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

Содержание

Принцип действия трансформатора

Как и у электрических машин, принцип действия трансформаторов основан на законе электромагнитной индукции, согласно которому при пересечении магнитным потоком токопроводящего витка в последнем наводится ЭДС.
Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, собранного из листовой электротехнической стали (для уменьшения вихревых токов и потерь на гистерезис) и называемого магнитопроводом, и двух или более обмоток, насаженных на сердечник трансформатора (рис. 1). Обмотка, к которой подводится энергия, называется первичной;
она содержит ад, витков и присоединяется к источнику напряжения U. Обмотка, от которой отводится энергия, называется вторичной; в ней содержится w2 витков. К зажимам вторичной обмотки присоединяется нагрузка, полное сопротивление которой ZH.

Рис. 1. Схема трансформатора

Условились обозначать начала обмотки высшего напряжения (ВН) прописными буквами латинского алфавита, А, В, а их концы — буквами X, У; соответственно начала и концы обмотки низшего напряжения (НН) — строчными буквами а, b и х, у.

Таким образом, трансформатор, с одной стороны, является потребителем энергии, поскольку первичная обмотка присоединена к источнику, а с другой — источником энергии, так как ко вторичной обмотке присоединен потребитель энергии. Мощность трансформаторов, как и всех источников переменного тока, выражают в вольт-амперах (В * А) или киловольт-амперах (кВ * А). Выражать мощность источников переменного тока в ваттах или киловаттах нельзя потому, что их мощность непостоянна и зависит от коэффициента мощности потребителя.
При подключении к сети первичной обмотки в ней возникает переменный ток, который создает переменный магнитный поток, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф пересекает обе обмотки и наводит в них переменные ЭДС
(1)
Если подведенное первичное напряжение и ток синусоидальны, то, пренебрегая насыщением магнитопровода, можно считать синусоидальными также магнитный поток и наведенные ЭДС, т. е.
(2)
где Фт — амплитудное значение потока.
Подставив в (1) выражение (2), получим
(3)

Принцип действия трансформатора

При подаче на первичную обмотку трансформатора синусоидального напряжения по ней начинает протекать ток.

Устройсто трансформатора: Г — генератор; Zнг — сопротивление нагрузки; 1 — Первичная обмотка; 2 — Вторичная обмотка; 3 — Магнитопровод.

U1 = U1 max · cos ωt
I1 = I1 max · sin ωt

При протекании тока через обмотку с числом витков w1 вокруг катушки создается магнитное поле Фc.

Фc = Фc max · sin ωt

Таким образом, поле, создаваемое вокруг обмотки с числом витков w1, будет изменяться по синусоидальному закону.

Переменное магнитное поле Фc распространяется по сердечнику и пересекает витки вторичной обмотки w2. Магнитопровод служит для передачи без потерь переменного магнитного поля от обмотки с числом витков w1. После пересечения переменным магнитным полем катушки с числом витков w2, в ней создается ЭДС, и на зажимах обмотки появляется напряжение U2.

U2 = U2 max · cos ωt

Напряжение U1, подводимое к первичной обмотке, должно быть достаточным, чтобы создать требуемое ЭДС и покрыть потери в первичной обмотке трансформатора.

Напряжение на выходе трансформатора U2 будет меньше создаваемой ЭДС на величину падений напряжений на активном и индуктивном сопротивлениях обмотки.

E1 – действующее значение ЭДС первичной обмотки.
E2

– действующее значение ЭДС во вторичной обмотке.

E1 = 4,44 · Фc · f · w1
E2 = 4,44 · Фc · f · w2

Если сделать допущение, что первичная и вторичная обмотки трансформатора не обладают сопротивлением, т.е. R1=R2=0; X1=X2=0 и весь магнитный поток сердечника Фc передается от первичной обмотки ко вторичной, такой трансформатор называется идеальным.

Для идеального трансформатора можно записать:

11
22

Одним из основных параметров трансформатора является отношение:

k = U1 / U2 = E1 / E2 – коэффициент трансформации.

Вывод из запоя срочный вывод из запоя.

5.2 Назначение и принцип действия трансформатора

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством явления электромагнитной индукции первичной системы переменного тока во вторичную систему переменного тока.

Вторичная система переменного тока может отличаться от первичной любыми параметрами: значениями напряжения и тока; числом фаз; формой кривой напряжения (тока) или частотой.

По назначению трансформаторы подразделяются на силовые и специальные. В электротехнических установках и линиях электропередач применяются силовые трансформаторы, которые изменяют значения переменного напряжения и тока. К трансформаторам специального назначения относятся печные и сварочные трансформаторы, трансформаторы для устройств автоматики, испытательные и измерительные трансформаторы.

Простейший силовой трансформатор состоит из

магнитопровода, выполненного из ферромагнитного материала, и двух обмоток, расположенных на его стержнях. Магнитопровод с насаженными на его стержни обмотками является активной частью трансформатора. Остальные элементы трансформатора – неактивные (вспомогательные) части.

Магнитопровод изготавливается из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм, а обмотки из медных или алюминиевых проводов круглого или прямоугольного сечений от 0,02 до 60 мм2. Первичная обмотка присоединяется к источнику переменного тока на напряжение U1, а ко вторичной обмотке – нагрузка потребителя (рисунок 5.2). Обмотки не имеют электрической связи друг с другом, и мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным путем. Магнитопровод служит для усиления индуктивной связи между обмотками.

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в ее витках протекает переменный ток

i1, который создает в магнитопроводе магнитный поток Ф. Этот поток сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в них ЭДС: в первичной обмотке ЭДС самоиндукции, а во вторичной – ЭДС взаимоиндукции:

; ,

(5.1)

где ω1 и ω2 – число витков в первичной и вторичной обмотках.

Рисунок 5.2 – Электромагнитная схема однофазного трансформатора

При подключении нагрузки к выводам вторичной обмотки в этой цепи создается ток i2 под действием ЭДС е2, и на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение

U2.

Токи i1 и i2 в обмотках трансформатора помимо основного магнитного потока создают и магнитные потоки рассеяния, каждый из которых сцеплен с витками только собственной катушки, в которой он и индуцирует ЭДС рассеяния. Таким образом, в каждой из обмоток трансформатора индуцируются по две ЭДС: от основного потока Ф и ЭДС от потоков рассеяния первичной и вторичной обмотки.

ЭДС первичной обмотки Е1, наведенная основным магнитным потоком находится в противофазе с подведенным напряжением U1, а т. к. индуктивное и активноепадения напряжений малы, поэтому

Для вторичной обмотки трансформатора, замкнутой на нагрузку, уравнение напряжений имеет вид:

(5.2)

Из уравнения (5.2) следует, что напряжение на выходе нагруженного трансформатора отличается от ЭДС вторичной обмотки на величину падения напряжения во вторичной обмотке.

Действующие значения ЭДС равны:

и .

(5.3)

Коэффициент трансформации трансформатора

.

(5.4)

Трансформаторы обладают свойством обратимости: один и тот же трансформатор можно использовать в качестве повышающего и понижающего. Но обычно трансформатор имеет определенное назначение: либо повышающий либо понижающий. В «повышающих» трансформаторах

U2> U1, а в «понижающих» U2<U1. Так как величины е1 и е2, наводимые в обмотках трансформатора, зависят от количества витков первичной ω1 и вторичной ω2 обмоток, то, применяя обмотки с требуемым соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений.

Обмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напряжением, называют обмоткой высокого напряжения (ВН), а обмотку, присоединенную к сети меньшего напряжения – обмоткой низшего напряжения (НН).

Свойства трансформатора определяются его параметрами: номинальными первичным и вторичным линейным напряжением; номинальными линейными токами первичной и вторичной обмоток и полной мощностью , кВА: для однофазного трансформатора, для трехфазного –.

Трансформаторы

Трансформаторы — основные определения и принцип действия

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

Трансформаторы — принцип действия

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

Трансформаторы — передача электроэнергии — использование в электросетях

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

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

Трансформаторы — охлаждение

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

Применение трансформаторов

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

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

Газотурбинные установки — газопоршневые электростанции — микротурбины

Устройство и принцип действия трансформатора. Типы трансформаторов. Уравнения ЭДС и МДС.

Устройство и принцип действия трансформатора. Типы трансформаторов. Уравнения ЭДС и МДС.

 

Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат с двумя (или больше) обмотками, имеющими между собой магнитную связь, осуществляемую переменным магнитным полем, и служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при сохранении частоты тока неизменной.

Для усиления магнитной связи между обмотками они помещаются на стальном сердечнике Трансформаторы, не имеющие стального сердечника, называются воздушными. Они применяются в специальных случаях при преобразовании переменных токов высокой частоты

Трансформатор имеет не меньше двух обмоток; из них первичной обмоткой 1 называется обмотка, которая получает энергию преобразуемого переменного тока, вторичными обмотками 2 — обмотки, которые отдают энергию преобразованного переменного тока. Передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется с помощью электромагнитной индукции.

Основными элементами конструкции трансформатора являются первичные и вторичные обмотки и ферромагнитный магнитопровод (обычно замкнутого типа). Обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны друг с другом. Использование магнитопровода позволяет саккумулировать большую часть магнитного поля внутри трансформатора, что повышает КПД устройства. Магнитопровод обычно состоит из набора металлических пластин, покрытых изоляцией.


Принцип действия — при подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i1, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е1 и е2. Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием э. д. с. е2 по ее цепи проходит ток i2.

Классификация трансформаторов:

1. По назначению: измерительные трансформаторы тока, напряжения, защитные, лабораторные, промежуточные.

2. По способу установки: наружные, внутренние, шинные, опорные, стационарные, переносные.

3. По числу ступеней: одноступенчатные, многоступенчатые (каскадные).

4. По номинальному напряжения: низковольтные, высоковольтные.

5. По типу изоляции обмоток: c сухой изоляцией, компаундной, бумажно-маслянной.

6. По способу охлаждения: естественное воздушное, естественное масляное, масляное с дутьем, масляное с дутьем и с принудительной циркуляцией масла, масляно-водяное с естественной циркуляцией масла, масляно-водяное с принудительной циркуляцией масла, масляно-водяное с принудительной циркуляцией воды и масла с направленным потоком масла

Основные типы трансформаторов:

Силовые трансформаторы — наиболее распространенный тип трансформаторов. Они предназначены для изменения энергии переменного тока в электросетях энергосистем, в сетях освещения или питания электрооборудования. Классифицируются по количеству фаз и номинальному напряжения.

Измерительные трансформаторы — электротехнические устройства, предназначенные для изменения уровня напряжения с высокой точностью трансформации.

Автотрансформаторы – устройства, обмотки которого соеденены гальванически между собой. Благодыря малым коэффициентам трансформации, автотрансформаторы имеют меньшие габариты и стоимость оп сравнению с многообмоточными. Из недостатков необходимо отметить невозможность гальванической изоляции цепей.

Импульсный трансформатор — это устройство с ферромагнитным сердечником, используемый для изменения импульсов тока или напряжения.

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

Уравнения ЭДС и МДС

На основании Т-образной схемы замещения можно записать следующие уравнения равновесия напряжений (ЭДС) трансформатора:

U1 = –E1+I1(R1+jX1)= –E1+I1Z1 ,

U2’= E2’ – I2’ (R2’+jX2’ )= E2’ – I2’Z2’ .

Полный первичный ток I1 состоит из намагничивающей Ix и нагрузочной (–I2’) составляющих:

I1 = Ix+ (–I2’)

Равенство называется уравнением равновесия МДС обмоток приведенного трансформатора. Умножив равенство на число витков первичной обмотки W1, после несложных преобразований, запишем:

W1I1 + W2I2 = W1Ix.

 

 

РПН.

Более мощные тра-ры снабжаются устройством РПН(регулирование под нагрузкой). Эти тра-ры обеспечивают 5-7 ступеней переключения без откл нагрузки. Переключения в РПН осуществляется без разрыва эл цепи главного тока.

П1-П2-Контактные пластины переключателя.

К1, К2 — Контакты контакторов

Х — выходной зажим обмотки.

В нормальном режиме контакты К1 и К2 замкнуты. ток от Конт пластины П1 протекает по двум ветвям переключателя и в катушках реакторов Р1 и Р2 токи направлены навстречу друг другу, реактор ненасыщен и его сопротивление равно 0. при необходимости переключения выполняют след операции:

1) Размыкают контакт контактора К2 — теперь весь ток протекает по цепи Х1-К1-Р1-Х; 2) перемещаем подвижный контакт К2 на пластину П2; 3) замыкаем контакт контактора К2, возникает режим кз вмткаХ1Х2. Токи при этом направлены в одну сторону, реактор насыщен и его сопротивление велико, он ограничивает этот ток. 4) затем размыкается контакт контактора К1, главный ток не прерван. Переносится контакт К1 на пластину П2. После этого вкл контакт К1.

Устройство ПБВ

При данном способе регулирования переключение осуществляется не просто при отсутствии тока в коммутируемой цепи, но и при полном отсутствии напряжения на всех обмотках трансформатора, вследствие чего этот способ и именуется переключением без возбуждения (ПБВ). Устройство ПБВ состоит из избирателя (переключателя ответвлений) и привода.

Ясно, что такое переключение не может осуществляться часто. Его применяют в следующих случаях:

а) Установка ответвления, обеспечивающею средний уровень напряжения, более высокий в тот период, когда нагрузки выше, и более низкий — при меньших нагрузках (сезонное регулирование).

б) В тех случаях, когда необходимо установить коэффициент трансформации таким образом, чтобы получить заданный средний уровень вторичного напряжения, при первичном напряжении, характерном для данного места установки трансформатора.

Примеры схем регулирования ПБВ для трансформаторов общего назначения приведены на рисунке. В схемах на рис. 1, а и 1, б одиночный подвижный контакт, перемещается по неподвижным контактам, присоединенным к отводам обмотки, а в схеме на рис. 1, в подвижная контактная система выполнена в виде «мостика», соединяющего ответвления частей обмотки.

Включение и расположение регулировочных ответвлений должно быть таким, чтобы при отключении части витков обмотки, не происходило значительного возрастания поперечного магнитного поля, вызывающего снижение электродинамической прочности обмотки.

 

 

Мв1, Мв2 – входные моменты.

 

Устройство и принцип действия трансформатора. Типы трансформаторов. Уравнения ЭДС и МДС.

 

Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат с двумя (или больше) обмотками, имеющими между собой магнитную связь, осуществляемую переменным магнитным полем, и служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при сохранении частоты тока неизменной.

Для усиления магнитной связи между обмотками они помещаются на стальном сердечнике Трансформаторы, не имеющие стального сердечника, называются воздушными. Они применяются в специальных случаях при преобразовании переменных токов высокой частоты

Трансформатор имеет не меньше двух обмоток; из них первичной обмоткой 1 называется обмотка, которая получает энергию преобразуемого переменного тока, вторичными обмотками 2 — обмотки, которые отдают энергию преобразованного переменного тока. Передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется с помощью электромагнитной индукции.

Основными элементами конструкции трансформатора являются первичные и вторичные обмотки и ферромагнитный магнитопровод (обычно замкнутого типа). Обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны друг с другом. Использование магнитопровода позволяет саккумулировать большую часть магнитного поля внутри трансформатора, что повышает КПД устройства. Магнитопровод обычно состоит из набора металлических пластин, покрытых изоляцией.

Принцип действия — при подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i1, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е1 и е2. Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием э. д. с. е2 по ее цепи проходит ток i2.

Классификация трансформаторов:

1. По назначению: измерительные трансформаторы тока, напряжения, защитные, лабораторные, промежуточные.

2. По способу установки: наружные, внутренние, шинные, опорные, стационарные, переносные.

3. По числу ступеней: одноступенчатные, многоступенчатые (каскадные).

4. По номинальному напряжения: низковольтные, высоковольтные.

5. По типу изоляции обмоток: c сухой изоляцией, компаундной, бумажно-маслянной.

6. По способу охлаждения: естественное воздушное, естественное масляное, масляное с дутьем, масляное с дутьем и с принудительной циркуляцией масла, масляно-водяное с естественной циркуляцией масла, масляно-водяное с принудительной циркуляцией масла, масляно-водяное с принудительной циркуляцией воды и масла с направленным потоком масла

Основные типы трансформаторов:

Силовые трансформаторы — наиболее распространенный тип трансформаторов. Они предназначены для изменения энергии переменного тока в электросетях энергосистем, в сетях освещения или питания электрооборудования. Классифицируются по количеству фаз и номинальному напряжения.

Измерительные трансформаторы — электротехнические устройства, предназначенные для изменения уровня напряжения с высокой точностью трансформации.

Автотрансформаторы – устройства, обмотки которого соеденены гальванически между собой. Благодыря малым коэффициентам трансформации, автотрансформаторы имеют меньшие габариты и стоимость оп сравнению с многообмоточными. Из недостатков необходимо отметить невозможность гальванической изоляции цепей.

Импульсный трансформатор — это устройство с ферромагнитным сердечником, используемый для изменения импульсов тока или напряжения.

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

Уравнения ЭДС и МДС

На основании Т-образной схемы замещения можно записать следующие уравнения равновесия напряжений (ЭДС) трансформатора:

U1 = –E1+I1(R1+jX1)= –E1+I1Z1 ,

U2’= E2’ – I2’ (R2’+jX2’ )= E2’ – I2’Z2’ .

Полный первичный ток I1 состоит из намагничивающей Ix и нагрузочной (–I2’) составляющих:

I1 = Ix+ (–I2’)

Равенство называется уравнением равновесия МДС обмоток приведенного трансформатора. Умножив равенство на число витков первичной обмотки W1, после несложных преобразований, запишем:

W1I1 + W2I2 = W1Ix.

 

 

На каком законе физики основан принцип действия трансформатора?

На каком законе физики основан принцип действия трансформатора?

На законе электромагнитной индукции и явлении взаимной индукции.

Закон электромагнитной индукции. Формула. Определение.

Электродвижущая сила индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Трансформатор – источник энергии или преобразователь?

Трансформатор – преобразователь эл.энергии переменного тока одного напряжения в другое напряжение.

Чем отличается стержневой трансформатор от бронестержневого?

Стержневой имеет 2 ярма, бронестержневой – развитой ярмо, которое частично закрывает обмотки.

Будет ли работать трансформатор, если стальной сердечник заменить на деревянный?

Будет.

Чем отличаются галетные обмотки от концентрических?

Концентрические обмотки выполняются каждая в виде цилиндра и располагаются на стержне концентрически относительно друг друга(первичная внутри вторичной), галетные –также виде цилиндра, располагаются вторичная между первичными.

Почему сердечник набирается из стальных листов, а не делается сплошным?

Потому что, чем больше толщина сплошного стального листа, тем больше потери на вихревые токи.

Для чего делают транспозицию проводников обмоток?

Для выравнивания полных сопротивлений проводов во избежание неравномерного распределения тока в винтовой обмотке.

Какие функции выполняет трансформаторное масло?

1) Охлаждение обмоток и магнитопровода трансформатора.

2) Повышает электрическую прочность изоляции обмоток трансформатора, предотвращает увлажнение изоляции и потерю изоляционных свойств под влиянием атмосферных воздействий.



Для чего устанавливают газовое реле в трансформаторах с масляным охлаждением?

Для защиты от аварий (при значительном выделении взрывоопасных газов, возникающих в результате разложения масла, реле автоматически выключает трансформатор, предупреждая развитие аварии). Используется в трансформаторах мощностью более 1000 кВ*А.

Для чего служит первичная обмотка в трансформаторах?

Для создания переменного магнитного потока (при подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток, который создает переменный магнитный поток, который, в свою очередь индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС).

Уравнение трансформаторной ЭДС. Формула.

f – частота приложенного напряжения

w — количество витков обмотки

Фm – Амплитуда магнитного потока

Коэффициент трансформации. Формула.

ЕВН – ЭДС обмотки высшего напряжения

ЕНН – ЭДС обмотки низшего напряжения

wВН – число витков обмотки высшего напряжения

wНН – число витков обмотки низшего напряжения

Поток рассеяния. Определение.

Поток, образованный замыканием магнитных линий по немагнитной среде, не принимающий участия в трансформировании энергии.

(Основной магнитный поток пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Некоторая часть магнитных линий замыкается по немагнитной среде, образуя потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток.

Потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток обычно очень малы по сравнению с основным магнитным потоком, так как магнитные линии потоков рассеяния замыкаются через воздух (или другой изоляционный материал) и встречают на своем пути очень большое магнитное сопротивление, тогда как основной магнитный поток замыкается по стали магнитопровода и встречает, на своем пути относительно малое магнитное сопротивление).

Угол сдвига фаз между ЭДС и магнитным потоком. Число.

сдвиг фаз между E и Ф м = равен 90°

Угол сдвига фаз между намагничивающим током и магнитным потоком. Число.

Намагничивающий ток , т.е. реактивная составляющая Iр, совпадает по фазе с магнитным потоком в сердечнике

сдвиг фаз между составляющими . активной Iа и Iр равен 90°.

От чего зависят потери на гистерезис?

Чем отличается Т- образная схема замещения трансформатора от Г- образной?

Т-образная

Г-образная(упрощенная)

На каком законе физики основан принцип действия трансформатора?

На законе электромагнитной индукции и явлении взаимной индукции.


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Принцип работы трансформатора — Всё о электрике

1.Назначение, области применения, принцип действия трансформатора

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Трансформаторы широко используют для следующих целей.

Для передачи и распределения электрической энергии. Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6—24 кВ.

Для питания различных цепей радио- и телевизионной аппаратуры; устройств связи, автоматики в телемеханики, электробытовых приборов; для разделения электрических цепей различных элементов этих устройств; для согласования напряжений

Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов, например реле, в электрические цепи высокого напряжения или в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют измерительными. Они имеют сравнительно небольшую мощность, определяемую мощностью, потребляемой электроизмерительными приборами, реле и др.

Принцип действия трансформатора

Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток (рис. 2.1), разме­щенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала. Применение ферромагнитного магнитопровода позволяет усилить электромагнитную связь между обмотками, т. е. уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток машины. Первичную обмотку 1 подключают к источнику переменного тока — электрической сети с напряжением u1. Ко вторичной обмотке 2 присоединяют сопротивление нагрузки ZH.

Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а низкого напряжения — обмоткой низшего напряжения (НН). Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и X; обмотки НН — буквами а и х.

При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток i1 , который создает переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС — е1 и е2, пропорциональные, согласно закону Максвелла, числам витков w1 и w2 соответствующей обмотки и скорости изменения потока dФ/dt.

Рис. 2.1. Электромагнитная система однофазного трансфор­матора : 1,2 — первичная и вторичная обмот­ки; 3 — магнитопровод

Таким образом, мгновенные значения ЭДС, индуцированные в каждой обмотке,

Следовательно, отношение мгновенных и действующих ЭДС в обмотках определяется выражением

Если пренебречь падениями напряжения в обмотках тран­сформатора, которые обычно не превышают 3 — 5% от номи­нальных значений напряжений U1 и U2, и считать E1≈U l и Е2U2, то получим

Следовательно, подбирая соответствующим образом числа витков обмоток, при заданном напряжении U1можно получить желаемое напряжение U2. Если необходимо повысить вторичное напряжение, то число витков w2 берут больше числа w1; такой трансформатор называют повышающим. Если требуется уменьшить напряжение U2, то число витков w2 берут мень­шим w1; такой трансформатор называют понижающим,

Отношение ЭДС ЕВН обмотки высшего напряжения к ЭДС ЕНН обмотки низшего напряжения (или отношение их чисел витков) называют коэффициентом трансформации

Коэффициент k всегда больше единицы.

В системах передачи и распределения энергии в ряде слу­чаев применяют трехобмоточные трансформаторы, а в устрой­ствах радиоэлектроники и автоматики — многообмоточные трансформаторы. В таких трансформаторах на магнитопроводе размещают три или большее число изолированных друг от друга обмоток, что дает возможность при питании одной из обмоток получать два или большее число различных напряжений (U2, U3, U4 и т.д.) для электроснабжения двух или большего числа групп потребителей. В трехобмоточных силовых трансформаторах различают обмотки высшего, низшего и среднего (СН) напряжений.

В трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность же остается приблизительно постоянной (она несколько уменьшается из-за внутренних потерь энергии в трансформаторе). Следовательно,

При увеличении вторичного напряжения трансформатора в k раз по сравнению с первичным, ток i2 во вторичной обмотке соответственно уменьшается в k раз.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если первичную обмотку трансформатора под­ключить к источнику постоянного тока, то в его магнито-проводе образуется магнитный поток, постоянный во времени по величине и направлению. Поэтому в первичной и вторичной обмотках в установившемся режиме не индуцируются ЭДС, а следовательно, не передается электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Такой режим опасен для трансформатора, так как из-за отсутствия ЭДС E1 первич­ной обмотке ток I1 =U1R1 весьма большой.

Важным свойством трансформатора, используемым в устройствах автоматики и радиоэлектроники, является способность его преобразовывать нагрузочное сопротивление. Если к источнику переменного тока подключить сопротивление R через трансформатор с коэффициентом трансформации к, то для цепи источника

где Р1— мощность, потребляемая трансформатором от источ­ника переменного тока, Вт; Р2 = I2 2 RP1 — мощность, по­требляемая сопротивлением R от трансформатора.

Таким образом, трансформатор изменяет значение сопро­тивления R в k 2 раз. Это свойство широко используют при разработке различных электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источ­ников электрической энергии.

Принцип работы трансформатора

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

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

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

Как устроен и как работает трансформатор

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

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

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

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

Трансформаторы напряжения

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

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

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

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

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

Какие они, трансформаторы будущего

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

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

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

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

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

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

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

Что такое трансформатор: устройство, принцип работы, схема и назначение

Может быть, кто-то думает, что трансформатор – это что-то среднее между трансформером и терминатором. Данная статья призвана разрушить подобные представления.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного электрического тока одного напряжения и определенной частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.

Работа любого трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, открытой Фарадеем.

Назначение трансформаторов

Разные виды трансформаторов используются практически во всех схемах питания электрических приборов и при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Электростанции вырабатывают ток относительно небольшого напряжения – 220, 380, 660В. Трансформаторы, повышая напряжение до значений порядка тысяч киловольт, позволяют существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а заодно и уменьшить площадь сечения проводов ЛЭП.

Непосредственно перед тем как попасть к потребителю (например, в обычную домашнюю розетку), ток проходит через понижающий трансформатор. Именно так мы получаем привычные нам 220 Вольт.

Самый распространенный вид трансформаторов – силовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования напряжения в электрических цепях. Помимо силовых трансформаторов в различных электронных приборах применяются:

  • импульсные трансформаторы;
  • силовые трансформаторы;
  • трансформаторы тока.

Принцип работы трансформатора

Трансформаторы бывают однофазные и многофазные, с одной, двумя или большим количеством обмоток. Рассмотрим схему и принцип работы трансформатора на примере простейшего однофазного трансформатора.

Кстати, в других статьях можно почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.

Из чего состоит трансформатор? Во простейшем случае из одного металлического сердечника и двух обмоток. Обмотки электрически не связаны одна с другой и представляют собой изолированные провода.

Одна обмотка (ее называют первичной) подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка, называемая вторичной, подключается к конечному потребителю тока.

Когда трансформатор подключен к источнику переменного тока, в витках его первичной обмотки течет переменный ток величиной I1. При этом образуется магнитный поток Ф, который пронизывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС.

Бывает, что вторичная обмотка не находится под нагрузкой. Такой режимы работы трансформатора называется режимом холостого хода. Соответственно, если вторичная обмотка подключена к какому-либо потребителю, по ней течет ток I2, возникающий под действием ЭДС.

Величина ЭДС, возникающей в обмотках, напрямую зависит от числа витков каждой обмотки. Отношение ЭДС, индуцированных в первичной и вторичной обмотках, называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков соответствующих обмоток.

Путем подбора числа витков на обмотках можно увеличивать или уменьшать напряжение на потребителе тока с вторичной обмотки.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором отсутствуют потери энергии. В таком трансформаторе энергия тока в первичной обмотке полностью преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а далее – в энергию вторичной обмотки.

Конечно, такого трансформатора не существует в природе. Тем не менее, в случае, когда теплопотерями можно пренебречь, в расчетах удобно пользоваться формулой для идеального трансформатора, согласно которой мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Потери энергии в трансформаторе

Коэффициент полезного действия трансформаторов достаточно высок. Тем не менее, в обмотке и сердечнике происходят потери энергии, приводящие к тому, что температура при работе трансформатора повышается. Для трансформаторов небольшой мощности это не представляет проблемы, и все тепло уходит в окружающую среду – используется естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.

В более мощных трансформаторах воздушного охлаждения оказывается недостаточно, и применяется охлаждение маслом. В этом случае трансформатор помещается в бак с минеральным маслом, через которое тепло передается стенкам бака и рассеивается в окружающую среду. В трансформаторах высоких мощностей дополнительно применяются выхлопные трубы – если масло закипает, образовавшимся газам нужен выход.

Конечно, трансформаторы не так просты, как может показаться на первый взгляд – ведь мы рассмотрели принцип действия трансформатора кратко. Контрольная по электротехнике с задачами на расчет трансформатора внезапно может стать настоящей проблемой. Специальный студенческий сервис всегда готов оказать помощь в решении любых проблем с учебой! Обращайтесь в Zaochnik и учитесь легко!

{SOURCE}

[Решено] Каков принцип работы трансформатора?

КОНЦЕПЦИЯ :

  • Обе катушки электрически разделены и индуктивны, но магнитно связаны путем сопротивления.
  • Когда ток в первичной обмотке изменяется, поток во вторичной обмотке также изменяется
  • Следовательно, во вторичной катушке индуцируется ЭДС из-за законов электромагнитной индукции Фарадея.
  • Электрическая мощность передается от первичной катушки к вторичной за счет магнитного потока, и это явление называется взаимной индукцией .

ПОЯСНЕНИЕ :

Из приведенного выше объяснения можно сказать, что

  • Трансформатор передает электрическую энергию из одной цепи в другую.
  • Принцип работы трансформатора  — взаимная индукция . Так что вариант 2 правильный.
  • Принцип Лоренца дает силу, действующую на движущуюся заряженную частицу в магнитном и электрическом поле.
  • Закон Максвелла связан с электромагнитной волной.
  • Гаусс Закон дает электрический поток через замкнутую поверхность.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ БАЛЛЫ :

Существует два типа трансформатора:

  • Повышающий трансформатор: трансформатор, повышающий потенциал, называется повышающим трансформатором.
    • Количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной обмотке.
  • Понижающий трансформатор: трансформатор, уменьшающий потенциал, называется понижающим трансформатором.
    • Количество витков во вторичной обмотке меньше, чем в первичной обмотке

Укажите принцип действия трансформаторов. или Укажите принципы работы трансформатора.

Трансформатор основан на двух принципах: 

  1. Энергия на входе равна энергии на выходе.
  2. Напряжение прямо пропорционально количеству витков провода в катушке.

Основным принципом работы трансформатора является взаимная индуктивность между двумя цепями, связанными общим магнитным потоком.Базовый трансформатор состоит из двух катушек, электрически отдельных и индуктивных, но магнитно связанных через путь сопротивления. вторичную обмотку трансформатора магнитным потоком, создаваемым напряжениями и токами, протекающими в первичной обмотке катушки.

Трансформатор основан на принципе взаимной индукции, т.е.всякий раз, когда величина магнитного потока, связанного с катушкой, изменяется, в соседней катушке индуцируется ЭДС. Потеря гистерезиса Потеря энергии при намагничивании и размагничивании сердечника трансформатора в каждом цикле. В основном трансформатор состоит из двух катушек индуктивности; первичная обмотка и вторичная обмотка. Катушки электрически разделены, но магнитно связаны друг с другом. Когда первичная обмотка подключена к источнику переменного напряжения, вокруг обмотки создается переменный магнитный поток.

Трансформаторы

обычно имеют один из двух типов сердечников: тип сердечника и тип оболочки. Эти два типа отличаются друг от друга способом размещения первичных и вторичных катушек вокруг стального сердечника. Трансформатор не предназначен для преобразования переменного тока в постоянный или постоянного в переменный. Трансформатор может повышать или понижать ток. Трансформатор, повышающий напряжение с первичной обмотки на вторичную, называется повышающим трансформатором.

Электрический силовой трансформатор: определение и типы трансформаторов

  • Повышающий трансформатор и понижающий трансформатор.
  • Трехфазный трансформатор и однофазный трансформатор.
  • Силовой трансформатор, распределительный трансформатор и измерительный трансформатор.
  • Двухобмоточный трансформатор и автотрансформатор.
  • Трансформатор для наружной установки и трансформаторы для установки в помещении.
  • Трансформатор сухого и масляного охлаждения.

Читать все

Трансформатор Основы и принципы работы | Основная теория переменного тока (AC)

Трансформатор является одним из наиболее важных компонентов во всех цепях переменного тока.В основном используемые для «перехода» между различными значениями переменного напряжения и тока в энергосистемах, трансформаторы находят применение во многих других типах цепей, включая электронные усилители (для согласования импеданса) и даже в схемах датчиков (определение физического положения).

Основные принципы

Перед изучением работы трансформатора полезно рассмотреть работу простого индуктора, который представляет собой не что иное, как катушку провода, обычно намотанную на ферромагнитный материал сердечника:

Если мы применим переменное (AC) напряжение к этой катушке, она создаст переменное магнитное поле в сердечнике.То, какой магнитный поток (\(\phi\)) будет развиваться в сердечнике, зависит от того, какое напряжение мы прикладываем к катушке. Фундаментальное соотношение между напряжением и магнитным потоком для любой проводящей катушки определяется законом электромагнитной индукции Фарадея:

\[V = N {d \phi \over dt}\]

Где,

\(В\) = Напряжение, подаваемое на катушку или индуцируемое катушкой (вольты)

\(N\) = количество витков провода

\(d \phi \over dt\) = скорость изменения магнитного потока (веберов в секунду)

Если приложенное напряжение синусоидальное (т.е. имеет форму синусоиды), то величина магнитного потока во времени будет следовать косинусоидальной волне. Мы можем продемонстрировать это математически, подставив \(\sin \omega t\) (синус некоторой частоты \(\omega\) в любой конкретный момент времени \(t\)) вместо \(V\) в уравнении Фарадея и интегрирование:

\[V = N {d \phi \over dt}\]

\[\sin \omega t = N {d \phi \over dt}\]

\[\sin \omega t \> dt = N d \phi\]

\[\int \sin \omega t \> dt = \int N d \phi\]

\[\int \sin \omega t \> dt = N \int d \phi\]

\[- {1 \over \omega} \cos \omega t + \phi_0 = N \phi\]

\[\phi = — {1 \over N \omega} \cos \omega t + \phi_0\]

Таким образом, величина магнитного потока (\(\phi\)) в сердечнике в любой момент времени \(t\) пропорциональна косинусу частотно-временной функции \(\omega t\) плюс любая невязка магнетизм (\(\phi_0\)) сердечник начинался до того, как к катушке было приложено какое-либо напряжение.

Величина тока, потребляемого этим индуктором, зависит от сопротивления магнитной «цепи» сердечника и числа витков в катушке (\(N\)). Чем меньше сопротивление, создаваемое магнитным путем, тем меньший ток потребуется для создания необходимого магнитного поля, чтобы уравновесить приложенное напряжение. Если бы мы взяли две идеальные катушки индуктивности (т. е. с нулевым сопротивлением проволоки) — одну с тяжелым железным сердечником и одну с легким железным сердечником (или даже с воздушным сердечником) — и приложили к ним одинаковое переменное напряжение, они оба генерировали бы точно такая же сила переменного магнитного поля, но индуктор с меньшим сердечником при этом будет потреблять больший ток от источника.Другими словами, последний индуктор будет иметь меньшее реактивное сопротивление (т.е. меньшее количество омов) для противодействия току.

Все становится интереснее, если мы намотаем второй виток провода на тот же сердечник, что и первый. Для анализа обозначим полярность напряжения на одном из пиков источника переменного тока:

В тот момент времени, когда верхний вывод источника положительный, а нижний вывод отрицательный, мы видим, что на первой катушке падает такое же напряжение (из-за самоиндукции), а на второй катушке падает такое же напряжение, как и на хорошо (за счет взаимной индукции ).Полярность напряжения обеих катушек идентична, потому что они намотаны в одном направлении вокруг сердечника, и обе испытывают одинаковый магнитный поток (\(\phi\)). Однако, когда мы исследуем направления тока через каждую катушку, мы видим, что они противоположны друг другу: левая катушка действует как нагрузка (получает энергию от источника переменного напряжения), а правая катушка действует как источник (обеспечивающий энергией резистивную нагрузку).

Здесь мы создали настоящий трансформатор : электромагнитный компонент, передающий энергию из электрической формы в магнитную и обратно в электрическую.Источник переменного напряжения может питать резистивную нагрузку без прямого проводящего соединения между ними, поскольку магнитный поток служит энергетической «связью» между двумя цепями.

Трансформаторы

обычно представляют собой набор катушек с общим сердечником. Катушка, подключенная к электрическому источнику, называется первичной обмоткой , а катушка, подключенная к электрической нагрузке, называется вторичной обмоткой . Если сердечник ферромагнитный, то он изображается набором параллельных линий между витками:

Загрузка эффектов

Мы можем исследовать поведение трансформатора, наблюдая за эффектами питания одного от источника переменного тока постоянного напряжения и изменяя сопротивление нагрузки:

Обратите внимание, что напряжение на обеих катушках не зависит от нагрузки, а также то, как магнитный поток остается неизменным при различных условиях нагрузки.Вторичная катушка действует как источник напряжения для резистивной нагрузки, отражая характер поведения источника первичной катушки. Амплитуда магнитного потока не зависит от вторичной нагрузки, чтобы удовлетворять закону Кирхгофа о напряжении и закону Фарадея для первичной катушки: падение напряжения на катушке должно быть равно и противоположно приложенному напряжению источника, поэтому магнитный поток должен изменяться с той же скоростью. и достигают тех же пиков, пока напряжение первичного источника делает то же самое.

Продолжая наше исследование поведения трансформатора, мы теперь запитаем один от источника переменного тока постоянного тока и изменим сопротивление нагрузки:

Обратите внимание, что ток теперь не зависит от нагрузки, в то время как напряжение и магнитный поток зависят от нагрузки.Вторичная катушка теперь действует как источник тока для резистивной нагрузки, отражая характер поведения источника первичной катушки. При изменении сопротивления нагрузки пропорционально изменяется напряжение вторичной обмотки, что, в свою очередь, требует соответствующего изменения магнитного потока.

Передаточные числа

Трансформаторы

в основном используются для переключения между различными уровнями напряжения и тока. Это достигается построением трансформатора с первичной и вторичной обмотками, имеющими разное количество витков.Поскольку обе катушки разделяют один и тот же магнитный поток, количество витков будет пропорционально тому, сколько напряжения вырабатывается на каждой катушке. Мы можем доказать это математически с помощью закона Фарадея, используя \(d \phi \over dt\) как величину, разделяемую между первичной и вторичной обмотками:

\[V_P = N_P {d \phi \over dt} \hskip 50pt V_S = N_S {d \phi \over dt}\]

\[{V_P \over N_P} = {d \phi \over dt} \hskip 50pt {V_S \over N_S} = {d \phi \over dt}\]

\[{V_P \над N_P} = {V_S \над N_S}\]

\[{V_P \over V_S} = {N_P \over N_S}\]

То есть отношение первичного напряжения ко вторичному такое же, как отношение первичных и вторичных витков.Мы можем использовать этот принцип для создания трансформаторов, выдающих одинаковую мощность на две разные нагрузки от одного и того же источника питания, с той лишь разницей, что число витков вторичной обмотки:

.

Каким бы способом трансформатор не повышал напряжение с первичной обмотки на вторичную, он должен изменять ток в обратном направлении.

Вот несколько количественных примеров для трансформаторов без потерь:

Обратите внимание, что первичная и вторичная мощности всегда равны друг другу для любой конфигурации трансформатора.Реальные трансформаторы подвержены некоторым внутренним потерям мощности, и поэтому уровень вторичной мощности будет немного меньше, чем первичный, но предположение о равенстве обеспечивает простой способ проверить наши расчеты отношения напряжения и тока.

Полное сопротивление трансформатора

Идеальный трансформатор работает без потерь и передает электроэнергию от подключенного источника (на первичной стороне) к подключенной нагрузке (на вторичной стороне) со 100-процентной эффективностью. Идеальные трансформаторы также не налагают ограничений на количество энергии, которую они могут передать от первичной обмотки к вторичной, другими словами, идеальный трансформатор не накладывает ограничений на пропускную способность.

Однако настоящие трансформаторы не работают без потерь и фактически действуют как токоограничивающие устройства. Механизмы для этого включают магнитные гистерезисные потери, сопротивление провода, индуктивность рассеяния и т. д.

Рассмотрим мысленный эксперимент, в котором мы замкнем накоротко вторичную обмотку идеального трансформатора, который питается от источника переменного напряжения бесконечной мощности (т. е. источник имеет нулевое полное сопротивление). Какой ток будет проходить через закороченную вторичную цепь?

На этот вопрос нет реалистичного ответа.Если источник 480 В переменного тока не имеет ограничения по току (т. е. способен подавать бесконечный ток на закороченную нагрузку), а трансформатор также не имеет вообще никаких ограничений по току, закороченная вторичная цепь также будет испытывать бесконечный ток, по крайней мере, в принципе.

Должно быть очевидно, что этот сценарий не может существовать в реальном мире. Даже при наличии источника бесконечного тока любой реалистичный трансформатор будет препятствовать току, подаваемому на короткое замыкание на вторичной стороне.Вопрос о том, «сколько тока пройдет через короткое замыкание», на самом деле зависит от того, какой импеданс обеспечивает трансформатор.

Рассмотрим другой мысленный эксперимент, на этот раз с использованием реального трансформатора с короткозамкнутой вторичной обмоткой, питаемого от переменного источника переменного напряжения:

Представьте себе постепенное увеличение напряжения источника до тех пор, пока амперметр вторичной цепи не зарегистрирует ток, равный номинальной нагрузке трансформатора.Для идеального трансформатора (идеальная силовая связь) это произошло бы при очень малом напряжении, подаваемом на первичную обмотку. Однако из-за несовершенства и потерь реальных трансформаторов полный вторичный ток будет получен при первичном напряжении, равном некоторому небольшому проценту от нормального (номинального) первичного напряжения. Предположим, например, что наш гипотетический трансформатор с номинальным напряжением первичной обмотки 480 В переменного тока выдает полный вторичный ток через короткое замыкание при приложенном напряжении источника всего 22 вольта.22 вольта составляют 4,58% от 480 вольт, поэтому можно сказать, что измеренный импеданс этого трансформатора составляет 4,58%.

Хотя сценарий с короткозамкнутой вторичной обмоткой может показаться надуманным, на самом деле он вполне соответствует реальным условиям. В системах электроснабжения нас часто интересует максимальное количество тока, которое будет протекать в условиях неисправности . Если два силовых проводника непосредственно соприкасаются друг с другом или если между ними по воздуху возникает дуга с низким сопротивлением, эффект очень близок к идеальному короткому замыканию.Это означает, что импеданс трансформатора будет доминирующим фактором в ограничении тока короткого замыкания: чем больше импеданс трансформатора, тем меньший ток короткого замыкания будет проявляться в условиях короткого замыкания.

Один из способов применить процентное значение импеданса силового трансформатора к сценарию неисправности — использовать его в качестве множителя для вторичного тока. Например, если максимальный номинальный вторичный ток силового трансформатора составляет 180 ампер, а номинальное полное сопротивление — 3,3 %, доступный вторичный ток при коротком замыкании с болтовым соединением будет равен: 90 005.

\[{180 \hbox{ A} \over 3.3\%} = 5454,5 \hbox{A}\]

Расчеты тока замыкания на болтах очень полезны при прогнозировании количества энергии, выделяемой при дуговом взрыве происшествий, что происходит, когда электрическая дуга возникает между двумя близко расположенными проводниками в мощной электроэнергетической системе. Дуга ведет себя как соединение между проводниками с чрезвычайно низким сопротивлением, что приводит к очень большим значениям тока при, соответственно, высоких температурах дуги.

Сопротивление трансформатора также полезно для расчета степени, в которой выходное напряжение силового трансформатора будет «проседать» ниже своего идеального значения при питании нагрузки.Предположим, у нас есть силовой трансформатор с соотношением витков 5:1, рассчитанный на получение 120 В переменного тока на его первичную обмотку и выходное напряжение 24 В переменного тока. В условиях холостого хода внутренний импеданс трансформатора не будет иметь значения, и на выходе трансформатора будет точно 24 В переменного тока. Однако, когда нагрузка подключена к клеммам вторичной обмотки и начинает течь ток для питания этой нагрузки, внутренний импеданс трансформатора приведет к небольшому снижению вторичного напряжения. Например, если этот трансформатор имеет импеданс 5.5%, это означает, что вторичное (выходное) напряжение упадет на 5,5% ниже 24 В переменного тока при полной нагрузке, при условии, что первичное напряжение поддерживается на стандартном уровне 120 В переменного тока. 5,5% от 24 вольт составляет 1,32 вольта, поэтому вторичное напряжение этого трансформатора будет «проседать» с 24 вольт до 22,68 вольт (т. е. на 1,32 вольта меньше, чем 24 вольта) при увеличении тока нагрузки от нуля до полного номинального значения.

Основные принципы и принцип работы трансформатора

Векторные группы и заземление нейтрали

Три конфигурации, в которых три фазные обмотки трансформатора обычно соединены: треугольник, звезда или соединенная звезда (зигзаг).Конфигурации (схемы обмотки) показаны на рисунке 1 ниже.

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

Как сгруппированы векторы и как используется номенклатура соотношения фаз, определяются следующим образом:

  • Заглавные буквы для обозначения группы векторов первичной обмотки
  • Маленькие буквы для обозначения группы вторичной обмотки
  • D или d представляет собой первичную или вторичную обмотку треугольника
  • Y или y представляет собой первичную или вторичную обмотку звезды
  • Z или z представляет собой первичную или вторичную обмотку, соединенную звездой
  • N или n обозначает первичную или вторичную обмотку с заземлением в точке звезды

Числа представляют фазовое соотношение между первичной и вторичной обмотками .

Углы смещения вторичного напряжения к первичному приведены в соответствии с положением «стрелок» на часах относительно полуденного или двенадцатичасового положения.

Это означает: 1 равно -30°, 3 равно -90°, 11 равно +30° и т. д. .

Рисунок 1. Расположение обмоток

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

На рис. 2 ниже показан еще один пример , определяющий векторную группу Dyn5 .

Ясно, что вторичное напряжение звезды находится в положении «5 часов», а это означает, что оно отстает от первичного вектора дельта-напряжения на 5 × 30° = 150° .

Рисунок 2. Определение группировки векторов Dyn5

В основном разработчики системы сами решают, какая схема группировки векторов требуется для каждого уровня напряжения в сети, хотя на это решение влияет множество факторов.

Важные аспекты с точки зрения пользователя:

  1. Смещение вектора между системами, подключенными к каждой обмотке трансформатора, и возможность обеспечения параллельной работы
  2. Обеспечение точки или точек нейтрального заземления, к которым относится нейтраль на землю либо напрямую, либо через импеданс
  3. Практичность конструкции трансформатора и стоимость, связанная с требованиями к изоляции
  4. Обмотка Z уменьшает дисбаланс напряжения в системах, где нагрузка неравномерно распределена между фазами, и допускает нагрузку по току нейтрали с изначально низким нулевым последовательное сопротивление. Поэтому его часто используют для заземления трансформаторов.
Основные принципы работы трансформатора

Принцип работы трансформатора: все, что вам следует знать

Принцип действия трансформатора является одним из наиболее важных электрических компонентов в энергосистеме переменного тока. Сегодня во многих схемах используются трансформаторы, которые необходимы и составляют основу того, как мы питаем все.
Эта статья расскажет вам о его принципе работы, базовой структуре и применении, чтобы вы могли найти подходящий трансформатор для ваших нужд!

Эта статья расскажет вам о его принципе работы, базовой структуре и применении, чтобы вы могли найти подходящий трансформатор для ваших нужд!

1.Что такое трансформатор?

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, используемое для передачи электрической энергии от одной электрической цепи к другой. Более того, он поддерживает коэффициент мощности равным единице и обеспечивает неизменность уровней напряжения в обеих цепях.

2. Типы трансформаторов:

Типы классификаций трансформаторов следующие:

(Схемы трансформаторов)

На основе конструкции
  1. Трансформатор с сердечником. Компоненты сердечника могут состоять из ламинированных листов стали, листов кремнистой стали или сплава железа, такого как кремнистая сталь.Также имеет цилиндрические витки проволоки, поскольку его обмотки с обмотками низкого напряжения расположены ближе к сердечнику.
  2. Трансформатор кожухового типа, в котором все сердечник, обмотка и изоляция размещены внутри алюминиевой или стальной оболочки. В основном принимает прямоугольную форму.

В зависимости от типа поставки
  1. Однофазный трансформатор. Этот тип представляет собой устройство с одной обмоткой, в котором одна катушка подключена к первичной обмотке, а другая — к вторичной обмотке трансформатора.
  2. Трехфазный трансформатор – состоит из трех катушек, прикрепленных к каждой стороне сердечника. Более того, каждое соединение катушек выполнено таким образом, что они создают взаимно перпендикулярные магнитные поля.
  3. Автотрансформатор – в этом типе используются две обмотки с каждой стороны для повышающего и понижающего преобразования напряжения.

(Масляный трансформатор)

В зависимости от типа охлаждения
  1. Маслонаполненные трансформаторы – рассеивают тепло, выделяемое электрическим током, через масло.
  2. Трансформатор с воздушным сердечником – трансформатор, в котором тепло, выделяемое электрическим током, рассеивается по воздуху.

В зависимости от их использования
  1. Трансформатор тока — используется для измерения очень высоких токов при передаче электроэнергии.
  2. Трансформатор напряжения. Измеряет очень высокое напряжение переменного тока.

По назначению
  1. Повышающий трансформатор – выполняет функцию изменения уровня напряжения с низкого на высокий
  2. Понижающий трансформатор – обеспечивает функцию изменения уровня напряжения с высокого на низкий

(Высоковольтный трансформатор)

3. Применение трансформаторов

Применение трансформаторов находится в:

  • Во-первых, промышленное и лабораторное использование и регулирование напряжения в энергосистемах для увеличения или уменьшения напряжения питания.
  • Во-вторых, производство и распределение электроэнергии , а также горнодобывающая, нефтегазовая промышленность.
  • В-третьих, повышать или понижать переменное напряжение линий электропередачи.
  • Использование радиотехнологий для повышения или понижения уровня высокочастотных сигналов для передачи на большие расстояния без потери мощности сигнала.Распространен в аудиотрансформаторах и коммерческих трансформаторах.
  • Наконец, схемы силовой электроники, где они могут работать как автоматические регуляторы напряжения.

4. Основные конструкции трансформатора

(Конструкции трансформаторов)

Конструкции базового трансформатора включают:

  • Многослойный сердечник; состоит из ламинированных кусков железа, расположенных таким образом, чтобы обеспечить минимальный путь для магнитного потока. Также сердечник действует как замкнутая магнитная цепь.
  • Первичная обмотка ; размещены вокруг сердечника в любом направлении и изолированы от сердечника. Катушки — медные провода.  
  • Вторичная обмотка; размещены вокруг первичной обмотки и изолированы от нее, как в том же направлении, так и с полярностью, обратной полярности первичной обмотки.

Базовая конструкция трансформатора

Трансформатор состоит из двух или более катушек (обмоток), намотанных на сердечник из многослойной стали. Входные обмотки (первичная обмотка) подключаются к одному выводу источника питания.А выходные обмотки (вторичная обмотка) подключаются через цепь нагрузки.

(Ручная работа над компонентами)

Ниже приведены основные этапы изготовления трансформатора:

  • Во-первых, изготовление первичной и вторичной катушек. Используйте изоляционную ленту или эмалевое покрытие, чтобы отделить обмотки этих катушек друг от друга.
  • Далее, монтаж этих катушек на общий сердечник из мягкого железа состоит из сильно ламинированных листов кремнистой стали, обернутых изоляционной лентой для уменьшения потерь на вихревые токи.Соединение этих пластин сердечника трансформатора выполнено в виде полос. Важно отметить, что листы должны иметь высокое содержание кремния, чтобы снизить потери на гистерезис .   Кроме того, первичная обмотка соединяется с одним концом сердечника, а другой — со вторичной обмоткой. Также вам потребуются подходящие втулки при изоляции и выводе клемм из бака трансформатора.
  • Экранирующие катушки – используются для защиты первичной обмотки от электромагнитных воздействий, вызванных наведенными напряжениями в трансформаторах, которые могут вызвать катастрофический отказ трансформатора.Аналогично это делается путем наматывания дополнительных изоляционных лент с обеих сторон этих катушек.

5. Принцип работы трансформатора

Основным принципом работы трансформаторов является закон электромагнитной индукции Фарадея: N*dΦ/dt (закон Фарадея), где N — число витков катушки.

(Закон Фарадея)

Закон гласит, что электрический поток индуцируется в замкнутой цепи, когда связанный с ней магнитный поток изменяется.Это явление возникает из-за взаимной индуктивности токов, присутствующих в этих двух цепях. Вот объяснение:

Когда электрический ток протекает через первичную обмотку, он создает вокруг этой обмотки магнитное поле. Следовательно, создает магнитный поток вокруг первичной катушки . Затем сердечник трансформатора обеспечивает путь для этого потока для соединения обмоток. Однако не все потоки связаны со вторичной обмоткой и поэтому называются потоками рассеяния. После этого возникает индукция напряжения на вторичной обмотке.Это происходит из-за взаимной индукции между катушками, намотанными на общий железный сердечник, за счет связи в магнитном сердечнике.

Этот процесс создает ЭДС индукции, поскольку он пытается противодействовать протекающему через него току и наоборот. Наведенное напряжение во вторичной обмотке действует как нагрузка на первичную обмотку.

НБ; Трансформатор — это статическое устройство; таким образом, изменение уровней напряжения происходит из-за магнитной индукции, а не из-за движения его твердых материалов.

Теперь давайте рассмотрим важных терминов при работе с трансформаторами.

(Медные обмотки)

Коэффициент трансформации в трансформаторах

Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной катушки. Это число показывает, во сколько раз снижается уровень напряжения в первичной цепи после его понижения через трансформатор.

Его представление X/Y. «X» обозначает количество витков в первичной обмотке (Np), а «Y» обозначает количество витков во вторичной обмотке (Ns).Предположим, что это идеальный трансформатор.

Формула; Np/Ns=n=Коэффициент поворота

Например, если в первичной обмотке 100 витков, а во вторичной 50 витков, это соотношение выражается как 100/50.

Это означает, что трансформатор с повышающим коэффициентом будет иметь меньше витков на вторичной стороне, чем на первичной. Однако для трансформатора с понижающим коэффициентом верно обратное.

Трансформаторы

(обмотки трансформатора)

Коэффициент трансформации

Отношение вторичного напряжения к первичному напряжению является коэффициентом трансформации.Коэффициент преобразования напряжения выражается в вольт/вольт или ампер/ампер, и это зависит от типа нагрузочного резистора, подключенного к вторичной обмотке.

Формула расчета;

Коэффициент трансформации = (V/V или V/A вторичный нагрузочный резистор)/(V первичный или A первичный)

Например; Напряжение на вторичной обмотке равно 100 вольт, а ток, протекающий через нее, равен 20 ампер. Тогда коэффициент трансформации этой конкретной схемы будет 100/20.

НБ; Максимальный уровень тока или напряжение на вторичной обмотке трансформатора относится к номинальному току или напряжению. Этот номинал вторичной цепи определяет ее максимальную рабочую мощность. И определяет, подходит ли он для приложений высокого напряжения или слабого тока.

(Трансформатор и электрические компоненты)

Эффективность трансформатора

Это отношение работы, выполненной трансформатором на входной мощности , к работе, произведенной во вторичной обмотке.

Выражение в процентах.

Формула:

Эффективность = (Выходная мощность/Входная мощность) x 100

Например, рассмотрим входную мощность трансформатора 100 Вт, а вторичная обмотка генерирует 80 Вт. Тогда КПД трансформатора этой конкретной схемы будет 80%.

Это означает, что потери энергии составляют 20 %, когда мощность перетекает с первичной на вторичную сторону трансформатора.

Обратите внимание, что уровни входной и выходной мощности трансформатора должны быть одинаковыми, чтобы это отношение оставалось в силе.То есть и первичный, и вторичный токи должны иметь одинаковое значение.

Если входной ток больше выходного, то КПД трансформатора будет меньше 100% и наоборот.

(ЭДС)

Уравнение электродвижущей силы трансформатора

Электродвижущая сила (ЭДС) — это просто отношение входного напряжения к выходному напряжению в трансформаторе.

Выражается в единицах вольт/вольт или ампер/ампер.(н-х)

Где «n» обозначает количество витков вторичной обмотки, а «x» равно (N-n).

Это уравнение показывает, что ЭДС вторичной обмотки прямо пропорциональна виткам первичной обмотки и обратно пропорциональна (N-n).

(Трансформатор напряжения)

Электроэнергия в трансформаторе

Рассчитать электрическую мощность трансформатора легко, используя формулу: Мощность = Напряжение x Ток.

Где «Power» обозначает входную мощность, а «Voltage» и «Current» обозначают входное напряжение и ток.

Например: Предположим, что номинальная мощность трансформатора равна 100 Вт, а напряжение на его первичной обмотке равно 400 вольт. Тогда ток, протекающий через него, составит 0,25 ампер, поскольку мощность = напряжение x ток.

Как вы видите, ток, потребляемый трансформатором, очень мал по сравнению с его номинальной мощностью.

6. Резюме

В этом сообщении блога мы предоставили информацию о том, что делают трансформаторы и как они работают. Если вы хотите узнать больше о своем проекте, связанном с трансформаторами, свяжитесь с нами! Наша команда всегда рада ответить на любые ваши вопросы.

Основные принципы индуктивности в трансформаторах

Трансформатор обычно состоит из двух отдельных катушек с разным числом витков проводника, намотанных на один и тот же замкнутый многослойный железный сердечник (см. рис. 1). Первичная обмотка — это катушка в трансформаторе, которая питается от источника. Вторичная обмотка – это катушка, подключенная к нагрузке. Первичная цепь в трансформаторе может быть цепью высокого или низкого напряжения, в зависимости от того, является ли он повышающим или понижающим трансформатором.Выводы высокого напряжения обозначаются буквой H, а выводы низкого напряжения — буквой X. Вторичная нейтраль часто обозначается буквой X0.

Рисунок 1. Типичный трансформатор состоит из двух отдельных катушек с разным количеством витков проводника, намотанных вокруг

В типичном крупном промышленном комплексе передающая подстанция может поставлять электроэнергию непосредственно во внешнее трансформаторное хранилище. Проводники от служебного входа проложены через открытый шинопровод к распределительному щиту учета из внешней трансформаторной будки.Затем питание подается через автоматические выключатели в щитовой панели и направляется через шинопроводы к распределительным панелям и шинопроводам с вставными секциями к точкам использования (см. рис. 2). В зависимости от потребностей клиента, система распределения электроэнергии подает питание на заданные точки, такие как розетки, со стандартными уровнями напряжения и фиксированными номинальными токами.

 

Рис. 2. Трансформаторы используются для снижения напряжения линии электропередачи до уровня, пригодного для использования заказчиком.

 

Примечание

Переменный ток, вырабатываемый электростанциями, преобразуется в более высокое напряжение для обеспечения эффективной передачи электроэнергии между электростанциями и конечными потребителями.

 

Индукция

Индуктивность — это свойство устройства или цепи, которое заставляет их накапливать энергию в виде электромагнитного поля. Индукция — это способность устройства или цепи генерировать реактивное сопротивление для противодействия изменяющемуся току (самоиндукция) или способность генерировать ток (взаимная индукция) в соседней цепи.Ток, протекающий в катушке, создает поле, которое распространяется за пределы проводника и окружает его. Энергия хранится в этом поле. Когда напряжение источника переходит от пикового значения к нулю, энергия, хранящаяся в электромагнитном поле, преобразуется обратно в электрическую энергию в проводниках катушки. Энергия фактически противостоит изменениям напряжения источника.

Три условия для индукции напряжения посредством магнетизма: проводник, магнитное поле и относительное движение между проводником и магнитным полем.В трансформаторе проводником является провод, из которого состоит катушка. Энергия переменного тока, протекающая через проводник, создает расширяющееся и сжимающееся магнитное поле. Расширяющееся и схлопывающееся магнитное поле проходит через многослойный сердечник и обеспечивает относительное движение между проводником во вторичной обмотке и магнитным полем.

Сердечник состоит из слоев материала с низким магнитным сопротивлением и мало сопротивляется магнитным линиям потока. Замкнутый многослойный сердечник обеспечивает путь потока с низким сопротивлением, выравнивая поток и позволяя максимальному количеству проводников быть перерезанными силовыми линиями магнитного поля.Это индуцирует напряжение во вторичной обмотке. Суммарная мощность в первичной и вторичной цепях одинакова, за исключением некоторых потерь в трансформаторе. Это означает, что когда напряжение во вторичной обмотке выше, чем в первичной, ток во вторичной обмотке пропорционально ниже.

 

Самоиндукция

Самоиндукция — это способность катушки индуктивности в цепи создавать индуктивное реактивное сопротивление, противодействующее изменению тока в цепи. Когда напряжение источника переменного тока возрастает и магнитный поток распространяется вокруг проводников цепи, в цепи индуцируется противодействующее напряжение или противонапряжение.Величина индуцированного напряжения определяется скоростью изменения тока. Закон Ленца гласит, что полярность индуцированного напряжения такова, что оно создает ток, магнитное поле которого противодействует изменению, вызвавшему его (см. рис. 3). Наведенное магнитное поле в катушке индуктивности препятствует любому изменению тока.

 

Рис. 3. Самоиндукция в катушке препятствует изменению тока. Изображение предоставлено LouisvillePhysics

Противонапряжение ограничивает ток цепи, так как ток цепи определяется полным сопротивлением и разницей между источником и противодействующим напряжением.Когда напряжение источника переменного тока падает до нуля и поле исчезает, противодействующее напряжение препятствует падению тока. Это показывает, что первые 90° цикла тратятся на зарядку катушки индуктивности. Электрическая энергия преобразуется в магнитную энергию в катушке индуктивности. Когда напряжение достигает пика, ток равен нулю, поле перестает расширяться, и вся энергия накапливается в магнитном поле. Когда напряжение источника начинает падать с пика, магнитное поле начинает разрушаться, и свойство индуктивности способствует току, обеспечиваемому источником.{2}}$$

где

Z = импеданс (в Ом)

R = сопротивление (в Ом)

XL = индуктивное сопротивление (в Ом)

Первичная обмотка трансформатора представляет собой катушку, и сопротивление, индуцируемое в этой катушке, можно рассчитать. Если обмотка в катушке представляет собой медный провод AWG #22 длиной 500 футов, провод имеет сопротивление примерно 8 Ом. Если катушка имеет индуктивность 0,5 Гн, индуктивное сопротивление и полное сопротивление рассчитываются следующим образом:

$${{X}_{L}}=2\pi fL=2\pi \times 60\times 0.{2}}}=188,7\Омега $$

Если провод не намотан на катушку, сопротивление одного провода составляет 8 Ом. Поскольку импеданс катушки выше, чем у провода, полное сопротивление, когда провод намотан на катушку, составляет 188,7 Ом при частоте 60 Гц. Токоемкость только в проводе примерно в 23,6 раза выше, чем токоемкость через катушку из-за повышенного импеданса из-за индуктивного реактивного сопротивления катушки.

Сравнение катушки и прямого проводника показывает, как первичная обмотка трансформатора может быть подключена к источнику и ограничивать ток.

Четыре фактора, которые определяют или контролируют индуктивность катушки, — это поперечное сечение сердечника, количество витков, тип сердечника и длина катушки. Многие люди используют аббревиатуру КОНТРОЛ, чтобы запомнить эти факторы, где заглавные буквы представляют собой первую букву каждого из факторов.

 

Взаимная индукция

Взаимная индукция — это способность катушки индуктивности в одной цепи индуцировать напряжение в другой цепи. Когда первичная обмотка трансформатора имеет переменный ток, протекающий в проводнике, магнитный поток окружает проводник пропорционально величине тока.Расширяющийся и сжимающийся поток перерезает проводники во вторичной обмотке и индуцирует во вторичной обмотке напряжение. См. рис. 4.

 

Рис. 4. Изображение предоставлено компанией Elliot Sound Products.

Когда источник переменного тока подается на первичную обмотку трансформатора, в первичной обмотке индуцируется противонапряжение, противоположное приложенному напряжению и почти равное ему. Существует очень небольшая разница между приложенным и наведенным напряжениями, которая позволяет току, достаточному для намагничивания первичного сердечника.Ток возбуждения или ток намагничивания — это ток холостого хода через первичный сердечник. Возбуждающий ток создает магнитное поле, которое пересекает вторичную обмотку и индуцирует во вторичной обмотке напряжение. Возбуждающий ток фактически имеет две составляющие. Первая составляющая — это истинный ток холостого хода (в кВт), который намагничивает сердечник. Второй компонент — это реактивная мощность (в кварах), которая создает поле. Для очень маленьких трансформаторов ток возбуждения может достигать 10 % от максимального тока.Для очень больших трансформаторов ток возбуждения может составлять менее 1% от максимального тока.

Когда нагрузка подключена ко вторичной обмотке, индуцированное напряжение вызывает протекание тока во вторичной обмотке. Ток вызывает магнитное поле с полярностью, противоположной полю в первичной обмотке, пропорционально относительной напряженности поля. Вторичное магнитное поле стремится нейтрализовать и ослабить магнитное поле в первичном, потому что силовые линии противостоят друг другу. Уменьшенное магнитное поле уменьшает индуктивность и позволяет большему току течь в первичной обмотке.Увеличенный ток в первичной обмотке создает более сильное магнитное поле, которое индуцирует повышенное напряжение во вторичной обмотке. Повышенное напряжение во вторичной обмотке позволяет протекать большему току. Это продолжается до тех пор, пока нагрузка не достигнет необходимого тока.

 

Трансформатор взаимной индуктивности

Взаимная индуктивность или коэффициент связи трансформатора является мерой эффективности передачи энергии от первичной обмотки к вторичной (см. рис. 5).

 

Рис. 5. Взаимная индуктивность двух катушек зависит от их расположения и ориентации.

При идеальной передаче мощности коэффициент связи равен 1. При отсутствии передачи мощности коэффициент связи равен 0. Коэффициент связи зависит от конструкции трансформатора. Наиболее важным фактором является положение каждой катушки по отношению к другой. Если катушки намотаны друг на друга и каждая линия потока от первичной обмотки пересекает виток вторичной обмотки, то коэффициент связи очень близок к 1.Если какой-либо поток теряется, то коэффициент связи меньше 1. Коэффициент связи типовых трансформаторов колеблется от 0,95 до 0,99 в зависимости от конструкции и назначения.

Трансформеры: их основы и принципы

Трансформатор считается сердцевиной системы переменного тока. В современных системах распределения электроэнергии трансформаторы используются для повышения уровней напряжения в электрической цепи, и в то же время они используются для снижения потерь в линиях электропередач при передаче.

В этой статье давайте познакомимся с основами и принципами работы трансформаторов, которые делают их ценными и полезными компонентами наших электрических систем сегодня.

Знакомство с трансформатором  

Основной функцией трансформатора является передача мощности от одной цепи к другой без изменения уровня частоты энергии посредством электромагнитной индукции. Наиболее очевидным и практичным применением электрического трансформатора является распределение электроэнергии.Он широко используется для увеличения (повышения) и понижения (понижения) напряжения по мере необходимости как в коммерческих, так и в бытовых целях.

Базовая конструкция трансформатора  

Трансформатор представляет собой статическое устройство, не имеющее движущихся частей. Трансформаторы состоят из трех основных компонентов: 

Часть первичной обмотки трансформатора

Это компонент, создающий магнитный поток при подключении к источнику питания.

Магнитопровод трансформатора

Поскольку компонент первичной обмотки создает магнитный поток, он будет проходить через магнитный сердечник трансформатора, конструкция которого имеет низкое сопротивление для создания замкнутой магнитной цепи.

Часть вторичной обмотки трансформатора

После прохождения через сердечник магнитный поток, созданный в первичной обмотке, в конечном итоге соединится со вторичной обмоткой. Вторичная обмотка также намотана на тот же сердечник и обеспечивает требуемую мощность трансформатора.

Как работает трансформатор?  

Трансформаторы

предназначены для повышения или понижения уровней напряжения между электрическими цепями. Принцип работы трансформаторов прост и зависит от закона электромагнитной индукции Фарадея, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая ЭДС или электродвижущую силу.

Этот простой принцип трансформатора сделал возможным переменный ток. В то время, когда система постоянного тока использовалась для передачи электроэнергии, передача энергии на большие расстояния была практически невозможна из-за потерь мощности в линиях по мере увеличения расстояния.В результате станции постоянного тока приходится размещать повсюду. Переменный ток решил этот вопрос, а без трансформатора это было бы невозможно.

Основные характеристики трансформатора, которые делают его предпочтительным в электротехнической промышленности, следующие: 

  • Жесткая конструкция и высокая прочность
  • Стойкость к коррозии и истиранию  
  • Бесшумные операции
  • Простой и удобный дизайн 
  • Низкие эксплуатационные расходы 
  • Сверхмощный

Различные типы трансформаторов  

Трансформаторы

бывают самых разных видов в зависимости от их назначения, например, для распределения электроэнергии, генерации и передачи, а также для использования.Как правило, они классифицируются в соответствии с уровнями напряжения, расположением обмоток, используемой средой сердечника, приложениями и местами установки, среди прочего.

Из всех различных типов трансформаторы, основанные на использовании напряжения, в настоящее время используются чаще всего для множества приложений. Кроме того, они подразделяются на два основных типа: 

  1. Повышающий трансформатор

Трансформатор вырабатывает повышенное электрическое напряжение, подаваемое на первичную обмотку вторичной обмотки, что может быть достигнуто за счет увеличения количества витков вторичной обмотки по сравнению с первичной обмоткой.С точки зрения использования на электростанциях этот тип используется в качестве соединительного трансформатора генератора к сети.

2. Понижающий трансформатор

Эти трансформаторы производят пониженное значение напряжения, подаваемого на первичную обмотку на вторичной обмотке. В распределительных сетях эти типы трансформаторов обычно используются для преобразования напряжения сети высокого уровня в напряжение низкого уровня для использования в бытовых приборах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.