Устройство трансформаторов: как работает устройство и принцип его действия

Устройство трансформатора, из чего состоит трансформатор

Трансформатором называется электромагнитное устройство которое служит для преобразования входного напряжения. Трансформатор работает на увеличение или уменьшение электрической энергии (увеличивающий или уменьшающий). Вид трансформатора для эксплуатации выбирается в зависимости от области его дальнейшего использования.

В одном из понятий трансформатора есть такое определение как величины. Величины бывают первичные и вторичные. Это зависит от принадлежности величины к обмотке. Первичные величины относятся к первичной обмотке,  вторичные к вторичной.

По сути, трансформатор не имеет сложного внутреннего строения. Он состоит из основных составляющих таких как: сердечник, обмоток, в случае если трансформатор масляного типа то в нем расположен бак с трансформаторным маслом с размещенными на нем вводов (иначе проходных изоляторов) и расширителя. Остальное оборудование которым может комплектоваться состав трансформатора является дополнительный или вспомогательным.

К вспомогательному оборудованию трансформатора относится: бачок с масло указателем расширительного типа, переключатель для регулировки напряжения, реле газовое, элемент для заправки и слива из трансформатора масла, термометр и выхлопная труба.

Содержание

Сердечники

Сердечник трансформатора состоит из стержней с размещенными на нем катушек обмоток. Название и вид сердечника в основном соответствует названию трансформатора. Сердечники как правило делятся на два вида: стержневые и броневые. Материалом для изготовления сердечника является спрессованная электротехническая сталь толщиной примерно 0,35; 0,28 мм.

8-18

Сердечники трансформатора делятся на стыковые и шихтованные, название сердечника  зависит от способа соединения стержня с ярмом.

Стыковые сердечники как правило состоят из стержня и ярма, их отличительная особенность заключается в том что эти два элемента собираются отдельно и объединяются в один сердечник после укладки катушек.

Шихтованные сердечники состоящие также из стержня и ярма которые собираются в переплет (в отличие от стыкового), только в этом случае производится выемка полос верхнего ярма, которые снова укладываются на место после того как установлены катушки.

Стержнем называется часть сердечника на котором расположены обмотки, в случае если данные части не содержат обмотки, то они называются ярмом.

Составляющие элементы трехфазного масляного трансформатора:

  • активная часть
  • специальная деревянная планка
  • верхняя ярмовая балка
  • регулировочные ответвления
  • магнитопровод
  • маслопровод
  • ввод высшего напряжения
  • ввод низшего напряжения
  • линейный отвод высшего напряжения
  • переключатель
  • выхлопная труба
  • охладительные трубы
  • расширитель
  • обмотки высшего напряжения
  • газовое реле
  • бачок
  • указатель уровня масла
  • каток тележки

Активная часть трансформатора включает в себя:

  • переключатель
  • привод переключателя
  • крышку с расширителем и охлаждающей трубкой
  • регулировочные ответвления
  • ввод низшего напряжения
  • ввод низшего напряжения
  • трубки которые крепят отводы из бумажно-бакелитового материала

Активная часть трансформатора в данной сборке помещается в бачок с трансформаторным маслом.

Составляющие элементы сухого трансформатора:

  • обмотка высшего напряжения
  • стальное прессующее кольцо
  • регулировочные ответвления обмотки высшего напряжения
  • вертикальные стяжные шпильки
  • фарфоровые прокладки
  • прокладки для крепления отводов в исполнении из фарфора
  • опорные изоляторы отводов высшего напряжения
  • отводы высшего напряжения
  • доска зажимов
устройство и принцип работы, назначение, схемы, фото и видео-инструкция как сделать и подключить трансформатор своими руками

Автор Aluarius На чтение 7 мин. Просмотров 411 Опубликовано

Вопрос, что такое трансформатор, для опытных и даже начинающих электриков совершенно простой. Но обычные обыватели, которые с электрикой не дружат, даже и не представляют, как выглядит трансформатор, для чего он необходим, а тем более, не осведомлены о его конструкции и принципе работы. Поэтому в этой статье будем разбираться с этим прибором, рассмотрим вопрос, а можно ли сделать трансформатор своими руками, и так далее. Итак, трансформатор – это электромагнитное устройство, которое  может изменять напряжение переменного тока (увеличивать или уменьшать).

Трансформаторы токаТрансформаторы тока

Устройство и принцип работы

Итак, конструкция трансформатора достаточно проста и состоит из сердечника и двух катушек из медной проволоки. В основе принципа работы лежит электромагнитная индукция. Чтобы вы поняли, как работает этот прибор, рассмотрим, как магнитное поле, образуемое в катушках (обмотках) устройства, изменяет показатель напряжения.

Подаваемый на первую обмотку электрический ток (он переменный, поэтому изменяется по направлению и величине) образует в катушке магнитное поле (оно также переменное). В свою очередь магнитное поле образует во второй катушке электрический ток. Такой своеобразный обмен параметрами. Но просто так изменение напряжения не произойдет, оно зависит от того, сколько витков медной проволоки в каждой обмотке. Конечно, величина изменения магнитного поля (скорость) также влияет на величину напряжения.

Устройство и принцип работы

Что касается количества витков, то получается так:

  • если число витков в первичной катушке больше, чем во вторичной, то это понижающий трансформатор;
  • и, наоборот, если количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, то это повышающий трансформаторный прибор.

Поэтому существует формула, которая определяет так называемый коэффициент трансформации. Вот она:

k=w1/w2, где w – это число витков в катушке с соответствующим номером.

Внимание! Любой трансформатор может быть и понижающим, и повышающим, все зависит от того, к какой обмотке (катушке) подсоединяется питающий кабель сети переменного тока.

И еще один момент, касающийся устройства. Это сердечник трансформатора. Все дело в том, что существуют разные виды этого устройства, в которых сердечник присутствует или отсутствует.

Что такое трансформатор

  • Так вот, в тех видах, где сердечник трансформатора отсутствует или изготовлен из феррита или альсифера называются высокочастотными (выше 100 кГц).
  • Приборы с сердечником из стали, феррита или пермаллои – низкочастотные (ниже 100 кГц).

Первые используются в радио- и электросвязи. Вторые в для усиления звуковых частот, к примеру, в телефонии. Со стальным сердечником используется в электротехнике (в бытовых приборах в том числе).

Условные обозначения и параметры

Приобретая трансформатор, необходимо понимать, что написано на его корпусе или в сопроводительных документах. Ведь существует определенная маркировка трансформаторов, которые определяют его назначение. Основное, на что необходимо обратить внимание, до какого показателя этот прибор может снизить напряжение. К примеру, 220/24 говорит о том, что на выходе получится ток напряжением 24 вольта.

А вот буквенные обозначения чаще всего говорят о типе устройства. Кстати, имеется в виду буквы, стоящие после цифр. К примеру, О или Т – одно- или трехфазный соответственно. То же самое можно сказать о количестве обмоток, о типе охлаждения, о способе и месте установки (внутренние, наружные и прочее).

Расшифровка маркировки трансформатора
Расшифровка маркировки трансформатора

Что касается параметров трансформатора, то существует определенный стандартный ряд, который и определяет характеристики прибора. Их несколько:

  • Напряжение в первичной катушке.
  • Напряжение во вторичной катушке.
  • Первичная сила тока.
  • Вторичная сила тока.
  • Общая мощность аппарата.
  • Коэффициент трансформации.
  • КПД.
  • Коэффициент мощности и нагрузки.

Есть так называемая внешняя характеристика трансформатора. Это зависимость вторичного напряжения от вторичной силы тока, при условии, что сила тока первичной обмотки будет номинальной, а cos φ= const. По-простому – чем выше сила тока, тем ниже напряжение. Правда, второй параметр изменяется всего лишь на несколько процентов. При этом внешняя характеристика трансформатора определяется относительными характеристиками, а именно коэффициентом загрузки, который определяется по формуле:

Обозначение на схемахОбозначение на схемах

K=I2/I2н, где второй показатель силы – это сила тока при номинальном напряжении.

Конечно, характеристики трансформатора – это достаточно большой ряд всевозможных показателей, от которых зависит сама работа прибора. Здесь и мощность потерь, и внутреннее сопротивление в обмотке.

Как сделать самостоятельно

Итак, как сделать трансформатор самому? Зная, принцип работы установки и его конструктивные особенности, можно собрать своими руками простейший аппарат. Для этого вам понадобится любое металлическое кольцо, на котором надо накрутить два участка обмотки. Самое важно – обмотки не должны касаться друг друга, а место их намотки не зависит конкретно от их расположения. То есть, они могут быть размещена напротив друг друга или рядом. Важно – даже небольшое расстояние между ними.

Внимание! Трансформатор работает только от сети переменного тока. Так что не стоит подключать к вашему устройству батарейку или аккумулятор, где присутствует ток постоянный. Работать от этих источников электроэнергии он не будет.

Как уже было сказано выше, количество витков в обмотках определяет, какой прибор вы собираете – понижающий или повышающий. К примеру, если вы на первичной обмотке соберете 1200 витков, а на вторичной всего лишь 10, то на выходе вы получите напряжение 2 вольта. Конечно, при подключении первичной катушки к напряжению 220-240 вольт. Если фазировка трансформатора будет заменена, то есть, провести подсоединение 220 вольт к вторичной обмотке, то на выходе первичной получится ток напряжением 2000 вольт. То есть, к назначению трансформатора надо подходить осторожно, учитывая тот самый коэффициент трансформации.

Трансформатор своими руками

Как правильно подключить

Что касается монтажа трансформатора, особенно его понижающего типа в быту дома, то необходимо знать некоторые нюансы проводимого процесса.

  • Во-первых, это касается самого устройства. При монтаже трансформатора иногда появляется необходимость подключения не одного потребителя, а сразу нескольких. Поэтому обращайте внимание на количество выходных клемм. Конечно, необходимо знать, что суммарная потребляемая мощность потребителей не должна быть больше мощности самого трансформаторного устройства. Во всяком случае, специалисты рекомендуют, чтобы второй показатель был всегда больше первого на 15-20%.
  • Во-вторых, подключение трансформатора производится электрической проводкой. Так вот ее длина и до прибора, и после не должна быть очень большой. К примеру, понижающий аппарат для светодиодного освещения предполагает наличие проводки от него до светильников не больше двух метров. Это позволит избежать больших потерь мощности.
Схема подключения понижающего трансформатораСхема подключения понижающего трансформатора

Внимание! Нельзя процесс монтажа трансформатора проводить и в том случае, если потребляемая мощность потребителей будет меньше мощности самого агрегата.

  • В-третьих, место установки электрического понижающего прибора должно быть выбрано правильно. Самое важное, чтобы до него всегда можно было бы добраться просто, особенно когда есть необходимость провести демонтаж со следующей заменой и монтажом трансформатора. Поэтому перед тем как подключить трансформатор, необходимо определиться с его местом установки.

Схема замещения

Буквально несколько слов о том, что такое схема замещения трансформатора. Начнем с того, что две катушки соединены между собой магнитным полем, поэтому проанализировать работы трансформатора, а тем более его характеристики, очень сложно. Поэтому для этих целей сам прибор заменяют моделью, которая и называется схема замещения трансформатора.

По сути, все переводится на математический уровень, а точнее, в уравнения (токов и электрического состояния). Здесь важно, чтобы все уравнения, касающиеся прибора и его модели, совпадали. Кстати, для многих схема замещения трансформатора достаточно сложна, поэтому существует упрощенный вариант, в котором нет тока холостого хода, ведь на него приходится незначительная часть.

Фазировка

Фазировка трансформатора – это испытание его выходов, когда в одну цепь подключены несколько приборов параллельно. Ведь обязательное условие эффективной работы цепи с отсутствием больших потерь мощности – это правильное соединение фаз между собой, чтобы образовался замкнутый контур.

Фазировка обмоток трансформатора

Если фазы не совпадут, то падает мощности и растет нагрузка. Если не совпадает чередование фаз, то произойдет короткое замыкание.

Заключение по теме

Итак, был сделан небольшой обзор всего, что касается трансформаторных установок, поэтому будем считать, что вопрос, зачем нужны трансформаторы, исчерпан, хотя и не полностью. Об этом приборе можно говорить долго. К примеру, самые простые варианты: как разобрать трансформатор, как прозвонить его, как подключить или демонтировать самому дома.

Трансформаторы — устройство, принцип работы и область применения, основные типы и характеристики

Электрика » Электрооборудование » Трансформаторы

Трансформаторы

Трансформаторы — это устройства предназначенные для преобразования электроэнергии. Их основная задача — изменение значения переменного напряжения.

Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических устройств.

Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.

Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. Классическая конструкция состоит из металлического магнитопровода и электрически не связанных обмоток выполненных из изолированного провода. Та обмотка, на которую подается электроэнергия, называется первичной. Вторая — подсоединённая к устройствам, потребляющим ток, называется вторичной.

После того как трансформатор подсоединяют к источнику переменного тока в его первичная обмотка формирует переменный магнитный поток. По магнитопроводу он передается на витки вторичной обмотки, индуцируя в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии устройства потребления в цепи вторичной обмотки возникает электрический ток.

Соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток.

Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W1/W2=U1/U2, где:

  • W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
  • U1,U2 — входное и выходное напряжения соответственно.

Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией. Микро трансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги.

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:

Автотрансформаторы.
Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом.
Импульсные трансформаторы.
Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала.
Разделительный трансформатор.
Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице.
Пик—трансформатор.
Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы.

Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения.

Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

  • уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
  • способ преобразования: повышающий, понижающий;
  • количество фаз: одно- или трехфазный;
  • число обмоток: двух- и многообмоточный;
  • форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

Силовые.

Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя.

Перед подачей непосредственно на приборы потребления (станки, бытовые и осветительные приборы) электроэнергия претерпевает обратные преобразования, проходя через силовые понижающие трансформаторы.

Тока.

Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

  • измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
  • защитные — подключаемые к защитным цепям;
  • промежуточные — используется для повторного преобразования.

Напряжения.

Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электро- радио- измерениях.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов


Устройство и принцип работы трансформатора. Часть 2

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомиться с трансформатором. В первой части мы разобрались с принципом работы и начали изучать устройство трансформатора.

2.3. Конструкция магнитопроводов.

По конструкции магнитопровода определяется конструкция трансформатора и поэтому название магнитопровода переносится на название трансформатора. Промышленностью изготавливаются броневые, стержневые, тороидальные (кольцевые) магнитопроводы, а также магнитопроводы сложных (специальных) конфигураций.

Для изготовления большинства трансформаторов применяются магнитопроводы следующих типов: Ш – броневой магнитопровод; ШЛ – броневой ленточный магнитопровод; П – стержневой магнитопровод; ПЛ – стержневой ленточный магнитопровод; О – тороидальный магнитопровод; ОЛ – тороидальный (кольцевой) ленточный магнитопровод и т.д.

Для питания радиоэлектронной аппаратуры широкое применение нашли броневые трансформаторы типов Ш, ШЛ, О, ОЛ. В броневом трансформаторе используется всего одна катушка, расположенная на среднем стержне, и все обмотки находятся на катушке, что дает полное заполнение окна магнитопровода обмоточным проводом, частичную защиту обмоток от механических повреждений и хорошее магнитное экранирование.

Броневые трансформаторы

Пластины, из которых собирают броневые магнитопроводы, изготавливают из листовых электротехнических сталей путем резки или штамповки. Наиболее широко используются шихтовые (пластинчатые) магнитопроводы Ш-образной формы и ленточные магнитопроводы, состоящие из отдельных частей С-образной (U-образной) формы.

Пластины для сборки магнитопроводов

Толщина листов магнитных материалов зависит от частоты, на которую рассчитывается трансформатор. Чем меньше толщина листа, тем слабее частотная зависимость проницаемости и меньше потери в магнитопроводе, но тем выше стоимость материала. Так, например, уменьшение толщины проката электротехнической стали с 0,35 до 0,05 мм повышает ее стоимость в 5 раз.

Поэтому можно считать, что для каждого типа трансформатора и диапазона частот существует оптимальная толщина, при которой обеспечиваются необходимые параметры трансформатора при наименьшей стоимости. Для выбора толщины листов (мм) можно воспользоваться следующими ориентировочными данными:

50 Гц …. 0,35 – 0,5 мм
400 – 500 Гц …. 0,1 – 0,2 мм
1000 – 2500 Гц …. 0,05 – 0,1 мм
До 100 кГц …. 0,02 – 0,05 мм.
Более высоким частотам соответствуют меньшие значения толщины листов.

Сборка магнитопроводов из штампованных пластин выполняется двумя способами: встык (с зазором) или вперекрышку (в переплет).

Сборка встык применяется для получения определенного немагнитного зазора (∆), например, в дросселях или трансформаторах, работающих с постоянным подмагничиванием. Как правило, при сборке встык даже при очень плотном стягивании магнитопровода зазор между Ш-образными и прямоугольными пластинами получается в пределах 0,02 – 0,05 мм.

Магнитопровод с немагнитным зазором

Сборка вперекрышку применяется когда такой зазор не нужен, т.е. когда необходимо уменьшить магнитное сопротивление магнитопровода. Пластины укладываются в ряд таким образом, чтобы места стыков перекрывались пластинами следующего слоя. Причем в каждом слое укладывают пластины двух типов – одну Ш-образную и одну прямоугольную.

Сборка магнитопровода вперекрышку

Тороидальные (кольцевые) магнитопроводы собираются из отдельных штампованных колец.

Ленточные магнитопроводы изготавливают из узкой ленты электротехнической стали или специальных сплавов. Ленты набирают в пакеты разной длины и толщины, а затем пакеты гнут или навивают на оправку определенного размера: для тороидальных магнитопроводов навивают на круглую оправку, для броневых и стержневых на прямоугольную. Но из-за сложности изготовления обмоток для ленточных магнитопроводов их разрезают на две половины, что дает возможность наматывать обмотки трансформаторов отдельно и затем вставлять в них половинки магнитопровода, но при этом в магнитную цепь вводится неизбежный магнитный зазор.

Виды ленточных магнитопроводов

Так как ленточные магнитопроводы собираются в стык, то для получения наименьшего магнитного сопротивления в местах стыка их торцевые поверхности шлифуют, а при сборке обе части склеиваются специальной ферромагнитной пастой. Применение пасты позволяет понизить требования к качеству механической обработки стыков и значительно упрощает их изготовление и сборку.

2.4. Обмотки трансформаторов. Виды обмоток.

Обмотки выполняется обмоточным проводом круглого сечения, покрытым эмалевой или эмалево-волокнистой изоляцией. В качестве обмоточного провода используют алюминий или медь, но в основном медь, которая обладает наименьшим сопротивлением по сравнению с другими проводниковыми материалами.

Существуют два различных способа выполнения обмоток – многослойная и галетная (дисковая).

Многослойная обмотка наматывается непрерывно до получения заданного количества витков и располагается по всей длине стержня магнитопровода или его части, отведенной для данной обмотки. Разновидностью многослойной обмотки является секционная обмотка, которая разбивается на ряд секций, где каждая секция занимает часть длины стержня, но все вместе они составляют единую обмотку.

Многослойная и секционная обмотки

Многослойная обмотка отличается простотой выполнения и может быть намотана на каркасе или быть бескаркасной. При намотке на каркас провод укладывают беспорядочным расположением витков – намотка «внавал» или укладывают правильными рядами – рядовая намотка.

Намотка внавал проще в производстве, но из-за возможного западания отдельных витков в толщу намотки может понизится электрическая прочность обмотки. Как правило, такая намотка используется при изготовлении броневых трансформаторов малой мощности. На рисунке показано схематичное заполнение каркаса витками обмоточного провода, а числами обозначена нумерация витков, показывающая, как витки провода могут укладываться при их намотке внавал.

Намотка внавал

При рядовой намотке провод укладывается виток к витку и каждый слой прокладывают изолирующей прокладкой, например, из конденсаторной или кабельной бумаги, что повышает электрическую и механическую прочности.

Рядовая намотка

При рядовой намотке можно отказаться от сложного каркаса и производить укладку провода на простую цилиндрическую гильзу, закрепляя витки клеем или лаком. Для повышения прочности каждый последующий слой делается короче предыдущего на 0,5 – 1 мм и такая бескаркасная намотка удобна для массового производства.

Бескаркасная намотка

Галетная обмотка выполняется в виде отдельных элементов, галет, где каждая галета представляет собой полностью законченную деталь. Галеты одна за другой нанизываются на стержень магнитопровода и соединяются между собой электрически или иным способом. Отдельные галеты могут изготавливаться независимо одна от другой, что допускает возможность замены отдельных секций трансформатора во время ремонта.

Галетная обмотка

Обмотки трансформаторов должны быть хорошо изолированы как от магнитопровода, так и друг от друга. Изоляция обмоток от магнитопровода осуществляется при помощи каркасов (катушек), изготавливаемых из листовых изоляционных материалов с хорошей электрической и механической прочностью, например, электрокартона, прессшпана, гетинакса, различных изоляционных пластмасс.

Выбор материала каркаса определяется его стоимостью, удобством обработки и теплостойкостью, а конструкция каркаса определяется способом намотки и устройством выводов. Намотка внавал требует применения каркаса в виде катушки, тогда как бескаркасная намотка выполняется на простых цилиндрических каркасах (гильзах), склеенных из кабельной бумаги. Широкое применение нашли склеенные и составные каркасы из листовых материалов Конструкции различных каркасов показаны на рисунке ниже.

Виды каркасов для обмоток трансформаторов

Выводы концов обмоток могут выполняться непосредственно обмоточным проводом, выпущенным из катушки на необходимую длину или специальным изолированным проводом; специальными ленточными выводами, укрепленными на внешней изоляции обмотки, а также при помощи специальных контактов, укрепленных на щечках каркаса или элементах магнитопровода.

Варианты обмоток трансформаторов

Стягивание магнитопровода маломощных трансформаторов производится металлической скобой, тогда как магнитопроводы более мощных трансформаторов стягиваются специальными планками, при помощи болтов стяжек. Стягивающее устройство должно обладать необходимой механической прочностью и обеспечивать прочное соединение деталей магнитопровода.

Варианты стяжки магнитопроводов

Защита трансформаторов от климатических условий осуществляется пропиткой обмоток или пропиткой целого трансформатора изоляционными лаками. В процессе пропитки заполняются микроскопические поры изоляционных материалов, а также мелкие промежутки между витками обмоток, слоями волокнистой изоляции и конструктивными элементами трансформатора. Пропитка не только улучшает влагостойкость обмотки, но и увеличивает ее механическую и электрическую прочность, повышает допустимую температуру нагрева и теплопроводность.

Однако только одна пропитка не всегда может обеспечить полной защиты обмоток от влаги, поэтому торцы катушек дополнительно заделывают изоляционными замазками (пастами), специальными обволакивающими составами или опрессовывают. Если же трансформатор предполагается использовать в нормальных или близких к нормальным условиях, то пропитка может отсутствовать.

При повышенных требованиях к влагостойкости применяют герметизацию, которая обеспечивает полную изоляцию трансформатора от окружающей среды непроницаемой оболочкой, выполненной из металла и залитой специальным изоляционным составом, например, эпоксидными или полиуретановыми смолами.

3. Обозначение трансформаторов на схемах.

На принципиальных схемах обмотки трансформатора обозначают катушками индуктивности, расположенных близко одна от другой, а магнитопровод – линией между катушками. Низкочастотные трансформаторы со стальными магнитопроводами и магнитопроводами из железоникелевых сплавов, например, пермаллоя, на схемах обозначаются буквой «Т», а обмотки трансформаторов обозначаются римскими цифрами. Иногда используют условную нумерацию их выводов в соответствии с маркировкой указанной на корпусе трансформатора.

Обозначение трансформаторов на схемах

В радиочастотной технике обмотки высокочастотных трансформаторов нередко являются элементами колебательных контуров и фильтров, поэтому на схемах им присваивают буквенное значение катушек индуктивности «L». Высокочастотные трансформаторы могут быть как с магнитопроводом, так и без него, а их обмотки (катушки) могут располагаться на одном или разных каркасах, но очень близко друг к другу.

Если магнитопровод является общим для всех обмоток, то на схемах его обозначают прерывистой линией (а), если же каждая из катушек имеет свой магнитопровод, то его изображают над катушками (б).

Обозначение высокочастотных трансформаторов

Возможность подстройки индуктивности катушек изменением положения магнитопровода отображают знаком подстроечного регулирования, который пересекает символы обмоток (а), а чтобы показать индуктивную связь между катушками, их символы пересекают знаком регулирования (б).

Обозначение на схемах подстройки индуктивности

В приемной и передающей радиоаппаратуре для корректной работы некоторых блоков, содержащих трансформаторы, иногда требуется знать фазировку обмоток, т.е. порядок подключения выводов. В таких случаях на принципиальных схемах начало обмоток трансформаторов и катушек индуктивности обозначают жирной точкой, которую ставят у соответствующего вывода.

Обозначение на схемах начала обмотки

Для питания бытовой радиоаппаратуры применяют силовые трансформаторы, выполняющие две важные функции: они преобразуют напряжение переменного тока электрической сети к нужному, как правило, более низкому значению, которое используется для питания электронной схемы, а также «изолируют» электронную схему от непосредственного контакта с сетью, так как обмотки электрически изолированы одна от другой.

Выпускаемые промышленностью силовые трансформаторы предназначены для работы с напряжением 110, 127 или 220В и обеспечивают разнообразные значения вторичных напряжений от одного до нескольких тысяч вольт и токами от нескольких миллиампер до сотен ампер. Мощность наиболее распространенных трансформаторов чаще всего лежит в пределах 30 – 200 В•А. Как правило, силовые трансформаторы имеют несколько вторичных обмоток с различными напряжениями, но общее количество обмоток обычно не превышает четырех-пяти.

Обозначение многообмоточного трансформатора

Некоторые устройства, питающиеся от сети переменного тока (коллекторные электродвигатели, сварочные аппараты и т.п.), создают интенсивные помехи, которые через электрическую сеть и силовой трансформатор могут проникнуть в аппаратуру и нарушить ее работу.

Для ослабления этих помех между первичной (сетевой) и остальными обмотками помещают электростатический экран, представляющий собой незамкнутый виток из полоски медной или алюминиевой фольги или один слой изолированного провода. Вывод экрана соединяют с шасси или с общим проводом (корпусом) прибора, а наличие экранирующей обмотки изображают штриховой линией, параллельной символу магнитопровода, со знаком корпуса прибора на конце.

Обозначение экранирующей обмотки

Иногда для работы в измерительной и бытовой аудиоаппаратуре обмотку трансформатора экранируют путем размещения внутри металлического футляра (экрана) из магнитного материала, который также соединяют с шасси или с общим проводом (корпусом) прибора.

Трансформатор с внешним экраном

Вот в принципе и все, что хотел рассказать об устройстве и принципе работе трансформатора.
До встречи на страницах сайта.
Удачи!

Литература:

1. В. А. Волгов – «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.
2. В. В. Фролов – «Язык радиосхем», Москва «Радио и связь», 1988 г.
3. И. И. Белопольский – «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.
4. В. Г. Борисов, – «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г.

Устройство трансформатора

Устройство трансформатора. Магнитопровод. Трансформаторы в зависимости от конфигурации магнитопровода подразделяют на стержневые, броневые и тороидальные.

В стержневом трансформаторе (рис. 213, а) обмотки 2 охватывают стержни магнитопровода 1; в броневом (рис. 213,б), наоборот, магнитопровод 1 охватывает частично обмотки 2 и как бы

Рис. 213. Устройство стержневого (а), броневого (б) и тороидального (в) трансформаторов

бронирует их; в тороидальном (рис. 213, в) обмотки 2 намотаны на магнитопровод 1 равномерно по всей окружности.

Трансформаторы большой и средней мощности обычно выполняют стержневыми. Их конструкция более простая и позволяет легче осуществлять изоляцию и ремонт обмоток. Достоинством их являются также лучшие условия охлаждения, поэтому они требуют меньшего расхода обмоточных проводов. Однофазные трансформаторы малой мощности чаще всего выполняют броневыми и тороидальными, так как они имеют меньшую массу и стоимость по сравнению со стержневыми трансформаторами из-за меньшего числа катушек и упрощения процесса сборки и изготовления. Тяговые трансформаторы с регулированием напряжения на стороне низшего напряжения — стержневого типа, а с регулированием на стороне высшего напряжения — броневого типа.
Магнитопроводы трансформаторов (рис. 214) для уменьшения потерь от вихревых токов собирают из листов электротехнической

Рис. 213. Принципиальные схемы стержневого (а), броневого (б) и тороидального (в) трансформаторов

Рис. 214. Магнитопроводы однофазного тягового (а) и силового трехфазного (б) трансформаторов: 1 — стержень; 2 — ярмовые балки; 3 — стяжные шпильки; 4 — основание для установки катушек; 5 — ярмо

стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Обычно применяют горячекатаную сталь с высоким содержанием кремния или холоднокатаную сталь. Листы изолируют один от другого тонкой бумагой или лаком. Стержни магнитопровода трансформатора средней мощности имеют квадратное или крестовидное сечение, а у более мощных трансформаторов — ступенчатое, по форме приближающееся к кругу (рис. 215, а). При такой форме обеспечивается минимальный периметр стержня при заданной площади поперечного сечения, что позволяет уменьшить длину витков обмоток, а следовательно, и расход обмоточных проводов. В мощных трансформаторах между отдельными стальными пакетами из которых собираются стержни, устраивают каналы шириной 5—6 мм для циркуляции охлаждающего масла. Ярмо, соединяющее стержни, имеет обычно прямоугольное сечение, площадь которого на 10—15% больше площади сечения стержней. Это уменьшает нагрев стали и потери мощности в ней.

В силовых трансформаторах магнитопровод собирают из прямоугольных листов. Сочленение стержней и ярма обычно выполняют с взаимным перекрытием их листов внахлестку. Для этого листы в двух смежных слоях сердечника располагают, как показано на рис. 215, б, г, т. е. листы стержней 1, 3 и ярма 2, 4 каждого последующего слоя перекрывают стык в соответствующих листах предыдущего слоя, существенно уменьшая магнитное сопротивление в месте сочленения. Окончательную сборку магнитопровода осуществляют после установки катушек на стержни (рис. 215, в).

В трансформаторах малой мощности магнитопроводы собирают из штампованных листов П- и Ш-образной формы или из штампованных колец (рис. 216, а—в).

Большое распространение получили также магнитопроводы (рис. 216,г—ж), навитые из узкой ленты электротехнической стали (обычно из холоднокатаной стали) или из специальных железо-никелевых сплавов.

Обмотки. Первичную и вторичную обмотки для лучшей магнитной связи располагают как можно ближе друг к другу: на каждом стержне 1магнитопровода размещают либо обе обмотки 2 и 3

Рис. 215 Формы поперечного сечения (а) и последовательность сборки магнитопровода (б — г)

Рис. 216. Сердечники однофазных трансформаторов малой мощности, собранные из штампованных листов (о, б), колец (в) и стальной ленты (г—ж)

концентрически одну поверх другой (рис. 217,а), либо обмотки 2 и 3 выполняют в виде чередующихся дисковых секций — катушек (рис. 217,б). В первом случае обмотки называют концентрическими, во втором — чередующимися, или дисковыми. В силовых трансформаторах обычно применяют концентрические обмотки, причем ближе к стержням обычно располагают обмотку низшего напряжения, требующую меньшей изоляции относительно магнито-провода трансформатора, снаружи — обмотку высшего напряжения.

В трансформаторах броневого типа иногда применяют дисковые обмотки. По краям стержня устанавливают катушки, принадлежащие обмотке низшего напряжения. Отдельные катушки соединяют последовательно или параллельно. В трансформаторах э. п. с, у которых вторичная обмотка имеет ряд выводов для изменения напряжения, подаваемого к тяговым двигателям, на каждом стержне располагают по три концентрических обмотки (рис. 217, в). Ближе к стержню размещают нерегулируемую часть 4 вторичной обмотки, в середине — первичную обмотку 5 высшего напряжения и поверх нее — регулируемую часть 6 вторичной обмотки. Размещение регулируемой части этой обмотки снаружи упрощает выполнение выводов от отдельных ее витков.

В трансформаторах малой мощности используют многослойные обмотки из провода круглого сечения с эмалевой или хлопчатобумажной изоляцией, который наматывают на каркас из электрокартона; между слоями проводов прокладывают изоляцию из специальной бумаги или ткани, пропитанной лаком.

В мощных трансформаторах, устанавливаемых на э. п. с, тяговых подстанциях и пр., применяют непрерывные спиральные

Рис. 217. Расположение концентрических (а), дисковых (б) и концентрических трехслойных (в) обмоток трансформатора

(рис. 218, а) и винтовые параллельные (рис. 218,б) обмотки, обладающие высокой механической прочностью и надежностью. Непрерывную спиральную обмотку используют в качестве первичной (высшего напряжения) и регулируемой части вторичной обмотки (низшего напряжения). Эта обмотка состоит из ряда последовательно соединенных плоских катушек, имеющих одинаковые размеры. Катушки расположены друг над другом. Между ними устанавливают прокладки и рейки из электрокартона, которые образуют горизонтальные и вертикальные каналы для прохода охлаждающей жидкости (масла).

Для повышения электрической прочности при воздействии атмосферных напряжений две первые и две последние катушки первичной (высоковольтной) обмотки обычно выполняют с усиленной изоляцией. Усиление изоляции ухудшает охлаждение, поэтому площадь сечения проводов этих катушек берут большей, чем для остальных катушек первичной обмотки.

Винтовую параллельную обмотку используют в качестве нерегулируемой части вторичной обмотки. Ее витки наматывают по винтовой линии в осевом направлении подобно резьбе винта. Обмотку выполняют из нескольких параллельных проводов прямоугольного сечения, прилегающих друг к другу в радиальном направлении. Между отдельными витками и группами проводов располагают каналы для прохода охлаждающей жидкости.

Рис. 218. Непрерывная спиральная (а) и винтовая (б) обмотки мощных трансформаторов электрического подвижного состава: 1 — выводы; 2,6 — каналы для прохода охлаждающей жидкости; 3 — катушки; 4 — опорные кольца; 5 — рейки; 7 — бакелитовый цилиндр; 8 — проводники обмотки

Рис. 219. Устройство трансформаторов общего назначения (а) и тягового (б) с масляным охлаждением: 1— термометр; 2 — выводы обмотки высшего напряжения; 3—выводы обмотки низшего напряжения; 4, 6 — пробки для заливки масла; 5 — масломерное стекло; 7 — расширитель; 8 — сердечник; 9, 10 — обмотки высшего и низшего напряжений; 11 — пробка для спуска масла; 12 —бак для охлаждения масла; 13 — трубы для охлаждения масла; 14 — теплообменник; 15 — воздуховоды; 16, 18 — стойки для установки переключателя выводов трансформатора; 17 — заводской щиток; 19 — насос для циркуляции масла; 20 — опорные балки

Число параллельных проводов определяется током, проходящим по обмотке.

Система охлаждения. Способ охлаждения трансформатора зависит от его номинальной мощности. При увеличении мощности трансформатора необходимо увеличивать и интенсивность его охлаждения.

Трансформаторы малой мощности обычно выполняют с естественным воздушным охлаждением и называют «сухими». Отвод тепла в них происходит путем непосредственной теплоотдачи от нагретых поверхностей обмотки и магнитопровода к окружающему воздуху. В некоторых случаях трансформаторы малой мощности помещают в корпус, залитый термореактивными компаундами на основе эпоксидных смол или других подобных материалов.

В трансформаторах средней и большой мощности сердечник с обмотками целиком погружают в бак, наполненный тщательно очищенным минеральным (трансформаторным) маслом (рис. 219, а). Такой способ отвода тепла называют естественным масляным охлаждением. Трансформаторное масло обладает более высокой теплопроводностью, чем воздух, и хорошо отводит тепло от обмоток и сердечника трансформатора к стенкам бака, имеющего большую площадь охлаждения, чем сам трансформатор. Погружение трансформатора в бак с маслом обеспечивает также повышение электрической прочности изоляции его обмоток и предотвращает ее старение под влиянием атмосферных воздействий. Баки трансформаторов мощностью 20—30 кВ*А имеют гладкие стенки. В более мощных трансформаторах (например, в трансформаторах, устанавливаемых на тяговых подстанциях) для повышения теплоотдачи поверхность охлаждения увеличивают, применяя баки с ребристыми стенками или трубчатые. Нагревающееся внутри бака масло поднимается кверху, а охлаждающееся в трубах опускается вниз, создавая, таким образом, естественную циркуляцию, способствующую охлаждению трансформатора.

На э. п. с. переменного тока применяют трансформаторы с масляным охлаждением и принудительной циркуляцией масла через теплообменник, охлаждаемый воздухом (рис. 219,б). Такая система охлаждения позволяет существенно повысить индукцию в сердечнике и плотность тока в обмотках, т. е. уменьшить массу и габаритные размеры трансформатора.

В систему охлаждения обычно вводят струйное реле, которое не допускает включения трансформатора, если через него не циркулирует масло.

Масло в трансформаторе во время работы нагревается и расширяется. При уменьшении нагрузки оно, охлаждаясь, возвращается к первоначальному объему. Поэтому масляные трансформаторы снабжают дополнительным баком — расширителем, соединенным с внутренней полостью бака.При нагревании трансформатора масло переходит в расширитель. Применение расширителя позволяет значительно сократить поверхность соприкосновения масла с воздухом, что уменьшает его загрязнение и увлажнение.

При работе трансформатора масло, нагреваясь, разлагается и загрязняется, поэтому его периодически очищают или заменяют. Масляные трансформаторы во избежание опасности пожара и взрыва устанавливают в специально огражденных помещениях. Наибольшая температура обмоток трансформатора не должна превышать 105 °С, сердечника — 110 °С, верхних слоев масла — 95 °С.

Для защиты от возможной аварии трансформаторы средней и большой мощности снабжают специальными газовыми реле. Газовое реле устанавливают в трубопроводе между основным баком и расширителем. При значительном выделении взрывоопасных газов, образующихся в результате разложения масла, газовое реле автоматически выключает трансформатор, предупреждая развитие аварии. В трансформаторах мощностью более 1000 кВ*А устанавливают также выхлопную трубу, закрытую стеклянной мембраной. При образовании большого количества газов они выдавливают мембрану и выходят в атмосферу — этим предотвращается деформация бака.

Многообмоточные трансформаторы. Наиболее распространены двухобмоточные однофазные трансформаторы (рис. 220, а). При необходимости получения от одного трансформатора нескольких различных напряжений u21, u22, u23 (рис. 220, б) используют многообмоточные трансформаторы, у которых на магнитопроводе расположено несколько вторичных обмоток с различным числом витков. Например, тяговые трансформаторы электровозов имеют обычно четыре обмотки: первичную (высшего напряжения) и три вторичные (низшего напряжения). Одна из них (тяговая) служит для питания через выпрямитель цепи тяговых двигателей, вторая — для питания электрических потребителей собственных нужд (цепей вспомогательных машин, управления, освещения и пр.) и третья — для питания электрических печей отопления пассажирских вагонов. Если на электровозе предусмотрено рекуперативное торможение, то в ряде случаев применяют специальную вторичную обмотку для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей в этом режиме. На некоторых электровозах каждый тяговый двигатель питается от собственного выпрямительного блока и в трансформаторе предусматривают соответствующее число вторичных обмоток.

Рис. 220. Схемы двухобмоточного (а) и многообмоточного (б) трансформаторов

Рис. 213. Принципиальные схемы стержневого (а), броневого (б) и тороидального (в) трансформаторов
Принцип действия трансформатора - назначение, устройство и классификация

трансформатор

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.
трансформатор

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

трансформатор

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;

типы трансформаторов

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

типы трансформаторов

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:

вращающиеся трансформаторы

  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

трансформатор

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)

устройство и принципы работы, назначение и область применения прибора

Где применяются трансформаторыНазвание "трансформатор" произошло от латинского слова «transforмare», что значит "превращать, преобразовывать". Именно в этом и заключается его суть — преобразование путем магнитной индукции переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но аналогичной частоты. Главное назначение трансформатора — использование в электросетях и источниках питания разнообразных приборов.

Устройство и принцип действия

Трансформатор — это прибор для преобразования переменного тока и напряжения, не имеющий подвижных частей.

Устройство трансформаторов состоит из одной или нескольких обособленных проволочных, иногда ленточных катушек (обмоток), которые охвачены единым магнитным потоком. Катушки, как правило, наматывают на сердечник (магнитопровод). Обычно он изготавливается из ферромагнитного материала.

На рисунке схематично представлен принцип работы трансформатора.

Как устроен трансформатор

На рисунке видно, что первичная обмотка подсоединена к источнику переменного тока, а другая (вторичная) — к нагрузке. В витках первичной обмотки при этом проистекает переменный ток, его величина I1. А обе катушки охватывает магнитный поток Ф, производящий в них электродвижущую силу.

Если вторичная обмотка находится без нагрузки, то такой режим работы преобразователя называется «холостой ход». Когда вторичная катушка под нагрузкой, в ней под действием электродвижущей силы возникает ток I2.

Выходное напряжение при этом зависит напрямую от того, сколько витков на катушках, а сила тока — от диаметра (сечения) провода. Другими словами, если обе катушки имеют равное количество витков, то напряжение на выходе будет равно напряжению на входе. А если на вторичную катушку намотать в 2 раза больше витков, то и напряжение на выходе станет в 2 раза выше входного.

Итоговый ток зависит также и от диаметра провода обмотки. Например, при большой нагрузке и маленьком диаметре провода может произойти перегрев обмотки, нарушение целостности изоляции и даже полный выход из строя трансформатора.

Во избежание таких ситуаций составлены таблицы для расчета преобразователя и выбора диаметра провода под заданное выходное напряжение.

Классификация по видам

Трансформаторы принято классифицировать по нескольким признакам: по назначению, по способу установки, по типу изоляции, по используемому напряжению и т. д. Рассмотрим самые распространенные виды приборов.

Силовые преобразователи

Силовые трансформаторыТакой вид приборов применяется для подачи и приема электрической энергии на ЛЭП и с ЛЭП с напряжением до 1150 квт. Отсюда и название — силовой. Эти приборы функционируют на низких частотах — порядка 50−60 Гц. Их конструктивными особенностями является то, что они могут содержать несколько обмоток, которые располагаются на броневом сердечнике, изготовленном из электротехнической стали. Причем катушки низкого напряжения могут быть запитаны параллельно.

Такой прибор носит название трансформатор с расщепленными обмотками. Обычно силовые трансформаторы помещают в емкость с трансформаторным маслом, а самые мощные агрегаты охлаждают активной системой. Для установки на подстанциях и электростанциях используют трехфазные приборы мощностью до 4 тыс. кВА. Они получили наибольшее распространение, так как потери в них уменьшены на 15% по сравнению с однофазными.

Автотрансформаторы (ЛАТР)

Это особая разновидность низкочастотного прибора. В нем вторичная обмотка одновременно является частью первичной и наоборот. То есть катушки связываются не только магнитно, но и электрически. Разное напряжение получается и с одной обмотки, если сделано несколько выводов. За счет использования меньшего количества проводов достигается удешевление прибора. Однако при этом отсутствует гальваническая развязка обмоток, а это уже существенный недочет.

Автотрансформаторы нашли применение в высоковольтных сетях и в установках автоматического управления, для запуска двигателей переменного тока. Целесообразно их использование при невысоких коэффициентах трансформации. ЛАТР применяют для регулировки напряжения в лабораторных условиях.

Трансформаторы тока

Применение трансформаторовВ таких приборах первичная обмотка подсоединяется непосредственно к источнику тока, а вторичная — к приборам с небольшим внутренним сопротивлением. Это могут быть защитные или измерительные устройства. Самым распространенным видом трансформатора тока считается измерительный.

Он состоит из сердечника, выполненного из шихтованной кремнистой холоднокатаной электротехнической стали, с намотанной на него одной или несколькими обособленными вторичными обмотками. В то время как первичная может представлять собой просто шину или же провод с измеряемым током, пропущенным при этом сквозь окошко магнитопровода. По такому принципу функционируют, к примеру, токоизмерительные клещи. Главной характеристикой трансформаторного тока является коэффициент трансформации.

Такие преобразователи безопасны и поэтому нашли применение при измерении тока и в схемах релейной защиты.

Импульсные преобразователи

В современном мире импульсные системы практически полностью заменили тяжелые низкочастотные трансформаторы. Обычно импульсный прибор выполняется на ферритовом сердечнике разнообразных форм и размеров:

  • кольцо;
  • стержень;
  • чашечка;
  • в виде буквы Ш;
  • П-образный.

Превосходство таких приборов сомнениям не подлежит — они способны функционировать на частотах до 500 и более кГц.

Так как это прибор высокочастотный, то его размеры существенно снижаются с ростом частоты. На обмотку расходуется меньшее количество провода, а для получения высокочастотного тока в первой цепи достаточно лишь подключения полевого или биполярного транзистора.

Существуют еще много разновидностей трансформаторов: разделительные, согласующие, пик-трансформаторы, сдвоенный дроссель и т. д. Все они широко применяются в современной промышленности.

Область применения приборов

Сегодня, пожалуй, трудно себе представить область науки и техники, где не применяются трансформаторы. Их широко используются для следующих целей:

  1. Трансформатор токаДля передачи и раздачи электроэнергии.
  2. Для создания допустимой схемы включения вентилей. Применяется в преобразовательных устройствах с одновременным согласованием входного и выходного напряжения.
  3. В производстве: в сварке, для снабжения электротермических установок и т. д. Мощность таких приборов достигает порой десятков тысяч кВА и напряжения до 10 кВ, а рабочий диапазон — 50 Гц.
  4. Преобразователи малой мощности и невысокого напряжения применяют для радио- и телеаппаратуры, устройств связи, бытовых приборов, для согласования напряжений и т. д.
  5. При включении электроизмерительных приборов и реле в электроцепи высокого напряжения с целью расширения диапазонов измерений и обеспечения электробезопасности.

Исходя из многообразия устройств и видов назначения трансформаторов, можно утверждать, что сегодня они — незаменимые, использующиеся практически повсеместно устройства, благодаря которым обеспечивается стабильность и достижение необходимых потребителю значений напряжения как гражданских сетей, так и сетей предприятий промышленности.

трансформатор | Определение, типы и факты

Трансформатор , устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи переменного тока в одну или несколько других цепей, либо увеличивая (повышая), либо понижая (понижая) напряжение. Трансформаторы используются в самых разных целях; например, чтобы снизить напряжение традиционных силовых цепей для работы низковольтных устройств, таких как дверные звонки и игрушечные электропоезда, и повысить напряжение от электрических генераторов, чтобы электроэнергия могла передаваться на большие расстояния.

Британика Викторина

Электроника и гаджеты Викторина

С каким из этих устройств сотовый телефон наиболее тесно связан?

Трансформаторы изменяют напряжение посредством электромагнитной индукции; то есть, когда магнитные силовые линии (линии потока) накапливаются и разрушаются с изменениями тока, проходящего через первичную катушку, ток индуцируется в другой катушке, называемой вторичной.Вторичное напряжение рассчитывается путем умножения первичного напряжения на отношение количества витков во вторичной катушке к числу витков в первичной катушке, величина, называемая отношением витков.

Трансформаторы с воздушным сердечником предназначены для передачи радиочастотных токов, т. Е. Токов, используемых для радиопередачи; они состоят из двух или более катушек, намотанных вокруг твердого изолирующего вещества или в форме изолирующей катушки. Трансформаторы с железным сердечником выполняют аналогичные функции в диапазоне звуковых частот.

Согласующие по сопротивлению трансформаторы используются для согласования полного сопротивления источника и его нагрузки для наиболее эффективной передачи энергии. Из соображений безопасности обычно используются изолирующие трансформаторы, чтобы изолировать часть оборудования от источника питания.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня ,
Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Трансформатор - это устройство, которое передает электрическую энергию из одной электрической цепи в другую посредством взаимной (электромагнитной индукции) и без изменения частоты. Трансформаторы являются важной частью электрических систем. [1]

Трансформаторы изготавливаются разных размеров: от очень маленького соединительного трансформатора внутри сценического микрофона до больших блоков, которые несут сотни МВА, используемых в электрических сетях.

Основная причина использования трансформатора - преобразование мощности одного уровня напряжения в мощность другого уровня напряжения. Высокое напряжение легче отправить на большое расстояние, но меньшее напряжение легче и безопаснее использовать в офисе или дома. [2] Трансформаторы используются для увеличения или уменьшения напряжения переменного тока (AC) в цепях. Трансформатор обычно состоит из двух катушек вокруг одного и того же сердечника. Первичная катушка или входная катушка соединены со стороной питания, в то время как вторичная катушка подает питание на нагрузку.Второй называется выходной катушкой. [3] Энергия передается от первичной обмотки к вторичной с помощью электромагнетизма. В электрических сетях используется много трансформаторов. Это сети для доставки электроэнергии от генератора и к пользователю.

Трансформаторы в вашем районе, на электрических столбах или подключенные к подземным проводам, обычно преобразуют высокое напряжение 7200 вольт в 220-240 вольт для питания светильников и бытовых приборов, таких как холодильники в домах и на предприятиях. [4] В некоторых странах, например в Америке, в домах используются разные напряжения, например 120 вольт. Трансформаторы не могут увеличить мощность, поэтому, если напряжение повышается, ток пропорционально уменьшается. Если напряжение снижается, ток пропорционально увеличивается. [5]

Трансформаторы внутри электронного оборудования обеспечивают виды электричества, в которых нуждаются различные детали.

Существует несколько основных типов трансформаторов:

  • Повышающий трансформатор: выходное напряжение больше, чем входное напряжение.
  • понижающий трансформатор: входное напряжение больше, чем выходное напряжение.
  • Некоторые трансформаторы имеют то же выходное напряжение, что и входное напряжение, и используются для электрической изоляции двух электрических цепей.
,
4 устройства защиты силовых трансформаторов подробно описаны

Защита масляных трансформаторов

Защита силового трансформатора реализуется с помощью двух различных типов устройств, а именно устройств , измеряющих электрические величины , воздействующих на трансформатор через измерительные трансформаторы, и устройств, которые указывают состояние физических величин на самом трансформаторе.

4 Power Transformer Protection Devices - explained in details 4 Power Transformer Protection Devices - explained in details 4 Устройства защиты силовых трансформаторов - подробно объяснено (на фото: трансформатор подстанции 69 кВ Bayer; кредит: ietc-team.ком)

Примером первой может быть дифференциальная защита на основе тока, а второй - контроль температуры масла.

Защитные устройства //

Далее обсуждаются защитные устройства, обычно поставляемые как часть поставки силового трансформатора .

  1. Реле Бухгольца (Газ)
  2. Реле давления
  3. Устройство контроля уровня масла
  4. Термометр обмотки

Защита силового трансформатора в целом и использование представленных ниже защитных устройств здесь не обсуждаются.


1. Реле Бухгольца (Газ)

Защита Бухгольца - это механический детектор неисправностей для электрических неисправностей в масляных трансформаторах. Реле Бухгольца (газа) находится в трубопроводе между основным баком трансформатора и расширителем масла. Труба консерватора должна быть слегка наклонена для надежной работы.

Часто существует обходная труба, которая позволяет вывести реле Бухгольца из строя.

Installed Buchholz gas relay Installed Buchholz gas relay Установлено газовое реле Бухгольца

Защита Бухгольца - это , быстрый и чувствительный детектор неисправностей .Он работает независимо от количества обмоток трансформатора, положения устройства РПН и измерительных трансформаторов. Если устройство РПН относится к типу резервуара (контейнера) и имеет собственный масляный кожух с масляным расширителем, то для устройства РПН предусмотрено специальное реле Бухгольца.

Типичная защита Бухгольца включает в себя поворотный поплавок (F) и поворотную лопасть (V) , как показано на рисунке 1. Поплавок несет один ртутный переключатель, а лопасть также содержит другой ртутный переключатель.Обычно корпус заполнен маслом, а ртутные выключатели разомкнуты.

Buchholz relay principal construction Buchholz relay principal construction Рисунок 1 - Принципиальная конструкция реле Бухгольца
При незначительной неисправности…

Здесь предполагается, что незначительная неисправность происходит внутри трансформатора. Газы, образующиеся при незначительных повреждениях, поднимаются от места повреждения до верхней части трансформатора. Затем пузырьки газа проходят вверх по трубопроводу к консерватору. Пузырьки газа будут отводиться в корпус защиты Бухгольца.

Это означает, что газ заменяет масло в обсадной колонне. Когда уровень масла падает, поплавок (F) будет следовать, а ртутный выключатель наклоняется и замыкает цепь аварийной сигнализации.

Когда происходит серьезная ошибка ...

Предполагается также, что в трансформаторе происходит серьезное замыкание на землю между фазами или обмотками. Такие неисправности быстро производят большие объемы газа (более 50 см3 / (кВт) и пары масла, которые не могут выйти.

Поэтому они создают резкое повышение давления и вытесняют масло.Это устанавливает быстрый поток от трансформатора к консерватору. Лопасть (V) реагирует на высокий поток нефти и газа в трубе к реставратору. В этом случае ртутный выключатель замыкает цепь отключения. Время срабатывания размыкающего контакта зависит от места повреждения , а величины тока повреждения .

Испытания, проведенные в смоделированных условиях эксплуатации, показали, что возможна работа в диапазоне времени 0,050-0,10 секунды .Время работы не должно превышать с 0,3 секундами .

Реле газового аккумулятора также обеспечивает долгосрочное накопление газов , связанное с перегревом различных частей проводника трансформатора и систем изоляции. Это позволит обнаружить источники неисправностей на ранних стадиях и предотвратить значительные повреждения.

A typical outlook of a Buchholz relay with flanges on both sides for pipe connections A typical outlook of a Buchholz relay with flanges on both sides for pipe connections Рисунок 2 - Типичный вид реле Бухгольца с фланцами с обеих сторон для подсоединения труб

Когда трансформатор впервые вводится в эксплуатацию, воздух, уловленный в обмотках, может дать ненужных сигналов тревоги .Обычно воздух в силовых трансформаторах удаляют вакуумной обработкой при заполнении бака трансформатора маслом.

Газ, накопленный без этой обработки, будет, конечно, воздухом, что можно подтвердить, если посмотреть, что он не воспламеняется.

Кроме того, реле Бухгольца может обнаружить , если уровень масла упадет ниже уровня реле в результате утечки из бака трансформатора.

Другие технические статьи, связанные с реле Бухгольца //

    Защитный масляный трансформатор
  1. с реле Бухгольца
  2. Цель трансформаторного газового реле

Вернуться к оглавлению №


2.Реле давления

Многие силовые трансформаторы со встроенным устройством РПН имеют защиту от давления для отдельного масляного отсека устройства РПН. Эта защита обнаруживает внезапное увеличение скорости давления внутри масляного отсека устройства РПН.

На рисунке 3 показан принцип реле давления.

Pressure relay Pressure relay Рисунок 3 - Реле давления

Когда давление перед поршнем превышает противодействующее усилие пружины, поршень будет перемещать рабочие переключающие контакты.Микровыключатель внутри блока переключения герметично закрыт и герметизирован азотом.

Внутренняя неисправность в маслонаполненном трансформаторе обычно сопровождается избыточным давлением в баке трансформатора .

Простейшим видом устройства для сброса давления является широко используемый ломкий диск . Волна масла, вызванная сильной внутренней неисправностью, разрывает диск и позволяет быстро слить масло. Сброс и ограничение повышения давления предотвращают взрывной разрыв резервуара и последующий пожар.

Также, если используется, отдельный масляный корпус устройства РПН может быть оснащен устройством для сброса давления .

Principle construction of a pressure relief device Principle construction of a pressure relief device Рисунок 4 - Принципиальная конструкция устройства для сброса давления

Устройство сброса давления может быть оснащено контактным блоком для подачи сигнала на цепи отключения автоматического выключателя .

A pressure relief device with contact units A pressure relief device with contact units Рисунок 5 - Устройство сброса давления с контактными устройствами

Недостатком хрупкого диска является то, что масло, оставшееся в баке, остается открытым в атмосферу после разрыва .Этого избегают в более эффективном устройстве, предохранительном клапане, который открывается, чтобы позволить слив масла, если давление превышает предварительно установленный предел.

Обеспечивая трансформатор предохранительным клапаном, избыточное давление может быть ограничено величиной, безвредной для трансформатора.

Если ненормальное давление относительно высокое, этот пружинный клапан может работать в течение нескольких миллисекунд и обеспечивать быстрое отключение, когда установлены подходящие контакты.Клапан закрывается автоматически, когда внутреннее давление падает ниже критического уровня.

Вернуться к оглавлению №


3. Устройство контроля уровня масла

Трансформаторы с масляным консерватором (расширительным баком) часто имеют монитор уровня масла. Обычно монитор имеет двух контактов для сигнализации . Один контакт предназначен для сигнализации максимального уровня масла, а другой - для сигнализации минимального уровня масла.

A typical outlook of an oil level monitor device A typical outlook of an oil level monitor device Рисунок 6 - Типичный вид устройства контроля уровня масла

Верхний масляный термометр имеет жидкостную лампочку термометра в кармане в верхней части трансформатора.Термометр измеряет температуру масла в верхней части трансформатора. Верхний масляный термометр может иметь от одного до четырех контактов, которые последовательно замыкаются при последовательно более высокой температуре.

При наличии четырех контактов два нижних уровня обычно используются для запуска вентиляторов или насосов для принудительного охлаждения , третий уровень - для подачи сигнала тревоги и четвертый шаг - для отключения выключателей нагрузки или отключения трансформатора или обоих.

На рисунке ниже показана конструкция верхнего термометра для масла капиллярного типа , в котором колба находится в «кармане», окруженном маслом сверху трансформатора.Колба соединена с измерительным сильфоном внутри основного блока через капиллярную трубку. Сильфон перемещает индикатор по механическим связям, что приводит к срабатыванию контактов при заданных температурах.

Capillary type of top-oil temperature measurement device Capillary type of top-oil temperature measurement device Рисунок 7 - Капиллярный тип устройства для измерения температуры верхнего масла

Температура верхнего масла может быть значительно ниже температуры обмотки, особенно вскоре после внезапного увеличения нагрузки. Это означает, что верхний масляный термометр не является эффективной защитой от перегрева.

Тем не менее, если политика в отношении потерь трансформаторов позволяет, срабатывание при температуре масла в верхней части может быть удовлетворительным . Это дает дополнительное преимущество непосредственного контроля температуры масла, чтобы гарантировать, что оно не достигает температуры вспышки.

Вернуться к оглавлению №


4. Обмоточный термометр

Термометр обмотки , показанный на рисунке ниже, реагирует как на температуру масла в верхней части, так и на эффект нагрева от тока нагрузки.

Capillary type of winding thermometer Capillary type of winding thermometer Рисунок 8 - Капиллярный тип обмоточного термометра

Термометр обмотки создает изображение самой горячей части обмотки. Температура верхнего масла измеряется с помощью метода, аналогичного описанному ранее. Измерение дополнительно расширяется сигналом тока, пропорциональным току нагрузки в обмотке.

Этот сигнал тока принимается от трансформатора тока , расположенного внутри проходного изолятора этой конкретной обмотки. Этот ток подводится к резисторному элементу в основном блоке.Этот резистор нагревается, и в результате протекающего через него тока он, в свою очередь, нагревает измерительный сильфон, что приводит к увеличению движения индикатора.

Top-oil thermometer and winding thermometer main units fitted on the side of a power transformer Top-oil thermometer and winding thermometer main units fitted on the side of a power transformer Рисунок 9 - Термометр с верхним маслом и основные блоки термометра обмотки, установленные на боковой части силового трансформатора

Смещение температуры пропорционально сопротивлению электрического нагревательного (резисторного) элемента.

Результат прогрева обеспечивает данные для регулировки сопротивления и, тем самым, смещения температуры .Смещение должно соответствовать разнице между температурой горячей точки и температурой верхнего масла. Постоянная времени нагрева кармана должна соответствовать постоянной времени нагрева обмотки.

Затем датчик температуры измеряет температуру, равную температуре обмотки, если смещение равно разности температур и постоянные времени равны.

Термометр обмотки может иметь от одного до четырех контактов , которые последовательно замыкаются при последовательно более высокой температуре.

С четырьмя контактами два нижних уровня обычно используются для запуска вентиляторов или насосов для принудительного охлаждения , третий уровень для включения тревоги и четвертый шаг для отключения выключателей нагрузки или обесточивания трансформатора или обоих.

В случае, если силовой трансформатор оснащен термометром с верхним маслом и обмоточным термометром, последний обычно отвечает за контроль принудительного охлаждения.

Вернуться к оглавлению №

Справочник // Справочник по автоматизации распределения - ABB

,
Как работают трансформаторы. Трансформаторы - это тип нейронных… | Giuliano Giacaglia

Нейронная сеть, используемая Open AI и DeepMind

Giuliano Giacaglia

Трансформаторы - это тип архитектуры нейронных сетей, который набирает популярность. Трансформеры недавно использовались OpenAI в своих языковых моделях, а также недавно использовались DeepMind для AlphaStar - их программы для победы над лучшим профессиональным игроком Starcraft.

Трансформаторы были разработаны для решения проблемы преобразования последовательности , , или нейронного машинного перевода. Это означает, что любая задача преобразует входную последовательность в выходную последовательность. Это включает в себя распознавание речи, преобразование текста в речь и т. Д.

Преобразование последовательности. Входные данные представлены зеленым цветом, модель представлена ​​синим цветом, а выходные данные представлены фиолетовым цветом. GIF от 3

Для моделей, выполняющих преобразование последовательности , необходимо иметь какую-то память. Например, допустим, что мы переводим следующее предложение на другой язык (французский):

«The Transformers» - японская группа [[hardcore punk]].Группа была образована в 1968 году, в разгар японской музыкальной истории »

В этом примере слово« группа »во втором предложении относится к группе« Трансформеры », введенной в первом предложении. Когда вы читаете о группе во втором предложении, вы знаете, что она относится к группе «Трансформеры». Это может быть важно для перевода. Есть много примеров, когда слова в некоторых предложениях относятся к словам в предыдущих предложениях.

Для такого перевода предложений модели необходимо выяснить такие зависимости и связи.Рекуррентные нейронные сети (RNN) и сверточные нейронные сети (CNN) были использованы для решения этой проблемы из-за их свойств. Давайте рассмотрим эти две архитектуры и их недостатки.

Рекуррентные нейронные сети содержат петли, позволяющие информации сохраняться.

Вход представлен как x_t

На рисунке выше мы видим часть нейронной сети, A, , обрабатывающую некоторый вход x_t и выходной сигнал h_t. Цикл позволяет передавать информацию от одного шага к следующему.

Петли можно представить по-другому. Рекуррентная нейронная сеть может рассматриваться как несколько копий одной и той же сети, и , каждая сеть передает сообщение своему преемнику. Рассмотрим, что произойдет, если мы развернем цикл:

Развернутая рекуррентная нейронная сеть

Эта цепочечная природа показывает, что рекуррентные нейронные сети явно связаны с последовательностями и списками. Таким образом, если мы хотим перевести некоторый текст, мы можем установить каждый ввод как слово в этом тексте.Рекуррентная нейронная сеть передает информацию предыдущих слов в следующую сеть, которая может использовать и обрабатывать эту информацию.

На следующем рисунке показано, как обычно последовательность модели последовательности работает с использованием рекуррентных нейронных сетей. Каждое слово обрабатывается отдельно, и результирующее предложение генерируется путем передачи скрытого состояния на этап декодирования, который затем генерирует выходные данные.

GIF от 3

Проблема долгосрочных зависимостей

Рассмотрим языковую модель, которая пытается предсказать следующее слово на основе предыдущих.Если мы пытаемся предсказать следующее слово предложения «облака в небе» , нам не нужен дополнительный контекст. Совершенно очевидно, что следующим словом будет небо.

В этом случае, когда разница между соответствующей информацией и необходимым местом мала, RNNs могут научиться использовать прошлую информацию и выяснить, каково следующее слово для этого предложения.

Изображение из 6

Но есть случаи, когда нам нужно больше контекста. Например, допустим, что вы пытаетесь предсказать последнее слово текста: «Я вырос во Франции… я бегло говорю…». Согласно недавней информации, следующее слово, вероятно, является языком, но если мы хотим сузить язык, нам нужен контекст Франции, который находится дальше в тексте.

Изображение из 6

RNN становится очень неэффективным, когда разрыв между соответствующей информацией и точкой, где она необходима, становится очень большим. Это связано с тем, что информация передается на каждом этапе, и чем длиннее цепочка, тем более вероятна потеря информации по цепочке.

Теоретически, RNN могут изучать эти долгосрочные зависимости.На практике они, кажется, не изучают их. LSTM, особый тип RNN, пытается решить эту проблему.

При составлении календаря на день мы расставляем приоритеты для наших встреч. Если есть что-то важное, мы можем отменить некоторые встречи и учесть то, что важно.

RNN не делают этого. Всякий раз, когда он добавляет новую информацию, он полностью преобразует существующую информацию, применяя функцию. Вся информация модифицируется, и не учитывается, что важно, а что нет.

LSTM вносят небольшие изменения в информацию путем умножения и сложения. С LSTM информация течет через механизм, известный как состояния ячейки. Таким образом, LSTM могут выборочно помнить или забывать вещи, которые важны и не так важны.

Внутренне LSTM выглядит следующим образом:

Изображение из 6

Каждая ячейка принимает в качестве входных данных x_t (слово в случае перевода предложения в предложение), состояние предыдущей ячейки и выход предыдущей ячейки .Он манипулирует этими входами и, основываясь на них, генерирует новое состояние ячейки и вывод. Я не буду вдаваться в подробности о механике каждой клетки. Если вы хотите понять, как работает каждая ячейка, я рекомендую запись в блоге Кристофера:

С состоянием ячейки информация в предложении, которая важна для перевода слова, может быть переведена из одного слова в другое при переводе.

Проблема с LSTM

Та же проблема, которая обычно возникает с RNN, возникает с LSTM, т.е.е. когда предложения слишком длинные, LSTM все еще не очень хорошо. Причина этого заключается в том, что вероятность сохранения контекста от слова, которое находится далеко от текущего обрабатываемого слова, экспоненциально уменьшается с расстоянием от него.

Это означает, что когда предложения длинные, модель часто забывает содержание удаленных позиций в последовательности. Другая проблема с RNN и LSTM заключается в том, что трудно распараллеливать работу по обработке предложений, поскольку вам приходится обрабатывать слово за словом.Мало того, но нет модели долгосрочных и краткосрочных зависимостей. Итак, LSTM и RNN представляют 3 проблемы:

  • Последовательные вычисления препятствуют распараллеливанию
  • Нет явного моделирования длинных и коротких зависимостей
  • «Расстояние» между позициями является линейным

Для решения некоторых из этих проблем исследователи создали техника обращать внимание на конкретные слова.

При переводе предложения я уделяю особое внимание слову, которое я сейчас перевожу.Когда я записываю аудиозапись, я внимательно слушаю сегмент, который активно записываю. И если вы попросите меня описать комнату, в которой я сижу, я осмотрю объекты, которые я описываю, когда я это делаю.

Нейронные сети могут достичь того же поведения, используя внимание , сосредоточив внимание на части подмножества информации, которую им дают. Например, RNN может присутствовать на выходе другого RNN. На каждом временном шаге он фокусируется на разных позициях в других RNN.

Для решения этих проблем Внимание - это метод, который используется в нейронной сети. Для RNN вместо кодирования всего предложения в скрытом состоянии каждое слово имеет соответствующее скрытое состояние, которое передается полностью до стадии декодирования. Затем скрытые состояния используются на каждом этапе RNN для декодирования. Следующий рисунок показывает, как это происходит.

Зеленый этап называется этапом
кодирования , а фиолетовый этап является этапом кодирования. GIF от 3

Идея заключается в том, что в каждом слове предложения может быть соответствующая информация. Таким образом, чтобы декодирование было точным, необходимо учитывать каждое слово ввода, уделяя внимание .

Чтобы обратить внимание на RNN при передаче последовательности, мы разделим кодирование и декодирование на 2 основных этапа. Один шаг представлен зеленым, , а другой - фиолетовым. Зеленый этап называется этапом кодирования , а фиолетовый этап - этапом декодирования .

GIF от 3

Этап зеленого цвета отвечает за создание скрытых состояний на входе. Вместо того, чтобы передавать только одно скрытое состояние декодерам, как мы делали до внимания , мы передаем все скрытые состояния, генерируемые каждым «словом» предложения, на стадию декодирования. Каждое скрытое состояние используется на этапе декодирования , чтобы выяснить, где сеть должна уделять внимания .

Например, при переводе предложения « Je suis étudiant» на английский язык требуется, чтобы на этапе декодирования при его переводе рассматривались разные слова.

Этот рисунок показывает, какой вес придается каждому скрытому состоянию при переводе предложения «Je suis étudiant» на английский. Чем темнее цвет, тем больше веса связано с каждым словом. GIF от 3

Или, например, когда вы переводите предложение «L'accord sur la zone économique européenne a été signé en aûût 1992». с французского на английский, и сколько внимания уделяется каждому входу.

Перевод предложения «Экономическое соглашение между странами и государствами в 1992 году»." на английский. Изображение из 3

Но некоторые из проблем, которые мы обсуждали, до сих пор не решены с RNN, использующими внимание . Например, параллельная обработка входных данных (слов) невозможна. Для большого корпуса текста это увеличивает время, затрачиваемое на перевод текста.

Сверточные нейронные сети помогают решить эти проблемы. С их помощью мы можем

  • Тривиально распараллелить (на слой)
  • Эксплуатация локальных зависимостей
  • Расстояние между позициями является логарифмическим

Некоторые из наиболее популярных нейронных сетей для преобразования последовательности, Wavenet и Bytenet, являются сверточными нейронными сетями.

Wavenet, модель - это сверточная нейронная сеть (CNN). Изображение из 10

Причина, по которой сверточные нейронные сети могут работать параллельно, заключается в том, что каждое слово на входе может обрабатываться одновременно и не обязательно зависит от предыдущих слов, которые необходимо перевести. Не только это, но и «расстояние» между выходным словом и любым входом для CNN составляет порядка log (N) - это размер высоты дерева, сгенерированного из вывода на вход (вы можно увидеть это на GIF выше.Это намного лучше, чем расстояние выхода RNN и входа, которое составляет порядка N .

Проблема заключается в том, что сверточные нейронные сети не обязательно помогают решить проблему зависимостей при переводе предложений. Вот почему Трансформеры были созданы, они представляют собой сочетание обеих CNN с вниманием.

Чтобы решить проблему распараллеливания, трансформаторы пытаются решить эту проблему, используя сверточные нейронные сети вместе с моделями внимания . Внимание повышает скорость, с которой модель может переводить одну последовательность в другую.

Давайте посмотрим, как работает Transformer . Трансформер - это модель, которая использует внимания для повышения скорости. Точнее говоря, он использует самоуважения.

Трансформер. Изображение от 4

Внутри Transformer имеет архитектуру, аналогичную предыдущим моделям выше. Но Transformer состоит из шести кодеров и шести декодеров.

Изображение из 4

Каждый кодировщик очень похож на другого. Все кодеры имеют одинаковую архитектуру. Декодеры имеют одно и то же свойство, то есть они также очень похожи друг на друга. Каждый кодировщик состоит из двух уровней: , самообслуживания, и нейронной сети прямой связи.

Изображение из 4

Сначала входы энкодера проходят через слой самосохранения . Это помогает кодировщику взглянуть на другие слова во входном предложении при кодировании конкретного слова. Декодер имеет оба этих слоя, но между ними находится слой внимания, который помогает декодеру сфокусироваться на соответствующих частях входного предложения.

Изображение из 4

Примечание: Этот раздел взят из поста в блоге Джея Алламара

Давайте начнем с рассмотрения различных векторов / тензоров и того, как они перемещаются между этими компонентами, чтобы превратить ввод обученной модели в вывод. Как и в случае с приложениями NLP в целом, мы начинаем с преобразования каждого входного слова в вектор с использованием алгоритма встраивания.

Изображение взято с 4

Каждое слово встроено в вектор размером 512. Мы представим эти векторы с помощью этих простых прямоугольников.

Встраивание происходит только в самом нижнем кодере. Абстракция, которая является общей для всех кодировщиков, заключается в том, что они получают список векторов, каждый из которых имеет размер 512.

В нижнем кодировщике это будет вложение слов, но в других кодировщиках это будет вывод кодера, который прямо под После встраивания слов в нашу входную последовательность каждое из них проходит через каждый из двух уровней кодера.

Image from 4

Здесь мы начинаем видеть одно ключевое свойство Transformer, которое заключается в том, что слово в каждой позиции проходит через свой собственный путь в кодере.Существуют зависимости между этими путями в слое самообслуживания. Слой прямой связи, тем не менее, не имеет этих зависимостей, и, таким образом, различные пути могут выполняться параллельно, проходя через слой прямой связи.

Далее мы переключим пример на более короткое предложение и посмотрим, что происходит на каждом подуровне кодера.

Self-Attention

Давайте сначала рассмотрим, как рассчитать самообслуживание с использованием векторов, а затем перейдем к рассмотрению того, как оно на самом деле реализовано - с использованием матриц.

Выяснение соотношения слов в предложении и уделение внимания . Изображение из 8

Первым этапом при вычислении собственного внимания является создание трех векторов из каждого из входных векторов кодировщика (в данном случае, вложение каждого слова). Таким образом, для каждого слова мы создаем вектор запроса, вектор ключа и вектор значения. Эти векторы создаются умножением вложения на три матрицы, которые мы обучали в процессе обучения.

Обратите внимание, что эти новые векторы меньше по размеру, чем вектор вложения.Их размерность равна 64, в то время как векторы ввода и вывода кодирования имеют размерность 512. Они не ДОЛЖНЫ быть меньше, это выбор архитектуры, позволяющий сделать вычисление многоголовочного внимания (главным образом) постоянным.

Изображение взято из 4

Умножение x1 на весовую матрицу WQ дает q1, вектор «запроса», связанный с этим словом. В итоге мы создаем «запрос», «ключ» и «значение» проекции каждого слова во входном предложении.

Что представляют собой векторы «запрос», «ключ» и «значение»?

Это абстракции, которые полезны для расчета и размышления о внимании.Как только вы начнете читать, как рассчитывается внимание ниже, вы узнаете почти все, что вам нужно знать о роли, которую играет каждый из этих векторов.

Второй этап в подсчете собственного внимания - это подсчет очков. Скажем, мы рассчитываем внимание к самому первому слову в этом примере «Мышление». Нам нужно сравнить каждое слово входного предложения с этим словом. Оценка определяет, сколько внимания нужно уделить другим частям входного предложения, когда мы кодируем слово в определенной позиции.

Оценка рассчитывается путем взятия точечного произведения вектора запроса с вектором ключа соответствующего набираемого нами слова. Таким образом, если мы обрабатываем самообслуживание для слова в позиции # 1, первым результатом будет скалярное произведение q1 и k1. Вторым результатом будет скалярное произведение q1 и k2.

Изображение из 4

Третий и четвертый этапы должны делить оценки на 8 (квадратный корень из измерения ключевых векторов, используемых в статье - 64. Это приводит к более стабильным градиентам.Здесь могут быть другие возможные значения, но это значение по умолчанию), затем передайте результат через операцию softmax. Softmax нормализует оценки, так что они все положительные и составляют в целом 1.

Изображение из 4

Эта оценка softmax определяет, сколько слов будет выражено в этой позиции. Очевидно, что слово в этой позиции будет иметь самый высокий балл softmax, но иногда полезно обратиться к другому слову, которое относится к текущему слову.

Пятый шаг должен умножить каждый вектор значений на показатель softmax (в подготовке к их суммированию).Интуиция здесь заключается в том, чтобы сохранить неизменными значения слов, на которых мы хотим сфокусироваться, и исключить ненужные слова (например, умножив их на крошечные числа, такие как 0,001).

Шестой этап состоит в суммировании векторов взвешенных значений. Это производит вывод слоя самообслуживания в этой позиции (для первого слова).

Изображение из 4

На этом завершается расчет самосовершенствования. Результирующий вектор - это тот, который мы можем отправить в нейронную сеть прямой связи.В реальной реализации, однако, этот расчет выполняется в матричной форме для более быстрой обработки. Итак, давайте посмотрим на это сейчас, когда мы увидели интуицию вычислений на уровне слов.

Многоголовое внимание

Трансформаторы в основном работают так. Есть несколько других деталей, которые заставляют их работать лучше. Например, вместо того, чтобы обращать внимание друг на друга только в одном измерении, трансформаторы используют концепцию многоголового внимания.

Идея заключается в том, что всякий раз, когда вы переводите слово, вы можете уделять различное внимание каждому слову в зависимости от типа вопроса, который вы задаете.Изображения ниже показывают, что это значит. Например, всякий раз, когда вы переводите «пнул» в предложении «Я пнул мяч», вы можете спросить «Кто пнул». В зависимости от ответа перевод слова на другой язык может измениться. Или задайте другие вопросы, такие как «Что сделал?» И т. Д.

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о