и
толщиной 2 см два медных провода длиной 15 и 18 см. При
подключении к зажимам одной обмотки батареи гальванических
элементов начинал отклоняться гальванометр на зажимах другой
обмотки. Так как Фарадей работал с постоянным током, то, при
достижении в первичной обмотке максимального значения тока,
ток во вторичной обмотке исчезал и для возобновления эффекта
трансформации требовалось отключить и снова подключить
батарею к первичной обмотке.
Схематичное изображение будущего трансформатора
впервые появилось в 1831 году в работах М.
Фарадея и Д. Генри. Однако ни тот, ни другой не
отмечали в своём приборе такого свойства
трансформатора, как изменение напряжений и токов,
то есть трансформирование переменного ток
В 1848 году французский механик Г. Румкорф
изобрёл индукционную катушку особой конструкции.
Она явилась прообразом трансформатора.
Александр
Григорьевич
Столетов
(профессор
Московского университета) сделал первые шаги в этом
направлении. Он обнаружил петлю гистерезиса и
доменную структуру ферромагнетика (1872 год).
30 ноября 1876 года, дата получения патента Павлом
Николаевичем
Яблочковым,
считается
датой
рождения первого трансформатора переменного
тока. Это был трансформатор с разомкнутым
сердечником, представлявшим собой стержень, на
который наматывались обмотки.
Первые
трансформаторы
с
замкнутыми
сердечниками были созданы в Англии в 1884
году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон4. В
1885 г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°»
Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери
изобрели
трансформатор
с
замкнутым
магнитопроводом, который сыграл важную роль в
дальнейшем
развитии
конструкций
трансформаторов.
1928 год можно считать началом производства силовых
трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский
трансформаторный завод (впоследствии — Московский
электрозавод).
В начале 1900-х английский исследователь-металлург Роберт
Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния
добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему
удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной
стали с добавками кремния.
Следующий крупный скачок в технологии производства
сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда
американский металлург Норман П. Гросс установил, что при
комбинированном воздействии прокатки и нагревания у
кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в
направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на
50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная
проницаемость возрастала в 5 раз.

9. Схема трансформатора

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

14. Базовые принципы действия

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:
Изменяющийся во времени электрический ток создаёт
изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм).
Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку,
создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция).
На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой,
подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по
первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт
переменный магнитный 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 производной магнитного потока,
при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону
по отношению к магнитному потоку.
Схематическое устройство
трансформатора. 1 — первичная
обмотка, 2 — вторичная
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.

17. Режимы работы трансформатора

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»).
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.
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.

18. Режим холостого хода

При равенстве вторичного тока нулю (режим холостого хода), ЭДС
индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует
напряжение источника питания, поэтому ток, протекающий через
первичную обмотку, равен переменному току намагничивания,
нагрузочные токи отсутствуют. Для трансформатора с сердечником
из
магнитомягкого
материала
(ферромагнитного
материала,
трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину
потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную
мощность перемагничивания магнитопровода. Мощность потерь можно
вычислить, умножив активную составляющую тока холостого хода на
напряжение, подаваемое на трансформатор.
Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на
перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется
сопротивлением
индуктивности
первичной
обмотки,
которое
пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.
Напряжение на вторичной
определяется законом Фарадея.
обмотке
в
первом
приближении

19. Режим короткого замыкания

В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку
трансформатора подаётся переменное напряжение
небольшой величины, выводы вторичной обмотки
соединяют накоротко. Величину напряжения на входе
устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания
равнялся номинальному (расчётному) току трансформатора.
В таких условиях величина напряжения короткого
замыкания характеризует потери в обмотках
трансформатора, потери на омическом сопротивлении.
Напряжение короткого замыкания (определяется в % от
номинального напряжения), полученное с помощью опыта
короткого замыкания является одним из важных параметров
трансформатора. Данный режим широко используется в
измерительных трансформаторах тока.

20. Режим работы

При подключении нагрузки ко вторичной обмотке во
вторичной цепи возникает ток нагрузки, создающий магнитный
поток в магнитопроводе, направленный противоположно
магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В
результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС
индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению
тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не
достигнет практически прежнего значения.
Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе
трансформатора определяется интегралом по времени от
мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае
синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по
отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС
пропорциональна первой производной от магнитного потока и
для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в
первичной обмотке.

21. Конструкция

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.
Виды
трансформаторов

24. 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[18].
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 переменного тока используется для
непосредственного преобразования напряжения в цепях
переменного тока. Термин «силовой» показывает отличие таких
трансформаторов
от
измерительных
и
специальных
трансформаторов.

25. Автотрансформатор

Автотрансформа́тор — 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.

26. Трансформатор тока

Трансформа́тор то́ка — 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 осуществляет гальваническую 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.

27. Трансформатор напряжения

Трансформатор
напряжения

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

28. Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — это трансформатор,
предназначенный для преобразования импульсных сигналов
с длительностью импульса до десятков микросекунд с
минимальным искажением формы импульса[19]. 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.

29. Сварочный трансформатор

Сварочный трансформатор — трансформатор,
предназначенный для различных видов сварки.
Сварочный
трансформатор
преобразует
напряжение сети (220 или 380 В) в низкое напряжение, а ток из низкого - в высокий, до тысяч
ампер.
Сварочный
ток
регулируется
благодаря
изменению величины либо индуктивного
сопротивления, либо вторичного напряжения
холостого хода трансформатора, что осуществляется посредством секционирования числа
витков первичной или вторичной обмотки. Это
обеспечивает ступенчатое регулирование тока.

30. 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.

31. 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.

32. Пик-трансформатор

Пик-трансформатор

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

33. 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.

34. Трансфлюксор

Трансфлюксор — разновидность трансформатора,
используемая для хранения информации. Основное
отличие от обычного трансформатора — это
большая величина остаточной намагниченности
магнитопровода. Иными словами трансфлюксоры
могут выполнять роль элементов памяти. Помимо
этого
трансфлюксоры
часто
снабжались
дополнительными обмотками, обеспечивающими
начальное намагничивание и задающими режимы их
работы. Эта особенность позволяла (в сочетании с
другими элементами) строить на трансфлюксорах
схемы
управляемых
генераторов,
элементов
сравнения и искусственных нейронов.

35. Вращающийся трансформатор

Не
следует
путать
с
вращающимся
трансформатором — электрической микромашиной
переменного
тока,
предназначенной
для
преобразования угла поворота в электрическое
напряжение.
Применяется для передачи сигнала на вращающиеся
объекты, например на барабан блока магнитных
головок в видеомагнитофонах. Состоит из двух
половин магнитопровода, каждая со своей обмоткой,
одна из которой вращается относительно другой с
минимальным зазором. Позволяет реализовать
большие скорости вращения, при которых
контактный способ съёма сигнала невозможен.

36. Воздушный и масляный трансформаторы

Классификация трансформаторов, помимо прочих параметров,
осуществляется по рабочей среде в которой находятся индуктивносвязанные обмотки.
Воздушные трансформаторы как правило работают с меньшими
мощностями, чем масляные, поскольку циркуляция масла обеспечивает
лучшее охлаждение обмоток. Импульсные и высоковольтные
трансформаторы, напротив, обычно выполняются воздушными,
поскольку для первых малая диэлектрическая проницаемость воздуха
обеспечивает лучшую передачу формы импульса, а для вторых
лимитирующим фактором оказывается старение масла и резкое
возрастание вероятности развития электрического пробоя.
Конструктивно для снижения потерь масляные трансформаторы обычно
имеют замкнутый магнитопровод, в то время как маломощные
воздушные трансформаторы (например, применяемые в электронных
устройствах для электрической изоляции одной цепи от другой или для
согласования по мощности) конструктивно могут оформляться в виде
коаксиальных расположенных обмоток на ферромагнитном стержне.

37. Трёхфазный трансформатор

Представляет собой устройство для
трансформирования
электрической
энергии
в
трёхфазной
цепи.
Конструктивно состоит из трёх стержней
магнитопровода, соединённых верхним и
нижним ярмом. На каждый стержень
надеты обмотки высшего и низшего
напряжений каждой фазы.

38. Применение

Наиболее
часто
трансформаторы
применяются
в электросетях и в источниках питания различных
приборов.
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 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.

40. Частота

При одинаковых напряжениях первичной обмотки
трансформатор, разработанный для частоты 50 Гц,
может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не
наоборот. При этом необходимо принять во
внимание, что возможно потребуется заменить
навесное электрооборудование. При частоте меньше
номинальной
увеличивается
индукция
в
магнитопроводе, что может повлечь его насыщение
и как следствие резкое увеличение тока холостого
хода и изменение его формы. При частоте больше
номинальной повышается величина паразитных
токов в магнитопроводе, повышенный нагрев
магнитопровода и обмотки, приводящие к
ускоренному старению и разрушению изоляции.

41. Перенапряжения трансформатора

В
процессе
использования
трансформаторы могут подвергаться
напряжению, превосходящему рабочие
параметры.
Данные перенапряжения классифицирую
тся по их продолжительности на две
группы:
Кратковременное перенапряжение —
напряжение промышленной частоты
относительной
продолжительности,
колеблющейся в пределах менее 1
секунды до нескольких часов.
Переходное
перенапряжение

кратковременное
перенапряжение
в
пределах от наносекунд до нескольких
миллисекунд. Период нарастания может
колебаться от нескольких наносекунд до
нескольких миллисекунд. Переходное
перенапряжение
может
быть
колебательным и неколебательным. Они
обычно
имеют
однонаправленное
действие.
Трансформатор также может быть
подвергнут
комбинации
кратковременных
и
переходных
перенапряжений.
Кратковременные
перенапряжения могут следовать сразу за
переходными перенапряжениями.

45. Заключение

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

46. Литература

Сапожников А. В. Конструирование трансформаторов. М.: Госэнергоиздат. 1959.
Пиотровский Л. М. Электрические машины, Л., «Энергия», 1972.
Вольдек А. И. Электрические машины, Л., «Энергия», 1974
Тихомиров П. М.. Расчёт трансформаторов. Учебное пособие для вузов. М.: Энергия, 1976. — 544
с.
Электромагнитные расчёты трансформаторов и реакторов. — М.: Энергия, 1981 — 392 с.
Электрические машины: Трансформаторы: Учебное пособие для электромеханических
специальностей вузов/Б. Н. Сергеенков, В. М. Киселёв, Н. А. Акимова; Под ред. И. П. Копылова. —
М.: Высш. шк., 1989 — 352 с. ISBN 5-06-000450-3
Силовые трансформаторы. Справочная книга/Под ред. С. Д. Лизунова, А. К. Лоханина.
М.: Энергоиздат 2004. — 616 с ISBN 5-98073-004-4
Атабеков Г. И. Основы теории цепей, Лань, С-Пб.,- М.,- Краснодар, 2006.
Котенёв С. В., Евсеев А. Н. Расчёт и оптимизация тороидальных трансформаторов. — М.: Горячая
линия - Телеком, 2011. — 287 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-9912-0186-5.
Евсеев А. Н. Расчёт и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей. - 2-е изд.,
перераб. и доп.. — М.: Горячая линия - Телеком, 2017. — 368 с. — 500 экз. — ISBN 978-5-99120618-1.
В. Г. Герасимов, Э. В. Кузнцов, О. В. Николаева. Электротехника и электроника. Кн. 1.
Электрические и магнитные цепи. — М.: Энергоатомиздат, 1996. — 288 с. — ISBN 5-283-05005X.

Принцип работы трансформаторов постоянного и переменного тока

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

Определение трансформаторов тока

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

Но трансформатор необязательно понижает входное напряжение – он может работать и на повышение. Существуют приборы различного класса точности, что зависит от погрешности. В общей сложности есть пять классов точности – 0,2, 0,5, 1, 3 и 10. С ростом класса точности повышается и значение погрешностей. Это значит, что приборы классом точности 0,2 характеризуются минимальными погрешностями и используются преимущественно в лабораторных условиях.

Принцип действия трансформаторов тока

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

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

Разновидности трансформаторов тока

Трансформаторы делятся на три основных типа:

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

Контрольные вопросы и ответы на них.

  1. Назначение, устройство, принцип действия трансформатора.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения без изменения частоты.

Трансформа́тор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений) переменного тока без изменения частоты системы (напряжения) переменного тока (ГОСТ 16110-82).Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного тока 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.

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

  • Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)

  • Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный 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.

  1. Что такое коэффициент трансформации трансформатора и как он определяется опытным путём?

К оэффициент трансформации трансформатора, равный отношению числа витков обмотки высокого напряжения к числу витков обмотки низкого напряжения , определяется как отношение напряжений на зажимах первичной и вторичной обмоток в режиме холостого хода

  1. Для чего и как проводится опыт холостого хода?

Опыт холостого хода. Для однофазного трансформатора опыт холостого хода выполняется так: К первичной обмотке подводится номинальное напряжение  , к вторичной — подключен вольтметр , имеющий достаточно большое сопротивление. Практически можно считать, что ток  .

Кроме того, в схему включены амперметр  , вольтметр   и ваттметр . Амперметр показывает ток холостого хода  , вольтметр   номинальное напряжение первичной обмотки  , вольтметр   —напряжение   и ваттметр   —мощность потерь при холостом ходе . По этим показаниям можно определить коэффициент трансформации   для понижающего  трансформатора или   для повышающего трансформатора. Так как нагрузка отсутствует ( ), то мощность, показываемая ваттметром,  — это мощность потерь в стали трансформатора (магнитопроводе).

Мощностью потерь в проводах обмоток можно пренебречь, так как при опыте холостого хода ток вторичной обмотки равен нулю, а ток в первичной обмотке — ток холостого хода составляет примерно 5 % номинального.

Можно также найти

и полное сопротивление цепи:

 

Активное сопротивление цепи

и индуктивное сопротивление цепи

.

Так как практически сопротивления   и  , то значения   и   определяются из приведенных формул.

Назначение, устройство и принцип действия однофазного трансформатора

Подробности
Категория: Электротехника и электроника

 Основные части трансформаторов - обмотки, осуществляющие электромагнитное преобразование энергии, и магнитопровод (магнитная система), выполненный из ферромагнитного материала и предназначенный для локализации магнитного потока и усиления электромагнитной связи обмоток.

Магнитопровод трансформаторов малой мощности изготавливают из листовой или ленточной электротехнической стали толщиной 0,1 - 0,35 мм.
В зависимости от конфигурации магнитопровода различают трансформаторы стержневого, броневого и кольцевого типов.
 
Рис.6.1.  Типы магнитопроводов трансформаторов
(1, 4 - броневые; 2, 5 - стержневые; 3, 6 - кольцевые)
Обмотка трансформатора - это совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС витков.
Обмотки трансформаторов стержневого и броневого типов представляют собой катушки, намотанные из изолированного провода, в большинстве случаев медного, на изолирующий каркас или гильзу. Отдельные слои проводов изолируют друг от друга тонкой межслойной изоляцией из специальной бумаги или ткани, пропитанной лаками; между обмотками прокладывают более толстую межобмоточную изоляцию. Обмотки трансформатора, к которым электрическая энергия подводится, называют первичными, обмотки, от которых электрическая энергия отводится, - вторичными.
Повышение электрической прочности трансформаторов и их устойчивости к механическим и атмосферным воздействиям достигается путем пропитки обмоток изоляционными лаками или компаундами или заливкой трансформаторов в эпоксидную смолу. Стержневые трансформаторы имеют наилучшие условия охлаждения ввиду большой поверхности охлаждения обмоток. Броневые трансформаторы благодаря меньшему числу катушек имеют меньшие размеры и более просты в изготовлении. Кольцевые трансформаторы отличаются малыми потоками рассеяния и низким сопротивлением сердечника благодаря отсутствию воздушных зазоров на пути потока, но более сложны в изготовлении ввиду невозможности предварительной намотки обмоток вне магнитопровода.
 
Рис.6.4. Принцип действия трансформатора
Принцип действия рассмотрим на примере идеального трансформатора - трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии:
P1 = I1•U1= P2 = I2•U2,
где
P1 - мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи,
P2 - мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.
Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:


U2/U1 = N2/N1 = I1/I2
Таким образом получаем, что при увеличении напряжения на концах вторичной обмотки U2, уменьшается ток вторичной цепи I2.
Соотношение напряжений на входе и выходе трансформатора определяется в основном соотношением ЭДС взаимоиндукции в первичной и вторичной обмотках, которое называется теоретическим коэффициентом трансформации:
Kт = U1/U2 = N1/N2
Как видно, соотношение напряжений на обмотках трансформатора определяется соотношением чисел витков.
Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения. Например, сопротивление Z2 подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет:
Z´1 = Z2•(N1/N2)2 .
Данное правило справедливо также и для вторичной цепи:
Z´2 = Z1•(N2/N1)2 .
На схемах трансформатор обозначается следующим образом:
 
Рис.6.5. Обозначение трансформатора на схеме
Центральная толстая линия соответствует сердечнику, 1 - первичная обмотка (обычно слева), 2,3 - вторичные обмотки. Число полуокружностей в каком-то грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков - больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности).
При обозначении трансформатора с несколькими первичными и/или вторичными обмотками точками указывают начало катушки.
Процесс передачи мощности с первичной на вторичную обмотку трансформатора сопровождается потерями части активной мощности. Мощность, называемая электрическими потерями, выделяется на активном сопротивлении обмоток при протекании по ним тока:
ΔPэ=I12•R1+I22•R2
где R1 и R2 - активные сопротивления обмоток.
Значение электрических потерь зависит от токов в обмотках, т.е. от режима нагрузки, поэтому электрические потери называют переменными потерями трансформатора.
Мощность ΔPм, называемая магнитными потерями, выделяется в магнитопроводе при прохождении по ней переменного магнитного потока. Она обусловлена наличием вихревых токов, наводимых переменным потоком, и явлением гистерезиса.
Значение ΔPм зависит от свойств материала магнитопровода, индукции в магнитопроводе и частоты его перемагничивания. Поток, а следовательно, и индукция не зависят от нагрузки, поэтому потери ΔPм называют постоянными потерями трансформатора. Так как потери на вихревые токи и гистерезис пропорциональны примерно квадрату индукции, то
ΔPм ~ U12.
Выделение части потребляемой трансформатором мощности в виде электрических и магнитных потерь приводит к нагреву трансформатора.

 

 

Смотрите также:

 

 

Конспект урока по физике на тему "Трансформаторы: устройство и принцип действия"

Трансформатор

11 б класс дата 27 октября 2017

Цель: изучить назначение, устройство и принцип действия трансформатора

  • способствовать формированию представления о преобразовании переменного напряжения, познакомить с назначением, устройством, принципом действия трансформатора,

  • способствовать развитию познавательного интереса к предмету на основных достижениях науки и техники; умения анализировать, сравнивать, делать логические выводы;

  • способствовать формированию научного мировоззрения, ответственного отношения к учению, содействовать воспитанию усидчивости, аккуратности при выполнении заданий.

Оборудование: трансформатор демонстрационный с принадлежностями

Демонстрации: работа трансформатора на холостом ходу, работа трансформатора с нагрузкой, явление электромагнитной индукции.

Методы: наглядный. Частично-поисковый, анализ, фронтальный опрос.

Формы обучения: работа у доски, индивидуальная работа с учебником, взаимопроверка.

содержание урока

1 Оргмомент

2 Актуализация знаний

3 изучение нового материала

4 Закрепление

5 Рефлексия

6 Домашнее задание

Оргмомент

Подготовка к уроку

Актуализация

Очень часто на практике приходиться различными приборами, аппаратурой, рассчитанными на различные напряжения. Даже в одном и том же электрическом аппарате необходимо бывает применение различных напряжений тока. Например, для питания ламп в радиоприемнике и телевизорах требуется несколько сот вольт. А в сети, как вы знаете напряжение  220В. Как же быть? Не знаете ли вы приборов, устройств, при помощи которых можно менять напряжение?

1.Слушаю предположение и объявляю тему урока.

2.Чтобы понять принцип действия трансформатора нам необходимо вспомнить явление электромагнитной индукции.

изучение нового материала

ЭДС генераторов электростанций довольно велика. При передаче электроэнергии используется напряжение в сотни киловатт. Например, электрогенераторы гидроэлектростанций или теплоэлектростанций вырабатывают ток напряжением 10–20 кВ. Но по проводам выгодно передавать ток напряжением 100–1000 кВ. Между тем на практике чаще всего нужно не слишком высокое напряжение. Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности ( при неизменной частоте тока), осуществляется с помощью трансформаторов. 

Устройство трансформатора по модели 

Трансформатор состоит: из замкнутого сердечника, изготовленного из специальной листовой трансформаторной стали. На нем располагаются две катушки с различным числом витков из медной проволоки. Одна из обмоток, называется первичной, она подключается к источнику переменного напряжения. Устройства, потребляющие электроэнергию, подключаются к вторичной обмотке, их может быть несколько.Принцип действия трансформатора. Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике возникает переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Магнитное поле концентрируется внутри сердечника и одинаково во всех его сечениях. Мгновенное значение индукции Ei в любом витке и первичной, и вторичной обмоток одинаково: Е1 = Е2

Потери энергии при работе трансформатора:

  • на нагревание обмоток;

  • на рассеивание магнитного потока в пространство;

  • на вихревые токи в сердечнике и на его перемагничивание.

Меры, принимаемые для уменьшения потерь:

  • обмотка низкого напряжения делается большого сечения так, как по ней протекает ток большой силы;

  • сердечник делают замкнутым, чтобы уменьшить рассеяние магнитного потока;

  • сердечник делают пластинчатым, чтобы уменьшить вихревые токи.

Благодаря этим мерам КПД современных трансформаторов достигает 95-99%.
Это означает, что практически вся энергия тока, проходящего по первичной обмотке трансформатора, превращается в энергию индукционного тока, возникающего во вторичной обмотке. Поскольку каждый виток первичной и вторичной обмоток пронизывает один и тот же магнитный поток, то в них возникают одинаковые ЭДС , равные по закону Фарадея для электромагнитной индукции, то:

е1 = е2 = – Ф'

ЭДС Е1 и Е2 действующие во всей первичной или вторичной обмотках, равны произведению ЭДС в одном витке е1 или е2 на число витков в обмотке N1 и N2

Е1 = е1• N1
Е
2 = е2• N2

Вывод: ЭДС, действующие в обмотках, прямо пропорциональны числу витков в них.

Сила тока в первичной обмотке трансформатора во столько раз больше силы тока во вторичной обмотке, во сколько раз напряжение в ней больше напряжения в первичной обмотке:

Если пренебречь падением напряжения на сопротивлениях обмоток, когда сопротивления малы, то можно записать отношение и для напряжений на обмотках трансформатора

Учитель: Для анализа электромагнитных процессов, происходящих в трансформаторе, рассмотрим два режима его работы.

Работа трансформатора на холостом ходу

Рис. 4

Если первичную обмотку подключить к источнику переменного напряжения, а вторичную оставить разомкнутой, (этот режим трансформатора называют холостым ходом), то тока в ней не будет, а в первичной обмотке появится слабый ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток наводит в каждом витке обмоток одинаковую ЭДС, поэтому ЭДС индукции в каждой обмотке будет прямо пропорциональна числу витков в этой обмотке.

Е ~ N

При разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ее зажимах U2 будет равно наводимой в ней ЭДС Е2.

U2  Е2

В первичной обмотке ЭДС Е1 по числовому значению мало отличается от подводимого к этой обмотке напряжения U1, практически их можно считать равными.

U1  Е1

Величина, показывающая, во сколько раз данный трансформатор изменяет напряжение переменного тока, называется коэффициентом трансформации.

При подаче на первичную обмотку трансформатора какого-либо напряжения U1 на вторичной обмотке мы получаем на выходе U2. Оно будет больше первичного, если обмотка содержит больше витков, чем первичная.

Итак, если N2  N1, то U2  U1, коэффициент трансформации k  и трансформатор называется повышающим.

Если N2 1 и U2 1, то k 1 и трансформатор называется понижающим.

Эти формулы справедливы, если ни первичная, ни вторичная обмотки не содержат активного сопротивления R. Первичная обмотка, как правило, не содержит такого сопротивления, а вторая обмотка может его содержать. Если она все же не содержит сопротивления или им можно пренебречь, то напряжение на выходе такой обмотки равно напряжению U2.

Когда вторичная обмотка трансформатора не имеет сопротивления R2 = 0, то кпд = 100%

Апол = А затр, тогда UIt = UIt и UI= UI2 , то Р1 = Р2

 и 

следует, что

Использование трансформаторов. Трансформаторы используются в технике и могут быть устроены очень сложно, однако незыблемым остается принцип их действия: '' изменяющееся магнитное поле, созданное переменным током в первичной обмотке, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней переменный ток той же частоты, но другого напряжения''. В современных мощных трансформаторах суммарные потери энергии не превышают 2–3%.

  • на заводах и фабриках при подаче напряжения к двигателям станков 380–660 В.

  • при передаче электроэнергии по проводам от 100 до 1000В;

  • для электросварки и электроплавки;

  • в радиотехнике; и др.

Решение задач, закрепление.

Задача 1. Как, вы думаете, что будет, если первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока?

Ответ: В этом случае трансформатор сгорит, так как первичная обмотка обычно имеет ничтожно малое сопротивление, и поэтому произойдет короткое замыкание.

Задача 2. Если сопротивление первичной обмотки, подключенной к источнику постоянного тока велико, то изменится ли напряжение во вторичной обмотке?

Ответ: Никакого изменения напряжения этот трансформатор дать не сможет из-за отсутствия явления электромагнитной индукции. Если такой трансформатор подключить к источнику постоянного тока, то ток пойдет по первичной обмотке и вокруг нее возникает магнитное поле, которое будет пронизывать вторичную обмотку. Т.е. магнитный поток вторичную обмотку будет пересекать, но он будет постоянным и значит скорость его изменения Ф' = 0, поэтому ЭДС индукции во вторичной обмотке Е2 = 0.

Задача 3. Сколько витков должна иметь вторичная обмотка трансформатора, чтобы повысить напряжение с 220 до 11000В, если в первичной обмотке 20 витков? Каков коэффициент трансформации?

Задача 4. Под каким напряжением находится первичная обмотка трансформатора, имеющая 1000 витков, если во вторичной обмотке 3500 витков и напряжение 105В?

Задача 5. Мощность, потребляемая трансформатором, 90 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если напряжение на зажимах вторичной обмотки 12 В и КПД трансформатора 75%.

Задача 6. Первичная обмотка понижающего трансформатора включена в сеть напряжением 220 В. Напряжение на зажимах вторичной обмотки 20В, ее сопротивление 1 Ом, сила тока 2А. Определите коэффициент трансформации и КПД трансформатора.

Задание 15 № 1634для подготовки к ЕГЭ

Число витков в первичной обмотке трансформатора в 2 раза меньше числа витков в его вторичной обмотке. Какова амплитуда колебаний напряжения на концах вторичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода при амплитуде колебаний напряжения на концах первичной обмотки 50 В? (Ответ дать в вольтах.)

Ответ: 100.

Рефлексия

На каком явлении работает трансформатор?

Может ли трансформатор быть и повышающим и понижающим?

Для чего и где используют трансформаторы?

Что полезного узнали на уроке?

Было интересно узнать..

Вызвало затруднения..

Домашнее задание

8.5: Трансформаторы - принцип работы

Трансформатор - это устройство, которое соединяет две электрические цепи через общее магнитное поле. Трансформаторы используются при преобразовании импеданса, преобразовании уровня напряжения, изоляции цепей, преобразовании между режимами несимметричного и дифференциального сигналов и других приложениях. В основе электромагнитного принципа лежит закон Фарадея, в частности, ЭДС трансформатора.

Основные характеристики преобразователя могут быть получены из простого эксперимента, показанного на рисунках \ (\ PageIndex {1} \) и \ (\ PageIndex {2} \).В этом эксперименте две катушки расположены вдоль общей оси. Шаг намотки небольшой, так что все силовые линии магнитного поля проходят по длине катушки, и никакие линии не проходят между обмотками. Чтобы дополнительно сдерживать магнитное поле, мы предполагаем, что обе катушки намотаны на один и тот же сердечник, состоящий из некоторого материала, обладающего высокой проницаемостью. Верхняя катушка имеет \ (N_1 \) витков, а нижняя - \ (N_2 \) витков.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Часть I эксперимента, демонстрирующая соединение электрических цепей с помощью трансформатора.{(1)} \), в котором нижний индекс относится к катушке, а верхний индекс относится к «Части I» этого эксперимента. Источник напряжения создает в катушке ток, который, в свою очередь, создает изменяющееся во времени магнитное поле \ ({\ bf B} \) в сердечнике.

Нижняя катушка имеет \ (N_2 \) витков, намотанных в направлении , противоположном направлению , и разомкнута. Учитывая близко расположенные обмотки и использование сердечника с высокой магнитной проницаемостью, мы предполагаем, что магнитное поле в нижней катушке равно \ ({\ bf B} \), создаваемому в верхней катушке.{(1)} \ end {align} \]

Мы обнаружили, что потенциал в верхней катушке в Части II связан простым образом с потенциалом в нижней катушке в Части I эксперимента. Если бы мы сначала выполнили Часть II, мы получили бы тот же результат, но с поменкой местами надстрочных индексов. Следовательно, в целом должно быть верно - независимо от расположения оконечных устройств - что

\ [V_1 = - \ frac {N_1} {N_2} V_2 \]

Это выражение должно быть знакомо из теории элементарных цепей - за исключением, возможно, знака минус.Знак минус - следствие того, что катушки намотаны в разные стороны. Мы можем сделать приведенное выше выражение немного более общим: \ [\ boxed {\ frac {V_1} {V_2} = p \ frac {N_1} {N_2}} \ label {m0031_eTL} \], где \ (p \) определяется как \ (+ 1 \), когда катушки намотаны в одном направлении, и \ (- 1 \), когда катушки намотаны в противоположных направлениях. (Это отличное упражнение, чтобы подтвердить, что это правда, повторив приведенный выше анализ с изменением направления намотки для верхней или нижней катушки, для которого \ (p \) тогда окажется \ (+ 1 \).) Это «закон трансформатора» базовой теории электрических цепей, из которого могут быть получены все другие характеристики трансформаторов как устройств с двумя портами (см. Раздел 8.6). Обобщение:

Отношение напряжений катушек в идеальном трансформаторе равно отношению витков со знаком, определяемым относительным направлением обмоток, согласно уравнению \ ref {m0031_eTL}.

Более знакомая конструкция трансформатора показана на рисунке \ (\ PageIndex {3} \) - катушки намотаны на тороидальном сердечнике, а не на цилиндрическом сердечнике.Зачем это делать? Такое расположение ограничивает магнитное поле, связывающее две катушки с сердечником, в отличие от того, чтобы силовые линии выходили за пределы устройства. Это ограничение важно для предотвращения того, чтобы поля, возникающие вне трансформатора, мешали магнитному полю, соединяющему катушки, что могло бы привести к электромагнитным помехам (EMI) и проблемам электромагнитной совместимости (EMC). Принцип действия во всем остальном тот же.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): трансформатор выполнен в виде катушек с общим тороидальным сердечником.Здесь \ (p = +1 \). (CC BY SA 3.0; BillC)

Авторы и авторство

Что такое трансформатор? | Определение, принцип работы и типы

Определение трансформатора

Итак, что же такое трансформатор в конце концов? Простое определение трансформатора состоит в том, что это статическое электрическое устройство, которое преобразует электрическую энергию из одной электрической цепи в другую без какого-либо изменения частоты посредством процесса электромагнитной индукции.Интересно отметить, что передача энергии от одной цепи к другой происходит с помощью взаимной индукции, то есть поток, индуцированный в первичной обмотке, связывается со вторичной обмоткой, что мы объясним позже. Отказ трансформатора также может произойти, если для его работы не будут приняты соответствующие меры.

Основная роль трансформатора заключается в повышении или понижении напряжения в зависимости от ситуации, в которой он установлен.

Работа трансформатора

Работа трансформатора основана на простом принципе взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками, которые иначе называются катушками, которые помогают преобразовывать энергию из одной цепи в другую.Теперь давайте попробуем понять общую картину:

Итак, в общем случае первичная обмотка трансформатора получает переменное по своей природе напряжение. Переменный ток, следующий за катушкой, создает непрерывно изменяющийся переменный поток, который создается вокруг первичной обмотки. Затем у нас есть другая катушка или вторичная катушка, которая находится рядом с первичной катушкой, которая связана с первичной, потому что связан некоторый переменный поток. Поскольку поток непрерывно изменяется, он индуцирует ЭДС, индуцированную во вторичной катушке в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея.Если цепь вторичной стороны замкнута, будет течь ток, и это самая основная работа трансформатора.

Конструкция трехфазного трансформатора

Три основных части любого трансформатора - это первичная обмотка, вторичная обмотка и магнитный сердечник. Теперь мы подробно рассмотрим каждый из этих компонентов.

Первичная обмотка

Это основная обмотка, через которую ожидается поступающий переменный ток. В зависимости от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим, конструкция обмотки изменяется соответствующим образом.

Вторичная обмотка

Это обмотка, в которой соединяется поток, создаваемый первичной обмоткой. В этом случае также в зависимости от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим трансформатором, конструкция обмотки изменяется соответствующим образом.

Магнитный сердечник

Это требуется для обеспечения пути с низким сопротивлением для магнитного потока, проходящего от первичной обмотки ко вторичной обмотке, чтобы сформировать замкнутую магнитную цепь.Обычно он состоит из CRGOS (холоднокатаная кремниевая сталь с ориентированной зернистостью).

Уравнение трансформатора

Итак, теперь давайте посмотрим на теоретический аспект трансформатора, для этого нам важно понять уравнение трансформатора и то, как оно получено, а также различные отношения, которые мы имеем в отношении напряжения, витков и поток.

ЭДС, индуцированная в каждой обмотке трансформатора, может быть рассчитана по его уравнению для ЭДС.

Связь потока представлена ​​законом электромагнитной индукции Фарадея.Это выражается как,

Вышеупомянутое уравнение может быть записано как,

, где E m = 4,44ωΦ m = максимальное значение e. Для синусоидальной волны среднеквадратичное значение ЭДС равно

ЭДС, индуцированная в первичной и вторичной обмотках, выражается как (Wb), f - частота в герцах (Гц), а E 1 и E 2 в вольтах.

If, B м = максимальная плотность потока в магнитной цепи в Тесла (Тл)

A = площадь поперечного сечения сердечника в квадратных метрах (м 2 )

Обмотка, имеющая более высокую Номер напряжения имеет высокое напряжение, а первичная обмотка имеет низкое напряжение.

Соотношение напряжений и оборотов

Отношение E / T называется вольт на оборот. Первичное и вторичное напряжение на виток определяется формулой

Уравнение (1) и (2) показывает, что напряжение на виток в обеих обмотках одинаковое, то есть

Отношение T 1 / T 2 называется коэффициентом поворота. Соотношение витков выражается как

Отношение витков первичной обмотки к вторичному, которое равно индуцированному напряжению первичной обмотки и вторичной обмотки, показывает, насколько первичное напряжение понижено или повышено.Коэффициент трансформации или коэффициент наведенного напряжения называется коэффициентом трансформации и обозначается символом a. Таким образом,

Любое желаемое соотношение напряжений может быть получено путем изменения числа витков.

Типы трансформаторов

Поскольку трансформаторы используются, вероятно, в каждой области, они представляют собой различные типы трансформаторов в зависимости от нескольких факторов, таких как конструкция трансформатора, область применения, область, в которой он используется, конечное назначение трансформатора и т. Д.и т. д.

Теперь мы рассмотрим каждый из них более подробно:

Классификация трансформаторов на основе уровней напряжения

Это, вероятно, самая основная форма классификации, когда дело доходит до трансформаторов, независимо от того, является ли это ступенькой выше. или понижающий трансформатор.

Повышающий трансформатор

Как следует из названия, повышающие трансформаторы используются для увеличения напряжения на вторичной стороне трансформатора. Это достигается за счет большего количества витков на вторичной обмотке трансформатора по сравнению с первичной обмоткой трансформатора.Такой тип трансформатора обычно используется на генерирующих станциях, где напряжение генератора, как правило, составляет 23,5 кВ, повышается до 132 кВ или более.

Понижающий трансформатор

Как следует из названия, понижающие трансформаторы используются для понижения напряжения на вторичной стороне трансформатора. Это достигается за счет меньшего количества витков на вторичной обмотке трансформатора по сравнению с первичной обмоткой трансформатора. Трансформаторы такого типа обычно используются в распределительных сетях, где сетевое напряжение с 11 кВ понижается до 415 В для бытового или коммерческого использования.

Классификация трансформатора на основе Core Medium

Теперь в зависимости от сердечника между первичной и вторичной обмоткой обмотки трансформатора трансформаторы классифицируются как с воздушным сердечником или железным сердечником.

Трансформаторы с воздушным сердечником

Первичная и вторичная обмотки трансформатора намотаны на магнитную ленту, а магнитная связь между ними осуществляется по воздуху. Этот тип трансформаторов обычно не является предпочтительным, поскольку взаимная индуктивность значительно меньше по сравнению с сердечником, поскольку сопротивление, обеспечиваемое воздушным сердечником, очень велико.Но интересно отметить, что гистерезис и потери на вихревые токи полностью устранены.

Железный сердечник

Первичная обмотка и вторичная обмотка размещены на железном сердечнике, который обеспечивает идеальную связь потока между ними. Этот тип трансформатора обычно является предпочтительным, поскольку он обеспечивает очень меньшее сопротивление потоку связи из-за его превосходных магнитных свойств, что делает общий КПД трансформатора намного выше по сравнению с трансформатором с воздушным сердечником.

Классификация трансформаторов на основе использования

Трансформаторы далее классифицируются в зависимости от области применения; мы подробно рассмотрим каждый из них:

Силовой трансформатор

Это те трансформаторы, которые используются в передающих сетях, работающих при очень высоких уровнях напряжения и используются либо для повышающих, либо для понижающих приложений. Класс напряжения включает 400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ и обычно имеет номинальное значение выше 200 МВА.

Поскольку они используются для передачи при большой нагрузке и напряжении более 33 кВ, они имеют большие размеры, поскольку требуется высокая изоляция. Они также предназначены для работы со 100% -ным КПД, чтобы избежать потерь при передаче.

Для них, чтобы избежать потерь передачи или потерь I2r, они спроектированы таким образом, чтобы сердечник использовался по максимуму и имел потери в стали, равные потерям в меди при нагрузке утечки, для достижения максимальной эффективности.

Распределительный трансформатор

Как следует из названия, такой тип трансформаторов используется в распределительных сетях низкого напряжения в качестве средства обеспечения энергией конечного пользователя. Класс напряжения для распределительного трансформатора составляет 11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В и 230 В и обычно составляет менее 200 МВА.

Этот тип трансформатора используется для подачи энергии в промышленность на 33 кВ или для бытовых целей на 415 В. Они работают с более низким КПД, составляющим 50-70%, и имеют небольшие размеры, поскольку требуемая изоляция меньше по сравнению с силовым трансформатором.

Распределительный трансформатор можно дополнительно классифицировать по типу изоляции: жидкостный трансформатор или трансформатор сухого типа.

Жидкостный трансформатор

Этот тип распределительного трансформатора использует масло в качестве охлаждающей жидкости внутри корпуса трансформатора. Обмотки погружены в трансформатор, а изоляционное масло помогает поддерживать температуру внутри. Следует отметить, что изоляционное масло со временем ухудшается, и его необходимо обрабатывать через некоторое время, потому что значение BDV (напряжение пробоя) падает из-за образования осадка в масле.

Более того, они должны находиться в строгом режиме технического обслуживания и проверяться на наличие утечек в течение многих лет эксплуатации. Далее они подразделяются в зависимости от схем охлаждения:

  • Масло Natural Air Natural (ONAN)
  • Oil Natural Air Forced (ONAF)
  • Oil Forced Air Forced (OFAF)
  • Oil Forced Water Forced (OFWF)
  • Сухой трансформатор

    Как следует из названия, в трансформаторах этого типа в качестве изоляционной среды используется масло, а не трансформаторы с воздушным охлаждением, а обмотки изготовлены из изоляции классов F и H.Обычно они предпочитают выбирать трансформатор, когда приложение находится внутри здания или в месте, где безопасность является наивысшим приоритетом. Они также очень компактны по сравнению с масляным трансформатором, поскольку к ним не прикреплены радиаторы для охлаждения. В зависимости от того, как они охлаждаются, они подразделяются на два типа:

  • Air Natural (AN)
  • Air Blast
  • Измерительный трансформатор

    Этот тип трансформатора используется для регистрации напряжения и тока в местах прямого измерения невозможны из-за очень высокой стоимости.Поэтому приборный трансформатор используется для понижения этих токов / напряжений с целью измерения. Есть два типа:

    Трансформаторы тока

    Эти типы трансформаторов используются для того, чтобы амперметры катушек других приборов не были напрямую подключены к линиям высокого тока или, другими словами, трансформатор тока понижал значения на известное соотношение, чтобы его можно было безопасно зарегистрировать с помощью измерительного устройства.

    Трансформаторы потенциала

    Они работают более или менее по тому же принципу, что и силовой или распределительный трансформатор.Единственная разница в том, что их мощность невелика и колеблется от 100 до 500 ВА, а сторона низкого напряжения обычно намотана на 115–120 В

    Часто задаваемые вопросы по трансформаторам

    Почему мы слышим гудящий звук возле трансформатора?

    Отв. Это происходит из-за явления, которое с научной точки зрения называется магнитострикцией, когда магнитная сталь, используемая в сердечнике, расширяется при намагничивании и сжимается при размагничивании в течение полного цикла намагничивания.Несмотря на то, что они крошечные пропорционально и поэтому обычно не видны невооруженным глазом, их достаточно, чтобы вызвать вибрацию и, следовательно, шум.

    Могут ли трансформаторы работать при напряжениях, отличных от номинальных?

    Отв. Они могут работать при напряжении ниже номинального, но ни в коем случае не выше номинального напряжения до тех пор, пока они не будут снабжены переключателем ответвлений. Следует отметить, что если трансформатор работает ниже номинального напряжения, мощность LVA также будет соответственно уменьшена.

    Может ли трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, работать на частоте 50 Гц?

    Отв. Трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, не может работать на частоте 50 Гц, так как будут возникать большие потери, что также приведет к более высокому повышению температуры и сокращению срока службы. Но, с другой стороны, трансформатор с номинальной частотой 50 Гц может работать на частоте 60 Гц.

    Почему трансформаторы рассчитаны в кВА, а не в кВт?

    Отв. Когда мы говорим о трансформаторе, у нас есть два типа потерь: потери в стали и потери в меди.Теперь, поскольку потери в стали зависят от напряжения, а потери в меди от тока, общие потери зависят от напряжения и тока, и коэффициент мощности не учитывается. Трансформаторы рассчитаны в кВА, поскольку кВт будет включать коэффициент мощности.

    Могут ли 3-фазные трансформаторы работать параллельно?

    Отв. Да, они могут работать параллельно при условии, что они имеют одинаковый импеданс, номинальное напряжение и одинаковую полярность.

    Прочтите наши другие интересные статьи по электротехнике здесь

    Трансформатор и его работа, характеристики и применение

    Что такое трансформатор | его работа, характеристики и применение

    Трансформатор - очень распространенное и широко используемое электрическое устройство.Он имеет приложения от мини-мобильных устройств, которые могут поместиться в кармане, до тяжелого промышленного оборудования. В этой статье мы собираемся обсудить трансформатор, его принцип работы, его характеристики и области применения.

    Трансформатор

    Трансформатор - это статическое электрическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую с увеличением или уменьшением напряжения и тока.

    Он состоит из двух или более чем двух обмоток (катушек), намотанных на неподвижный железный сердечник.Обмотки бывают двух типов:

    .
    • Первичная обмотка
    • Вторичная обмотка
    Первичная обмотка

    Входная обмотка, возбуждаемая переменным током питания, называется первичной обмоткой. Количество витков в первичной обмотке обозначается N p .

    Вторичная обмотка

    Обмотка трансформатора, которая является выходом трансформатора и соединена с нагрузкой, называется вторичной обмоткой.Число витков вторичной обмотки обозначается N s .

    Коэффициент трансформации трансформатора

    Это отношение числа витков вторичной обмотки трансформатора к числу витков первичной обмотки.

    Это очень важно для определения входного и выходного напряжения и тока трансформатора.

    Принцип трансформатора Трансформаторы

    работают согласно закону Фарадея 2 nd электромагнитной индукции .это означает, что если катушку поместить в переменное магнитное поле, в катушке будет индуцирована ЭДС.

    Трансформатор работает от переменного тока питания, также известного как переменный ток (AC). Из-за переменного тока в первичных обмотках вокруг них создается переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле индуцирует ЭДС во вторичной обмотке посредством явления «взаимной индукции» . Следовательно, происходит передача электрической энергии между двумя обмотками.Первичная и вторичная обмотки соединены магнитным полем, но гальванически изолированы.

    Уровни выходного напряжения и тока трансформатора могут изменяться в зависимости от количества витков в первичной и вторичной обмотках, но частота остается той же.

    Характеристики трансформатора

    Некоторые характеристики трансформатора приведены ниже:

    Входное и выходное напряжения трансформатора переменные. Трансформатор может увеличивать или уменьшать напряжение питания.

    V выход = V дюйм (N s / N p )

    Ток также является переменной величиной в трансформаторе, которую можно увеличивать или уменьшать.

    I выход = I дюйм (N p / N s )

    Трансформатор - это устройство, работающее с постоянной частотой. Частота входного и выходного напряжения остается прежней.

    Мощность трансформатора остается постоянной. Мощность, подаваемая на трансформатор, и мощность, подаваемая трансформатором, остаются прежними.

    P вход = P выход

    V вход I вход = V выход I выход

    Повышающий и понижающий трансформатор

    По входному и выходному напряжению трансформатора они подразделяются на эти два типа;

    1) Повышающий трансформатор

    Повышающий трансформатор имеет большее количество витков во вторичной обмотке N s , чем в первичной обмотке N p .Он увеличивает входное напряжение на коэффициент трансформации трансформатора.

    N с > N с

    Коэффициент поворота> 1

    V выход = V дюйм (N s / N p )

    Коэффициент трансформации повышающего трансформатора больше 1.

    2) Понижающий трансформатор

    Трансформатор, число витков которого в первичной обмотке N p больше, чем у вторичной обмотки N s , называется понижающим трансформатором.

    Уменьшает входное напряжение на коэффициент трансформации трансформатора.

    N с p

    Коэффициент поворота <1

    V выход = V дюйм (N s / N p )

    Коэффициент трансформации понижающего трансформатора ниже 1.

    Применение трансформатора

    Трансформатор используется в большом количестве электрических и электронных устройств. Это самый распространенный электрический прибор.Некоторые из его приложений приведены ниже:

    • Используется для увеличения или уменьшения напряжения в цепи.
    • Используется для гальванической развязки двух цепей.
    • Он используется в выпрямителях переменного тока в постоянный для снижения входного высокого напряжения переменного тока.
    • Используется для согласования импеданса
    • Трансформаторы тока используются для измерений.
    • Распределительные трансформаторы используются для понижения уровней напряжения в наших бытовых приборах.
    • Стабилизаторы и регуляторы напряжения

    Вы также можете прочитать:

    Однофазные трансформаторы

    : принципы работы и применение

    Трансформаторы

    широко используются в электронных компонентах, поскольку они могут преобразовывать напряжение 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 от однофазного переменного тока, поскольку цикл напряжения происходит в пределах единой временной фазы. Он обычно используется для снижения сигналов на большие расстояния как для легких коммерческих, так и для бытовых электронных устройств. Вот шаги, связанные с этим процессом:

    1. Внешний источник переменного тока создает переменное электромагнитное поле через первичную обмотку

    2. электромагнитное поле коллапсирует 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 наведенное напряжение и амперы, которые могут изменяться в зависимости от характера 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, имеющего высокую проницаемость.Максимальное напряжение, которое можно использовать для однофазной сети, регулируется коммунальными предприятиями и промышленными правилами. Прежде чем принять решение о том, использовать ли однофазные или трехфазные трансформаторы, вы должны проверить спецификации производителя на использование электронных компонентов или проконсультироваться со специалистом-электриком.

    Приложения
    • понижающее локализованное распределение электроэнергии

    • телевизоры для регулирования напряжения

    • низковольтные электронные устройства

    • повышающая мощность в бытовых инверторах

    • Негородские районы, где спрос на электроэнергию ниже

    • торговое и жилое осветительное и отопительное оборудование

    Заключение При принятии решения о том, использовать ли однофазный или трехфазный трансформатор, вы должны учитывать диапазон рабочих частот, номинальное напряжение обмоток, номинальную мощность, номинальный вторичный ток и требования к температуре.Основное преимущество однофазных трансформаторов по сравнению с трехфазными - более низкая стоимость. Трехфазные трансформаторы используются в системах большой мощности, а однофазные трансформаторы больше подходят для более легкого оборудования.

    Международный союз компонентов

    Allied Components International специализируется на разработке и производстве широкого спектра стандартных магнитных компонентов и модулей, таких как индукторы для микросхем, магнитные индукторы на заказ и трансформаторы на заказ.Мы стремимся предоставлять нашим клиентам продукцию высокого качества, обеспечивать своевременные поставки и предлагать конкурентоспособные цены.

    Мы - растущее предприятие в магнитной промышленности с более чем 20-летним опытом.

    Что такое электрический трансформатор? Определение, конструкция и работа, уравнение ЭДС, напряжение и коэффициент поворота

    Определение: Трансформатор - это статическое устройство, которое работает по принципу электромагнитной индукции.Он используется для передачи электроэнергии от одной цепи к другой без изменения их частоты. В электромагнитной индукции передача энергии от одной цепи к другой происходит с помощью взаимной индукции. т.е. поток, наведенный в первичной обмотке, связан со вторичной обмоткой.

    Строительство электрического трансформатора

    Первичная обмотка, вторичная обмотка и магнитный сердечник - три важных элемента трансформатора.Эти катушки изолированы друг от друга. Основной поток индуцируется в первичной обмотке трансформатора. Этот поток проходит через путь с низким сопротивлением магнитного сердечника и связан с вторичной обмоткой трансформатора.

    Рабочий трансформатор

    Рассмотрим T 1 и T 2 - это номера витков первичной и вторичной обмоток трансформатора, показанные на рисунке выше. Напряжение подается на первичную обмотку трансформатора, из-за чего в ней индуцируется ток.Ток вызывает магнитный поток, который представлен пунктирной линией на рисунке выше.

    Магнитный поток в первичной обмотке из-за самоиндукции. Этот поток связан с вторичной обмоткой за счет взаимной индукции. Таким образом, во вторичной обмотке трансформатора наводится ЭДС. Мощность передается от первичной обмотки ко вторичной. Частота передаваемой энергии также остается прежней.

    Уравнение ЭДС электрического трансформатора

    ЭДС, индуцированная в каждой обмотке трансформатора, может быть рассчитана по его уравнению для ЭДС.

    Связь потока представлена ​​законом Фарадея электромагнитной индукции. Это выражается как,

    Вышеприведенное уравнение можно записать как,

    , где E м = 4,44ωΦ м = максимальное значение e. Для синусоидальной волны среднеквадратичное значение ЭДС равно

    .

    ЭДС, индуцированная в их первичной и вторичной обмотках, выражается как,

    Среднеквадратичное напряжение вторичной обмотки составляет

    .

    Где φ м - максимальное значение магнитного потока по Веберу (Wb), f - частота в герцах (Гц), а E 1 и E 2 в вольтах.

    If, B м = максимальная плотность магнитного потока в магнитной цепи в Тесла (Тл)

    A = площадь поперечного сечения жилы в квадратных метрах (м 2 )

    Обмотка с более высоким напряжением имеет высокое напряжение, а первичная обмотка имеет низкое напряжение.

    Коэффициент напряжения и коэффициент передачи

    Отношение E / T называется вольт на оборот. Первичное и вторичное напряжение на виток рассчитывается по формуле

    .

    Уравнение (1) и (2) показывает, что напряжение на виток в обеих обмотках одинаковое, т.е.е.

    Передаточное отношение T 1 / T 2 называется передаточным числом. Передаточное число выражается как

    Отношение первичного к вторичному витку, равное первичному и вторичному наведенному напряжению, показывает, насколько первичное напряжение понижено или повышено. Коэффициент трансформации или коэффициент наведенного напряжения называется коэффициентом трансформации и обозначается символом a. Таким образом,

    Любое желаемое соотношение напряжений может быть получено путем изменения числа витков.

    Трансформатор


    2

    Инженеры на пути к меньшим и более эффективным радиочастотным трансформаторам

    14 мая 2018 г. - Будущее электронных устройств частично связано с «Интернетом вещей» - сетью устройств, транспортных средств и устройств, встроенных в электронику для обеспечения связи и передачи данных...


    Исследования могут снизить экономические потери электростанций после землетрясений

    1 октября 2020 г. - На силовых трансформаторах установлены системы вводов, которые играют решающую роль в снабжении населенных пунктов электричеством. Однако эти объекты также подвержены разрушению во время землетрясений. ...


    Без привязки: максимальная эффективность беспроводной зарядки с использованием нескольких передатчиков

    5 декабря 2020 г. - Ученые разработали стратегию управления, которая позволяет передавать энергию по беспроводной сети через несколько катушек передатчика с максимальной эффективностью.В отличие от традиционных подходов, в которых только ...


    Ученые связывают намагниченность со сверхпроводимостью для квантовых открытий

    6 сентября 2019 г. - В недавнем исследовании ученые создали миниатюрную сверхпроводящую схему на основе микросхемы, которая связывает квантовые волны магнитных спинов, называемые магнонами, с фотонами эквивалентного ...


    Использование возможностей спин-орбитальной связи в кремнии: масштабирование квантовых вычислений

    Декабрь7, 2018 - Исследовательские группы изучают несколько способов масштабирования вычислительных архитектур на основе атома с использованием спин-орбитальной связи, продвигаясь к своей цели создания квантового ядра на основе кремния ...


    Спины электронов в медленно движущихся квантовых точках могут управляться электрическими полями

    15 января 2020 г. - В новой статье представлен теоретический анализ электронных спинов в движущихся полупроводниковых квантовых точках, показывающий, как ими можно управлять с помощью электрических полей, что предполагает их применимость...


    Физики открыли новый магнитоэлектрический эффект

    14 сентября 2020 г. - Обнаружен специальный материал, который демонстрирует новый удивительный эффект: его электрические свойства можно контролировать с помощью магнитного поля. Этот эффект работает совершенно иначе, чем обычно. Это может быть ...


    Повышение коэффициента магнитосопротивления открывает дверь в высокочувствительные датчики магнитного поля

    20 декабря 2018 г. - Создав новую многослойную структуру с улучшенным коэффициентом магнитосопротивления, исследователи показывают, что можно повысить чувствительность к магнитному полю...


    Осмысление гибких сенсорных систем

    28 января 2020 г. - Группа исследователей разработала самую тонкую и легкую в мире систему магнитных матричных сенсоров, которая визуализирует двумерное распределение магнетизма на различных поверхностях с ...


    Концерт магнитных моментов

    13 июня 2019 г. - Исследователи открыли новый способ, с помощью которого спины электронов в слоистых материалах могут ...


    Что такое тороидальный силовой трансформатор?

    Трансформаторы - это устройства, используемые для передачи энергии между двумя частями электрической цепи, создавая изоляцию при изменении тока и напряжения.Трансформаторы служат неотъемлемыми компонентами большинства электрических систем.

    Силовые трансформаторы, в частности, используются, когда требуется передача энергии с высоким КПД. В зависимости от конкретного применения устройства могут работать непрерывно или прерывисто при полной нагрузке. Как и все трансформаторы, силовые трансформаторы основаны на принципе электромагнитной индукции. Две катушки с магнитной связью образуют первичную и вторичную обмотки.

    Тороидальные силовые трансформаторы

    Тороидальные трансформаторы - это силовые трансформаторы с тороидальным сердечником, на который намотаны первичная и вторичная обмотки.Когда ток протекает через первичную обмотку, он индуцирует электродвижущую силу (ЭДС), а затем ток во вторичной обмотке, тем самым передавая мощность от первичной обмотки к вторичной обмотке.

    Уникальная форма тороидального трансформатора позволяет использовать более короткие катушки, уменьшая резистивные потери или потери в обмотке и повышая общий КПД.

    Поделитесь этим изображением на своем сайте

    Укажите ссылку на https: //info.triadmagnetics.ru / с этим изображением.

     Что такое тороидальный силовой трансформатор? | Инфографика

    Преимущества и применение тороидальных силовых трансформаторов

    Тороидальные трансформаторы могут быть намного компактнее обычных силовых трансформаторов того же номинала. Кроме того, повышение эффективности может привести к снижению температуры.

    Тороидальные сердечники позволяют использовать и наматывать 100% сердечника, тогда как сердечники других форм всегда имеют участки, которые должны доходить до обмоток для создания обратного магнитного пути. Эти секции всегда увеличивают вес и потери, которые не требуются для тороидальных сердечников.

    Рассеянные магнитные поля создаются концами катушек, где не все силовые линии связаны с сердечником. Хорошо сконструированные тороиды не имеют конца обмотки, а это означает, что нет физического зазора между началом и концом обмотки, чтобы допустить излучаемые наружу поля рассеяния.Они также обладают высокой устойчивостью к любым наложенным на них внешним магнитным полям.

    Компактные размеры тороидальных трансформаторов делают их идеально подходящими для применения в электронных схемах, поэтому эти трансформаторы часто используются в компьютерах, инверторах и множестве подобных устройств. Тороидальные модели также меньше гудят, чем обычные варианты, что делает их идеальными для применения в усилителях, телевидении и аудиосистемах.

    Тороидальные силовые трансформаторы особенно хорошо подходят для критически важного оборудования и устройств в медицинской промышленности, так как высокая эффективность важна в медицинских системах, требующих низких токов утечки, бесшумной и надежной работы.Поскольку эти трансформаторы легкие и компактные, их можно легко интегрировать в медицинские инструменты, в которых нехватка места и веса являются ключевыми соображениями при проектировании.

    Узнать больше

    Triad Magnetics - ведущий производитель стандартных и нестандартных тороидальных силовых трансформаторов, и мы с гордостью предлагаем более 45 различных моделей для удовлетворения конкретных потребностей клиентов. Наши медицинские силовые трансформаторы оснащены двойными обмотками для последовательного и параллельного подключения в зависимости от потребностей системы.

    Поскольку эти трансформаторы часто используются в системах с ограниченным пространством с другими чувствительными электронными компонентами, превышение температуры рассчитано таким образом, чтобы оставаться в пределах от 25 ºC (55 ºF) до 55 ºC (131 ºF). Наши тороидальные модели имеют очень низкие потери, а регулировка поддерживается в пределах от 0,7% до 12,3%.

    Мы понимаем, что работа каждого клиента уникальна, поэтому мы тесно сотрудничаем с клиентами, чтобы определить лучший тороидальный силовой трансформатор для их конкретного применения.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *