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

Содержание

Принципы работы силовых трансформаторов

  1. Главная
  2. Электрические машины
  3. Силовые трансформаторы

Трансформатор нужен для преобразования электрической энергии одного напряжения к электрической энергии другого напряжения. Используется для повышения или понижения напряжения. Нет разницы в понижении или повышении, так как трансформатор является обратимой электрической машиной (возможно преобразование электроэнергии как в большую, так и меньшую сторону). Однако производители выпускают их для определенных целей – или повышающим или понижающим трансом.

На электрической станции турбогенератором вырабатывается электроэнергия с генераторным напряжением, например 15кВ, далее она трансформируется повышающими трансформаторами (описываемые элементы обозначены на схеме) до напряжения линии электропередач (например, 35кВ, 110кВ, 220кВ, 330кВ, 750кВ). Далее по ЛЭП электроэнергия передается к потребителям и снижается через понижающие трансформаторы до величины 10, 6, 0,4кВ.

Зачем передачу электроэнергии делают на высокие напряжения? Это необходимо для снижения потерь электроэнергии, что достигается увеличением напряжения. Какие бывают трансформаторы

По назначению:

  • самыми распространенными являются силовые трансформаторы различных величин полной мощности, предназначенные для передачи и распространения электроэнергии
  • существуют силовые трансформаторы специального назначения – сварочные, печные
  • трансформаторы тока и напряжения (измерительные и релейные) тоже относятся к трансформаторам
  • испытательные трансформаторы – для подачи высокого напряжения для проверки прочности изоляции
  • а также радиотрансформаторы, импульсные трансформаторы, пик-трансформаторы

Трансформаторы подразделяются на разные виды в зависимости от числа обмоток на двухобмоточные и многообмоточные (одна первичная и одна или несколько вторичных обмоток).

В зависимости от числа фаз – однофазные, трехфазные, многофазные.

По способу охлаждения – масляные, сухие.

Принцип действия трансформатора

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Возьмем для примера двухобмоточный однофазный трансформатор. К первичной обмотке подключается источник переменного тока. Этот ток протекает по обмотке и создает переменный магнитный поток Ф, который пронизывает обмотки трансформатора и изменяясь наводит в них ЭДС. Так как обмотки имеют различное число витков, то и величина ЭДС будет в них различная.

В повышающих трансах вторичное напряжение будет больше первичного, а в понижающих – наоборот. К вторичной обмотке подключается нагрузка и возникает вторичный ток, созданный индуцируемой магнитным потоком ЭДС. Таким образом, в трансформаторе происходит передача электроэнергии из первичной обмотки с напряжением U1 и током I1 во вторичную обмотку с током I2 и напряжением U2 посредством магнитного потока.

Устройство трехфазного силового трансформатора

Основными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотка. Магнитопровод собирается из листов электротехнической стали толщиной 0,3-0,5мм. Изоляция листов представляет собой покрытие лаковой пленкой листа стали с обеих сторон. Магнитопровод разделяется на стержни и ярмо. Стержень это вертикальная часть магнитопровода, на которую насаживается обмотка. Ярмо – это горизонтальная часть, которая замыкает магнитный поток.

Трехфазные трансформаторы чаще всего выполняются с тремя стержнями (стержневой тип), на которых располагаются три обмотки. Соединение стержней и ярма бывает двух видов – стыковое и шихтованное. Стыковое соединение – ярмо и стержни крепятся соединительными деталями, при этом удобно снимать обмотки. При шихтованном соединении – ярмо и стержни собираются листами стали внахлест, в этом случае уменьшается магнитное сопротивление магнитопровода за счет уменьшения воздушного зазора. Также механическая прочность шихтованного соединения выше, чем у стыкового соединения.

Обмотки трансформатора выполняют из медного проводника круглого или квадратного сечения. Изоляцией выступает кабельная бумага или хлопчатобумажная пряжа.

Магнитопровод с баком заземляют, для безопасности на случай обрыва обмотки.

В масляных трансформаторах магнитопровод с обмоткой опускают в бак, залитый трансформаторным маслом. Масло отбирает тепло от обмоток. Характеристики масла выше, чем у воздуха, следовательно, габариты масляного трансформатора и сухого трансформатора одной мощности более выигрышны у масляного трансформатора.

При изменении климатических условий уровень масла может меняться. Происходит это не в баке трансформатора, а в специальном расширителе, который представляет собой сосуд на крышке бака, сообщающимся с ним.

При ненормальных режимах, таких как короткие замыкания, может изменяться давление масла, из-за выделения газов в масле. Для сброса этого давления на трансформаторах используют выхлопную трубу. На верхней части трубы находится стеклянная пластина. При повышении давления пластина разлетается, и давление выходит из трансформатора.

На мощных трансформаторах предусмотрено газовое реле. При повышении давления из-за выброса газов (например, при коротких замыканиях внутри трансформатора) происходит срабатывание реле и идет сигнал на отключение выключателя. После чего трансформатор отключается от сети.

Соединение обмоток с сетью происходит через ввода трансформатора. Они бывают различной конструкции: с главной изоляцией фарфоровой покрышки, конденсаторные проходные изоляторы, с бумажно-масляной, полимерной, элегазовой, маслобарьерной изоляцией.

В трансформаторах встречается возможность изменять число витков обмоток (группы соединения обмоток). Для этих целей используются ПБВ (переключатель числа витков без возбуждения) и РПН (регулирование числа витков под нагрузкой).

Включение трансформаторов на параллельную работу

Стоит отличать данный режим (1 на рисунке ниже - трансформаторы подключены к общим шинам как со стороны ВН, так и со стороны НН) от другого, когда подключение к общим шинам есть только с высокой стороны (2 на рисунке, совместная работа), то есть к секции 10кВ подключены два транса, а с низкой стороны каждый из них питает свою секцию 0,4кВ.

Если отключается один из Т (1 на рис.), то на втором происходит перегрузка, но все механизмы остаются в работе. Если же отключается один из трансов (2 на рис.) - то нагрузка либо отключается, либо переходит на резервный источник питания по АВР.

Ну и естественно расчет схем замещения для данных случаев будет разным:

  • 1 - складываем // сопротивления двигателей, затем складываем // иксы трансформаторов, а затем последовательно первое со вторым
  • 2 - суммируем ветви (двигатель плюс трансформатор), затем полученные иксы складываем параллельно

Далее буду рассматривать только схему под цифрой 1 на рисунке. Для чего же может применятся параллельная работа трансформаторов:

  • повышается надежность, так как при выходе из строя одного из трансов, потребитель не лишается энергии.
  • резервная мощность параллельно включенных трансформаторов будет больше, чем у одного большого
  • при сезонных снижениях нагрузки (зимой больше нагрузки, летом меньше) возможно отключение одного из нескольких. При этом будет обеспечен более экономичный режим работы, так как уменьшаться потери холостого хода

Все плюсы улетучиваются, если установлено два транса по причине нехватки мощности одного из-за роста нагрузки например.

Условия параллельной работы:

  • Равенство номинальных напряжений первичных и вторичных обмоток. Следовательно и одинаковое число витков первичных и вторичных обмоток для всех параллельно работающих трансформаторов. Так же перед включением необходимо проверять положения ПБВ и РПН. Если всё подобрано правильно то не должны возникать уравнительные токи. Они возникают из-за неравенства коэффициентов трансформации и текут даже в режиме холостого хода. Воспользовавшись схемой аналогичной схеме замещения ТТ, можно вывести формулу уравнительного тока:
  • В данной формуле U', U"; I', I" - напряжения и токи первого и второго;

    uk1, uk2 - напряжения короткого замыкания в процентах;

    Избавиться от уравнительного тока можно либо переключив устройства регулировки в нужное положение, либо, устроив ремонт, добиться одного числа намотанных витков.

  • Равенство напряжений короткого замыкания. Напряжение короткого замыкания - такое напряжение, которое необходимо подать в одну из обмоток при замкнутой второй, чтобы в обеих тек номинальный ток. Данное условие необходимо выполнять потому, что отношение uk пропорционально распределению нагрузок и токов.
  • Принадлежность к одной группе присоединения
  • Отношение максимальной мощности к минимальной параллельно работающих трансформаторов должно быть не более 3 к 1. Если отношение мощности будет больше трех, то перегрузка меньшего из Тр может быть больше допустимой и целесообразнее будет вообще его отключить.
  • По ГОСТ 11677-85 ни одна из обмоток не должна быть перегружена током больше допустимого для данной обмотки
  • Если имеется РПН, то окончание переключения ответвлений должно происходить практически одновременно у всей группы. Трансформаторы с РПН мощностью ниже 1000кВА не предназначены для параллельной работы
  • Число параллельно работающих трансформаторов выбирается исходя из условия наименьших суммарных потерь холостого хода и нагрузочных потерь всех машин.

Первичные и вторичные обмотки соединяются параллельно. При отключении одного, на втором Т возникает перегрузка, которая должна быть учтена при отстройке уставки МТЗ.

На // подключенных т мощностью 4 МВА и выше должна устанавливаться ДЗТ. Она производит быстрое и селективное срабатывание, отключая только поврежденное оборудование. В случае с МТЗ, при аварии со стороны НН могут отключиться оба трансформатора за счет равенства выдержек времени.

Для более глубокого погружения в данный вопрос рекомендую прочитать книгу Г.В. Алексенко - Параллельная работа трансформаторов и автотрансформаторов (Трансформаторы, вып. 17) - 1967 года.

Трансформаторы, устройство и принцип действия, назначение различных типов

Трансформатор это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования напряжения электрической энергии переменного тока. Основной принцип работы трансформатора состоит в использовании явления электромагнитной индукции.

К основным частям, из которых состоит трансформатор, относятся магнитный сердечник (магнитопровод) и намотанные на нём обмотки.

Принцип действия трансформатора напряжения заключается в следующем. Одна из обмоток подключается к источнику электрического напряжения. Эту обмотку называют первичной, она служит источником энергии, трансформируемой устройством.

Ток переменного направления, протекающий по первичной обмотке, создаёт знакопеременный магнитный поток в трансформаторном магнитопроводе.

Под воздействием магнитного потока сердечника во вторичных обмотках (их может быть несколько) наводится электродвижущая сила (ЭДС) индукции. Наведённая ЭДС индукции вызывает во вторичных обмотках появление некоторого напряжения, а при подключении к ним нагрузки — вторичного тока.

Форма магнитного трансформаторного сердечника может быть различной, главное условие — магнитный поток должен образовывать замкнутые контуры (один или несколько).

Наибольшее распространение получили следующие формы трансформаторных магнитопроводов:

  • Ш – образные;
  • П – образные;
  • тороидальные (по аналогии с предыдущими типами сердечников их можно назвать О – образными).

В процессе трансформации электрической энергии, часть её теряется вследствие наличия потерь. Трансформаторные потери подразделяются на две категории — потери в меди и в стали. Данные определения требуют разъяснения.

Потери в меди.

Под этим термином подразумеваются омические потери при протекании токов в обмотках трансформаторов. Теряемая в обмотках энергия уходит на их нагрев.

Интересный факт. Нередко встречаются трансформаторы, обмотки которых выполнены из алюминиевых проводников. Теряемую в таких обмотках мощность логично было бы назвать «потери в алюминии», однако такой термин не употребляется. Словосочетание «потери в меди» вероятно можно отнести к профессиональному жаргону.

Потери в стали.

Данный вид теряемой мощности состоит из двух компонентов:

  • потери, возникающие вследствие образования в сердечнике вихревых токов;
  • мощность, затрачиваемая на перемагничивание.

Вихревые токи (токи Фуко) возникают в любом электропроводящем материале под воздействием переменного магнитного поля. Трансформаторный сердечник, являющийся проводником, не является исключением.

Для уменьшения влияния вихревых токов, магнитопроводы трансформаторов обычно изготавливают не цельными изделиями, а набираются из тонких пластин специальной электротехнической стали. Каждая пластина перед сборкой покрывается электроизоляционным лаком.

Такая технология позволяет избежать возникновения глобальных вихревых токов по всей толщине сердечника, что значительно снижает потери энергии и соответственно, нагрев магнитопровода.

ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОКОВ ФУКО

Для того чтобы оценить масштабы энергии, которая может выделяться при протекании вихревых токов, полезно вспомнить принцип работы индукционных плавильных печей. В ёмкость печи, выполненную из огнеупорной керамики, помещают лом стали, чугуна или железную руду.

Плавильная ёмкость окружена мощной спиральной обмоткой, по которой пропускается ток высокой частоты. Содержимое ёмкости в данном случае играет роль магнитного сердечника.

Под воздействием возникающих вихревых токов происходит интенсивный разогрев и расплавление загруженного железосодержащего материала. Электроплавильное производство относится к одному из самых энергоёмких.

Потери на перемагничивание обусловлены следующими факторами:

1. Макроструктура магнитных материалов имеет зернистый характер. Образование структурных зёрен происходит на стадии застывания расплавленного металлического сплава вследствие возникновения множества очагов кристаллизации.

2. В результате образуются зёрна структуры, которые представляют собой монокристаллические образования — домены. Каждый домен магнитного материала имеет некоторое результирующее направление вектора магнитной индукции.

При отсутствии внешнего магнитного поля векторы индукции доменов направлены хаотически. Но если поместить такой материал в магнитное поле, векторы доменов становятся однонаправленными.

Применительно к процессу трансформации происходит следующее. Ток первичной обмотки создаёт в сердечнике магнитное поле, направление индукции которого меняется с частотой 50 герц (при подключении к обычной электросети).

С такой же частотой происходит переориентация векторов магнитной индукции доменов магнитопровода. Энергия, затрачиваемая на циклическое перемагничивание, выделяется в виде тепла, нагреваемого сердечник.

Энергию, затраченную на перемагничивание сердечника, называют также потерями на гистерезис. Величина этих потерь зависит от свойств материала трансформаторного сердечника, а если более конкретно, от вида их кривой намагничивания — петли гистерезиса.

Наименьшими потерями характеризуются магнитомягкие материалы — электротехническая сталь и пермаллой, которые и используются при изготовлении трансформаторных магнитопроводов.

ВИДЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

В зависимости от специфических функций, выполняемых трансформаторами, они подразделяются на несколько основных типов:

  • силовые, предназначенные для трансформации мощности;
  • измерительные, к которым относятся трансформаторы тока и напряжения;
  • разделительные, служащие для разделения электрических цепей.

Силовые трансформаторы используются на электрических станциях, в распределительных сетях и в точках потребления электроэнергии. Основная их функция — трансформирование передаваемой электрической энергии с одной ступени напряжения в другую.

Смысл смены ступеней напряжения заключается в том, что выработка, транспортировка и потребление электрической энергии происходит на разных уровнях напряжения.

Мощные турбогенераторы электрических станций вырабатывают электроэнергию напряжением 20 кВ. Передача энергии на большие расстояния осуществляется по воздушным линиям (ЛЭП), имеющим напряжение сотни киловольт — 110, 220, 500 кВ.

Более высокое напряжение (750 и 1150 кВ) применяется реже ввиду дороговизны оборудования и ряда технических сложностей. Повышение напряжения транспортировки электроэнергии позволяет снизить её потери.

Потребляется же большая часть электричества с напряжением 0,4 кВ. Максимальное напряжение конечных электрических устройств составляет не более нескольких киловольт. К таким устройствам относятся высоковольтные приводные двигатели мощных производственных механизмов, тяговые двигатели электровозов, питающихся от контактных электрических сетей.

Таким образом, электрическая энергия на своём пути от её производства до поступления к конечному потребителю несколько раз изменяет уровень напряжения. Эту работу выполняют силовые трансформаторы, установленные на электрических станциях и подстанциях распределительных сетей.

Измерительные трансформаторы используются в цепях измерения, защиты и контроля. Устройства этого типа осуществляют преобразование первичных значений тока и напряжения в пропорциональные им вторичные величины, необходимые для работы измерительных приборов, устройств защиты и автоматики.

Преобразование токовых величин осуществляется трансформаторами тока, для контроля уровня напряжения служат трансформаторы напряжения. Измерительные трансформаторы относятся к средствам измерений и подлежат периодической метрологической поверке, так же как все измерительные приборы.

Разделительные трансформаторы используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить гальваническую развязку между отдельными участками электросетей.

Необходимость такого разделения может диктоваться требованиями электробезопасности. Например, таким способом осуществляется питание некоторых видов медицинского оборудования. В данном случае используется одно из основных свойств, присущих трансформатору — отсутствие гальванической связи между его обмотками.

  *  *  *


© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Принцип действия трансформатора - устройство и назначение, схема конструкции

Трансформатор – это электрическая статическая машина, предназначаемая для изменения характеристик напряжения или тока. Название говорящее – трансформировать – значит преобразовывать. Впрочем, трансформации подвергаются только силовые характеристики тока, частота и форма при этом не изменяются.

Состоит эта машина из нескольких основных частей:

  1. Корпус или магнитопровод – представляет собой сердечник из металлических пластинок, плотно сжатых между собой, изготавливаются из мягкой трансформаторной стали, а в отдельных случаях, из специального состава ферромагнетика.
  2. Первичной обмотки – катушка, размещенная на магнитопроводе, по ней пропускается ток, характеристики которого нужно изменить;
  3. Вторичная обмотка – также катушка, но с проводами других характеристик, в которой индуцируется ток с другими, заранее рассчитанными параметрами.

Принцип работы и область применения

В электромагнитную схему трансформатора входят две обмотки и замкнутый сердечник, выполняемый из трансформаторных листовых материалов. Ток, проходящий по первичной катушке, возбуждает в сердечнике электромагнитную индукцию.

Пересекая провода вторичной катушки, она индуцирует в ней ток, соответствующий параметрам вторичной обмотки. Таких катушек может быть несколько с разными характеристиками (количество витков, сечение провода, материал), соответственно и результат индукции будет различным.

Трансформаторы используются в энергообеспечении народного хозяйства в различных областях:

  1. Для передачи и преобразования электроэнергии:
    • Передача электроэнергии на далекие расстояния и ее разделение между пользователями. Передача электричества по сетям непосредственно после генерации связана с большими его потерями. Генераторы дают напряжение 6-24 кВ, а передача, во избежание потерь, осуществляется при напряжении от 110 до 750 кВ. Для получения таких характеристик применяются повышающие трансформаторы.
    • Когда электроэнергия по ЛЭП доходит до потребителя, она поступает на понижающие трансформаторные станции, где производится понижение напряжения и мощности в соответствии с потребностями для группы потребителей, а затем распределяется на другие трансформаторные подстанции, например, районного значения. Дальнейшее распределение энергии зависит от потребности того или иного объекта или их группы.
  2. Для правильного включения вентилей в преобразователях, что позволяет согласовать величину напряжения на выходах и входах устройства. Их название – преобразовательные.
  3. Для выполнения различных операций технологических процессов, например – сварки, в электролизных производствах, в обеспечении работы электросталеплавильных агрегатов и других.
  4. Обеспечение работы схем и приборов радиоаппаратуры, электроники, средств связи, бытового электрооборудования и многого прочего.
  5. Для подключения электроизмерительных приборов и отдельных аппаратов (реле, коммандеры и др.) в цепи высокого напряжения для обеспечения измерений и электробезопасности объектов. Такие трансформаторы образуют отдельный класс – измерительные.

Устройство

Магнитная схема

Сердечник трансформатора

Конфигурация магнитной схемы разделяет эти устройства на три класса:

  • тороидальные;
  • броневые;
  • стержневые;

Стержень представляет собой ту часть магнитопровода, на которой размещены обмотки, остальная часть называется «ярмо». В виде стержневых изготавливаются трансформаторы большой и средней мощности.

Это связано также с более простой схемой охлаждения такой машины. Магнитопроводы обычно производятся из листовой электротехнической стали толщиной 0,25-0,5 мм. Листовые детали соединяются между собой электротехническим изолирующим лаком. Это делается для уменьшения влияния вихревых токов на работу магнитопровода.

Маломощные и микротрансформаторы обычно производят броневыми, поскольку они в изготовлении дешевле стержневых из-за меньшего числа катушек и технологичности изготовления.

Одним из преимуществ тороидальных трансформаторов является магнитная схема без зазоров. Этим обусловлено низкое магнитное сопротивление магнитопровода таких преобразователей.

Обмотки

Чем ближе расположены обмотки по отношению друг к другу, тем надежнее магнитная связь между ними. Поэтому их принято наматывать одну поверх другой. Такие катушки называются концентрическими.

В зависимости от конструкции, обмотки могут быть расположены последовательно. Эти называются дисковыми. Исполнение зависит от особенностей трансформатора и его назначения.

Мощные статические машины выделяют много тепла и нуждаются в интенсивном охлаждении.

Виды преобразователей

Силовой трансформатор

Предназначается для изменения параметров потока электричества в сетях, используемых для потребления. Необходимость их использования связана с потребностью понижения мощности (до 760 кВ) подводящих сетей в потребительскую мощность городского хозяйства (220/380 В). Силовой преобразователь переменного тока предназначается для изменения силы тока прямым воздействием в сети.

Автотрансформатор

Отличен от предыдущего тем, что обмотки в нем соединяются не только через индукционные потоки, но и непосредственно одна с другой. Вторичная обмотка имеет несколько выводов (но не менее трех), подключение к ним в различных комбинациях ведет к получению различного напряжения.

Преимуществом такой конструкции является повышенный КПД устройства, потому что изменению подвергается только часть энергии. Это эффективно при небольшом различии напряжений на входе и выходе.

Несовершенство этих устройств состоит в том, что между обмотками нет изоляции. Применение оправдано при надежном заземлении в сетях до 115 кВ и небольшим коэффициентом трансформации – в пределах 3-4 раз. Габаритные размеры магнитопровода и обмоток у таких машин меньше, следовательно, они экономичнее в производстве.

Трансформатор напряжения

Этот вид преобразователя питается от соответствующего источника. Применяется обычно для изменения высокого напряжения на пониженное в цепях автоматики или релейной защиты. Использование связано с необходимостью ограждения низковольтных участков схем от повышенного напряжения.

Трансформаторы тока

Здесь первичная катушка получает питание от источника тока. Применяется для понижения тока в устройствах релейной защиты и измерителях. Вместе с тем, производится гальваническая развязка. Как правило, ток на вторичной катушке составляет величину 1А или 5А.

Первичную катушку включают в одну цепь с нагружением, подлежащем контролю, а к вторичной катушке подключаются приборы контроля, либо релейные устройства. Идеальный режим работы вторичной обмотки близок к короткому замыканию. Если происходит замыкание вторичной катушки, возникающее напряжение настолько велико, что повреждает подключенные к ней элементы.

Разделительные трансформаторы

Обмотки таких машин не связаны между собой. Такие преобразователи применяются для улучшения условий безопасности функционирования сетей при замыкании, срабатывает гальваническая развязка.

Импульсные преобразователи

Предназначаются для реформирования сигналов в виде коротких (до 10 миллисекунд) импульсов с максимальным сохранением их формы. В основном применяется для передачи импульсов, характерных прямоугольной формой. Как правило, главное требование к этому преобразователю – передача кратковременного импульса в максимально сохраненной форме, при этом, изменение его амплитуды и полярности несущественно.

Согласующие трансформаторы

Используются при согласовании нагрузок различных участков с максимальным сохранением формы сигнала. Вместе с тем, использование такого преобразователя дает гальваническую развязку разных участков электронных схем.

Пик-трансформатор

Машина, обеспечивающая изменение синусоидальных напряжений в импульсные. При этом, происходит изменение полярности в каждом полупериоде.

Сдвоенный дроссель

Конструктивно выполняется в виде преобразователя с одинаковыми обмотками. Учитывая индуктивное влияние катушек друг на друга, он заметно эффективнее обычного дросселя. Распространены как входные фильтры БП блоков питания в звуковых схемах.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

назначение и зачем нужен, устройство и принцип работы, различные виды

Электромагнитные статические устройства используются для создания и применения магнитного поля. Случаев, зачем нужен трансформатор в электронных, электрических цепях и радиотехнике, существует много. Устройство оснащено индуктивными обмотками, взаимно связанными на магнитопроводе. Сеть способствует возникновению переменного поля, а трансформатор с помощью электромагнитной индукции придает току постоянные значения без изменения частоты.

 

Определение и назначение

Для питания приборов нужны напряжения различных характеристик. Трансформатор — это конструкция для использования индукционной работы магнитного поля. Ленточные или проволочные катушки, объединенные общим потоком, понижают или увеличивают напряжение. В телевизоре применяется 5 В для работы транзисторов и микросхем, питание кинескопа требует нескольких киловольт при использовании каскадного генератора.

Изолированные обмотки располагаются на сердечнике из спонтанно намагниченного материала с определенным значением напряженности. Старые агрегаты использовали существующую частоту сети, около 60 Гц. В современных схемах питания электроприборов применяют импульсные трансформаторы с высокой частотой. Переменное напряжение выпрямляется и преобразовывается при помощи генератора в величину с заданными параметрами.

Напряжение стабилизируется благодаря управляющей установке с импульсно-широтной модуляцией. Высокочастотные всплески передаются трансформатору, на выходе получают стабильные показатели. Массивность и тяжесть приборов прошлых лет сменяется легкостью и небольшими размерами. Линейные показатели агрегата пропорциональны мощности в отношении 1:4, для уменьшения габаритов устройства увеличивается частота тока.

Массивные приборы используют в схемах электроснабжения, если требуется создать минимальный уровень рассеяния помех с высокой частотой, например при обеспечении качественного звука.

Устройство и принцип работы

Производитель выбирает базовые правила функционирования агрегата, но это не влияет на надежность эксплуатации. Отличаются концепции процессом изготовления. Принцип действия трансформатора основывается на двух положениях:

  • изменяющееся движение направленных носителей заряда создает переменное магнитное силовое поле;
  • влияние на силовой поток, передаваемый через катушку, продуцирует электродвижущую силу и индукцию.

Устройство состоит из следующих частей:

  • магнитный привод;
  • катушки или обмотки;
  • основа для расположения витков;
  • изолирующий материал;
  • охладительная система;
  • другие элементы крепления, доступа, защиты.

Работа трансформатора осуществляется по виду конструкции и сочетания сердечника и обмоток. В стержневом типе проводник заключен в обмотках, его трудно рассмотреть. Витки спирали видны, просматривается верх и низ сердечника, ось располагается вертикально. Материал, из чего состоит виток, должен хорошо проводить электричество.

В изделиях броневого типа стержень скрывает большую часть оборотов, он ставится горизонтально или отвесно. Тороидальная конструкция трансформаторов предусматривает расположение на магнитопроводе двух независимых обмоток без электрической связи между собой.

Магнитная система

Выполняется из легированной трансформаторной стали, феррита, пермаллоя с сохранением геометрической формы для продуцирования магнитного поля агрегата. Проводник конструируется из пластин, лент, подков, его изготавливают на прессе. Часть, на которой располагается обмотка, называются стержнем. Ярмо — это элемент без витков, выполняющий замыкания цепи.

Принцип действия трансформатора зависит от схемы стоек, которая бывает:

  • плоская — оси ярм и сердечников находятся в единой плоскости;
  • пространственная — продольные элементы устраиваются в разных поверхностях;
  • симметричная — одинаковые по форме, размеру и конструкции проводники расположены ко всем ярмам аналогично другим;
  • несимметричная — отдельные стойки отличаются по виду, габаритам и ставятся в разных положениях.

Если предполагается, что через обмотку, которую называют первичной, протекает постоянный ток, то магнитный провод делают разомкнутым. В остальных случаях сердечник закрытый, он служит для замыкания силовых линий.

Обмотки

Делают в виде совокупности витков, устраиваемых на проводниках квадратного сечения. Форма используется для эффективной работы и повышения коэффициента заполнения в окне магнитопровода. Если требуется увеличить сечение сердечника, то его выполняют в виде двух параллельных элементов, чтобы уменьшить возникновение вихревых токов. Каждый такой проводник называется жилой.

Стержень оборачивается бумагой, покрывается эмалевым лаком. Иногда два сердечника, расположенных параллельно, заключают в общую изоляцию, комплект называется кабелем. Обмотки различают по назначению:

  • основные — к ним подводится переменный ток, выходит преобразованный электроток;
  • регулирующие — в них предусмотрены отводы для трансформации напряжения при невысокой силе тока;
  • вспомогательные — служат для снабжения своей сети с мощностью меньше номинального показателя трансформатора и подмагничивания схемы постоянным током.

Способы обкручивания:

  • рядовая обмотка — обороты делают в направлении оси по всей длине проводника, последующие витки наматывают плотно, без промежутков;
  • винтовое обматывание — многослойная обвивка с просветами между кольцами или заходом на соседние элементы;
  • дисковая накрутка — спиральный ряд выполняется последовательно, в круге обвивание производится в радиальном порядке по внутреннему и наружному направлению;
  • фольговая спираль ставится из алюминиевого и медного широкого листа, толщина которого колеблется в пределах 0,1-2 мм.

Условные обозначения

Чтобы удобно читалась схема трансформатора, есть специальные знаки. Сердечник вычерчивается толстой линией, цифра 1 показывает первичную обмотку, вторичные витки обозначаются цифрами 2 и 3.

В некоторых схемах линия сердечника аналогична по толщине черте полуокружностей обвивки. Обозначение материала стержня различается:

  • магнитопровод из феррита чертят толстой линией;
  • стальной сердечник с магнитным зазором рисуют тонкой чертой с разрывом в середине;
  • ось из намагниченного диэлектрика обозначают тонким пунктиром;
  • медный стержень имеет на схеме вид узкой линии с условным обозначением материала по таблице Менделеева.

Для выделения катушечного вывода применяют жирные точки, обозначение мгновеннодействующей индукции одинаково. Используется для обозначения промежуточных агрегатов в каскадных генераторах для показания противофазности. Ставят точки, если требуется установить полярность при сборке и направление расположения обмоток. Число витков в первичной обмотке определяется условно, как не нормируется и количество полуокружностей, пропорциональность есть, но строго не соблюдается.

Основные характеристики

Холостой режим применяется при разомкнутом вторичном контуре трансформатора, в нем отсутствует напряжение. Ток проходит по первичной обвивке, возникает реактивное намагничивание. При помощи холостой работы определяют КПД, показатель трансформации и потери в сердечнике.

Функционирование под нагрузкой подразумевает подключение источника питания к первичной цепи, где протекает суммарный ток функционирования и холостого хода. Нагрузка подсоединяется к вторичному контуру трансформатора. Этот режим является распространенным.

Фаза короткого замыкания возникает, если сопротивление вторичной спирали составляет единственную нагрузку. В этом режиме определяются потери на нагревание катушки в цепи. Параметры трансформаторов учитываются в системе замещения прибора с помощью установки сопротивления.

Отношением потребляемой и отдаваемой мощности определяется коэффициент полезного действия трансформатора.

Область применения

Бытовые приборы имеют контакт с заземлением посредством нейтрального провода. Одновременное касание потребителем тока фазы и нулевой цепи ведет к замыканию контура и травме. Подключение через разделительный трансформатор позволяет обезопасить человека, т. к. вторичная обмотка не контактирует с землей.

Импульсные агрегаты используются при передаче прямоугольного толчка и трансформации коротких сигналов при нагрузке. На выходе изменяется полярность и амплитуда тока, но остается неизменным напряжение.

Измерительное оборудование постоянного тока является магнитным усилителем. Изменять переменное напряжение помогает направленное движение электронов небольшой мощности. Выпрямитель поставляет постоянную энергию и зависит от значений входного электричества.

Силовые агрегаты широко используются в генераторах тока малой величины, мощности, показатели в дизелях имеют средние значения. Трансформаторы монтируют последовательно с нагрузкой, прибор подключается к источнику первичной обмоткой, вторичный контур выдает преобразованную энергию. Значение выходного тока прямо пропорционально нагрузке. Используется оборудование с 3 магнитными стержнями, если генератор трехфазного тока.

Инвертирующие агрегаты имеют транзисторы одинаковой проводимости и на выходе усиливают только часть сигнала. Для полного преобразования напряжения импульс подается на оба транзистора.

Согласующее оборудование используют для подсоединения к электронным приборам с высоким сопротивлением на входе и выходе нагрузки с низким показателем прохождения электричества. Агрегаты полезны в высокочастотных линиях, где разница величин ведет к потерям энергии.

Типы трансформаторов

От номинального значения тока в первичном и вторичном контуре зависит классификация трансформаторов. В распространенных видах показатель находится в пределах 1-5 А.

Разделительный агрегат не предусматривает связь обеих спиралей. Оборудование обеспечивает гальваническую развязку, т. е. передачу импульса бесконтактным способом. Без нее протекающий между цепями ток ограничивается только сопротивлением, которое не принимается во внимание из-за малого значения.

Согласующий трансформатор обеспечивает согласование различных показателей сопротивления для минимизации искажения формы импульса на выходе. Служит для организации гальванической развязки.

Прежде чем выяснить, какие бывают трансформаторы силового направления, отмечают, что их выпускают для работы с сетями большой мощности. Приборы переменного тока изменяют показатели энергии в приемных установках и работают в местах с большой пропускной способностью и скоростью изменения электроэнергии.

Вращающий трансформатор не следует путать с вращающимся оборудованием — машиной для преобразования угла поворота в напряжение цепи, где эффективность зависит от частоты вращения. Прибор передает электроимпульс на подвижные части техники, например на головку видеомагнитофона. Двойной сердечник с отдельными обмотками, одна из которых поворачивается вокруг другой.

Масляный агрегат использует охлаждение катушек специальным трансформаторным маслом. Имеют магнитопровод замкнутого типа. В отличие от воздушных видов могут взаимодействовать с сетями большой мощности.

Сварочные трансформаторы для оптимизации работы оборудования, понижения напряжения и создания тока высокой частоты. Это происходит из-за изменения индуктивного сопротивления или показателей холостого хода. Ступенчатое регулирование выполняется компоновкой электрообмотки на проводниках.

Принцип действия трансформатора - назначение, устройство и классификация

Принцип действия:

  1. В устройстве существуют 2 обмотки, их называют первичной и вторичной. К внешнему источнику подключается только первичная обмотка, тогда как вторичная обмотка предназначена для снятия напряжения.
  2. Включая в электросеть первичную обвивку, в магнитопроводе создаётся магнитное поле (переменное) от первичной обмотки, в результате чего образуется ток вторичной обмотки, если его замкнуть через приёмник.
  3. Синхронно в первичной обвивке образуется нагрузочный ток.
  4. Отсюда происходит трансформирование электрической энергии, когда первичная сеть передаёт её вторичной. В результате, приёмник получит ту величину, на которую рассчитан прибор.

схема работы

Явление взаимной индукции, является основой работы трансформатора:

  1. Чтобы улучшить магнитную связь 2 обмоток, они укладываются на магнитопровод стальной структуры.
  2. В свою очередь, делается изоляция не только между ними, но и с магнитопроводом.
  3. Каждая обмотка имеет свою маркировку. Если обмотка с высоким напряжением, её обозначают (ВН), низким – (НН).
  4. Первичная обмотка подключается к электросети, вторичная – к приёмнику.

Напряжение на обвивках имеют различную величину, и от того в каких целях будет применяться устройство, зависит величина на обвивках:

  1. Повышающий трансформатор будет иметь меньше напряжение на первичной обвивке, чем на второй.
  2. Понижающий прибор, в точности всё наоборот.

Использование их различно:

  1. На больших расстояниях используются повышающие приборы.
  2. Если надо распределить электроэнергию потребителям – понижающие.

Существуют приборы с 3 обмотками, когда надо получить не только высокое и низкое напряжение, но и среднюю величину (СН).

Обвивки такого устройства также изолированы друг от друга и имеют подключение от электроэнергии одной обвивкой, когда 2 другие подсоединяются к разным приёмникам:

  1. Обвивки имеют форму цилиндра и выполняются намоткой медного провода, имеющего круглое сечение для малых токов.
  2. Для тока большой величины используются шины с прямоугольным сечением.
  3. На сердечник магнитопровода делается обвивка для малого напряжения, так как она легко изолируется, по сравнению с обвивкой высокого номинала.
  4. Сам сердечник исполняется круглой формы, если обвивка в форме цилиндра. Это делается для уменьшения немагнитных зазоров, и уменьшить длину витков обвивок. Отсюда уменьшится и масса меди на заданную площадь сечения круглого магнитопровода.
  5. Круглый стержень проходит сложный процесс сборки из стальных листов. И чтобы упростить задачу, в устройствах с большим напряжением используются стержни со ступенчатым поперечным сечением, когда их число достигает всего 17 штук.
  6. В мощных агрегатах устанавливаются дополнительные вентиляционные каналы, для охлаждения магнитопровода. Это достигается расположением их перпендикулярно и параллельно поверхности листов из стали.
  7. В менее мощных устройствах сердечник выполняется с прямоугольным сечением.

Назначение и типы

трехфазный трансформатор

Трансформатор, можно назвать преобразователем одной величины напряжения или тока в другую.

Они могут быть:

  • трёхфазными;
  • однофазными;
  • понижающими;
  • повышающими;
  • измерительными и т.д.;

Назначение прибора: передаёт и распределяет электроэнергию заказчику.

В приборе есть активные компоненты: обвивка и сердечник магнитопоровода. В свою очередь, сердечник может быть стержневым и броневым. Для них используется холоднокатаная горячекатаная электротехническая сталь.

Обвивку используют непрерывную, винтовую, цилиндрическую, дисковую.

Среди современных изделий можно отметить следующие:

  • тороидальные;
  • броневые;
  • стержневые;

Они имеют характеристики похожие друг с другом, с высокой надёжностью. Единственное, что их различает – это способ изготовления.

В стержневом варианте, обвивка наматывается вокруг сердечника, тогда как в броневом типе идёт включение в сердечник. Поэтому, в стержневом типе, обвивку можно увидеть и располагается она только горизонтально, а в броневом, она скрыта, но может быть, как горизонтально, так и вертикально размещена.

Какой бы тип мы не рассматривали, у него имеются 3 компонента:

  • система охлаждения;
  • обвивка;
  • магнитопровод;

За счёт приборов удаётся значительно повысить напряжённость, идущую с электрических станций, на дальние расстояния, при этом, потери энергии будут минимальные по проводам. На основании вышеизложенного, можно использовать провода на линиях передач, с меньшей площадью сечения.

Потребителю также можно уменьшать потребление энергии с высоковольтных линий до номинальных значений (380, 220, 127 В).

Область применения и виды

трансформатор в телевизоре

Бытовые трансформаторы защищают технику при перепадах напряжения.

Поэтому применяют их в следующих приборах:

  • в освещении;
  • осциллографах;
  • телевизорах;
  • радиоприёмниках;
  • измерительных устройствах и т.д;

Сварочные экземпляры, разделяющие силовую и сварочную сеть, активно используются при сварке и электротермических конструкциях, где успешно понижают величину напряжения до обязательных номиналов.

В энергосети используются масляные агрегаты, где напряжённость 6 и 10 кВ.

Многие автоматические конструкции используют трансформаторы, где напряжение на обвивках несуидальное.

Виды:

  1. Вращающийся. Передача сигнала ведётся на объекты, которые вращаются. Например, видеомагнитофон, где передача сигнала ведётся на барабан узла магнитной головки. Здесь существуют 2 половины магнитопровода и вращение их происходит с минимальным зазором в отношении друг друга. На основании этого, реализуется большая скорость оборотов, в контактном способе сигнала достичь такого эффекта не считается возможным.
  2. Пик-трансформатор. В этом варианте происходит преобразование синусоидального напряжения в сплески, имеющие пикообразную форму. Активно используются в управлении тиристоров, а также электронных и полупроводниковых устройств.
  3. Согласующий. Принимает участие в согласовании сопротивлений в разных промежутках электронной схемы, при этом, форма сигнала искажается минимально. Синхронно обеспечивается гальваническая развязка между зонами схем.
  4. Разделительный. Здесь 2 обмотки не соединены между собой электрически. Такая схема даёт возможность повысить безопасность электрических сетей. Когда происходит случайное одновременное прикосновение к токоведущей части и земли, выдаётся гальваническая развязка электрической цепи.
  5. Импульсный. В этом варианте преобразуются импульсные сигналы за очень короткий промежуток времени (десятки микросекунд), при этом, искривление конфигурации импульса минимально.
  6. По напряжению. Здесь происходит конверсия большого напряжения в низкую величину. Этот вариант позволяет изолировать измерительные и логические цепи от большого напряжения.
  7. По току. В этом типе измеряются цепи с большим током. Например, в конструкциях релейных щитов электроэнергетических систем. Поэтому, применяются достаточно жёсткие требования к точности.
  8. Автотрансформатор. В этом типе соединение 2 обмоток ведётся напрямую. В результате, создаётся электрическая и электромагнитная связь, чем объясняется высокий КПД этого вида. Недостатком такого устройства, можно назвать отсутствие изоляции, то есть не существует гальваническая развязка.
  9. Силовой. Этот вариант используется при изменяемом токе и преобразует электрическую энергию в установках и электросетях. Широко применяется этот тип на линиях ЛЭП с высокой напряжённостью (35-750 кВ), городских электрических сетях (10 и 6 кВ).
  10. Сдвоенный дроссель. Наличие 2 равных обвивок, даёт возможность получить более результативный дроссель, чем обычный. Их используют на вводе фильтра в блоке питания, а также в звуковом оборудовании.
  11. Трансфлюксор. Оставшаяся намагниченность магнитного провода имеет большую величину, что позволяет использовать его для сохранения сведений.

Немного из истории

Изобретение трансформаторов начиналось ещё в 1876 году, великим русским учёным П.Н. Яблоковым. Тогда его изделие не имело замкнутого сердечника, который появился значительно позже – 1884 год. И с появлением прибора учёные активно стали интересоваться переменным током.

Например, уже в 1889 году, М.О. Доливо-Добровольским (русским электротехником) была предложена трёхфазная система переменного тока. Им был построен первый 3-х фазный асинхронный двигатель и трансформатор.

Уже через пару лет, электромеханик предоставил свои работы на выставке, где произошла презентация трёхфазной высоковольтной линии, имеющую протяженность 175 км, где успешно повышалась и понижалась электроэнергия.

Немного позже, пришла очередь масляным агрегатам, так как масло не только оказалось хорошим изолятором, но и прекрасной охлаждающей средой.

В 20 столетии появились изделия более компактные и экономичные. Производителями продукции являлись иностранные фирмы. На настоящий момент, выпуском продукции занимаются и отечественные фирмы.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

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.

Устройство и принцип действия понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор предназначен для преобразования переменного тока и может использоваться самостоятельно либо в составе различного электрооборудования (фильтры, линейные источники питания, ИБП и пр.). Группа компаний «Штиль» осуществляет производство и продажу такого высокотехнологичного электротехнического оборудования. Мы предлагаем тороидальные автотрансформаторы с номинальным напряжением вторичной обмотки в 100, 110 и 120 В. Предприятие также предлагает влагозащищённую продукцию (залитую компаундом) мощностью до 1600 ВА.

 

Конструкция и основные типы понижающих трансформаторов

Представленное устройство состоит из нескольких обмоток (две и более), которые наматываются на сердечник, изготовленный из ферромагнитного материала. Различают следующие типы приборов:

  • стержневые,
  • броневые,
  • тороидальные.

Они имеют похожие технические характеристики, однако отличаются способами изготовления. Устройство, состоящее только из одной обмотки, называют автотрансформатором. Вне зависимости от типа, в состав прибора входят три функциональные части:

  • система охлаждения,
  • обмотки (первичная и вторичная),
  • магнитопровод (магнитная система трансформатора).

Важнейшими номинальными показателями трансформатора являются:

  • первичный и вторичный ток;
  • первичное и вторичное напряжение;
  • вторичная полная (номинальная) мощность.

Принцип действия понижающего трансформатора

Принцип работы оборудования основан на явлении электромагнитной индукции, которое также называют законом Фарадея. Первичная обмотка трансформатора получает электропитание от внешнего источника. Переменный ток, проходя через эту обмотку, создаёт магнитное поле в магнитопроводе. Возбуждается электродвижущая сила (ЭДС), приводящая к появлению тока во вторичной обмотке, с которой напряжение снимается.

Коэффициент трансформации определяется из соотношения первичного напряжения к вторичному, и приблизительно равен отношению числа витков первичной и вторичной обмотки. Следовательно, при понижении напряжения в несколько раз во столько же раз повышается сила тока (и наоборот). В данном случае неизбежны потери энергии и выделение тепла в железном сердечнике и обмотках, однако в современной электротехнической продукции эти потери редко превышают 2–3 %.

Если у вас возникла потребность в таком оборудовании, рекомендуем купить понижающий трансформатор «Штиль». Мы осуществляем производство подобной электротехнической продукции с 1994 года.

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. 1 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 в противоположном направлении , 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 остальные характеристики трансформаторов как устройств с двухпортовой схемой (см. Раздел 8.6). Суммируя:

Отношение напряжений катушек в идеальном трансформаторе равно отношению витков со знаком, определяемым относительными направлениями 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

Трансформатор

, принцип его работы, особенности конструкции и меры безопасности

Что такое трансформатор? Принцип работы, аспекты функционального дизайна и меры безопасности

Что такое трансформатор?

Трансформатор - это статическое электрическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую, используя принципы электромагнитной индукции, увеличивая или уменьшая входное напряжение и ток.

Передача электроэнергии на огромные расстояния от электростанций в отдаленные районы цивилизации стала возможной только благодаря «трансформатору ».

Как следует из названия, трансформатор фактически преобразует потенциальную величину источника электроэнергии, что в конечном итоге увеличивает поток мощности в линиях передачи и снижает потери мощности. Трансформаторы - это экономичные, прочные и эффективные статические машины.

Принцип работы:

Трансформатор является чисто устройством переменного тока , так как он работает по принципу взаимной индукции .Закон электромагнитной индукции Фарадея - основная движущая сила трансформатора.

Функционально трансформатор имеет две катушки, обычно известные как первичная обмотка и вторичная обмотка .

Первичная обмотка

Первичная катушка или Первичная обмотка относится к входной катушке , а входная электрическая мощность подключается к первичным клеммам. Изменение синусоидального электрического источника создает магнитное поле вокруг катушки.Поскольку сигнал источника выполняет электрический SMH с определенной частотой, магнитное поле имеет тенденцию иметь такой же отклик.

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка катушка или Вторичная обмотка относится к выходной катушке. Вторичная катушка расположена рядом с первичной обмоткой , которая испытывает изменяющийся магнитный поток и, следовательно, индуцирует напряжение. Это индуцированное напряжение является выходным напряжением трансформатора .

Подробнее об идеальном трансформаторе и его характеристиках

Взаимная индукция

Явление создания наведенной ЭДС (электродвижущей силы) во вторичной обмотке по отношению к изменяющемуся току в первичной обмотке известно как взаимная индукция .

Поток мощности через трансформатор осуществляется не через электрические соединения, а через магнитную муфту , использующую идею взаимной индукции .

Помимо основного принципа, большинство исследований, связанных с трансформатором, направлены на повышение его эффективности, эргономики, эксплуатации и безопасности. Трансформаторы - это большие устройства, поэтому коммунальные предприятия принимают особые меры для обеспечения их работоспособности.

Дизайн:

Чтобы понять конструкцию любого трансформатора , мы должны четко понимать факторы, влияющие на КПД трансформатора. Поскольку каждая машина рассчитана на максимальную эффективность .

КПД

В случае трансформатора, разница между мощностью входящего и внешнего потока определяет эффективность. Давайте посмотрим на общее уравнение индукции. Здесь ε - это индуцированная ЭДС, а - изменяющееся магнитное поле во времени.

Чтобы увеличить изменение магнитного поля, мы должны увеличить частоту питания. Но, конечно, частота питания имеет верхний предел 50 или 60 Гц.

Таким образом, в случае трансформатора скорость изменения магнитного потока не оказывает существенного влияния на его эффективность.

Кроме того, магнитный поток в трансформаторе всегда постоянный независимо от рабочей нагрузки, пока его напряжение и частота постоянны. По этой причине трансформаторы рассчитаны на фиксированную частоту .

Среда для магнитного потока

Более того, поток магнитных линий от первичной обмотки к вторичной является ключевым фактором в конструкции трансформатора.Если обе обмотки соединены по воздуху, большое количество энергии будет потребляться в воздушном зазоре , потому что воздух имеет очень низкую проницаемость магнитного потока . Итак, ферромагнитные материалы с высокой проницаемостью используются в качестве связующей среды между обеими обмотками. Такая связь называется « Core » трансформатора, как показано ниже.

Как выбрать ферромагнитный материал для сердечника

Следующая загадка, которую нужно решить: « как выбрать ферромагнитный материал для сердечника? »Ответ кроется в явлении, которое называется« потеря гистерезиса ».

Как упоминалось ранее, вход первичной обмотки - переменный ток. Таким образом, когда полярность питания меняется, диполи из ферромагнитного материала также меняют ориентацию и смещаются на 180 ° . Энергия, затрачиваемая на изменение полярности этих диполей, называется потерей гистерезиса . Чтобы минимизировать эти потери, мы используем сердечник из кремнистой стали (приведен на рисунке ниже). Уменьшение потерь на гистерезис трансформатора снижает рассеивание мощности в виде тепла, тем самым повышая эффективность.

Учет потерь на вихревые токи

Следующим фактором, который необходимо учесть при проектировании, являются потери « на вихревые токи ». Использование хорошего ферромагнитного материала в качестве сердечника для магнитной связи обмотки вызывает еще одну проблему. Поскольку сердечник находится под влиянием изменяющегося магнитного поля, в сердечнике также индуцируется ЭДС .

Поскольку сердечник электрически является коротким путем, индукция ЭДС вызовет ток, который называется Вихревой ток .Этот текущий поток производит тепло согласно

.

H = i 2 Rt

Чтобы решить эту проблему при проектировании трансформатора, мы обращаемся к основному закону Ома.

В = ИК

Чтобы уменьшить вихревой ток через замкнутый контур сердечника из кремнистой стали, мы должны увеличить его сопротивление достаточно высоко, чтобы трансформатор работал в устойчивых тепловых пределах. Чтобы увеличить электрическое сопротивление сердечника, не влияя на его проницаемость, мы снова обратимся к основной концепции: ρ постоянно, поскольку мы не можем изменить материал сердечника.Однако мы можем изменить его , геометрию . Уменьшаем площадь жилы ( А ). Этот процесс называется ламинирование стержней .

Вместо сплошного сердечника мы разделяем его на небольшие листы и ламинируем их синтетической эпоксидной смолой . Это только увеличивает электрическое сопротивление сердечника, не влияя на проницаемость, что значительно снижает потери на вихревые токи.

Учет прочих убытков

В совокупности вышеупомянутые факторы называются Потери в стали трансформатора, другие потери называются Потери в меди и паразитные потери .Потери в меди зависят от нагрузки, поэтому силовые трансформаторы спроектированы таким образом, чтобы иметь максимальный КПД при полной нагрузке, поскольку максимум кривой КПД расположен там, где потери в железе и сердечнике одинаковы. Однако распределительные трансформаторы имеют максимальный КПД около 50 ~ 70% полной нагрузки.

Это только основные требования к конструкции любого трансформатора, все остальные конструктивные особенности зависят от условий эксплуатации.

Аспекты функционального дизайна:
Рабочее напряжение Трансформаторы

могут быть рассчитаны на широкий диапазон рабочего напряжения , от нескольких вольт до нескольких киловольт.

На основе рабочих напряжений в трансформаторах учтены два конструктивных аспекта: изоляция и повышающая или понижающая функция .

Чем выше и выше рабочее напряжение, тем больше и больше потребуется изоляции для изоляции частей с высоким потенциалом от заземленных частей. В основном пропитанная маслом целлюлозная бумага используется для изоляции обмоток . Окрашенные изоляционные вводы из керамики или стекла используются для изоляции выводов.

Индукция напряжения на вторичной катушке является функцией отношения витков обмоток, поэтому для достижения номинального расчетного напряжения обеспечивается подходящее отношение витков крыла. Обмотка низкого напряжения размещается рядом с сердечником, а обмотка высокого напряжения размещается над ним концентрично для повышения уровня изоляции обмотки HV .

Фиксированное выходное напряжение

Так как входное напряжение не всегда постоянно. Это зависит от многих переменных, таких как время года, тип передачи , конструкция энергосистемы, частота и тип неисправностей , процент загрузки и разгрузки системы и т. Д.

Поскольку входное напряжение может изменяться, может изменяться и выходное напряжение, поскольку они зависят друг от друга и передаточного числа.

Чтобы получить фиксированный выход независимо от колебаний на входе, мы используем устройство РПН в конструкции трансформатора. Система переключения ответвлений изменяет коэффициент передачи по отношению к выходному напряжению. Устройство РПН может быть разработано для работы ONLOAD или OFFLOAD . Система РПН показана на рисунке ниже.

В основном он подключается к обмотке высокого напряжения для уменьшения электрических дуг во время работы.

Система охлаждения

Как мы уже говорили, поток энергии вызывает огромное количество тепла. Таким образом, система охлаждения также является важным аспектом конструкции трансформатора.

Выработка тепла в трансформаторе зависит от его номинала МВА (мега вольт-ампер) . Поэтому трансформаторы с низким номиналом - это только с воздушным охлаждением и, следовательно, называются трансформаторы сухого типа . Примеры приведены на рисунке ниже:

Но в трансформаторах с высоким номиналом МВА и воздушного охлаждения недостаточно, потому что воздух имеет очень низкий коэффициент конвективной теплопередачи.Так, для охлаждения таких трансформаторов используется масло . Сердечник и обмотки помещены в металлический резервуар, наполненный маслом. Это масло может перекачиваться в теплообменник или течь через естественную разницу плотностей через охлаждающие ребра. это можно увидеть на рис. ниже:

На основе охлаждения трансформатор может быть ONAN (масло природный воздух естественный), ONAF (масло естественное воздушное давление) или OFAF (масло силы воздуха).

Основная конструкция

Дизайн ядра - это еще и функциональный аспект.Трансформаторы имеют в основном двух типов сердечников ( сердечника и оболочки ). Это зависит от фаз и магнитопровода трансформатора.

Рабочие переменные:
  • Электрические характеристики Рабочие переменные трансформатора: субпереходный импеданс , переходный импеданс , импеданс нулевой последовательности , импеданс короткого замыкания , номинальное значение МВА и первичный / вторичный потенциал .
  • Насыщение сердечника также является серьезной проблемой во время работы, потому что за пределами точки перегиба насыщения сердечника трансформатор потребляет в 4-5 раз больше тока на единицу приращения величины магнитного потока в сердечнике, следовательно, выделяет много тепла и может повредить обмотки . Поскольку насыщение сердечника пропорционально V / f , эти два параметра сохраняются как можно более постоянными.
  • Подключения могут быть выполнены в соответствии с требованиями пользователя, такими как delta , star , Scott-T и т. Д.
  • Коэффициент мощности не рассматривается как переменная в режиме преобразования, поскольку коэффициент мощности трансформатора сильно зависит от его нагрузки.
  • Автотрансформаторы , используемые в большинстве сварочных установок, аналогичны по конструкции и принципу с небольшими регулировками соединения ответвлений .
  • Также широко используются измерительные трансформаторы
  • CT s, PT s, CVT s, LVDT s и т. Д. Все имеют одинаковый принцип работы с различными модификациями конструкции для обслуживания определенной цели.

Подробнее о: трансформатор и его работа, характеристики и применение

Меры предосторожности и защиты:

Состояние трансформатора пропорционально состоянию его изоляционного материала.

Отопление:

Одной из основных проблем с состоянием трансформатора является нагрев . Поскольку при нагревании целлюлозной бумаги образуется CO 2 , CO , озон и соединения кислот , которые могут дополнительно вызвать повреждение масла и привести к серьезным проблемам с частичным разрядом.

Как избежать нагрева?

Чтобы избежать подобных ситуаций с трансформатором Transformer , в конструкцию включены определенные меры безопасности.

Реле Бухгольца

Реле Бухгольца - одно из них. Он срабатывает, когда температура и тепловое расширение масла достигают определенного предела и изолируют трансформатор.

Силикагель

Силикагель - гигроскопичный материал, поглощающий влагу (воду) из окружающей среды.

Горячее масло в трансформаторе охлаждается воздухом, проходящим через сапун. Гигроскопический Силикагель используется для улавливания влаги из воздуха, попадающего в резервуар через сапун.

Удары молнии

Изоляция трансформатора также может быть повреждена из-за чрезмерного потенциального давления, такого как переключение и удар молнии во время грозы.

Как защититься от молнии?

Для защиты трансформатора от ударов молнии на первичных и вторичных фидерах размещены соответствующие разрядники .Ограничители перенапряжения изготовлены из карбида цинка и обеспечивают очень минимальное сопротивление между токоведущими частями и землей при возникновении ударов высокого напряжения.

Вы также можете прочитать:

Что такое трансформатор? Строительство, работа, типы и применение

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

Что такое трансформатор?
  • Как следует из названия, трансформатор передает электроэнергию от одной электрической цепи к другой электрической цепи.Это не меняет ценности власти.
  • Трансформатор не изменяет частоту цепи во время работы.
  • Трансформатор работает по принципу электрического тока, т.е. взаимной индукции.
  • Трансформатор работает, когда обе цепи действуют за счет взаимной индукции.
  • Трансформатор не может повышать или понижать уровень постоянного напряжения или постоянного тока.
  • A Трансформатор только повышает или понижает уровень переменного напряжения или переменного тока.
  • Трансформатор не изменяет значение магнитного потока.
  • Трансформатор не работает от постоянного напряжения.

Без трансформаторов электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях, вероятно, будет недостаточно для подачи энергии в город. Представьте себе, что трансформаторов нет. Как вы думаете, сколько электростанций необходимо установить, чтобы обеспечить город энергией? Создать электростанцию ​​непросто. Это дорого.

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

Когда количество витков вторичной катушки больше, чем количество витков первичной обмотки, такой трансформатор известен как повышающий трансформатор.

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

Конструкция трансформатора (детали трансформатора)
Детали трансформатора 9058 сброс давления 905 9058 7 25 ручка смены
1 Клапан масляного фильтра 17 Клапан слива масла
2 Консерватор Втулка домкрата
3 Реле Бухгольца 19 Стопор
4 Клапан масляного фильтра 20 Болт фундамента
5 Клемма заземления
6 Высоковольтная втулка 22 Подставка
7 Низковольтная втулка 23 Катушка
Прижимная пластина змеевика
9 BCT Клемма Сердечник
10 Бак 26 Клеммная коробка для защитных устройств
11 Устройство РПН 27 Паспортная табличка
28 Циферблатный термометр
13 Крепление для сердечника и катушки 29 Радиатор
14 Подъемный крюк для сердечника и катушки 30 905 15 Концевая рама 31 Подъемный крюк
16 Болт давления змеевика 32 Датчик уровня масла шкального типа

Принцип работы трансформатора 9 статический устройство (и не содержит вращающихся частей, следовательно, нет потерь на трение), которые преобразуют электрические Калибровка мощности от одной цепи к другой без изменения ее частоты.Он повышает (или понижает) уровень переменного напряжения и тока.

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

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

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

Обмотка (катушка), подключенная к более высокому напряжению, известна как обмотка высокого напряжения, а обмотка, подключенная к низкому напряжению, известна как обмотка низкого напряжения.В случае повышающего трансформатора первичная катушка (обмотка) является обмоткой низкого напряжения, количество витков вторичной обмотки больше, чем у первичной. И наоборот, для понижающего трансформатора.

Как объяснялось ранее, ЭДС вызывается только изменением величины магнитного потока.

Когда первичная обмотка подключена к сети переменного тока, через нее протекает ток. Поскольку обмотка соединяется с сердечником, ток, протекающий через обмотку, создает переменный поток в сердечнике.ЭДС индуцируется во вторичной катушке, поскольку переменный поток связывает две обмотки. Частота наведенной ЭДС такая же, как у магнитного потока или подаваемого напряжения.

Таким образом (изменение магнитного потока) энергия передается от первичной катушки ко вторичной посредством электромагнитной индукции без изменения частоты напряжения, подаваемого на трансформатор. Во время этого процесса в первичной катушке создается самоиндуцированная ЭДС, которая противодействует приложенному напряжению.Самоиндуцированная ЭДС известна как обратная ЭДС.

Ограничения трансформатора

Чтобы понять основные моменты, мы должны обсудить некоторые основные термины, относящиеся к работе трансформатора. Итак, давайте ненадолго вернемся к основам.

Трансформатор - это машина переменного тока, повышающая или понижающая переменное напряжение или ток. Однако трансформатор, являющийся машиной переменного тока, не может повышать или понижать постоянное напряжение или постоянный ток. Хотя это звучит немного странно. Вы можете подумать: «А разве нет трансформаторов постоянного тока?»

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

Похожие сообщения:

Правило правой руки Флеминга

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

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

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

В случае питания постоянного тока Частота равна нулю . Когда вы прикладываете напряжение к чисто индуктивной цепи, то согласно

X L = 2 π f L

Где:

  • X L = индуктивное реактивное сопротивление
  • L = индуктивность
  • f = Частота

, если мы положим частоту = 0, то общее X L (индуктивное реактивное сопротивление) также будет равно нулю.

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

Если мы положим индуктивное реактивное сопротивление равным 0, тогда ток будет бесконечным (короткое замыкание)…

Итак, если мы подадим постоянное напряжение на чистую индуктивную цепь, цепь может начать дымить и гореть.

Таким образом, трансформаторы не могут повышать или понижать напряжение постоянного тока. Кроме того, в таких случаях в первичной катушке не будет самоиндуцированной ЭДС, что возможно только с изменяющейся магнитной связкой для противодействия приложенному напряжению.Сопротивление первичной обмотки низкое, и поэтому сильный ток, протекающий через нее, приведет к сгоранию первичной обмотки из-за чрезмерного нагрева, производимого током.

Также прочтите: При каких условиях питание постоянного тока безопасно подается на первичную обмотку трансформатора?

Типы трансформаторов

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

Типы трансформаторов на основе их фаз
  1. Однофазный трансформатор
  2. Трехфазный трансформатор
Типы трансформаторов на основе конструкции сердечника
  • Тип сердечника Трансформатор
  • Трансформатор типа оболочки
  • Ягодный тип Трансформатор
Типы трансформаторов на основе его сердечника
  • Трансформатор с воздушным сердечником
  • Трансформатор с ферромагнитным / железным сердечником
Типы трансформаторов на основе его использования
  • Большой силовой трансформатор
  • Распределительный трансформатор
  • Трансформатор малой мощности
  • Трансформатор сигнального освещения
  • Трансформатор управления и сигнализации
  • Трансформатор газоразрядной лампы
  • Трансформатор звонка колокола
  • Инструментальный трансформатор
  • Трансформатор постоянного тока
  • Серийный трансформатор fo r Уличное освещение

Сообщение по теме: Разница между силовыми и распределительными трансформаторами?

Типы трансформаторов на основе изоляции и охлаждения
  • Трансформатор с воздушным охлаждением или сухого типа
  • Сухой тип с воздушным воздушным охлаждением
  • Масляный, самоохлаждаемый (OISC) или ONAN (натуральное масло, естественное воздушное масло)
  • Погруженный в масло, сочетание самоохлаждения и воздушного обдува (ONAN)
  • Погруженный в масло, с водяным охлаждением (OW)
  • Погруженный в масло, с принудительным масляным охлаждением
  • Погруженный в масло, сочетание самоохлаждаемого и водяного охлаждения (ONAN + OW)
  • Масло с принудительным воздушным охлаждением (OFAC)
  • Масляное принудительное с водяным охлаждением (FOWC)
  • Масляное принудительное с принудительным охлаждением (OFAN)
Типы измерительных трансформаторов

Связанная публикация: Защита силового трансформатора и неисправности

Использование и применение трансформатора

Использование и применение трансформатора уже обсуждалось в этой предыдущей публикации.

Преимущества трехфазного трансформатора перед однофазным трансформатором

Прочтите преимущества и недостатки однофазного и трехфазного трансформатора здесь.

Связанные сообщения:

Трансформатор: принцип работы

ТРАНСФОРМАТОР

Принцип работы

Трансформатор передает электрическую энергию от одного устройства через индуктивно связанный провод.Изменяющийся ток в первой или первичной обмотке создает изменяющийся магнитный поток в сердечнике трансформатора и, таким образом, изменяющееся магнитное поле во вторичной обмотке. Это изменяющееся магнитное поле индуцирует изменяющуюся электродвижущую силу, ЭДС или напряжение во вторичной обмотке. Этот эффект называется взаимной индукцией.

Если нагрузка подключена ко вторичной обмотке, электрический ток будет течь во вторичной обмотке, а электрическая энергия будет передаваться от первичной цепи через трансформатор к нагрузке.В идеальном трансформаторе индуцированное напряжение во вторичной обмотке пропорционально первичному напряжению и определяется отношением числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки следующим образом:

При соответствующем выборе соотношения витков трансформатор, таким образом, позволяет «повышать» напряжение переменного тока (AC), делая больше, или «понижать», делая меньше чем.

Основной принцип

Конструкция


Ламинированные стальные сердечники

Трансформаторы, используемые на мощных или звуковых частотах, обычно имеют сердечники из стали с высокой проницаемостью.Сталь имеет проницаемость, во много раз превышающую проницаемость свободного пространства, и сердечник, таким образом, служит для значительного уменьшения тока намагничивания и ограничения потока на пути, который плотно соединяет обмотки. Первые разработчики трансформаторов вскоре поняли, что сердечники, изготовленные из твердого железа, приводят к недопустимым потерям на вихревые токи, и их конструкции смягчали этот эффект с помощью сердечников, состоящих из пучков изолированных железных проводов. Более поздние конструкции сконструировали сердечник путем наложения слоев тонких стальных пластин, принцип, который до сих пор используется.Каждая пластина изолирована от соседей тонким непроводящим слоем изоляции. Уравнение универсального трансформатора указывает минимальную площадь поперечного сечения сердечника, чтобы избежать насыщения.

Эффект расслоения заключается в ограничении вихревых токов высокоэллиптическими путями, которые охватывают небольшой поток, и, таким образом, уменьшают их величину. Более тонкие листы уменьшают потери, но их строительство более трудоемко и дорого. Тонкие пластинки обычно используются в высокочастотных трансформаторах, а некоторые типы очень тонких стальных пластин могут работать на частотах до 10 кГц.


Одна общая конструкция ламинированного сердечника состоит из чередующихся стопок стальных листов Е-образной формы, покрытых фасонными деталями, что привело к его названию «трансформатор EI». Такая конструкция имеет тенденцию демонстрировать больше потерь, но он очень экономичен в производстве. Резаный сердечник или С-образный сердечник изготавливается путем наматывания стальной полосы вокруг прямоугольной формы и последующего соединения слоев вместе. Затем ее разрезают на две части, образуя две С-образные формы, и стержень собирается. путем связывания двух половинок C вместе стальным ремнем.Их преимущество в том, что поток всегда направлен параллельно зернам металла, что снижает сопротивление.

Постоянство стального сердечника означает, что он сохраняет статическое магнитное поле при отключении питания. Когда затем снова подается питание, остаточное поле вызовет сильный бросок тока до тех пор, пока эффект остаточного магнетизма не уменьшится, обычно после нескольких циклов приложенного переменного тока. Необходимо выбрать устройства защиты от сверхтоков, такие как плавкие предохранители, чтобы обеспечить прохождение этого безвредного броска тока.На трансформаторах, подключенных к длинным воздушным линиям электропередачи, индуцированные токи из-за геомагнитных возмущений во время солнечных бурь могут вызвать насыщение сердечника и срабатывание устройств защиты трансформатора.

Распределительные трансформаторы могут достигать низких потерь холостого хода за счет использования сердечников, сделанных из кремнистой стали с низкими потерями и высокой проницаемостью или из металлического сплава (некристаллического). Более высокая начальная стоимость материала сердечника компенсируется в течение срока службы трансформатора меньшими потерями при малой нагрузке.

Твердые сердечники

Сердечники из порошкового железа используются в таких схемах, как импульсные источники питания, которые работают на частотах выше сетевых и до нескольких десятков килогерц. Эти материалы сочетают в себе высокую магнитную проницаемость и удельное объемное электрическое сопротивление. Для частот, выходящих за пределы диапазона VHF, распространены сердечники, изготовленные из непроводящих магнитных керамических материалов, называемых ферритами. Некоторые радиочастотные трансформаторы также имеют подвижные сердечники (иногда называемые `` заглушками ''), которые позволяют регулировать коэффициент связи (и полосу пропускания) настроенных радиочастотных цепей. Тороидальные трансформаторы построены вокруг кольцевого сердечника, который в зависимости от рабочей частоты , изготавливается из длинной полосы кремнистой стали или пермского сплава, намотанной в катушку, порошкового железа или феррита.Ленточная конструкция обеспечивает оптимальное выравнивание границ зерен, повышая эффективность трансформатора за счет уменьшения сопротивления сердечника. Форма замкнутого кольца устраняет воздушные зазоры, присущие конструкции сердечника E-I. [78] Поперечное сечение кольца обычно квадратное или прямоугольное, но доступны и более дорогие сердечники с круглым поперечным сечением. Первичная и вторичная обмотки часто наматываются концентрически, чтобы покрыть всю поверхность сердечника. Это сводит к минимуму необходимую длину провода, а также обеспечивает экранирование, чтобы минимизировать создание электромагнитного поля магнитным полем сердечника.

Тороидальные трансформаторы более эффективны, чем более дешевые ламинированные типы E-I при аналогичном уровне мощности. Другие преимущества по сравнению с типами EI включают меньший размер (около половины), меньший вес (около половины), меньший механический гул (что делает их лучше в усилителях звука), более низкое внешнее магнитное поле (около одной десятой), низкие потери без нагрузки ( что делает их более эффективными в резервных цепях), монтаж на одном болте и больший выбор форм. Основные недостатки - более высокая стоимость и ограниченная мощность (см. «Классификацию» выше).Из-за отсутствия остаточного зазора на магнитном пути тороидальные трансформаторы также имеют тенденцию демонстрировать более высокий пусковой ток по сравнению с ламинированными типами E-I.

Ферритовые тороидальные сердечники используются на более высоких частотах, обычно от нескольких десятков килогерц до сотен мегагерц, для уменьшения потерь, физических размеров и веса импульсного источника питания. Недостатком конструкции тороидального трансформатора является более высокая трудоемкость намотки. Это связано с тем, что необходимо пропускать всю длину обмотки катушки через отверстие сердечника каждый раз, когда к катушке добавляется один виток.Как следствие, редко встречаются тороидальные трансформаторы мощностью выше нескольких кВА. Небольшие распределительные трансформаторы могут достичь некоторых преимуществ тороидального сердечника, разделив его и заставив открыть, а затем вставив катушку, содержащую первичную и вторичную обмотки.

Воздушные сердечники

Физический сердечник не является абсолютным обязательным условием, и работающий трансформатор можно изготовить, просто разместив обмотки рядом друг с другом, так называемый трансформатор с воздушным сердечником .Воздух, который составляет магнитную цепь, по существу не имеет потерь, поэтому трансформатор с воздушным сердечником исключает потери из-за гистерезиса в материале сердечника. Индуктивность рассеяния неизбежно высока, что приводит к очень плохому регулированию, и поэтому такие конструкции не подходят для использования в распределительной сети. Однако они имеют очень широкую полосу пропускания и часто используются в радиочастотных приложениях, для которых удовлетворительный коэффициент связи поддерживается за счет тщательного перекрытия первичной и вторичной обмоток.Они также используются для резонансных трансформаторов, таких как катушки Тесла, где они могут достичь достаточно низких потерь, несмотря на высокую индуктивность рассеяния.

Обмотки


Проводящий материал, используемый для обмоток, зависит от области применения, но во всех случаях отдельные витки должны быть электрически изолированы друг от друга, чтобы ток проходил через каждый виток. Для маломощных и сигнальных трансформаторов, в которых малы токи и есть разность потенциалов между соседними витками.


Вид в разрезе обмоток трансформатора. Белый: изолятор. Зеленая спираль: кремнистая сталь с ориентированной зернистостью. Черный: Первичная обмотка из бескислородной меди. Красный: вторичная обмотка. Вверху слева: тороидальный трансформатор. Справа: C-core, но E-core будет аналогичным. Черные обмотки выполнены из пленки. Вверху: одинаково низкая емкость между всеми концами обеих обмоток. Поскольку большинство жил имеют как минимум умеренную проводимость, им также необходима изоляция. Внизу: самая низкая емкость на одном конце вторичной обмотки, необходимая для маломощных высоковольтных трансформаторов.Внизу слева: уменьшение утечки приведет к увеличению емкости.

В силовых трансформаторах большой мощности также используются многожильные проводники, поскольку даже при низких частотах мощности в противном случае в сильноточных обмотках могло бы существовать неравномерное распределение тока. Каждая жила индивидуально изолирована, и жилы расположены так, что в определенных точках обмотки или по всей обмотке каждая часть занимает разные относительные положения в проводнике в целом. Перестановка выравнивает ток, протекающий в каждой жилке проводника, и снижает потери на вихревые токи в самой обмотке.Многожильный провод также более гибкий, чем сплошной провод аналогичного размера, что облегчает производство.

Для сигнальных трансформаторов обмотки могут быть расположены таким образом, чтобы минимизировать индуктивность рассеяния и паразитную емкость для улучшения высокочастотной характеристики. Это можно сделать, разделив каждую катушку на секции, и эти секции будут размещены слоями между секциями другой обмотки. Это известно как многослойная обмотка или перемежающаяся обмотка.

Силовые трансформаторы часто имеют внутренние соединения или ответвления в промежуточных точках обмотки, обычно на стороне обмотки с более высоким напряжением, для целей регулирования напряжения.Такие отводы обычно управляются вручную, автоматические переключатели ответвлений под нагрузкой зарезервированы из соображений стоимости и надежности для более мощных или специализированных трансформаторов, питающих цепи передачи или распределения или определенные нагрузки, такие как печные трансформаторы. Преобразователи звуковой частоты, используемые для передачи звука на громкоговорители громкоговорителей, имеют ответвители, позволяющие регулировать импеданс каждого динамика. Центр часто используется в выходном каскаде усилителя мощности звука в двухтактной схеме.Трансформаторы модуляции в передатчиках AM очень похожи. Обмотки некоторых трансформаторов защищены эпоксидной смолой. Пропитав трансформатор эпоксидной смолой в вакууме, можно заменить воздушные пространства внутри обмоток эпоксидной смолой, тем самым герметизируя обмотки и помогая предотвратить возможное образование короны и поглощение грязи или воды. Это позволяет производить трансформаторы, более подходящие для влажной или грязной среды, но с более высокой стоимостью производства.

Охлаждение


Масляный силовой трансформатор в разрезе.Консерватор (резервуар) наверху обеспечивает изоляцию нефти от атмосферы. Ребра охлаждения стенок бака обеспечивают необходимый баланс рассеивания тепла.

Хотя сегодня маслонаполненные трансформаторы нередко эксплуатируются более пятидесяти лет из-за высоких температур и повреждают изоляцию обмотки, общепринятое практическое правило состоит в том, что ожидаемый срок службы трансформатора сокращается вдвое на каждые 8 ​​градусов Цельсия. Рабочая Температура. В нижней части диапазона номинальной мощности сухие трансформаторы и трансформаторы, погруженные в жидкость, часто имеют самоохлаждение за счет естественной конвекции и рассеивания тепла излучением.По мере увеличения номинальной мощности трансформаторы часто охлаждаются такими другими средствами, как принудительное воздушное охлаждение, принудительное масляное охлаждение, водяное охлаждение или их комбинации. Диалектическая охлаждающая жидкость, используемая во многих наружных коммунальных и промышленных трансформаторах, представляет собой трансформаторное масло, которое охлаждает и изолирует обмотки. Трансформаторное масло - это минеральное масло высокой степени очистки, которое по своей сути способствует термической стабилизации изоляции проводника обмотки, обычно бумажной, в пределах допустимых температурных ограничений изоляции.Однако проблема отвода тепла является центральной для всего электрического оборудования, так что в случае дорогостоящих трансформаторов это часто приводит к необходимости контролировать, моделировать, прогнозировать и управлять температурными условиями изоляции проводов обмотки и масла при различных, возможно, сложных, условия силовой нагрузки. Внутренние трансформаторы, заполненные жидкостью, требуют строительных норм во многих юрисдикциях либо для использования негорючей жидкости, либо для размещения в огнестойких помещениях. Сухие трансформаторы с воздушным охлаждением предпочтительнее для использования внутри помещений даже при номинальной мощности, когда конструкция с масляным охлаждением была бы более экономичной, поскольку их стоимость компенсируется сниженной стоимостью строительства здания.

Масляный бак часто имеет радиаторы, через которые масло циркулирует за счет естественной конвекции. В некоторых больших трансформаторах используются вентиляторы или насосы с электрическим приводом для принудительного воздушного или масляного охлаждения или водяного охлаждения на основе теплообменника. Трансформаторы, заполненные маслом, подвергаются длительным процессам сушки, чтобы гарантировать полное отсутствие воды в трансформаторе перед подачей охлаждающего масла. Это помогает предотвратить электрический пробой под нагрузкой. Масляные трансформаторы могут быть оснащены реле Бухгольца, которые обнаруживают газ, выделяющийся во время внутренней дуги, и быстро обесточивают трансформатор, чтобы предотвратить катастрофический отказ.Масляные трансформаторы могут выйти из строя, разорваться и сгореть, что приведет к отключению электроэнергии и потерям. Установки маслонаполненных трансформаторов обычно включают меры противопожарной защиты, такие как стены, удержание масла и спринклерные системы пожаротушения.

Сушка изоляции

Конструкция маслонаполненных трансформаторов требует, чтобы изоляция, покрывающая обмотки, была тщательно высушена перед введением масла. Есть несколько разных методов сушки.Общим для всех является то, что они проводятся в условиях вакуума. Вакуум затрудняет передачу энергии (тепла) изоляции. Для этого есть несколько разных методов. Традиционная сушка осуществляется путем циркуляции горячего воздуха над активной частью и циклической сушки с периодами сушки в вакууме горячим воздухом (HAV). Для более крупных трансформаторов чаще всего используется испаренный растворитель, который конденсируется на более холодной активной части. Преимущество состоит в том, что весь процесс можно проводить при более низком давлении и без влияния добавленного кислорода.Этот процесс обычно называют сушкой в ​​паровой фазе (VPD).

Для распределительных трансформаторов, которые меньше по размеру и имеют меньший вес изоляции, можно использовать резистивный нагрев. Это метод, при котором в обмотки вводят ток для нагрева изоляции. Преимущество заключается в том, что обогревом можно очень хорошо управлять, и он является энергоэффективным. Этот метод называется низкочастотным нагревом (LFH), поскольку ток подается с гораздо более низкой частотой, чем номинальная частота сети, которая обычно составляет 50 или 60 Гц.Более низкая частота снижает влияние индуктивности в трансформаторе, поэтому напряжение, необходимое для индукции тока, может быть уменьшено. Метод сушки LFH также используется для обслуживания старых трансформаторов.

Клеммы

Провода очень маленьких трансформаторов будут подключены непосредственно к концам катушек и выведены к основанию блока для подключения цепей. Более крупные трансформаторы могут иметь тяжелые болтовые клеммы, шины или высоковольтные изоляционные вводы из полимеров или фарфора.Большой ввод может иметь сложную конструкцию, поскольку он должен обеспечивать тщательный контроль градиента электрического поля, не допуская утечки масла из трансформатора.

Электротрансформатор - Устройство, работа и виды

Эта статья поможет вам разобраться в основных понятиях электрических трансформаторов или силовых трансформаторов, их конструкции, принципе действия, проводимых на них испытаниях и их классификации.

Вы когда-нибудь задумывались, как электричество, произведенное в сельской местности, освещает ваш дом, питает вашу бытовую технику и электронные устройства, которые вы используете и носите? Как линии высокого напряжения, проходящие над головой, преобразуются в линии низкого напряжения и помогают вам смотреть прямые трансляции спортивных состязаний по телевизору? Оборудование, которое это делает, называется электрическим трансформатором.

Раньше Электроэнергия постоянного тока генерировалась и распределялась вблизи грузовых станций. Изобретение трансформатор привел к недавним достижениям в производстве электроэнергии, секторы передачи и распределения. Трансформаторы сделали массовую выработку электроэнергии возможна передача электроэнергии переменного тока на большие расстояния. Сегодня мощность передается на до 765 кВ с минимальными потерями мощности и более высоким КПД.

Что такое электрический трансформатор?

Электрический трансформатор или силовой трансформатор r - это часть оборудования, которая предназначена для изменения величины переменного напряжения в цепи без изменения частоты и с минимальными потерями мощности.Он используется для понижения и повышения напряжения. Энергия передается от его входной стороны к его выходной стороне в процессе электромагнитной индукции.

Используется для передачи мощность, произведенная в удаленном месте для потребителя, эффективно на необходимое напряжение. Трансформаторы доступны в различных размерах и номиналах от от тех огромных на подстанции к тем крошечным на электронной плате.

Самые ранние образцы разработанных ZBD высокоэффективных трансформаторов постоянного напряжения, изготовленные на заводе Ганца в 1885 году.Источник: Википедия

Принцип работы электротрансформаторов

Электрический трансформатор работает по принципу взаимной индуктивности и закона Фарадея электромагнитной индукции . Прохождение переменного тока через катушку создает переменное магнитное поле. Когда другая катушка контактирует с переменным магнитным полем, в этой катушке индуцируется напряжение. Согласно закону Фарадея величина индуцированного напряжения зависит от скорости изменения магнитного потока, соединяющего вторую катушку, и количества витков.

ε = -N dΦ / dt

В случае трансформаторов: Поскольку скорость изменения магнитного потока между катушками практически одинакова, индуцированное напряжение зависит от количества витков катушек.

Идеальный трансформатор

An Идеальный трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, намотанных вокруг два вертикальных плеча ядра. Когда переменное напряжение подается на первичная обмотка трансформатора, через нее протекает ток, что создает переменное магнитное поле и, следовательно, переменный магнитный поток.Величина создаваемого магнитного поля зависит от количества витков катушка. Этот магнитный поток индуцирует ЭДС во вторичной катушке. Нагрузка может быть подключен к вторичной обмотке, пропускающей ток.

Идеальный трансформатор - это воображаемый трансформатор, имеющий нулевые потери, бесконечную магнитную проницаемость и 100% КПД. Поскольку одинаковая величина магнитного потока связывает первичную и вторичную обмотки трансформатора, соотношение приложенного напряжения ( В первичной обмотки ) и индуцированного напряжения (В вторичной обмотки ) должно быть пропорционально отношению количества витков в первичной обмотке к количество витков (N первичной ) во вторичной обмотке (N вторичной ).

В первичный / V вторичный = N первичный / N вторичный

В Идеальный трансформатор, входная мощность равна выходной мощности.

В первичный / V вторичный = I вторичный / I первичный

В реальном трансформаторе , индуцируемое за один виток напряжение определяется следующим уравнением:

E / N = K.Φm.f

где K - константа, Φm - максимальное значение общего потока по Веберсу, связывающее это оборот, а f - частота питания в герцах.

Повышающий трансформатор

В повышающих трансформаторах вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная. Кроме того, напряжение на вторичной обмотке должно быть выше первичного напряжения (в зависимости от соотношения витков). Повышающие трансформаторы используются для увеличения напряжения передачи и уменьшения потерь при передаче. Их можно найти на генерирующих станциях и обычно называют силовыми трансформаторами.

Понижающий трансформатор

В понижающем трансформаторе количество витков на вторичной стороне трансформатора меньше, чем количество витков на первичной стороне и, следовательно, напряжение.Эти трансформаторы используются для понижения напряжения на распределительной стороне энергосистемы.

Коэффициент трансформации

Коэффициент «n» витков трансформатора - это число, обозначающее отношение количества витков проводника в первичной катушке к числу витков вторичной катушки. Коэффициент трансформации также известен как коэффициент трансформации напряжения. Это говорит о напряжении, доступном на вторичной стороне трансформатора для приложенного первичного напряжения.

N P - Число витков проводника в первичной обмотке.

В P - Приложенное первичное напряжение.

N S - Число витков проводника вторичной обмотки.

В S - Преобразованное напряжение, измеренное на вторичной обмотке.

Подробнее: Онлайн - Калькулятор коэффициента трансформации трансформатора

Строительство трансформатора

Независимо от типа конструкции, ниже представлены основные компоненты трансформатора.Узнайте больше о различных частях электрического трансформатора.

  • Сердечник
  • Обмотка
  • Изоляция
  • Консерватор
  • Трансформаторное масло (в масляных трансформаторах)
  • Реле Бухгольца

Ядро

Сердечник трансформатора - это часть, на которую намотаны первичная и вторичная обмотки. Это поддерживает обмотки, а также обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитный поток, связывающий первичную и вторичную обмотку.Он состоит из высоких Ламинирование проницаемой кремнистой стали для уменьшения потерь в сердечнике.

Обмотка

Электротрансформаторы имеют два набора обмоток: обмотку низкого напряжения и обмотку высокого напряжения. Несколько витков медных проводов, связанных вместе, образуют обмотки трансформатора. Размер медных проводников зависит от тока нагрузки. В большинстве случаев обмотки называют первичной обмоткой и вторичной обмоткой. Обычно обмотка, к которой подключено входное напряжение, называется первичной обмоткой, а обмотка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной обмоткой.

Изоляция

Изоляция - самая важная часть электрических трансформаторов. Обмотки изолированы друг от друга и от сердечника. Нарушения изоляции трансформаторов - самая серьезная проблема. Следовательно, при проектировании трансформатора особое внимание уделяется изоляции. Лак , крафт-бумага , хлопковая целлюлоза и прессованный картон являются наиболее широко используемыми изоляционными материалами для обмоток.

Трансформатор масло

Не все трансформаторы, но в масляных трансформаторах трансформаторное масло служит двойным назначение изоляции и охлаждения.Имеет высокое напряжение пробоя, высокое удельное сопротивление и высокая диэлектрическая прочность. Он извлекает тепло из обмотки и сердечник трансформатора и помогает снизить потери и улучшает КПД и ресурс трансформатора.

Реле Бухгольца

Реле Бухгольца - это устройство защиты, используемое в электрических трансформаторах. Это реле с масляным приводом, используемое для определения неисправностей, возникающих внутри основного бака масляного трансформатора. Он может определять короткие замыкания, утечку масла, перегрев катушек трансформатора и т. Д.

Подробнее о реле Бухгольца деталь: реле Бухгольца - Принцип действия

 W  Кто изобрел электрический трансформатор? 
В 1884 году три венгерских инженера, Кароли Зиперновски, Отто Блати и Микса Дери, разработали первый высокоэффективный трансформатор. Этот трансформатор получил название трансформатор ЗНД. Это привело к новым разработкам в конструкции трансформатора. Первый трехфазный трансформатор был разработан Михаилом Доливо-Добровольским. 

Потери в электротрансформаторе

Потери в трансформаторе подразделяются на потери в обмотке и в сердечнике.Потери в обмотке возникают из-за сопротивления проводника. Он пропорционален квадрату тока, протекающего через него. Использование толстых медных проводников минимизирует сопротивление току и снижает потери в обмотке. Потери в сердечнике возникают из-за вихревых токов, образующихся в сердечнике трансформатора, и эффекта гистерезиса. Потери в сердечнике, также известные как потери в стали, всегда постоянны и не зависят от нагрузки. Использование ламинированного сердечника из мягкого железа и толстых проводников может помочь снизить потери в сердечнике и повысить КПД трансформатора.

эквивалент Схема трансформатора

Это теоретическая схема, которая представляет трансформатор и его физическое поведение. Эта схема, показанная ниже, представляет различные электрические параметры трансформатора. По этой схеме легко вычислить различные потери и перепады напряжения.

В P - Первичное или приложенное напряжение

I P - Первичный ток

R P - Сопротивление первичной обмотки

X P - Реактивное сопротивление первичной обмотки

I C - Составляющая тока, вносящая вклад в потери в сердечнике

R C - Резистивная составляющая, приводящая к потерям в сердечнике

I M - Ток намагничивания

X M - Реактивное сопротивление намагничивания

В с - Вторичное напряжение или приложенное напряжение

I с - Вторичный ток

R s - Сопротивление вторичной обмотки

X s - Реактивное сопротивление вторичной обмотки

Примечание:

Вышеупомянутая эквивалентная схема представляет собой обобщенную форму эквивалентной схемы для идеального трансформатора с коэффициентом трансформации 1: 1 без ссылки ни на первичную, ни на вторичную стороны.

Подробнее: Эквивалентная схема и фазовая схема трансформатора

Регулировка напряжения трансформатор

Насколько точно Трансформация напряжения происходит в трансформаторе при изменении нагрузки от нуля. нагрузка до полной нагрузки определяется регулированием напряжения трансформатора. Это рассчитывается по следующей формуле:

Где,

E sec-noload - Напряжение измеряется на вторичной обмотке без нагрузки.

E сек при полной загрузке - Напряжение измерено на вторичной обмотке при полной нагрузке.

Подробнее о регулировании напряжения

Классификация трансформатора

Трансформаторы подразделяются на различные типы в зависимости от различных параметров, таких как тип источника питания, их применение, тип конструкции, метод охлаждения, рабочее напряжение, режим работы, форма сердечника и т. Д.

Классификация по типу источника питания: Трехфазный трансформатор, однофазный трансформатор.

Классификация по типу конструкция: Трансформатор с сердечником, Трансформатор с оболочкой.

Классификация основана на методе охлаждения: Сухого типа или с естественным воздушным охлаждением, с масляным охлаждением - Oil Natural Air Natural (ONAN), Oil Natural Air Forced (ONAF), Oil Forced Air Natural (OFAN), Oil Forced Air Forced ( OFAF), с масляным и водяным охлаждением - масляное природное водяное принудительное (ONWF), масляное принудительное водяное охлаждение (OFWF)

Классификация по назначению : Распределительный трансформатор, трансформатор напряжения, трансформатор тока, изолирующий трансформатор, радиочастотный трансформатор, катушка Тесла.

Подробнее: Виды электротрансформаторов.

Распределительные трансформаторы

Распределительные трансформаторы - это электрические трансформаторы низкого напряжения. Они находятся недалеко от центров силы. Он снижает передаваемое напряжение до уровней, которые может использовать потребитель.

Трансформаторы потенциала

Трансформаторы потенциала (PT) используются для понижения высокого напряжения до измеримого уровня, чтобы облегчить измерение и управляемость.Они подключаются параллельно к линиям передачи, а измерительные приборы подключаются к их вторичной обмотке.

Трансформаторы тока

Трансформаторы тока (ТТ) используются для понижения высоких токов до измеримых уровней, чтобы облегчить измерение и управляемость. Они подключаются последовательно к нагрузке, а измерительные приборы подключаются к их вторичной обмотке.

Испытание трансформатора

Электротрансформаторы проходят следующие испытания:

  1. Проверка сопротивления обмотки.
  2. Проверка сопротивления изоляции.
  3. Проверка сопротивления трансформатора.
  4. Тест без нагрузки - Тест на разрыв цепи.
  5. Тест импеданса короткого замыкания - Тест короткого замыкания.
  6. Испытание на превышение температуры.
  7. Проверка полярности.
  8. Диэлектрические испытания трансформаторного масла.
  9. Испытания уровня шума

Подробнее: Испытание на обрыв и испытание на короткое замыкание в трансформаторах

Почему в энергосистеме используются электрические трансформаторы?

Электрический трансформатор можно рассматривать как наиболее важный компонент в сети передачи и распределения электроэнергии.Он выполняет функцию повышения эффективности передачи и снижения потерь и затрат на передачу. В основном трансформатор повышающих / понижающих напряжений. Электростанция вырабатывает электроэнергию напряжением от 11 кВ до 28 кВ при частоте 50 Гц. Чтобы уменьшить потери при передаче, напряжение повышается до 220 кВ или более и передается. На распределительной подстанции оно снова понижается до 33 кВ или 11 кВ по требованию и поставляется промышленным предприятиям. На стороне бытового потребителя он снова снижается до низковольтных нагрузок потребителя.

Подробнее: Почему электричество передается при высоком напряжении?

При повышении напряжения ток нагрузки, протекающий по линиям передачи, уменьшается. Уменьшение тока нагрузки приводит к уменьшению потерь в меди (потери I2R) и размера проводника, используемого для передачи энергии. Следовательно, стоимость передачи энергии, а также ее эффективность повышаются. Следовательно, электрические трансформаторы повышают эффективность, надежность системы и снижают затраты на передачу электроэнергии.

Артикул:

  1. Тороидальные линейные силовые трансформаторы. Номинальная мощность утроилась: https://web.archive.org/web/20160924114636/http://www.magneticsmagazine.com/main/articles/toroidal-line-power-transformers-power-ratings-tripled/
  2. Lane, Кейт (2007 г.) (июнь 2007 г.). «Основы больших трансформаторов сухого типа». EC&M. Проверено 29 января 2013 г.
  3. Электромеханические системы, электрические машины и прикладная мехатроника Сергей Эдуард Лышевский.
  4. Электротрансформаторы
  5. Эрик Эгберт Уайлд · 1940
Импульсный трансформатор

- Принципы работы

Магнитный поток в типичном A.C. Сердечник трансформатора меняет положительные и отрицательные значения. Магнитного потока в типичном импульсном трансформаторе нет. Типичный импульсный трансформатор работает в униполярном режиме (плотность потока может совпадать, но не пересекать ноль).

Фиксированный постоянный ток можно использовать для создания смещающего постоянного магнитного поля в сердечнике трансформатора, тем самым заставляя поле пересекать нулевую линию. Импульсные трансформаторы обычно (не всегда) работают на высокой частоте, что требует использования сердечников с низкими потерями (обычно ферритов).

На рисунке 1A показана электрическая схема импульсного трансформатора. На рисунке 1B показано эквивалентное представление высокочастотной схемы трансформатора, применимое к импульсным трансформаторам. В схеме паразитные элементы, индуктивности рассеяния и емкость обмотки рассматриваются как элементы с сосредоточенными параметрами, но на самом деле они являются распределенными элементами. Импульсные трансформаторы можно разделить на два основных типа: силовые и сигнальные.

Примером применения силового импульсного трансформатора может быть точное управление нагревательным элементом от фиксированного D.C. источник напряжения. Напряжение может повышаться или понижаться в зависимости от коэффициента трансформации импульсного трансформатора. Питание импульсного трансформатора включается и выключается с помощью переключателя (или переключающего устройства) с рабочей частотой и длительностью импульса, которые обеспечивают необходимое количество мощности. Следовательно, температура также контролируется. Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку между входом и выходом. Трансформаторы, используемые в источниках питания прямого преобразователя, в основном представляют собой импульсные трансформаторы силового типа.Существуют конструкции мощных импульсных трансформаторов, мощность которых превышает 500 киловатт.

Конструкция импульсного трансформатора сигнального типа ориентирована на выдачу сигнала на выходе. Трансформатор выдает импульсный сигнал или серию импульсов. Коэффициент трансформации импульсного трансформатора можно использовать для регулировки амплитуды сигнала и обеспечения согласования импеданса между источником и нагрузкой. Импульсные трансформаторы часто используются при передаче цифровых данных и в схемах управления затвором транзисторов F.E.T.s, S.C.R.s и т. Д. В последнем случае импульсные трансформаторы могут называться «затворными трансформаторами» или трансформаторами управления затвором ». Импульсные трансформаторы сигнального типа работают с относительно низкими уровнями мощности. Для передачи цифровых данных трансформаторы сконструированы так, чтобы минимизировать искажение сигнала. Трансформаторы могут работать с постоянным током смещения. Многие импульсные трансформаторы сигналов также относятся к широкополосным трансформаторам. Импульсные трансформаторы сигнального типа часто используются в системах связи и цифровых сетях.

Конструкции импульсных трансформаторов сильно различаются по номинальной мощности, индуктивности, уровню напряжения (от низкого к высокому), рабочей частоте, размеру, сопротивлению, полосе пропускания (частотная характеристика), упаковке, емкости обмотки и другим параметрам. Разработчики стараются минимизировать паразитные элементы, такие как индуктивность рассеяния и емкость обмотки, используя конфигурации обмоток, которые оптимизируют связь между обмотками.

Butler Winding может изготавливать (и уже производила) импульсные трансформаторы самых разных форм и размеров.Это включает; различные стандартные типы сердечника со структурой бобины (E, EP, EFD, PQ, POT, U и другие), тороиды и некоторые нестандартные конструкции. Наши верхние пределы - 40 фунтов веса и 2 киловатта мощности. У нас есть опыт работы с обмотками из фольги, обмоток из тонкой проволоки и безупречной многослойности. Что касается тороидов, мы можем (и уже сделали) секторную обмотку, прогрессивную обмотку, намотку в ряд и намотку в ряд. Обмотка Батлера имеет множество намоточных машин, бобину / трубку и тороид. Сюда входят две программируемые автоматизированные машины и машина для заклейки тороидов.Обмотка Батлера имеет вакуумную камеру (камеры) для вакуумной пропитки, а также может герметизировать. Для обеспечения качества компания Butler Winding приобрела две программируемые автоматизированные испытательные машины. Большая часть нашей продукции проходит 100% тестирование на этих машинах.

С приложениями к силовым трансформаторам сердечника, второе издание: Дель Веккьо, Роберт М., Пулин, Бертран, Фегали, Пьер Т., Шах, Дилипкумар М., Ахуджа, Раджендра: 0001439805822: Amazon.com: Books

Роберт М. Дель Веккио получил степень бакалавра физики Технологического института Карнеги, Питтсбург, штат Пенсильвания, степень магистра электротехники и докторскую степень.Он получил степень доктора физики в Питтсбургском университете в 1972 году. Он был преподавателем физики в Принстонском университете, штат Нью-Джерси, с 1972 по 1976 год, и доцентом в Питтсбургском университете с 1976 по 1978 год. Затем он присоединился к Westinghouse. Центр исследований и разработок в Питтсбурге, где он работал над моделированием магнитных материалов и электрических устройств. Он присоединился к North American Transformer (ныне Waukesha Electric Systems) в 1989 году, где он разработал компьютерные модели и инструменты для проектирования трансформаторов. Он является членом IEEE Power and Energy Society и Magnetics Society.Он работал в комитетах IEEE Transformers, IEC и Cigre. В настоящее время он консультант.

Бертран Пулен получил степень бакалавра инженерных наук в области электротехники в Политехнической школе Монреаля в 1978 году и степень магистра техники высокого напряжения в 1988 году в том же университете. Бертран начал свою карьеру в небольшой мастерской по ремонту двигателей, генераторов и трансформаторов в Монреале в 1978 году в качестве технического консультанта.В 1980 году он присоединился к трансформаторному подразделению ASEA в Вареннесе, Канада, в качестве инженера-испытателя, а затем инженера-конструктора и инженера-исследователя. В 1992 году он присоединился к North American Transformer, где занимался испытаниями и исследованиями и, наконец, руководил отделом исследований, разработок и испытаний. В 1999 году он вернулся в ABB в Вареннесе, где в настоящее время занимает должность технического менеджера предприятия в Варенне и старшего главного инженера подразделения силовых трансформаторов ABB по всему миру. Он является членом IEEE Power and Energy Society, активным членом Комитета трансформаторов и зарегистрированным профессиональным инженером в Квебеке, Канада.

Пьер Фегали , PE, MS получил степень бакалавра электротехники в Государственном университете Кливленда в 1985 году и степень магистра инженерного менеджмента в 1996 году в Государственном университете Сан-Хосе. Он проработал в трансформаторной промышленности более 23 лет. Он начал свою карьеру в проектировании распределительных трансформаторов в компании Cooper Power Systems в Зейнсвилле, штат Огайо. В 1989 году он присоединился к North American Transformer в Милпитасе, Калифорния, где он был старшим инженером-конструктором.В период с 1997 по 2002 год он занимал на предприятии несколько должностей, в том числе: менеджера по производственному контролю, менеджера по качеству и тестированию и руководителя завода. В настоящее время он является вице-президентом по развитию бизнеса и инжинирингу в North American Substation Services, Inc. Он является профессиональным инженером в штате Калифорния и активным членом IEEE и PES.

Дилипкумар М. Шах получил степень бакалавра гуманитарных наук в магистратуре. Университет Бароды (Индия) в 1964 году и степень магистра энергетических систем в Иллинойском технологическом институте (Чикаго, Иллинойс) в 1967 году.С 1967 по 1977 год он работал инженером-проектировщиком трансформера в компаниях Westinghouse Electric, Delta Star и Aydin Energy Systems. Он присоединился к North American Transformer в 1977 году в качестве старшего инженера-конструктора, а затем технического менеджера. Он ушел в 2002 году и работал консультантом по трансформаторам для коммунальных предприятий по всему миру, охватывая такие области, как анализ конструкции, диагностика отказов трансформаторов и консультирование производителей трансформаторов по вопросам совершенствования их конструкции и методов производства.

Раджендра Ахуджа окончил Univ.Индора в Индии, где он получил степень бакалавра английского языка. С отличием. (Электротехника) в 1975 году. Работал в B.H.E.L. и GEC Alsthom India, и участвовал в проектировании и разработке трансформаторов сверхвысокого напряжения, а также в разработке обмоток с защитным экраном. Он также имеет опыт проектирования специальных трансформаторов для тяговых, печных, фазовращающих и выпрямительных устройств. Он пришел в компанию North American Transformer (ныне Waukesha Electric Systems) в 1994 году в качестве главного инженера-конструктора и стал руководителем отделов испытаний и разработок.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *