Увеличение мощности трансформатора: Как увеличить мощность электронного трансформатора

Как увеличить мощность электронного трансформатора

Бывает, что, собирая то или иное устройство, требуется определиться с выбором источника питания. Это чрезвычайно важно, когда устройствам необходим мощный блок питания. Приобрести железные трансформаторы с необходимыми характеристиками на сегодняшний день не составляет труда. Но они довольно дорогостоящие, а большие размеры и вес являются их главными недостатками. А сборка и наладка хороших импульсных блоков питания весьма сложная процедура. И многие не берутся за это.

Далее, вы узнаете о том, как собрать мощный и при этом несложный блок питания, взяв за основу конструкции электронный трансформатор. По большому счету, разговор пойдет об увеличении мощности таких трансформаторов.

Для переделки был взят 50-ваттный трансформатор.

 50-ваттный трансформатор

Планировалось увеличить его мощность до 300 Вт. Этот трансформатор был приобретен в ближайшем магазине и стоил примерно 100 р.

Стандартная схема трансформатора выглядит следующим образом:

Стандартная схема трансформатора

Трансформатор представляет собой обычный двухтактный полумостовой автогенераторный инвертор. Симметричный динистор является основным компонентом, осуществляющим запуск схемы, поскольку он подает первоначальный импульс.

В схеме задействованы 2 высоковольтных транзистора с обратной проводимостью.

2 высоковольтных транзистора

Схема трансформатора до переделки содержит следующие компоненты:

  1. Транзисторы MJE13003.
  2. Конденсаторы 0,1 мкФ, 400 В.
  3. Трансформатор, имеющий 3 обмотки, две из которых являются задающими и имеют по 3 витка провода сечением 0,5 кв. мм. Еще одна в качестве обратной связи по току.
  4. Входной резистор (1 Ом) используется как предохранитель.
  5. Диодный мост.

Несмотря на отсутствие в этом варианте защиты от КЗ, электронный трансформатор работает без сбоев. Назначение устройства – это работа с пассивной нагрузкой (к примеру, офисные «галогенки»), поэтому стабилизация выходного напряжения отсутствует.

Что касается основного силового трансформатора, то его вторичная обмотка выдает около 12 В.

Теперь взгляните на схему трансформатора с увеличенной мощностью:

трансформатор

В ней стало даже меньше компонентов. Из первоначальной схемы были взяты трансформатор обратной связи, резистор, динистор и конденсатор.

трансформатор

Оставшиеся детали были извлечены из старых компьютерных БП, а это 2 транзистора, диодный мост и силовой трансформатор. Конденсаторы были приобретены отдельно.

Транзисторы не помешает заменить на более мощные (MJE13009 в корпусе TO220).

MJE13009

Диоды были заменены на готовую сборку (4 А, 600 В).

4 А, 600 В

Также годятся и диодные мосты от 3 А, 400 В. Емкость должна составлять 2,2 мкФ, но можно и 1,5 мкФ.

диодные мосты

Силовой трансформатор был изъят из БП формата ATX на 450 Вт. На нем были удалены все штатные обмотки и намотаны новые. Первичная обмотка была намотана тройным проводом 0,5 кв. мм в 3 слоя. Общее количество витков – 55. Необходимо следить за аккуратностью намотки, а также за ее плотностью. Каждый слой изолировался синей изолентой. Расчет трансформатора производился опытным путем, и была найдена золотая середина.

Расчет трансформатор

Вторичная обмотка наматывается из расчета 1 виток – 2 В, но это лишь в том случае если сердечник такой же, как в примере.

При первом включении обязательно использовать страховочную лампу накаливания на 40-60 Вт.

страховочная лампа накаливания

Стоит заметить, что в момент запуска лампа не вспыхнет, поскольку после выпрямителя нет сглаживающих электролитов. На выходе высокая частота, поэтому для того чтобы делать конкретные замеры, необходимо сначала выпрямить напряжение. Для этих целей был использован мощный сдвоенный диодный мост, собранный из диодов КД2997. Мост выдерживает токи до 30 А, если прикрепить к нему радиатор.

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка предполагалась на 15 В, хотя на деле получилось чуть больше.

 

В качестве нагрузки было взято все, что оказалось под рукой. Это мощная лампа от кинопроектора на 400 Вт при напряжении в 30 В и 5 20-ваттных ламп на 12 В. Все нагрузки подключались параллельно.

нагрузкаПервым делом был произведен замер тока, который показал, что токи свыше 20 А.

После этого нужно измерить выходное напряжение под нагрузкой. Расчетное напряжение составляло около 15 В. Реальное значение без нагрузки – 17 В, а под нагрузкой просело до 15,3 В. В итоге легко узнать мощность, которая составляет примерно 300 Вт. Это чистая мощность на выходе.

Прикрепленные файлы: СКАЧАТЬ

Автор: АКА КАСЬЯН


 

Увеличиваем мощность электронного трансформатора в 10 раз

Приветствую, Самоделкины!
Сегодня мы будем выжимать пол киловатта чистой мощности от вот этой простой схемы:

Внимание! Данный материал предназначен исключительно для ознакомительных целей. Автор не рекомендует повторять увиденное, особенно если вы только начали увлекаться электроникой. При работе с высоким напряжением всегда соблюдайте правила безопасности. Не дотрагивайтесь устройства (платы) во время работы. При проведении наладочных работ убедитесь, что устройство отключено от сети.

Автором данной самоделки является AKA KASYAN. Перед вами классическая схема электронного трансформатора для офисных низковольтных галогенных ламп - полумостовой автогенераторный импульсный источник питания. Имеем 2 трансформатора: силовой и трансформатор обратной связи.



Мощность схемы зависит от некоторых компонентов: входного выпрямителя, силовых ключей, емкостей полу моста и силового импульсного трансформатора.

Если заменить их, грубо говоря, на более мощные, то удастся добиться большей выходной мощности в целом. Активными компонентами нашей схемы являются транзисторы - это высоковольтные ключи обратной проводимости.


Запуск схемы осуществляется симметричным динистором DB3.

Самые ходовые бюджетные и мощные высоковольтные транзисторы, которые известны автору, это MJE13009, их он и будет использовать.

Но схема не сияет высоким КПД. Одной пары ключей для наших целей может быть недостаточно, поэтому в схему добавлена вторая пара. В итоге получилось вот это:

Мощные низкоомные резисторы в эмиторных цепях транзисторов являются выравнивающими, помогают равномерно нагрузить все транзисторы.

Силовой трансформатор тороидальный, был намотан очень давно для какого-то проекта. Габаритная мощность такого трансформатора более 1 кВт.


Так как преобразователь автогенераторного типа, а рабочая частота сильно зависит от некоторых параметров и крайне нестабильна, точно рассчитать силовой трансформатор дело нелегкое, но примерный расчет можно сделать по специализированным программам зная начальную частоту преобразователя с небольшой нагрузкой, в данном случае это 22 кГц.

В программе расчета выбираем полумостовую топологию и указываем остальные данные.


Намоточные данные своего трансформатора автор приводить не стал. Сами понимаете, у вас наверняка будет другой сердечник, и параметры намотки будут иными.
Диодный мост.

Это у нас 10-ти амперная сборка с обратным напряжением 1000В, греется, но не сильно. При долговременной работе стоит установить его на радиатор.


Трансформатор обратной связи, ферритовое колечко, размеры прилагаются:



Это колечко автор выдрал из блока питания компьютера, но тут просьба быть более внимательными, такие кольца стоят по входной части блока питания на линии 220В, а не на выходе. Желто-белые, зелено-синие и прочие кольца, которые стоят на выходе блока питания, сделаны из порошкового железа и для наших целей не подойдут. Нам нужно именно ферритовое кольцо.

Автор использовал также и иные ферритовые кольца с проницаемости от 1500 до 3000, работали без нареканий.


Базовые обмотки идентичны и содержат по 3 витка проводом 0,5 мм. Обмотка обратной связи всего 1 не полный виток проводом 1,25 мм.


У многих возникают вопросы связанные с фазировкой обмоток трансформатора обратной связи. Если начало и конец обмоток перепутать, то ничего не заработает. Автор неоднократно рассказывал и показывал в своих предыдущих проектах, как все подключается, но вопросы все равно возникают, поэтому если кто решит повторить, просто собираете все по плате из архива.

Ну и внимательно посмотрите на эти фото:

Естественно и на схеме и на плате точками отмечены начала всех обмоток.

Силовые транзисторы устанавливают на общий теплоотвод. Изолируют их подложки, например, слюдяной прокладкой или более современным теплопроводящим изолирующим материалом.


Ну как бы все готово, можно протестировать. Такие опыты лучше проводить во дворе, поскольку предугадать, когда схема жахнет невозможно. И вообще, в нашем деле никогда нельзя быть уверенным, что собранная и налаженная конструкция заработает так, как нужно, ведь китайские пакости в виде поддельных транзисторов или диодного мостика никто не отменял.

Меры предосторожности. Первый запуск всегда делается через страховочную лампу на 40-60Вт, 220В.


Никогда, ни при каких обстоятельствах не дотрагивайтесь платы во время работы! Никогда не замыкаете выход электронного трансформатора, он попросту взорвется, так как схема не имеет никаких защит помимо входного предохранителя, но тот как назло сгорает только после того, как лопнут силовые транзисторы.

Напряжение на выходе нашего трансформатора переменное. Автор выпрямил в нечистую постоянку для более менее адекватных замеров, но в выпрямителе естественно у нас будут дополнительные потери. Сам выпрямитель STTH6003. Под корпусом 2 мощных диода по 30А соединенных с общим катодом. Такие применяются в сварочных инверторах.


Устанавливаем выпрямитель на радиатор и в добрый путь.

Нагружать трансформатор будем старыми добрыми и чертовски мощными лампами от кинопроектора и еще чем-нибудь.

Так как эти лампы в холодном состоянии имеют очень малое сопротивление нити накала, а следовательно, в начальный момент будут потреблять от нашего блока питания токи гораздо больше номинального, к входу схемы прицепим мощный термистор, он ограничит ток пока лампы не разогреются.


Долго включать блок питания не будем, так как силовые транзисторы у нас совсем без охлаждения. Максимум, что удалось получить с такой нагрузкой - это 460-470Вт чистой выходной мощности.

Учитывая потери в ваттметре, а также в выпрямителе и на проводах, думаю, что ни у кого не возникнет сомнений, что 0,5кВт схема выдаст. Сама схемка очень простая, не самая капризная, а нагрузочная способность, можно сказать, на высоте. Но повторять ее, особенно начинающим радиолюбителям, не рекомендуется, несмотря на то, что такие схематические решения используются в промышленных блоках питания для офисных низковольтных галогенных ламп.


Можно ли увеличить мощность схемы еще больше? В теории можно. Но не зря эту схему не используют в блоках питания с мощностью более 250-300Вт. Для такой простой полумостовой схемы это предел.

На этом все. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видео:


Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
cxema.org - Увеличение мощности электронного трансформатора

Содержание

Увеличение мощности электронного трансформатора

Во время экспериментов с электронным трансформатором кажется, что эта схема резиновая, сколько не нагружай, а ей всё равно. В этой статье я покажу как можно выжать пол киловатта чистой мощности от вот этой простой схемы.

Увеличение мощности электронного трансформатора, внешний вид

На рисунке представлена классическая схема электронного трансформатора. Это полумостовой автогенераторный сетевой импульсный источник питания.

Увеличение мощности электронного трансформатора, схема

В схеме имеется два трансформатора, силовой и трансформатор обратной связи.

Мощность схемы зависит от нескольких компонентов:

  • Входного выпрямителя;
  • Силовых ключей;
  • Ёмкостей полумоста;
  • Силового импульсного трансформатора.

Если заменить их на более мощные, то удастся добиться большой выходной мощности в целом.

Активными компонентами нашей схемы являются транзисторы. Это высоковольтные ключи обратной проводимости. Запуск схемы осуществляет симметричный динистор DB3.

Самые ходовые, бюджетные и мощные высоковольтные транзисторы, которые мне известны, это MJE13009 их и будем использовать, но схема не сияет высоким кпд, и одной пары ключей для наших целей может быть недостаточно, поэтому в схему добавлена вторая пара, в итоге схема приобрела такой вид:

Увеличение мощности электронного трансформатора, принципиальная схема

Мощные резисторы в эмиттерных цепях являются выравнивающими, помогают равномерно нагрузить все транзисторы.

Силовой трансформатор тороидальный - намотан очень давно для какого-то проекта, сердечник крутой от эпкос, марка N87. Габаритная мощность трансформатора более 1000 ватт.

Увеличение мощности электронного трансформатора, тороидальный силовой трансформаторУвеличение мощности электронного трансформатора, тороидальный силовой трансформатор

Так, как преобразователь автогенераторного типа, а рабочая частота сильно зависит от некоторых параметров и крайне нестабильна, точно рассчитать силовой трансформатор дело нелегкое, но примерный расчет можно сделать по специализированным программам зная начальную частоту преобразователя с небольшой нагрузкой, в моем случае 22 кгц.

В программе расчета выбирается полумостовая топология и указываются остальные данные. Тут наше мобильное приложение для расчета трансформаторов созданное на основе трудов Евгения Москатова.

Намоточные данные моего трансформатора приводить думаю нет смысла, так как у вас наверняка будет другой сердечник и параметры намотки будут иными.

Диодный мост - в виде 10-и амперной диодной сборки с обратным напряжением 1000 Вольт, греется, но не сильно, при долговременной работе стоит установить его на радиатор.

Трансформатор обратной связи - ферритовое колечко размером 18х12х7,5мм.

Увеличение мощности электронного трансформатора, ферритовое колечко размером 18х12х7,5мм

Кольцо я выдрал из блока питания компьютера, но тут просьба быть более внимательным - такие кольца стоят во входной части блока на линии 220 вольт, а не на выходе, желто белые, зелено-синие и прочие кольца, которые стоят на выходе блока питания сделаны из порошкового железа и для наших целей не подойдут, нам нужно именно ферритовое кольцо. Я использовал также и иные ферритовые кольца с проницаемостью от 1500- до 3000 работали без нареканий.

Базовые обмотки идентичны и содержать по 3 витка проводом 0,5 мм, обмотка обратной связи – всего один неполный виток проводом 1,25мм.

У многих возникают вопросы с фазировкой обмоток трансформатора обратной связи, если начало и конец обмоток перепутать, ничего не заработает, я неоднократно рассказывал и показывал как все подключается, но вопросы все ровно возникают, поэтому если кто решит повторить, просто собирайте все по плате из архива,  и внимательно посмотрите на эти фото.

Увеличение мощности электронного трансформатора, трансформатор обратной связиУвеличение мощности электронного трансформатора, трансформатор обратной связи

Увеличение мощности электронного трансформатора, трансформатор обратной связиУвеличение мощности электронного трансформатора, трансформатор обратной связи

Естественно и на схеме и на плате точками отмечены начала всех обмоток.

Увеличение мощности электронного трансформатора, печатная плата

Силовые транзисторы устанавливают на общий теплоотвод, изолируют их подложки например слюдяной прокладкой или более современным теплопроводящим изолирующим материалом.

Увеличение мощности электронного трансформатора, запуск через лампу

Меры предосторожности:

  • Первый запуск всегда делается через страховочную сетевую лампу 40-60 ватт;
  • Никогда не дотрагивайтесь платы во время работы;
  • Никогда не замыкайте выход электронного трансформатора , он попросту взорвется, так как схема не имеет никаких защит помимо входного предохранителя но тот сгорает только после того как лопнут ключи.

Напряжение на выходе нашего трансформатора переменное, я выпрямил в нечистую постоянку для более менее адекватных замеров, но в выпрямителе естественно у нас будут дополнительные потери.

Увеличение мощности электронного трансформатора, выпрямитель

Сам выпрямитель STTH6003 под корпусом два мощных диода по 30 ампер соединенных катодами, такие применяются в сварочных инверторах. Выпрямитель закрепил на радиатор.

Увеличение мощности электронного трансформатора, STTH6003Увеличение мощности электронного трансформатора, STTH6003

Нагружать будем старыми добрыми и чертовски мощными лампами от кинопроектора, и еще чем нибудь. Так как эти лампы в холодном состоянии имеют очень малое сопротивление нити накала, а следовательно в начальный момент будут потреблять от нашего блока питания токи гораздо больше номинального, ко входу схемы я прицепил мощный термистор, он ограничит ток пока лампы не разогреются.

Максимум, что мне удалось получить с такой нагрузкой это 460Ватт чистой выходной мощности, учитывая потери в ваттметре, а также в выпрямителе и на проводах я думаю, что не у кого не возникнет сомнений, что пол киловатта схема выдаст.

Увеличение мощности электронного трансформатора

Увеличение мощности электронного трансформатора, печатная платаУвеличение мощности электронного трансформатора, печатная плата

Схема очень простая, не самая капризная. Нагрузочная способность на высоте, но повторить ее особенно начинающим не рекомендую, не смотря на то, что такие схематические решения используются в промышленных блоках питания для офисных низковольтных галогенных ламп.

Печатная плата тут 

Возможно ли увеличить мощность, используя трансформатор?
Меню
  • О компании О компании Назад
    • Регионы работ
    • Галерея
    • Отзывы
    • Электрики
    • Сертификаты
  • Услуги Услуги Назад
    • Все услуги Все услуги Назад
      • Замена автомат Замена автомат Назад
        • Замена автомат
        • Замена УЗО
      • Установка розеток Назад
        • Установка розеток
        • Установка телефонных розеток
        • Установка интернет-розетки
        • Установка наружных розеток
        • Установка розеток TV TF
        • Установка внутренних розеток
      • Установка люстры Назад
        • Установка люстры
        • Настенные светильники
        • Установка светодиодных светильников
        • Установка армстронг
        • Установка светильников и люстр
        • Установка светодиодной ленты
        • Установка точечных светильников
      • Монтаж электропроводки Назад
        • Монтаж электропроводки
        • Демонтаж электропроводки
        • Диагностика электропроводки
        • Монтаж наружной проводки в трубах
        • Монтаж проводки под полом
        • Монтаж проводки по потолку
        • Монтаж проводки в штробе
        • Монтаж распределительного щита
        • Монтаж ретро-проводки
        • Прокладка электрокабеля в квартире
        • Прокладка силового кабеля
        • Разводка электрики
        • Ремонт проводки
        • Установка распаечной коробки
        • Внутренний монтаж
        • Замена электропроводки в квартире
      • Перенос розеток
      • Подключение духового шкафа
      • Подключение вытяжки
      • Прокладка кабеля в гофре
      • Прокладка сетевого кабеля
      • Прокладка тв-кабеля
      • Установка бра
      • Установка диммера (реостата)
      • Установка электросчетчиков
      • Установка щитков
      • Установка теплого пола
      • Установка выключателей
      • Установка звонка
      • Замена розеток
      • Прокладка телефонного кабеля
      • Подключение двухклавишного выключателя
      • Установка проходного выключателя
      • Установка наружного (накладного) выключателя
      • Установка внутренних выключателей
    • Электромонтаж в домах Электромонтаж в домах Назад
      • Электромонтаж в домах
      • Электромонтаж в бане
      • Электромонтаж на даче
      • Наружная проводка в деревянном доме
      • Открытая проводка в деревянном доме
      • Скрытая проводка в деревянном доме
      • Электрика в деревянном доме
      • Электромонтаж дома из бруса
      • Монтаж электрики в кирпичном доме
      • Монтаж электропроводки в каркасном доме
      • Электромонтаж в коттедже
      • Электрика в деревянном доме под ключ
      • Электромонтаж в загородном доме
    • Электромонтаж в квартирах Электромонтаж в квартирах Назад
      • Электромонтаж в квартирах
      • Электрика в четырехкомнатной квартире
      • Электромонтаж блока "Туалет-Ванная-Кухня"
      • Электрика в двухкомнатной квартире
      • Электромонтаж на балконе
      • Электромонтаж на кухне
      • Электрика в однокомнатной квартире
      • Прокладка электрики в новостройке под ключ
      • Ремонт электропроводки в квартире в Москве
      • Электрика в трехкомнатной к

Как повысить силу тока, не изменяя напряжения

В статье речь пойдет про то, как повысить силу тока в цепи зарядного устройства, в блоке питания, трансформатора, в генераторе, в USB портах компьютера не изменяя напряжения.

Что такое сила тока?

Электрический ток представляет собой упорядоченное перемещение заряженных частиц внутри проводника при обязательном наличии замкнутого контура.

Появление тока обусловлено движением электронов и свободных ионов, имеющих положительный заряд.

В процессе перемещения заряженные частицы могут нагревать проводник и оказывать химическое действие на его состав. Кроме того, ток может оказывать влияние на соседние токи и намагниченные тела.

Сила тока — электрический параметр, представляющий собой скалярную величину. Формула:

I=q/t, где I — сила тока, t — время, а q — заряд.

Стоит знать и закон Ома, по которому ток прямо пропорционален U (напряжению) и обратно пропорционален R (сопротивлению).

I=U/R.

Сила тока бывает двух видов — положительной и отрицательной.

Ниже рассмотрим, от чего зависит этот параметр, как повысить силу тока в цепи, в генераторе, в блоке питания и в трансформаторе.

Приведем проверенные рекомендации, которые позволят решить поставленные задачи.

От чего зависит сила тока?

Чтобы повысить I в цепи, важно понимать, какие факторы могут влиять на этот параметр. Здесь можно выделить зависимость от:

  • Сопротивления. Чем меньше параметр R (Ом), тем выше сила тока в цепи.
  • Напряжения. По тому же закону Ома можно сделать вывод, что при росте U сила тока также растет.
  • Напряженности магнитного поля. Чем она больше, тем выше напряжение.
  • Числа витков катушки. Чем больше этот показатель, тем больше U и, соответственно, выше I.
  • Мощности усилия, которое передается на ротор.
  • Диаметра проводников. Чем он меньше, тем выше риск нагрева и перегорания питающего провода.
  • Конструкции источника питания.
  • Диаметра проводов статора и якоря, числа ампер-витков.
  • Параметров генератора — рабочего тока, напряжения, частоты и скорости.

Как повысить силу тока в цепи?

Бывают ситуации, когда требуется повысить I, который протекает в цепи, но при этом важно понимать, что нужно принять меры по защите электроприборов, сделать это можно с помощью специальных устройств.

Рассмотрим, как повысить силу тока с помощью простых приборов.

Для выполнения работы потребуется амперметр.

Вариант 1.

По закону Ома ток равен напряжению (U), деленному на сопротивление (R). Простейший путь повышения силы I, который напрашивается сам собой — увеличение напряжения, которое подается на вход цепи, или же снижение сопротивления. При этом I будет увеличиваться прямо пропорционально U.

К примеру, при подключении цепи в 20 Ом к источнику питания c U = 3 Вольта, величина тока будет равна 0,15 А.

Если добавить к цепи еще один источник питания на 3В, общую величину U удается повысить до 6 Вольт. Соответственно, ток также вырастет в два раза и достигнет предела в 0,3 Ампера.

Подключение источников питания должно осуществляться последовательно, то есть плюс одного элемента подключается к минусу первого.

Для получения требуемого напряжения достаточно соединить в одну группу несколько источников питания.

В быту источники постоянного U, объединенные в одну группу, называются батарейками.

Несмотря на очевидность формулы, практические результаты могут отличаться от теоретических расчетов, что связано с дополнительными факторами — нагревом проводника, его сечением, применяемым материалом и так далее.

В итоге R меняется в сторону увеличения, что приводит и к снижению силы I.

Повышение нагрузки в электрической цепи может стать причиной перегрева проводников, перегорания или даже пожара.

Вот почему важно быть внимательным при эксплуатации приборов и учитывать их мощность при выборе сечения.

Величину I можно повысить и другим путем, уменьшив сопротивление. К примеру, если напряжение на входе равно 3 Вольта, а R 30 Ом, то по цепи проходит ток, равный 0,1 Ампер.

Если уменьшить сопротивление до 15 Ом, сила тока, наоборот, возрастет в два раза и достигнет 0,2 Ампер. Нагрузка снижается почти к нулю при КЗ возле источника питания, в этом случае I возрастают до максимально возможной величины (с учетом мощности изделия).

Дополнительное снизить сопротивление можно путем охлаждения провода. Такой эффект сверхпроводимости давно известен и активно применяется на практике.

Чтобы повысить силу тока в цепи часто применяются электронные приборы, например, трансформаторы тока (как в сварочниках). Сила переменного I в этом случае возрастает при снижении частоты.

Если в цепи переменного тока имеется активное сопротивление, I увеличивается при росте емкости конденсатора и снижении индуктивности катушки.

В ситуации, когда нагрузка имеет чисто емкостной характер, сила тока возрастает при повышении частоты. Если же в цепь входят катушки индуктивности, сила I будет увеличиваться одновременно со снижением частоты.

Также читают — как действует электрический ток на организм человека.

Вариант 2.

Чтобы повысить силу тока, можно ориентироваться на еще одну формулу, которая выглядит следующим образом:

I = U*S/(ρ*l). Здесь нам неизвестно только три параметра:

  • S — сечение провода;
  • l — его длина;
  • ρ — удельное электрическое сопротивление проводника.

Чтобы повысить ток, соберите цепочку, в которой будет источник тока, потребитель и провода.

Роль источника тока будет выполнять выпрямитель, позволяющий регулировать ЭДС.

Подключайте цепочку к источнику, а тестер к потребителю (предварительно настройте прибор на измерение силы тока). Повышайте ЭДС и контролируйте показатели на приборе.

Как отмечалось выше, при росте U удается повысить и ток. Аналогичный эксперимент можно сделать и для сопротивления.

Для этого выясните, из какого материала сделаны провода и установите изделия, имеющие меньшее удельное сопротивление. Если найти другие проводники не удается, укоротите те, что уже установлены.

Еще один путь — увеличение поперечного сечения, для чего параллельно установленным проводам стоит смонтировать аналогичные проводники. В этом случае возрастает площадь сечения провода и увеличивается ток.

Если же укоротить проводники, интересующий нас параметр (I) возрастет. При желании варианты увеличения силы тока разрешается комбинировать. Например, если на 50% укоротить проводники в цепи, а U поднять на 300%, то сила I возрастет в 9 раз.

Как повысить силу тока в блоке питания?

В интернете часто можно встретить вопрос, как повысить I в блоке питания, не изменяя напряжение. Рассмотрим основные варианты.

Ситуация №1.

Блок питания на 12 Вольт работает с током 0,5 Ампер. Как поднять I до предельной величины? Для этого параллельно БП ставится транзистор. Кроме того, на входе устанавливается резистор и стабилизатор.

Узнайте больше — как проверить транзистор мультиметром на исправность.

При падении напряжения на сопротивлении до нужной величины открывается транзистор, и остальной ток протекает не через стабилизатор, а через транзистор.

Последний, к слову, необходимо выбирать по номинальному току и ставить радиатор.

Кроме того, возможны следующие варианты:

  • Увеличить мощность всех элементов устройства. Поставить стабилизатор, диодный мост и трансформатор большей мощности.
  • При наличии защиты по току снизить номинал резистора в цепочке управления.

Ситуация №2.

Имеется блок питания на U = 220-240 Вольт (на входе), а на выходе постоянное U = 12 Вольт и I = 5 Ампер. Задача — увеличить ток до 10 Ампер. При этом БП должен остаться приблизительно в тех же габаритах и не перегреваться.

Здесь для повышения мощности на выходе необходимо задействовать другой трансформатор, который пересчитан под 12 Вольт и 10 Ампер. В противном случае изделие придется перематывать самостоятельно.

При отсутствии необходимого опыта на риск лучше не идти, ведь высока вероятность короткого замыкания или перегорания дорогостоящих элементов цепи.

Трансформатор придется поменять на изделие большего размера, а также пересчитывать цепочку демпфера, находящегося на СТОКЕ ключа.

Следующий момент — замена электролитического конденсатора, ведь при выборе емкости нужно ориентироваться на мощность устройства. Так, на 1 Вт мощности приходится 1-2 мкФ.

Также рекомендуется поменять диоды с выпрямителями. Кроме того, может потребоваться установка нового диода выпрямителя на низкой стороне и увеличение емкости конденсаторов.

После такой переделки устройство будет греться сильнее, поэтому без установки вентилятора не обойтись.

Как повысить силу тока в зарядном устройстве?

В процессе пользования зарядными устройствами можно заметить, что ЗУ для планшета, телефона или ноутбука имеют ряд отличий. Кроме того, может различаться и скорость, с которой происходит заряд девайсов.

Здесь многое зависит от того, используется оригинальное или неоригинальное устройство.

Чтобы измерить ток, который поступает к планшету или телефону от зарядного устройства, можно использовать не только амперметр, но и приложение Ampere.

С помощью софта удается выяснить скорость заряда и разрядки АКБ, а также его состояние. Приложением можно пользоваться бесплатно. Единственным недостатком является реклама (в платной версии ее нет).

Главной проблемой зарядки аккумуляторов является небольшой ток ЗУ, из-за чего время набора емкости слишком большое. На практике ток, протекающий в цепи, напрямую зависит от мощности зарядного устройства, а также других параметров — длины кабеля, его толщины и сопротивления.

С помощью приложения Ampere можно увидеть, при какой силе тока производится заряд девайса, а также проверить, может ли изделие заряжаться с большей скоростью.

Для использования возможностей приложения достаточно скачать его, установить и запустить.

После этого телефон, планшет или другое устройство подключается к зарядному устройству. Вот и все — остается обратить внимание на параметры тока и напряжения.

Кроме того, вам будет доступна информация о типе батареи, уровне U, состоянии АКБ, а также температурном режиме. Также можно увидеть максимальные и минимальные I, имеющие место в период цикла.

Если в распоряжении имеется несколько ЗУ, можно запустить программу и пробовать делать зарядку каждым из них. По результатам тестирования проще сделать выбор ЗУ, обеспечивающего максимальный ток. Чем выше будет этот параметр, тем быстрее зарядится девайс.

Измерение силы тока — не единственное, на что способно приложение Ampere. С его помощью можно проверить, сколько потребляется I в режиме ожидания или при включении различных игр (приложений).

Например, после отключения яркости дисплея, деактивации GPS или передачи данных легко заметить снижение нагрузки. На этом фоне проще сделать вывод, какие опции в большей степени разряжают аккумулятор.

Что еще стоит отметить? Все производители рекомендуют заряжать девайсы «родными» ЗУ, выдающими определенный ток.

Но в процессе эксплуатации бывают ситуации, когда приходится заряжать телефон или планшет другими зарядными, имеющими большую мощность. В итоге скорость зарядки может оказаться выше. Но не всегда.

Мало, кто знает, но некоторые производители ограничивают предельный ток, который может принимать АКБ устройства.

Например, устройство Самсунг Гэлекси Альфа поставляется вместе с зарядным на ток 1,35 Ампер.

При подключении 2-амперного ЗУ ничего не меняется — скорость зарядки осталась той же. Это объясняется ограничением, которое установлено производителем. Аналогичный тест был произведен и с рядом других телефонов, что только подтвердило догадку.

С учетом сказанного выше можно сделать вывод, что «неродные» ЗУ вряд ли причинят вред аккумулятору, но иногда могут помочь в более быстрой зарядке.

Рассмотрим еще одну ситуацию. При зарядке девайса через USB-разъем АКБ набирает емкость медленнее, чем если заряжать устройство от обычного ЗУ.

Это объясняется ограничением силы тока, которую способен отдавать USB порт (не больше 0,5 Ампер для USB 2.0). В случае применения USB3.0 сила тока возрастает до уровня 0,9 Ампер.

Кроме того, существует специальная утилита, позволяющая «тройке» пропускать через себя больший I.

Для устройств типа Apple программа называется ASUS Ai Charger, а для других устройств — ASUS USB Charger Plus.

Как повысить силу тока в трансформаторе?

Еще один вопрос, который тревожит любителей электроники — как повысить силу тока применительно к трансформатору.

Здесь можно выделить следующие варианты:

  • Установить второй трансформатор;
  • Увеличить диаметр проводника. Главное, чтобы позволило сечение «железа».
  • Поднять U;
  • Увеличить сечение сердечника;
  • Если трансформатор работает через выпрямительное устройство, стоит применить изделие с умножителем напряжения. В этом случае U увеличивается, а вместе с ним растет и ток нагрузки;
  • Купить новый трансформатор с подходящим током;
  • Заменить сердечник ферромагнитным вариантом изделия (если это возможно).

В трансформаторе работает пара обмоток (первичная и вторичная). Многие параметры на выходе зависят от сечения проволоки и числа витков. Например, на высокой стороне X витков, а на другой — 2X.

Это значит, что напряжение на вторичной обмотке будет ниже, как и мощность. Параметр на выходе зависит и от КПД трансформатора. Если он меньше 100%, снижается U и ток во вторичной цепи.

С учетом сказанного выше можно сделать следующие выводы:

  • Мощность трансформатора зависит от ширины постоянного магнита.
  • Для увеличения тока в трансформаторе требуется снижение R нагрузки.
  • Ток (А) зависит от диаметра обмотки и мощности устройства.
  • В случае перемотки рекомендуется использовать провод большей толщины. При этом отношение провода по массе на первичной и вторичной обмотке приблизительно идентично. Если на первичную обмотку намотать 0,2 кг железа, а на вторичную — 0,5 кг, первичка сгорит.

Как повысить силу тока в генераторе?

Ток в генераторе напрямую зависит от параметра сопротивления нагрузки. Чем ниже этот параметр, тем выше ток.

Если I выше номинального параметра, это свидетельствует о наличии аварийного режима — уменьшения частоты, перегрева генератора и прочих проблем.

Для таких случаев должна быть предусмотрена защита или отключение устройства (части нагрузки).

Кроме того, при повышенном сопротивлении напряжение снижается, происходит подсадка U на выходе генератора.

Чтобы поддерживать параметр на оптимальном уровне, обеспечивается регулирование тока возбуждения. При этом повышение тока возбуждения ведет к росту напряжения генератора.

Частота сети должна находиться на одном уровне (быть постоянной величиной).

Рассмотрим пример. В автомобильном генераторе необходимо повысить ток с 80 до 90 Ампер.

Для решения этой задачи требуется разобрать генератор, отделить обмотку и припаять к ней вывод с последующим подключением диодного моста.

Кроме того, сам диодный мост меняется на деталь большей производительности.

После этого требуется снять обмотку и кусок изоляции в месте, где должен припаиваться провод.

При наличии неисправного генератора с него откусывается вывод, после чего с помощью медной проволоки наращиваются ножки такой же толщины.

После припаивания место стыка изолируется термоусадкой.

Следующим этапом требуется купить 8-диодный мост. Найти его — весьма сложная задача, но нужно постараться.

Перед установкой желательно проверить изделие на исправность (если деталь б/у, возможен пробой одного или нескольких диодов).

После установки моста крепите конденсатор, а далее — регулятор напряжения на 14,5 Вольт.

Можно приобрести пару регуляторов — на 14,5 (немецкий) и на 14 Вольт (отечественный).

Теперь высверливаются клепки, отпаиваются ножки и разделяются таблетки. Далее таблетка подпаивается к отечественному регулятору, который фиксируется с помощью винтов.

Остается припаять отечественную «таблетку» к иностранному регулятору и собирать генератор.

Итоги

Как видно из статьи, повысить силу тока, не изменяя напряжение в сети, реально.

Главное — разобраться с особенностями конструкции устройства, которое подлежит корректировке, и иметь практические навыки работы с измерительными приборами и паяльником. Кроме того, важно осознавать потенциальные риски от внесения корректировок.

Как повысить мощность трансформатора

  • Создано: admin
  • Опубликовано: 03.06.2017, 22:17
  • комментариев: 0

Как повысить КПД трансформатора?

Многим известно, что практически ни одно мощное радиоэлектронное устройство не обходится без использования трансформаторов. Трансформатор представляет собой магнитопровод, состоящий из ферромагнитного материала, с намотанными поверх него медными обмотками. Как правило, трансформатор имеет две обмотки, причём первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, а ко вторичной обмотке подключена нагрузка. И именно путём регулировки нагрузочного сопротивления устанавливают необходимый эксплуатационный режим.

Трансформаторы используют для преобразования энергии, в частности, для изменения значения тока, напряжения или мощности в цепи. Это позволяет включать в сеть с напряжением 220 вольт приборы, работающие во много меньшем диапазоне напряжений.

Недостаток рассматриваемого устройства – высокие электромагнитные потери, связанные с особенностями строения трансформатора. Поэтому необходимо искать пути решения данной проблемы. С физической точки зрения постараемся разобраться, как увеличить КПД трансформатора.

Потери бывают двух видов: потери «в стали», или потери в магнитопроводе (сердечнике) трансформатора, и потери «в меди», или потери в обмотках. Мощность, расходуемая на вышеперечисленные потери, снижает КПД. КПД рассчитывается следующим образом: КПД = Р2/Р1 = Р2/(Р2 + Рст + Рм), где:
Р2 – мощность в нагрузке,
Рст – мощность потерь «в стали»,
Рм – мощность потерь «в меди».

Таким образом, для повышения эффективности работы трансформатора необходимо снизить потери в сердечнике и в обмотках.

Рассмотрим потери «в меди». Они создаются из-за естественного наличия электрического сопротивления металлического проводника – медной обмотки. Значит, необходимо по возможности максимально увеличить проводимость или, другими словами, уменьшить сопротивление. R = р*l/S, где:
р – удельное электрическое сопротивление,
l – длина проводника,
S – площадь поперечного сечения проводника.

И что мы имеем? Для уменьшения сопротивления нужно уменьшить удельное сопротивление или длину проводника либо увеличить площадь поперечного сечения.

Самое низкое удельное сопротивление у алюминия и затем у меди. Но алюминий является драгоценным металлом, что сравнительно сильно увеличивает себестоимость трансформатора. Поэтому выгоднее использовать медь. Но это мы и так имеем. В промышленном производстве трансформаторов обмотки всегда делают медными.

Уменьшение длины обмотки также не является решением. Дело в том, что, уменьшая длину, мы уменьшаем и число витков обмотки, тем самым изменяя коэффициент трансформации, и, следовательно, ту цель, ради которой мы используем трансформатор. Данным образом мы не получим необходимое нам преобразование.

Остаётся одно: увеличить площадь поперечного сечения. При этом у нас увеличивается толщина обмотки. Очевидно, что бесконечно это делать невозможно, тем более что мы должны следить за габаритами. Так мы можем снизить потери «в меди».

Перейдём к потерям «в стали». К ним относятся потери на гистерезисе сердечника и потери на вихревые токи.

Петля гистерезиса – это магнитная характеристика магнитопровода трансформатора, показывающая зависимость магнитной индукции от напряжённости магнитного поля B = f(H). Известно, что чем больше площадь петли гистерезиса, тем больше потери. Соответственно, чтобы снизить потери на гистерезисе, необходимо в качестве сердечника использовать стальной магнитопровод с узкой петлёй гистерезиса.

Другой вид потерь «в стали» связан с наличием вихревых токов. Решение – в качестве сердечника трансформаторов использовать не сплошной магнитопровод, а магнитную систему из числа тоненьких пластин, покрытых изолирующим лаком.

Таким образом, всеми вышеперечисленными способами мы можем значительно повысить КПД трансформатора.

Иногда приходится самостоятельно изготовлять силовой трансформатор для выпрямителя. В этом случае простейший расчет силовых трансформаторов мощностью до 100—200 Вт проводится следующим образом.

Зная напряжение и наибольший ток, который должна давать вторичная обмотка (U2 и I2), находим мощность вторичной цепи: При наличии нескольких вторичных обмоток мощность подсчитывают путем сложения мощностей отдельных обмоток.

Далее, принимая КПД трансформатора небольшой мощности, равным около 80 %, определяем первичную мощность:

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в сердечнике. Поэтому от значения мощности Р1 зависит площадь поперечного сечения сердечника S, которая возрастает при увеличении мощности. Для сердечника из нормальной трансформаторной стали можно рассчитать S по формуле:

где s — в квадратных сантиметрах, а Р1 — в ваттах.

По значению S определяется число витков w’ на один вольт. При использовании трансформаторной стали

Если приходится делать сердечник из стали худшего качества, например из жести, кровельного железа, стальной или железной проволоки (их надо предварительно отжечь, чтобы они стали мягкими), то следует увеличить S и w’ на 20—30 %.

Теперь можно рассчитать число витков обмоток

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на сопротивлении вторичных обмоток. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5—10 % больше рассчитанного.

Ток первичной обмотки

Диаметры проводов обмоток определяются по значениям токов и исходя из допустимой плотности тока, которая для трансформаторов принимается в среднем 2 А/мм2. При такой плотности тока диаметр провода без изоляции любой обмотки в миллиметрах определяется по табл. 1 или вычисляется по формуле:

Когда нет провода нужного диаметра, то можно взять несколько соединенных параллельно более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу. Площадь поперечного сечения провода определяется по табл. 1 или рассчитывается по формуле:

Для обмоток низкого напряжения, имеющих небольшое число витков толстого провода и расположенных поверх других обмоток, плотность тока можно увеличить до 2,5 и даже 3 А/мм2, так как эти обмотки имеют лучшее охлаждение. Тогда в формуле для диаметра провода постоянный коэффициент вместо 0,8 должен быть соответственно 0,7 или 0,65.

В заключение следует проверить размещение обмоток в окне сердечника. Общая площадь сечения витков каждой обмотки находится (умножением числа витков w на площадь сечения провода, равную 0,8d2из, где dиз — диаметр провода в изоляции. Его можно определить по табл. 1, в которой также указана масса провода. Площади сечения всех обмоток складываются. Чтобы учесть ориентировочно неплотность намотки, влияние каркаса изоляционных прокладок между обмотками и их слоями, нужно найденную площадь увеличить в 2—3 раза. Площадь окна сердечника не должна быть меньше значения, полученного из расчета.

В качестве примера рассчитаем силовой трансформатор для выпрямителя, питающего некоторое устройство с электронными лампами. Пусть трансформатор должен иметь обмотку высокого напряжения, рассчитанную на напряжение 600 В и ток 50 мА, а также обмотку для накала ламп, имеющую U = 6,3 В и I = 3 А. Сетевое напряжение 220 В.

Определяем общую мощность вторичных обмоток:

Мощность первичной цепи

Находим площадь сечения сердечника из трансформаторной стали:

Число витков на один вольт

Ток первичной обмотки

Число витков и диаметр проводов обмоток равны:

• для первичной обмотки

• для повышающей обмотки

• для обмотки накала ламп

Предположим, что окно сердечника имеет площадь сечения 5×3 = 15 см2 или 1500 мм2, а у выбранных проводов диаметры с изоляцией следующие: d1из = 0,44 мм; d2из = 0,2 мм; d3из = 1,2 мм.

Проверим размещение обмоток в окне сердечника. Находим площади сечения обмоток:

• для первичной обмотки

• для повышающей обмотки

• для обмотки накала ламп

Общая площадь сечения обмоток составляет примерно 430 мм2.

Как видно, она в три с лишним раза меньше площади окна и, следовательно, обмотки разместятся.

Расчет автотрансформатора имеет некоторые особенности. Его сердечник надо рассчитывать не на полную вторичную мощность Р2, а только на ту ее часть, которая передается магнитным потоком и может быть названа трансформируемой мощностью Рт.

Эта мощность определяется по формулам:

— для повышающего автотрансформатора

— для понижающего автотрансформатора, причем

Если автотрансформатор имеет отводы и будет работать при различных значениях n, то в расчете надо брать значение п, наиболее отличающееся от единицы, так как в этом случае значение Рт будет наибольшее и надо, чтобы сердечник мог передать такую мощность.

Затем определяется расчетная мощность Р, которая может быть принята равной 1,15•Рт. Множитель 1,15 здесь учитывает КПД автотрансформатора, который обычно несколько выше, чем у трансформатора. Д

алее применяются формулы расчета площади сечения сердечника (по мощности Р), числа витков на вольт, диаметров проводов, указанные выше для трансформатора. При этом надо иметь в виду, что в части обмотки, являющейся общей для первичной и вторичной цепей, ток равен I1 — I2, если автотрансформатор повышающий, и I2 — I1 если он понижающий.

Бывает, что, собирая то или иное устройство, требуется определиться с выбором источника питания. Это чрезвычайно важно, когда устройствам необходим мощный блок питания. Приобрести железные трансформаторы с необходимыми характеристиками на сегодняшний день не составляет труда. Но они довольно дорогостоящие, а большие размеры и вес являются их главными недостатками. А сборка и наладка хороших импульсных блоков питания весьма сложная процедура. И многие не берутся за это.

Далее, вы узнаете о том, как собрать мощный и при этом несложный блок питания, взяв за основу конструкции электронный трансформатор. По большому счету, разговор пойдет об увеличении мощности таких трансформаторов.

Для переделки был взят 50-ваттный трансформатор.

Планировалось увеличить его мощность до 300 Вт. Этот трансформатор был приобретен в ближайшем магазине и стоил примерно 100 р.

Стандартная схема трансформатора выглядит следующим образом:

Трансформатор представляет собой обычный двухтактный полумостовой автогенераторный инвертор. Симметричный динистор является основным компонентом, осуществляющим запуск схемы, поскольку он подает первоначальный импульс.

В схеме задействованы 2 высоковольтных транзистора с обратной проводимостью.

Схема трансформатора до переделки содержит следующие компоненты:

  1. Транзисторы MJE13003.
  2. Конденсаторы 0,1 мкФ, 400 В.
  3. Трансформатор, имеющий 3 обмотки, две из которых являются задающими и имеют по 3 витка провода сечением 0,5 кв. мм. Еще одна в качестве обратной связи по току.
  4. Входной резистор (1 Ом) используется как предохранитель.
  5. Диодный мост.

Несмотря на отсутствие в этом варианте защиты от КЗ, электронный трансформатор работает без сбоев. Назначение устройства – это работа с пассивной нагрузкой (к примеру, офисные «галогенки»), поэтому стабилизация выходного напряжения отсутствует.

Что касается основного силового трансформатора, то его вторичная обмотка выдает около 12 В.

Теперь взгляните на схему трансформатора с увеличенной мощностью:

В ней стало даже меньше компонентов. Из первоначальной схемы были взяты трансформатор обратной связи, резистор, динистор и конденсатор.

Оставшиеся детали были извлечены из старых компьютерных БП, а это 2 транзистора, диодный мост и силовой трансформатор. Конденсаторы были приобретены отдельно.

Транзисторы не помешает заменить на более мощные (MJE13009 в корпусе TO220).

Диоды были заменены на готовую сборку (4 А, 600 В).

Также годятся и диодные мосты от 3 А, 400 В. Емкость должна составлять 2,2 мкФ, но можно и 1,5 мкФ.

Силовой трансформатор был изъят из БП формата ATX на 450 Вт. На нем были удалены все штатные обмотки и намотаны новые. Первичная обмотка была намотана тройным проводом 0,5 кв. мм в 3 слоя. Общее количество витков – 55. Необходимо следить за аккуратностью намотки, а также за ее плотностью. Каждый слой изолировался синей изолентой. Расчет трансформатора производился опытным путем, и была найдена золотая середина.

Вторичная обмотка наматывается из расчета 1 виток – 2 В, но это лишь в том случае если сердечник такой же, как в примере.

При первом включении обязательно использовать страховочную лампу накаливания на 40-60 Вт.

Стоит заметить, что в момент запуска лампа не вспыхнет, поскольку после выпрямителя нет сглаживающих электролитов. На выходе высокая частота, поэтому для того чтобы делать конкретные замеры, необходимо сначала выпрямить напряжение. Для этих целей был использован мощный сдвоенный диодный мост, собранный из диодов КД2997. Мост выдерживает токи до 30 А, если прикрепить к нему радиатор.

Вторичная обмотка предполагалась на 15 В, хотя на деле получилось чуть больше.

В качестве нагрузки было взято все, что оказалось под рукой. Это мощная лампа от кинопроектора на 400 Вт при напряжении в 30 В и 5 20-ваттных ламп на 12 В. Все нагрузки подключались параллельно.

Первым делом был произведен замер тока, который показал, что токи свыше 20 А.

После этого нужно измерить выходное напряжение под нагрузкой. Расчетное напряжение составляло около 15 В. Реальное значение без нагрузки – 17 В, а под нагрузкой просело до 15,3 В. В итоге легко узнать мощность, которая составляет примерно 300 Вт. Это чистая мощность на выходе.

Тульский завод трансформаторов

В конечном счете, мощность трансформатора определяется его допустимым нагревом. Нагрев трансформатора вызван нагревом его магнитопровода (сердечника) и нагревом проводов обмоток. Нагрев сердечника определяется свойствами электротехнической стали (так называемыми удельными потерями, которые зависят от величины электромагнитной индукции) и не зависит от величины нагрузки, подключенной к трансформатору. Нагрев проводов обмоток определяется величиной тока, протекающего через обмотки, и удельного сопротивления материала обмоток (как правило, используются медные провода, реже — алюминиевые). Мощность нагрева обмоток пропорциональна квадрату силы тока и омическому (активному) сопротивлению обмотки. Таким образом, минимальный нагрев трансформатора будет иметь место в режиме холостого хода, когда нагрев обмоток минимален — через первичную обмотку протекает только ток холостого хода, а через вторичную обмотку ток совсем не протекает.

Большинством производителей проектируют трансформаторы таким образом, чтобы при полной нагрузке перегрев трансформатора (то есть превышение его температуры над температурой окружающей среды) не превышал 50…70 °. Если нагрузка трансформатора превысит номинальную, то температура перегрева превысит расчетную величину. Это приведет к ускоренному старению материалов трансформатора и к уменьшению срока его службы. При дальнейшем увеличении температуры перегрева трансформатор выйдет из строя. Однако температура перегрева может быть снижена применением принудительного охлаждения трансформатора — например, с помощью воздушного охлаждения (обдув вентилятором) или водяного охлаждения (прокачка холодной воды через специальную систему охлаждения, совмещенную с магнитопроводом или обмотками трансформатора). Следовательно, применение дополнительного охлаждения позволяет увеличить мощность, которую трансформатор способен отдать в нагрузку.

Можно также снизить нагрев применением проводов большего сечения. Однако для их размещения потребуется магнитопровод больших размеров (габаритов), и в результате получится трансформатор большей габаритной (номинальной) мощности. Поэтому увеличение номинальной мощности трансформатора сопряжено с увеличением его размеров (при сохранении температуры перегрева в допустимых пределах). Следует также заметить, что увеличение размеров трансформатора приводит к увеличению площади поверхности теплоотдачи и дает возможность рассеиванию большей тепловой мощности потерь в окружающую среду.

Нет, не зависит. Мощность, отдаваемая в нагрузку (номинальная мощность трансформатора) определяется только током и напряжением нагрузки (или вторичной обмотки, что одно и то же). Поскольку мощность трансформатора, как было показано выше (в ответе на вопрос 1) определяется допустимым нагревом обмоток, который, в свою очередь, пропорционален квадрату тока, для работы трансформатора не имеет значения, какая доля тока является активной, а какая реактивной. Как известно, соотношение активной и реактивной составляющей тока (а также напряжения или мощности) количественно определяется косинусом ФИ (Cosφ). При выборе трансформатора имеет значение только полная мощность, которую потребляет нагрузка и которая измеряется в ВА (вольт-амперы) и не имеет значения величина Cosφ.

В режиме холостого хода нагрев трансформатора определяется потерями мощности в стали магнитопровода. Нагрев провода катушек на холостом ходу отсутствует, поскольку ток в цепи вторичной обмотки не протекает, а через первичную обмотку протекает незначительный ток холостого хода, который практически не нагревает обмотку. В режиме холостого хода перегрев трансформатора составляет от 5 ° до 15 °, если трансформатор рассчитан правильно, а напряжение сети соответствует номинальному. Если же напряжение сети превышает номинальное, то нагрев увеличится, поскольку увеличатся потери в стали сердечника за счет увеличения величины индукции. При значительном (более 10…15 %) увеличении питающего напряжения возникнет насыщение стали магнитопровода. При этом, помимо резкого увеличения мощности потерь в сердечнике, резко увеличится также и ток холостого хода, что вызовет существенный нагрев обмоток. При длительном воздействии повышенного напряжения трансформатор выйдет из строя из-за перегрева.

Нет, нельзя. Мощность потерь на холостом ходу равна произведению напряжения и активной составляющей тока холостого хода. Ток холостого хода равен векторной сумме активной и реактивной составляющих, и без применения специальных измерительных приборов эти токи определить невозможно. Приблизительно можно руководствоваться следующей информацией: для тороидальных трансформаторов активная составляющая тока составляет 40…60 % от величины полного тока холостого хода; для трансформаторов с магнитопроводом из пластин активная составляющая тока равна 5…20 % от общего тока холостого хода.

Увеличение числа витков первичной обмотки трансформатора при заданном магнитопроводе и заданном питающем напряжении приведет к снижению величины индукции и, следовательно, — к уменьшению величины тока холостого хода. Однако увеличение числа витков увеличит сопротивление обмоток трансформатора, что увеличит потери мощности в обмотках. Поскольку мощность потерь в обмотках нагруженного трансформатора в несколько раз больше мощности потерь в магнитопроводе, при увеличении числа витков КПД трансформатора уменьшится.

Иногда для подбора выходного напряжения трансформатора прибегают к уменьшению или увеличению числа витков первичной обмотки. При этом следует знать следующее. Уменьшение числа витков приведет к увеличению величины индукции в стали магнитопровода и может привести к насыщению магнитопровода, следствием чего может быть перегрев трансформатора и выход его из строя (см. также ответ на вопрос 3). Увеличение числа витков приведет к увеличению нагрева трансформатора под нагрузкой, однако при этом будет повышена устойчивость трансформатора при возможных повышениях питающего напряжения — трансформатор в этом случае не войдет в насыщение. Кроме того, увеличение числа витков уменьшает пусковой ток включения трансформатора. Однако увеличение числа витков приводит к увеличению массы и стоимости трансформатора.

Известно, что расчетная плотность тока уменьшается с увеличением габаритной мощности трансформатора. Так для трансформаторов мощностью 5…25 ВА плотность тока может составлять 5…10 А/мм2, а для трансформаторов мощностью 4…5 кВА она не превышает 1…2 А/мм2. Плотность тока выбирается из условий обеспечения требуемой температуры перегрева и зависит от множества факторов: соотношения размеров магнитопровода, условий охлаждения трансформатора, расчетной величины индукции и др. Поэтому она может быть определена путем решения сложной системы уравнений, описывающих работу трансформатора. Величины плотности тока применительно к трансформаторам на конкретных сердечниках приведены в книге Котенева С.В., Евсеева А.Н. «Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей» (М.: Горячая линия — Телеком, 2013).

Можно. Но при этом надо помнить, что при включении в питающую сеть наименьшего числа витков первичной обмотки (что соответствует наибольшему напряжению вторичной обмотки) трансформатор не должен входить в насыщение. Трансформатор должен быть рассчитан так, чтобы при подключении к питающей сети секции первичной обмотки с наименьшим числом витков величина индукции не превышала бы номинальную. Тогда при подключении к сети всей обмотки индукция будет иметь значение меньше номинального. При этом свойства электротехнической стали будут использоваться не в полном объеме, а трансформатор будет иметь избыточность (увеличенное число витков первичной обмотки). Вследствие этого — увеличенная масса, большая стоимость. К такому способу прибегают в тех случаях, когда сделать отводы во вторичной обмотке затруднительно по технологическим соображениям, а также для более точной подгонки выходного напряжения.

Практически не зависит. Для заданного магнитопровода величина индукции зависит от числа витков и величины ЭДС (электродвижущей силы), действующей в обмотке. При работе трансформатора на нагрузку величина ЭДС несколько уменьшается, поскольку ток первичной обмотки вызывает падение напряжения на омическом сопротивлении этой обмотки. Величина этого падения составляет 1…5 %, примерно на такую же величину уменьшается и индукция в магнитопроводе трансформатора.

Да, может работать. При увеличении частоты, например, в два раза величина индукции также снижается в два раза. Это следует из формулы (2.25) названной выше книги. Однако увеличение частоты магнитного потока приводит к увеличению потерь в стали магнитопровода (это следует из формулы (2.27) книги). Потери растут пропорционально степени 3/2 частоты и степени 2 (квадрату) индукции, поэтому при повышении частоты потери в магнитопроводе будут уменьшаться. Разумеется, все написанное верно при неизменном питающем напряжении. Часто возникает вопрос о возможности работы трансформаторов, рассчитанных на 50 Гц в сети с частотой 60 Гц (в ряде стран в сети именно такая частота). Из сказанного выше следует, что увеличение частоты сети с 50 Гц до 60 Гц никак не повлияет на работоспособность трансформатора.

В тех случаях, когда мощности одного трансформатора недостаточно для питания потребителей, можно прибегнуть к параллельному или последовательному соединению обмоток трансформаторов. В зависимости от способа соединения первичной и вторичной обмоток возможны четыре различных варианта соединения трансформаторов. Варианты соединения сведены в таблицу.

Способы соединения первичных и вторичных обмоток
Первичные обмотки соединены: Вторичные обмотки соединены:
Последовательно Параллельно
Последовательно Одинаковость обмоток не требуется Допустимо. Мощность нагрузки между трансформаторами распределяется пропорционально напряжением вторичных обмоток; если вторичные обмотки одинаковы, то мощности их равны
Параллельно Допустимо во всех случаях. Мощность нагрузки между трансформаторами распределяется пропорционально напряжениям вторичных обмоток; если вторичные обмотки одинаковы, то мощности их равны Допустимо при одинаковости первичных и вторичных обмоток

Действительно, иногда возникает ситуация, когда необходимо запитать однофазных потребителей от стандартной промышленной трехфазной сети. Задача преобразования трех фаз в одну довольно часто встречается, например, на различных производствах с мощными однофазными станками. В частном секторе также часто возникают проблемы невозможности равномерного распределения бытовых и профессиональных потребителей по трем фазам питающей сети частного дома.

Казалось бы, можно однофазную нагрузку подключить к любой фазе сети. Но при этом, если потребитель достаточно мощный, а нагрузка по двум остальным фазам небольшая, может возникнуть так называемый перекос фаз: уменьшение напряжения на той фазе, к которой подключена нагрузка, и увеличение напряжения на двух других фазах. Чтобы этого не происходило, следует применять специальные трансформаторы, преобразующие трехфазное напряжение в однофазное. Такие трансформаторы решают проблему перекоса фаз, а также обеспечивают гальваническую развязку потребителей от питающей сети.

Последовательное и параллельное соединение дросселей позволяет увеличить суммарную индуктивность и суммарный рабочий ток. Формулы для вычисления индуктивности и тока приведены в таблице. В таблице приняты следующие обозначения: L1, L2 и i1, i2 — соответственно номинальные значения индуктивности и тока первого и второго дросселей; L и I — суммарные значения индуктивности и тока двух дросселей, соединенных последовательно или параллельно.

Вид соединения Формулы для вычисления
Индуктивности Тока
последовательное
L = L1 + L2 i = i1 = i2
параллельное
i = i1 + i2

Пропитка трансформаторов и дросселей электротехническим лаком (Тульский завод трансформаторов использует лак марки МЛ-92) преследует несколько целей. Во-первых, пленка лака после высыхания обладает очень высокой электрической прочностью (то есть способностью без электрического пробоя выдерживать высокое напряжение) — для данного лака 40…65 кВ/мм. Во-вторых, лаковое покрытие обеспечивает определенную влагозащиту трансформатора от воздействия окружающей среды. В-третьих, пропитка лаком уменьшает подвижность витков магнитопровода и провода обмоток и несколько снижает уровень шума трансформатора или дросселя.

На Тульском заводе трансформаторов пропитке подвергаются все дроссели и трансформаторы мощностью более 0,1 кВА.

Как известно, в нашей стране питающая трехфазная сеть 380/220 В обязательно заземляется, то есть имеет, как говорят, гальваническую связь с землей. Поэтому в электрической бытовой розетке два провода неравнозначны: связанный с землей провод называется нулевым (или нейтральным) проводом, а второй провод называется фазным проводом. При касании фазного провода индикаторной отверткой индикатор светится, а при касании нулевого провода — нет. Если человек прикоснется рукой или другой частью тела к фазному проводу, через его тело будет протекать переменный ток. Величина этого тока будет зависеть от сопротивления тела человека и переходного сопротивления между телом и землей. Уменьшению переходного сопротивления способствует влажность обуви, пола, одежды. Человек начинает чувствовать ток величиной от 0,1…0,3 мА, а ток более 100 мА считается смертельным.

Применение разделительного трансформатора позволяет значительно снизить риск поражения электрическим током, поскольку вторичная обмотка такого трансформатора не имеет гальванической связи с землей. Применение разделительного трансформатора необходимо также для обеспечения нормальной работы некоторых типов газовых котлов.

Иногда в наличии оказывается трансформатор, рассчитанный на более высокое напряжение, чем напряжение питающей сети. Например, трансформатор рассчитан на напряжение 380 В, а его требуется подключить к сети 220 В, при этом напряжение вторичной обмотки оказывается достаточным для питания нагрузки. В таком случае следует иметь в виду, что трансформатор не сможет отдать в нагрузку номинальную мощность. Это связано с тем, что мощность равна произведению напряжения и тока; при уменьшении напряжения для сохранения мощности неизменной следует увеличить ток. Однако при увеличении тока через обмотки трансформатора будет увеличиваться нагрев обмоток, поскольку мощность потерь в обмотках будет возрастать пропорционально квадрату силы тока. Следовательно, при питании трансформатора пониженным напряжением необходимо так рассчитать режим работы, чтобы токи в обмотках не превышали номинальных величин. При этом мощность нагрузки снизится, то есть трансформатор не сможет отдать номинальную мощность.

Два наиболее распространённых примера питания нагрузки током несинусоидальной формы: регулирование мощности в нагрузке с помощью тиристорного регулятора с фазоимпульсным управлением и зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. В первом случае форма напряжения представляет собой резаную вертикальной линией синусоиду, поскольку тиристор открывается с задержкой относительно нуля напряжения. Во втором случае форма тока представляет собой набор узких импульсов, поскольку ток заряда течёт только в те моменты времени, когда мгновенное значение напряжения на выходе зарядного устройства превышает напряжение заряжаемого аккумулятора.

При питании трансформатора напряжением, форма которого отличается от синусоидального, в общем случае нагрев трансформатора увеличится. Во-первых, увеличатся потери в стали магнитопровода. Это связано с тем, что в спектре несинусоидального напряжения имеются гармонические составляющие частот, кратных частоте основной гармоники 50 Гц. Как было показано в ответе на вопрос 10, увеличение частоты магнитного потока приводит к росту потерь в стали.

Во-вторых, возрастут потери в проводах обмоток при том же среднем значении тока, что и для сигнала синусоидальной формы. Количественно это характеризуется коэффициентом формы напряжения или тока. Попросту говоря, ток синусоидальной формы способен перенести большее количество энергии, чем ток такой же величины, но несинусоидальной формы. Это следует учитывать при выборе номинальной мощности трансформатора.

Удельное сопротивление алюминия в полтора раза больше, чем удельное сопротивление меди. Поэтому, для сохранения температуры перегрева трансформатора неизменной, сечение алюминиевого провода должно быть в полтора раза больше, чем сечение медного провода. Для укладки алюминиевого провода в общем случае необходим магнитопровод большего размера, чем для размещения медного провода. Следует также учитывать, что плотность (удельная масса) алюминия в три раза меньше аналогичного параметра меди; обмотки из алюминиевого провода при прочих равных условиях будут иметь массу примерно вдвое меньшую, чем обмотки из медного провода. Однако необходимость применения магнитопровода большего размера может привести к увеличению массы трансформатора. Кроме того, паять алюминий гораздо сложнее, чем медь, необходимо применять специальные флюсы и припои. В то же время трансформатор с обмотками из алюминиевого провода будет несколько дешевле, нежели его аналог с медными проводами.

Исходя из возможностей намоточного оборудования, разные производители для трансформаторов одной и той же мощности могут применять магнитопроводы с разным соотношением высоты к диаметру. Это первая причина различия в размерах трансформаторов одинаковой номинальной мощности. Другая причина — разные производители могут задавать разные температуры перегрева трансформатора. Выше, в ответе на вопрос 1, было показано, что увеличение температуры перегрева трансформатора приводит к снижению его размеров и массы. Поэтому, если имеются два трансформатора одинаковой номинальной мощности, но разных размеров, можно с уверенностью утверждать: меньший трансформатор будет сильнее нагреваться во время работы.

Если не рассматривать заведомо неверно рассчитанный и неправильно изготовленный трансформатор, то есть две главные группы причин выхода из строя трансформаторов: 1) неосторожное обращение при транспортировке и монтаже и 2) неправильная эксплуатация трансформатора. Трансформаторы боятся ударов, поскольку при ударе деформируются провода обмоток, а эмалевая изоляция повреждается; это может вызвать замыкание соседних витков обмоток, что приводит к локальным коротким замыканиям и резкому повышению температуры в местах таких замыканий. При этом величина выходного напряжения трансформатора будет отличаться от своего номинального значения. При монтаже трансформаторов следует помнить, что вся поверхность тороидального трансформатора образована витками проводов обмоток, и производить затяжку крепежных элементов (чашек) следует крайне осторожно. На Тульском заводе трансформаторов для трансформаторов мощностью 1,6 кВА и выше (а по желанию заказчика — и на меньшую мощность) применяются методы крепления, полностью исключающие механическое воздействие на витки обмоток.

При эксплуатации трансформаторов мощность подключённой нагрузки не должна превышать номинальную мощность трансформатора. Температура окружающей среды должна быть такой, чтобы температура трансформатора не превысила 120 °С (предельная температура нагрева эмальпровода). Чем меньше температура, тем медленнее происходит старение проводов обмоток. Одной из наиболее частых причин выхода из строя трансформаторов является их длительный перегрев по причине короткого замыкания в цепи нагрузки или подключения нагрузки с мощностью, превышающей номинальную мощность трансформатора. При таком перегреве происходит осыпание эмалевой изоляции проводов обмоток, что приводит к замыканию витков, ещё большему нагреву и, в конечном итоге, к расплавлению провода обмотки. Предохранитель в таких случаях срабатывает не всегда, поскольку перегрев может происходить при незначительном, но длительном превышении номинального тока.

Нет, нельзя. В основе работы трансформатора лежит закон электромагнитной индукции, который предусматривает изменение магнитного потока по величине и направлению. Это можно обеспечить подачей только переменного напряжения на первичную обмотку трансформатора. Напряжение автомобильного аккумулятора (равно как и любого другого химического источника электроэнергии) является постоянным (по величине и направлению). Для преобразования постоянного напряжения в переменное, пригодное для подачи на трансформатор, следует применять специальные коммутаторы на механических или электронных элементах. Устройство, включающее в себя коммутатор и трансформатор и предназначенное для преобразования постоянного напряжения в переменное, называется инвертором.

Такой вопрос иногда возникает, и он не так банален, как может показаться на первый взгляд. Возникает он обычно потому, что первичная обмотка трансформатора напоминает обмотку дросселя. Можно ли обмотку трансформатора использовать в качестве дросселя?

Вначале — о различиях. Главная функция трансформатора — изменять величину напряжения, подводимого к первичной обмотке. Главная функция дросселя — обеспечивать определённую (и постоянную) величину индуктивности в диапазоне токов от нуля до некоторого номинального значения. Невозможность дросселя выполнить функцию трансформатора обусловлена отсутствием в дросселе вторичной обмотки. В то же время, первичная обмотка трансформатора в некоторых условиях может выполнять функцию дросселя, но индуктивность такого «дросселя» будет существенно зависеть от величины протекающего тока. Чтобы исключить такую нежелательную зависимость, дроссели на сердечниках из трансформаторной стали обязательно имеют немагнитный зазор, который уменьшает относительную магнитную проницаемость, но позволяет обеспечить неизменность величины индуктивности во всём диапазоне рабочих токов дросселя. Кстати, существуют устройства, имеющие свойства и трансформаторов, и дросселей. Их называют трансреакторами. Реактор — одно из названий дросселя. Трансреакторы выполняются на магнитопроводах с немагнитным зазором и имеют первичную и вторичную обмотки. Подробно о трансреакторах написано в разделе «Информация».

6 непростых для понимания терминов, связанных с силовым трансформатором, которые вы должны понимать

Темная сторона трансформатора

Существует множество терминов, связанных с работой силового трансформатора, которые можно легко визуализировать, что особенно важно для учащихся, например, например, конструкция трансформатора или принцип нормальной работы. С другой стороны, немногие не так просто представить и понять термины, которые можно «увидеть» только на практике.

The essential understanding of a power transformer Основы понимания силового трансформатора

Итак, эта техническая статья проливает свет на некоторые термины, такие как пусковые и намагничивающие токи, регулировка напряжения, векторные группы и т. Д.

  1. Пусковой ток
  2. Ток намагничивания
  3. Регулировка вторичного напряжения
  4. Соединение трансформатора (вектор) группы
  5. Сопротивление короткого замыкания
  6. Сопротивление последовательности трансформатора

1. Пусковой ток

Итак, почему этот бросок тока такой специфический? Возбуждение трансформатора создает очень высокий переходный пусковой ток, который может достигать пиковых значений, в десять раз превышающих пиковый номинальный ток. Это естественное явление и защита не должна работать!

Автоматический выключатель обеспечивает высокую гибкость, позволяющую избежать тока отключения, при этом сохраняя хороший уровень защиты благодаря характеристике времени / тока электронного реле.

Величина пускового тока является статистической переменной, и поэтому каждый случай , когда силовой трансформатор находится под напряжением, может отличаться от предыдущих.

Существуют различные факторы, влияющие на величину и скорость затухания пускового тока

Можно выделить следующие основные факторы:

Фактор № 1 - Момент времени на кривой синусоидального напряжения, когда происходит подача питания. Наихудшая ситуация была бы, когда на трансформатор подается напряжение при пересечении нуля .

Подключение при пересечении нуля напряжения приведет к тому, что магнитный поток достигнет двойного значения во время нормальной работы. В результате сердечник будет насыщаться, сильно снижая реактивное сопротивление обмотки и увеличивая ток.

Фактор № 2 - Значение и направление остаточного потока в сердечнике трансформатора. Значение и направление этого остаточного потока зависят от момента времени, когда трансформатор был отключен от сети.

Если отключение происходит в то время, когда переменный поток имеет максимальное значение, остаток потока также будет иметь свое максимальное значение.

Фактор № 3 - Магнитные свойства сердечника.

Фактор № 4 - Размер трансформатора.

Коэффициент № 5 - Импеданс источника питающей сети. Если импеданс питающей сети относительно высок (слабая сеть), пусковой ток вызывает значительное падение напряжения на импедансе, что снижает уровень напряжения питания во время подачи питания.

Это снижает максимальное значение пускового тока, но также увеличивает время затухания.

Inrush current of a 16 MVA 63/11 kV power transformer Inrush current of a 16 MVA 63/11 kV power transformer Рисунок 1 - Пусковой ток силового трансформатора 16 МВА 63/11 кВ

У современных силовых трансформаторов пусковой ток, как правило, выше, чем у старых.

Причиной этого являются свойства современной стали с сердечником, что позволяет повысить плотность потока в конструкции трансформатора при нормальной работе и, следовательно, дает меньше «места» до насыщения сердечника при подключении к сети.

Остаточный ток, сумма фазных токов должен быть нулевым, если сердечник не насыщает и полюса закрываются точно в одно и то же время.В Y-образном и эффективно заземленном нейтральном силовом трансформаторе пусковой ток появляется также в нейтрали в случае насыщения сердечника.

Пусковой ток содержит вторую гармонику, которую можно использовать для определения пускового состояния с помощью защитных реле трансформатора, например дифференциальной токовой защиты.

Поведение пускового тока с силовым трансформатором 16 МВА 63/11 кВ как функция времени показано на рисунке 1. Рисунок

.

Трансформатор находится под напряжением относительно слабой сети электропитания.Номинальный первичный ток рассматриваемого трансформатора составляет 147 А . Верхняя часть показывает форму волны каждого фазового тока, а нижняя часть показывает среднеквадратичное значение каждого фазового тока.

Из рисунка можно отметить, что пусковой ток включает в себя также относительно большую постоянную составляющую. Компонент постоянного тока может привести к насыщению измерительных трансформаторов тока, тем самым выдавая ложный вторичный сигнал на защитные реле.

Вернуться к содержанию ↑


2.Ток намагничивания

Ток намагничивания при номинальном напряжении очень мал, около 1% от номинального тока. Однако ток намагничивания сильно зависит от уровня напряжения питания.

Когда уровень напряжения питания увеличивается, ток намагничивания начинает быстро расти . Крутизна кривой восходящего тока зависит от магнитных свойств сердечника и плотности потока при номинальном напряжении.

На рисунке ниже показано поведение определенного силового трансформатора.

The RMS value of the magnetizing current as a function of supply voltage The RMS value of the magnetizing current as a function of supply voltage Рисунок 2 - Среднеквадратичное значение тока намагничивания как функция напряжения питания

Увеличивающийся ток намагничивания имеет высокое содержание пятой гармоники, которая может использоваться для обнаружения явлений. На следующем рисунке показана проблема и поведение определенного силового трансформатора.

The fifth harmonic content in magnetizing current as a function of supply voltage The fifth harmonic content in magnetizing current as a function of supply voltage Рисунок 3 - Содержание пятой гармоники в токе намагничивания как функция напряжения питания

Явление, связанное с увеличением тока намагничивания в результате увеличения напряжения питания, называется чрезмерным возбуждением.

Вернуться к содержанию ↑


3. Регулировка вторичного напряжения

Уровень напряжения, подаваемого на нагрузку от вторичных клемм трансформатора, должен поддерживаться в определенных пределах. Факторами, влияющими на колебания уровня вторичного напряжения, являются уровень напряжения первичной стороны и ток нагрузки вторичной стороны.

Чтобы регулировка вторичного напряжения могла компенсировать эти колебания, коэффициент трансформации напряжения силового трансформатора должен быть регулируемым.

Эта регулировка стала возможной благодаря введению нескольких ответвлений в обмотках . Эти отводы обычно размещаются в обмотках первичной стороны, чтобы минимизировать ток, проходящий через переключатель, обеспечивающий соединение с различными ответвлениями.

Этот переключатель может производить переключение ответвлений при подаче тока нагрузки, в этом случае он называется переключателем ответвлений под нагрузкой , или трансформатор должен быть обесточен, и в этом случае он называется переключателем ответвлений без нагрузки ( также используется устройство РПН).Определение «основной ответвление» относится к положению ответвления, к которому относятся все номинальные величины, включая отношение номинальных напряжений.

Физическое размещение устройства РПН с силовым трансформатором может быть внутри основного бака (типа intank), другими словами, в том же маслонаполненном корпусе, где находятся обмотки.

Другая возможность заключается в том, чтобы устройство РПН находилось снаружи основного бака (в баке или в контейнере) внутри собственного заполненного маслом корпуса, прикрепленного к боковой стороне основного бака.

Можно выделить три различных принципа реализации переключателей, а именно:

  1. Плюс-минус переключения,
  2. Линейное переключение и
  3. Грубое-точное переключение.

Из этих трех первый, с переключением «плюс-минус», является самым распространенным из . Принцип действия показан ниже.

Tap changer’s "plus-minus switching" principle Tap changer’s "plus-minus switching" principle Рисунок 4 - Принцип «переключателя плюс-минус» устройства РПН

Как правило, устройство РПН работает от двигателя, что обеспечивает возможность дистанционного управления.Устройство РПН чаще всего имеет только ручное управление, но также возможна работа двигателя.

Устройство РПН имеет несколько отводов, например ± 8 × 1,25% . Это указывает на возможность увеличения или уменьшения 8-ступенчатого, каждый 1,25% от номинального отношения напряжения. Устройство РПН имеет меньше ступеней, например, ± 2 × 2,5% .

Работа устройства РПН может быть автоматизирована с использованием автоматического регулятора напряжения (AVR), как описано здесь.


Как работает чейнджер под нагрузкой (ВИДЕО)

Это видео объясняет, как работает On Changer Changer (OLTC) . Устройства РПН используются в электрических трансформаторах с жидкостным погружением в энергетике. Целью устройства РПН является регулирование количества вторичных обмоток в цепи.

Изменяя количество проводника (обмоток) в изменяющемся магнитном поле, можно регулировать выходное напряжение.


Как работает чейнджер с разгрузкой (ВИДЕО)

Это 3D-анимационное видео объясняет, как работает устройство РПН.Устройства РПН устанавливаются на электрические трансформаторы и иногда называются обесточенными устройствами РПН или не имеют устройства РПН.

Вернуться к содержанию ↑


4. Группы подключения трансформатора

Группы подключения силового трансформатора обозначаются буквами и цифрами. Прописные буквы относятся к обмотке, имеющей самое высокое номинальное напряжение, и строчные буквы к обмотке (ам), имеющей более низкое номинальное напряжение.

  • Y и y: относятся к обмотке со звездой.
  • D и d: относятся к обмотке, соединенной треугольником
  • Z и z: относятся к зигзагообразной обмотке
  • III и iii: относятся к открытой (не подключенной) трехфазной обмотке.
  • N и n: указывают, что нейтральный вывод обмотки, соединенной звездой, выведен на поверхность.
  • a: указывает автоматический тип подключения обмотки.

Цифры используются для обозначения сдвига фаз между первичным и вторичным напряжениями .Точкой отсчета является фаза-земля напряжение первичной стороны, который по сравнению с аналогичным напряжением на вторичной стороне.

Используемые цифры от 1 до 12 (0) относятся к обычному таймеру.

Winding arrangement and corresponding time dial of YNd11-connected power transformer Winding arrangement and corresponding time dial of YNd11-connected power transformer Рисунок 5 - Расположение обмоток и соответствующий таймер силового трансформатора, подключенного к YNd11

Трехфазные трансформаторы обычно работают с обмотками высокого и низкого напряжения, подключенными к:

  • Y (звезда),
  • D (дельта) или
  • Z (зигзагообразное) соединение.

Три стиля показаны на рисунке 6.

Three-phase winding connections Three-phase winding connections Рисунок 6 - Соединения трехфазной обмотки

В соединении звездой один конец каждой из трехфазных обмоток соединяется вместе в нейтральной точке N, а напряжение на линии подается на другой конец; это показано на рисунке 6 (а).

Преимущества звездообразного соединения:

  1. дешевле для высоковольтной обмотки.
  2. Нейтральная точка доступна.
  3. Заземление возможно либо напрямую, либо через импеданс.
  4. Пониженный уровень изоляции (градуированная изоляция) возможен на нейтрали.
  5. Отводы обмотки и устройство РПН могут быть расположены на нейтральном конце каждой фазы с низким напряжением на землю и между фазами.
  6. Возможна однофазная нагрузка при протекании нейтрального тока.

В соединении треугольником концы трех обмоток соединены между соседними фазами источника питания, как показано на рисунке 6 (b).

Преимущества дельта-соединения:

  1. дешевле для сильноточной низковольтной обмотки
  2. В сочетании со звездообразной обмоткой уменьшает полное сопротивление нулевой последовательности этой обмотки

Третичная обмотка, соединенная треугольником, часто используется в больших трехфазных автотрансформаторах , чтобы позволить токам нулевой последовательности циркулировать в обмотках , или чтобы протекать гармонические токи трехчастотной частоты, чтобы компенсировать гармонические потоки в ядро.

Зигзагообразное соединение используется для специальных целей, когда на каждой ножке имеются две обмотки, которые связаны между фазами, как показано на рис. 6 (с).

Основным преимуществом зигзагообразного соединения является: . Оно допускает нагрузку по нейтральному току с изначально низким сопротивлением нулевой последовательности и используется в заземляющих трансформаторах для создания искусственной нейтральной клеммы в системе

.
Трансформаторная группа векторов (ВИДЕО)

Это видео обрисовывает в общих чертах векторные группы, которые вы встретите на типичном трансформаторе, и объясняет принципы фазового сдвига.

Вернуться к содержанию ↑


5. Импеданс короткого замыкания

Следующее обсуждение представляет импедансы (последовательности) по отношению к трехфазным силовым трансформаторам.

Полное сопротивление короткого замыкания Z = R + jX [Ом / фаза] - это эквивалентное полное сопротивление при номинальной частоте и эталонной температуре на клеммах одной обмотки пары, когда клеммы другой обмотки закорочены и далее обмотки разомкнуты.

Для трехфазных трансформаторов сопротивление выражается как сопротивление фазы. Эта величина часто выражается в относительной безразмерной форме в виде доли z pu эталонного сопротивления Z ref [Ом / фаза] .

Phase impedance Phase impedance

или в процентах:

Phase impedance in percentage Phase impedance in percentage

Ссылка импеданса Z исх [Ω / фаза] может быть вычислена из опорного напряжения U исх [V], опорный ток I исх [А] и опорный кажущаяся мощность S исх [VA] следующим образом ,

Reference impedance Zref [Ω/phase] Reference impedance Zref [Ω/phase]

Объединение приведенных выше формул приводит к:

Impedance combined formulae Impedance combined formulae

А начиная с процентных значений:

Impedance combined percentage formulae Impedance combined percentage formulae

Как отмечалось ранее, полное сопротивление Z короткого замыкания представляет собой комплексное число , имеющее вещественную и мнимую части .

Действительная часть полного сопротивления может быть рассчитана на основе номинальных потерь нагрузки P L [Вт]. Следующая формула дает результат в процентах r% [%].

Percent r [%] formulae Percent r [%] formulae

Мнимая часть x% [%] может быть рассчитана следующим образом:

Imaginary part x% Imaginary part x%

Реальная R [Ω / фаза] и мнимая часть X [Ω / фаза] Z [Ω / фаза] может быть рассчитана следующим образом:

Real R [Ω/phase] and imaginary part X [Ω/phase] of Z [Ω/phase] Real R [Ω/phase] and imaginary part X [Ω/phase] of Z [Ω/phase]

Вернуться к содержанию ↑


6.Импедансы последовательности трансформатора

Здесь представлены последовательности сопротивлений, связанные с силовыми трансформаторами. Используются следующие определения:

  • Z 1 - полное сопротивление прямой последовательности [Ом / фаза]
  • Z 2 - сопротивление обратной последовательности [Ом / фаза]
  • Z 0 - полное сопротивление нулевой последовательности [Ом / фаза]
Zero-sequence measurement Zero-sequence measurement Рисунок 7 - Измерение нулевой последовательности

Следующее уравнение, приведенное ниже, можно использовать для расчета полного сопротивления нулевой последовательности Z 0 [Ом / фаза] с использованием напряжения U [V] и тока I [A], как определено на рисунке 7 выше.

Zero-sequence impedance Z0 [Ω/phase] Zero-sequence impedance Z0 [Ω/phase]

с трансформаторами:

Zero-sequence impedance with transformers Zero-sequence impedance with transformers

Полное сопротивление прямой и обратной последовательностей равно сопротивлению короткого замыкания, тогда как полное сопротивление нулевой последовательности значительно отличается.

Факторы, влияющие на сопротивление нулевой последовательности:

  • Группа подключения трансформатора
  • Конструкция с сердечником или оболочкой
  • 3- или 5-конечный или трехфазный блок, построенный из однофазных блоков

Влияние группы соединений силового трансформатора на полное сопротивление нулевой последовательности изучено более подробно.Приведенные ниже относительные значения импеданса нулевой последовательности приведены только для ознакомления, а фактические значения должны быть проверены в таблицах данных трансформатора.

Кроме того, указанные значения относятся к конструкции типа сердечника с конструкцией из трех частей.

Были использованы следующие определения:

  • В: Высоковольтная (первичная) обмотка
  • L: Низковольтная (вторичная) обмотка
  • T: Третичная обмотка
  • E: Земной потенциал
  • z: Относительное полное сопротивление короткого замыкания
  • z 0HL : Относительное полное сопротивление нулевой последовательности от стороны высокого напряжения до стороны низкого напряжения
  • z 0HE : Относительное полное сопротивление нулевой последовательности от стороны высокого напряжения до земли
  • z 0LE : Относительное полное сопротивление нулевой последовательности со стороны низкого напряжения на землю
Zero-sequence impedances of YNyn- and YNy-connected power transformers as a relation to the units’ short circuit impedance Zero-sequence impedances of YNyn- and YNy-connected power transformers as a relation to the units’ short circuit impedance Рисунок 8 - Импедансы нулевой последовательности силовых трансформаторов, подключенных к YNyn и YNy, как отношение к сопротивлению короткого замыкания блоков

Если представленный выше силовой трансформатор имеет пятиконтактную конструкцию или трехфазный блок выполнен из однофазных блоков, значения Z 0HE и Z 0LE в основном бесконечны.

Zero-sequence impedances of YNd- and Dyn-connected power transformers as a relation to the units’ short circuit impedance Zero-sequence impedances of YNd- and Dyn-connected power transformers as a relation to the units’ short circuit impedance Рисунок 9 - Импедансы нулевой последовательности силовых трансформаторов, подключенных к YNd и Dyn, как отношение к сопротивлению короткого замыкания блоков

Если представленный выше силовой трансформатор имеет конструкцию с пятью ветвями или трехфазный блок состоит из однофазных блоков, то z 0HE в YNd-соединении равно z.

Zero Zero-sequence impedances of Yzn- and YNynd-connected power transformers as a relation to the units’ short circuit impedance Zero Zero-sequence impedances of Yzn- and YNynd-connected power transformers as a relation to the units’ short circuit impedance Рис. 10. Полное сопротивление нулевой последовательности силовых трансформаторов, подключенных к Yzn и YNynd, в зависимости от полного сопротивления короткого замыкания блоков

Нормальная процедура для мощности трансформатора производит это констатировать полное сопротивление нулевой последовательности в относительных величинах, либо в виде дроби или в процентах от эталонного импеданса.

Для расчета фактических омических значений могут использоваться те же уравнения, что и для расчетов полного сопротивления короткого замыкания.

С группами соединений трансформатора, позволяющими замкнутому контуру тока нулевой последовательности циркулировать, , как YNd , действительная и мнимая части полного сопротивления нулевой последовательности имеют такое же соотношение (отношение R / X), как и при соответствующем коротком замыкании сопротивление. С другими группами соединений ситуация более сложная, в то время как отношение R / X не обязательно является линейным.

Для трехобмоточных силовых трансформаторов расчет омических значений импеданса нулевой последовательности немного сложнее.

В этом примере следующая информация доступна в паспорте силового трансформатора.

Data for the power transformer used in calculation example Data for the power transformer used in calculation example Рисунок 11 - Данные для силового трансформатора, используемого в примере расчета

На следующем рисунке показаны компоненты полного сопротивления нулевой последовательности, омические значения которых должны быть рассчитаны на основе приведенных выше данных.

При этом предполагается, что импедансы являются чисто реактивное, и выбранный опорное напряжение 21 кВ (сторона низкого напряжения трансформатора) .

Zero-sequence circuit of the transformer used in the example Zero-sequence circuit of the transformer used in the example Рисунок 12 - Схема нулевой последовательности трансформатора, используемого в примере

Расчет омических значений на основе данных трансформатора:

Ohmic values based on the transformer’s given data Ohmic values based on the transformer’s given data

Затем рассчитывается полное сопротивление компонента.

Specific component impedances Specific component impedances

Импедансы последовательности трансформатора

Вернуться к содержанию ↑

Источники:

  1. Элементы систем распределения электроэнергии ABB
  2. Руководство по электрической установке Schneider Electric
  3. Справочник энергетика Д.Ф. Варн
,Трансформатор

- Energy Education

Рисунок 1. Трансформатор, устанавливаемый на площадке для распределения электроэнергии. [1]

Трансформатор - это электрическое устройство, которое использует электромагнитную индукцию для передачи сигнала переменного тока (переменного тока) от одной электрической цепи к другой, часто изменяя (или «преобразовывая») напряжение и электрический ток. Трансформаторы не пропускают постоянный ток (DC) и могут использоваться для выведения напряжения постоянного тока (постоянного напряжения) из сигнала при сохранении изменяющейся части (напряжения переменного тока).В электрической сети трансформаторы являются ключом к изменению напряжения, чтобы уменьшить, сколько энергии теряется при передаче электроэнергии.

Трансформаторы изменяют напряжение электрического сигнала, выходящего из силовой установки, обычно увеличивая (также известное как «повышение») напряжение. Трансформаторы также снижают («понижают») напряжение на подстанциях и в качестве распределительных трансформаторов. [2] Трансформаторы также используются как часть устройств, таких как трансформаторы тока.

Как работают трансформаторы

Часто кажется удивительным, что трансформатор сохраняет общую мощность одинаковой, когда напряжение повышается или понижается.Следует помнить, что когда напряжение возрастает, ток падает:

[математика] P = I_1 V_1 = I_2 V_2 [/ математика]
Трансформаторы

используют электромагнитную индукцию для изменения напряжения и тока. Это изменение называется действием трансформатора и описывает, как трансформатор изменяет сигнал переменного тока со своего первичного на вторичный компонент (как в приведенном выше уравнении). Когда сигнал переменного тока подается на первичную катушку, изменение тока вызывает изменение магнитного поля (становится больше или меньше).Это изменяющееся магнитное поле (и связанный с ним магнитный поток) будет проходить через вторичную катушку, вызывая напряжение на вторичной катушке, тем самым эффективно связывая вход переменного тока от первичного к вторичному компоненту трансформатора. Напряжение, приложенное к первичному компоненту, также будет присутствовать во вторичном компоненте.

Как упоминалось ранее, трансформаторы не пропускают вход постоянного тока. Это известно как изоляция постоянного тока. [2] Это происходит потому, что изменение тока не может быть вызвано постоянным током; Это означает, что нет никакого изменяющегося магнитного поля, чтобы вызвать напряжение на вторичном компоненте.

Рисунок 1. Простой работающий трансформатор. [3] Ток [math] I_p [/ math] поступает с напряжением [math] V_p [/ math]. Ток проходит через обмотки [math] N_p [/ math], создавая магнитный поток в железном сердечнике. Этот поток проходит через петли [math] N_s [/ math] в другой цепи. Это создает ток [math] I_s [/ math] и разницу напряжения во второй цепи [math] V_s [/ math]. Электрическая мощность ([математика] V \ times I [/ математика]) остается неизменной.

Основополагающим принципом, который позволяет трансформаторам изменять напряжение переменного тока, является прямая зависимость между отношением витков провода первичной обмотки к вторичной обмотке и отношением первичного напряжения к выходному напряжению.Отношение между числом витков (или витков) в первичной катушке к числу витков во вторичной катушке известно как отношение витков к . Коэффициент оборотов устанавливает следующие отношения с напряжением:

[математика] \ frac {N_p} {N_s} = \ frac {V_p} {V_s} = \ frac {I_s} {I_p} [/ math]
  • [math] N_p [/ math] = Количество витков в первичной катушке
  • [math] N_s [/ math] = Количество витков во вторичной катушке
  • [математика] V_p [/ математика] = напряжение на первичной
  • [math] V_s [/ math] = напряжение на вторичной обмотке
  • [math] I_p [/ math] = ток через первичный
  • [математика] I_s [/ математика] = ток через вторичную систему

Из этого уравнения, если число витков в первичной катушке больше, чем число витков во вторичной катушке ([math] N_p \ gt N_s [/ math]), то напряжение на вторичной катушке будет на меньше , чем в первичной катушке.Это известно как понижающий трансформатор, потому что он понижает или понижает напряжение. В таблице ниже приведены распространенные типы трансформаторов, используемых в электрической сети.

Тип трансформатора Напряжение Коэффициент поворотов Текущий Мощность
Уйти в отставку входное (первичное) напряжение> выходное (вторичное) напряжение [математика] N [/ математика] p > [математика] N [/ математика] s [математика] I [/ математика] р <[математика] I [/ математика] с [математика] P [/ математика] р = [математика] P [/ математика] с
Шаг вперед входное (первичное) напряжение <выходное (вторичное) напряжение [математика] N [/ математика] р <[математика] N [/ математика] с [математика] I [/ математика] р > [математика] I [/ математика] с [математика] P [/ математика] р = [математика] P [/ математика] с
Один на один входное (первичное) напряжение = выходное (вторичное) напряжение [математика] N [/ математика] р = [математика] N [/ математика] с [математика] I [/ математика] р = [математика] I [/ математика] с [математика] P [/ математика] р = [математика] P [/ математика] с

Трансформатор один в один будет иметь равных значений для всего и используется в основном для обеспечения изоляции постоянного тока.

У понижающего трансформатора будет первичное напряжение выше, чем у вторичного напряжения , но у ниже значение первичного тока , чем у его вторичной составляющей.

В случае повышающего трансформатора первичное напряжение будет на ниже, чем вторичное напряжение, а это означает, что первичный ток на больше, чем у вторичного компонента.

Эффективность

В идеальных условиях напряжение и ток изменяются на один и тот же коэффициент для любого трансформатора, что объясняет, почему значение первичной мощности равно значению вторичной мощности для каждого случая в приведенной выше таблице.Когда одно значение уменьшается, другое увеличивается, чтобы поддерживать постоянный уровень равновесной мощности. [2]

Трансформаторы

могут быть чрезвычайно эффективными. Мощные трансформаторы могут достигать отметки эффективности 99% в результате успехов в минимизации потерь трансформатора. Однако трансформатор всегда будет выдавать немного более низкую мощность, чем его вход, поскольку потери невозможно полностью устранить. Существует некоторое сопротивление трансформатора.

Чтобы узнать больше о трансформаторах, см. Гиперфизику.

для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

,
Основы силовых трансформаторов переменного тока для студентов
Силовые трансформаторы

переменного тока

Силовые трансформаторы

являются одним из ключей к широкому распределению электроэнергии, как мы видим это сегодня. Трансформаторы эффективно преобразуют электричество в более высокое напряжение для передачи на большие расстояния и обратно в низкое напряжение, подходящее для использования потребителем.

The essentials of AC power transformers for students and beginners Основы силовых трансформаторов переменного тока для студентов и начинающих (на фото: силовой трансформатор подстанции на подстанции Брайс-стрит в Гамильтоне, Новая Зеландия; кредит: Райан О'Коннор через Flickr)

Распределительный трансформатор обычно служит в качестве окончательного перехода к клиенту и часто обеспечивает местное заземление.Большинство распределительных цепей имеют сотни распределительных трансформаторов.

В распределительных фидерах

также могут быть установлены другие трансформаторы: регуляторы напряжения, банки ступеней фидера для сопряжения цепей различных напряжений и банки заземления.


Что на самом деле делает трансформатор переменного тока?

Трансформатор эффективно преобразует электроэнергию с одного уровня напряжения на другой. Трансформатор представляет собой два набора катушек, связанных друг с другом через магнитное поле. Магнитное поле передает всю энергию (кроме автотрансформатора).В идеальном трансформаторе (рисунок 1) напряжения на входе и выходе связаны с отношением витков трансформатора:

В 1 = В 2 × N 1 / N 2

где:

  • N 1 и N 2 - число оборотов и
  • В 1 и В 2 - напряжение на обмотках 1 и 2

В реальном трансформаторе не все пары магнитного потока между обмотками.Этот поток утечки создает падение напряжения между обмотками, поэтому напряжение более точно описывается следующим образом:

V 1 = N 1 / N 2 × V 2 - X L × I 1

где:

  • X L - реактивное сопротивление рассеяния в Омах, как видно из обмотки 1, и
  • I 1 - ток без обмотки 1.

Ток также трансформируется на коэффициент поворотов, противоположный напряжению, как:

I 1 = I 2 × N 2 / N 1

ампер-витков остаются постоянными при N 1 × I 1 = N 2 × I 2 .Это фундаментальное соотношение справедливо для распределительных и силовых трансформаторов.

Трансформатор имеет магнитопровод, который может нести большие магнитные поля. Холоднокатаные, ориентированные на зерно стали, используемые в сердечниках, имеют проницаемость в раз выше, чем у воздуха . Сталь обеспечивает очень низкое сопротивление пути для магнитных полей, создаваемых током через обмотки.

Ideal transformer and induction law Ideal transformer and induction law Рисунок 1 - Идеальный трансформатор и закон индукции

Рассмотрим напряжение, приложенное к первичной стороне (сторона источника, сторона высокого напряжения) без нагрузки на вторичной стороне (сторона нагрузки, сторона низкого напряжения).Обмотка получает ток возбуждения от системы, которая устанавливает синусоидальное магнитное поле в сердечнике. Поток в свою очередь создает в катушке обратную ЭДС, которая ограничивает ток, потребляемый в трансформаторе.


… и когда мы добавляем нагрузку к вторичному

Трансформатор без нагрузки на вторичной обмотке потребляет очень мало тока, только ток возбуждения, , который обычно составляет менее 0,5% от тока полной нагрузки трансформатора . На незагруженной вторичной обмотке синусоидальный поток создает напряжение разомкнутой цепи, равное напряжению первичной стороны, умноженному на коэффициент витков.

Когда мы добавляем нагрузку на вторичную обмотку трансформатора, нагрузка протягивает ток через вторичную обмотку .

Магнитная муфта вторичного тока протягивает ток через первичную обмотку, поддерживая постоянные ампер-витки. Обычно в индуктивной цепи более высокий ток создает больший поток, но не в трансформаторе (за исключением потока утечки).

Увеличение силы тока от одной обмотки противодействует уменьшению силы тока от другой обмотки (см. Рисунок 2).

Transformer basic function Transformer basic function Рисунок 2 - Основная функция трансформатора

Поток в сердечнике на нагруженном трансформаторе такой же, как на ненагруженном трансформаторе, , хотя ток намного выше .

Напряжение на первичной обмотке определяет поток в трансформаторе (поток пропорционален интегралу времени от напряжения). Поток в сердечнике определяет напряжение на выходной стороне трансформатора (напряжение пропорционально производной по времени от потока).

На рисунке 3 показаны модели со значительными импедансами в трансформаторе. Подробная модель показывает импедансы серии, сопротивления и реактивные сопротивления. Последовательное сопротивление - это, в основном, сопротивление проводов в каждой обмотке. Последовательное реактивное сопротивление - это полное сопротивление утечки. Шунтирующая ветвь - это намагничивающая ветвь, ток, который намагничивает ядро.

Большую часть тока намагничивания составляет реактивная мощность , но она включает в себя компонент реальной мощности.

Transformer models Transformer models Рисунок 3 - Модели трансформаторов

Потери мощности

Вообще говоря, мощность в трансформаторе теряется в сердечнике через гистерезис и вихревые токи .Имейте в виду, что гистерезис и вихревые токи всегда происходят вместе.


Гистерезис

Когда магнитные диполи меняют направление, ядро ​​нагревается от трения молекул. Подробнее о гистерезисе и о том, как уменьшить эти потери читайте в этой технической статье.

Magnetization and hysteresis curves Magnetization and hysteresis curves Рисунок 4 - Кривые намагниченности и гистерезиса

Вихревые токи

Вихревые токи в материале сердечника вызывают резистивные потери. Внутренний поток индуцирует вихревые токи, которые стремятся противостоять изменению плотности потока.Импеданс намагничивающей ветви составляет , как правило, выше 5000% на основании трансформатора , поэтому мы можем пренебречь им во многих случаях.

Потери в сердечнике часто называют потерь в железе или потерь без нагрузки . Потери нагрузки часто называют потерями в проволоке или медными потерями.

Различные параметры силовых трансформаторов имеют различные размеры, как показано в таблице 1 ниже:

ТАБЛИЦА 1 - Общие коэффициенты масштабирования в силовых трансформаторах
Количество Относительно кВА Относительно контрольного размера, л
Рейтинг кВА л 4
Вес КВА ¾ K l 3
Стоимость КВА ¾ K (% от общей суммы потерь) -3
Длина КВА ¼ K l
Ширина КВА ¼ K l
Высота КВА ¼ K l
Всего убытков КВА ¾ K l 3
Потери без нагрузки КВА ¾ K l 3
Ток возбуждения КВА ¾ K l 3
% Всего убытков КВА - К л -1
% Потери без нагрузки КВА - К л -1
% Потрясающие потери КВА - К л -1
% R КВА - К л -1
% X КВА ¼ K l
Вольт / оборот КВА ¼ K l 2

Упрощенная модель трансформатора на рисунке 3 с последовательным сопротивлением и реактивным сопротивлением достаточна для большинства вычислений, включая потоки нагрузки, вычисления короткого замыкания, запуск двигателя или дисбаланс.

Малые распределительные трансформаторы имеют низкое реактивное сопротивление рассеяния, , некоторые менее 1%, по номинальной мощности трансформатора и X / R от 0,5 до 5 . Более крупные силовые трансформаторы, используемые в распределительных подстанциях, имеют более высокие импедансы, обычно порядка 7-10% с отношением X / R между 10 и 40.

Реактивное сопротивление утечки вызывает падение напряжения на нагруженном трансформаторе. Напряжение от потока, который не соединяется с первичной обмоткой во вторичной обмотке.Blume et al. (1951) хорошо описывает реактивное сопротивление рассеяния. В реальном трансформаторе обмотки намотаны вокруг сердечника. Обмотки высокого и низкого напряжения находятся рядом друг с другом.

Leakage reactance causes voltage drop on a loaded transformer Leakage reactance causes voltage drop on a loaded transformer Рисунок 5. Реактивное сопротивление утечки вызывает падение напряжения на нагруженном трансформаторе.

На рисунке 5 показана конфигурация. Каждая обмотка содержит несколько витков провода. Сумма тока в каждом проводе обмотки высокого напряжения равна сумме токов в обмотке низкого напряжения (N 1 I 1 = N 2 I 2 ) , поэтому каждый обмотка эквивалентна шине.

Каждая шина несет одинаковый ток, но в противоположных направлениях. Противоположные токи создают поток в зазоре между обмотками (это называется потоком утечки).

Теперь, глядя на две обмотки сверху, мы видим, что обмотки эквивалентны току, протекающему в петле, охватывающей данную область. Эта область определяет индуктивность рассеяния.

Реактивное сопротивление рассеяния в процентах основано на параметрах катушки и разделении следующим образом:

Leakage reactance in percent Leakage reactance in percent

, где

  • f - частота системы [Гц]
  • N - число витков на одну обмотку
  • I - ток полной нагрузки на обмотке [А]
  • r - радиус до обмоток [дюйм]
  • Вт - ширина между обмотками [дюйм]
  • ч - высота обмоток [в]
  • S кВА - номинальная мощность трансформатора [кВА]

В общем случае сопротивление утечки увеличивается с:

  1. Более высокое первичное напряжение (более толстая изоляция между обмотками)
  2. кВА, рейтинг
  3. Более крупный сердечник (больший диаметр приводит к увеличению площади)

Полные сопротивления утечки находятся под контролем проектировщика, и компании будут производить силовые трансформаторы для коммунальных предприятий с настраиваемыми полными сопротивлениями.Большим распределительным трансформаторам подстанций часто требуется высокий импеданс утечки для контроля токов короткого замыкания, , а некоторые до 30% от базового значения .


Минеральное масло

Минеральное масло заполняет большинство распределительных и подстанционных силовых трансформаторов. Масло выполняет две важные функции: проводит тепло и изоляцию . Поскольку масло является хорошим проводником тепла, маслонаполненный трансформатор обладает большей несущей способностью, чем трансформатор сухого типа.

Поскольку он обеспечивает хорошую электрическую изоляцию, зазоры в маслонаполненном трансформаторе меньше, чем в сухом трансформаторе .

Масло отводит тепло от катушек в большую тепловую массу окружающего масла и в бак трансформатора, который рассеивается в окружающую среду. Масло может работать непрерывно при высоких температурах, с нормальной рабочей температурой 105 ° C. Это огнеопасно.

Температура вспышки 150 ° C , а точка возгорания 180 ° C . Масло обладает высокой диэлектрической прочностью, 220 кВ / дюйм. (86,6 кВ / см), и выравнивает напряжения напряжения, поскольку диэлектрическая проницаемость масла составляет около 2.2, что близко к изоляции. Масло также покрывает и защищает катушки, сердечники и другие металлические поверхности от коррозии.


Как работает трансформатор?

Это видео дает подробных анимированных иллюстраций о работе силовых трансформаторов. Здесь хорошо показаны основной принцип работы и конструкция трансформатора, повышающего трансформатора, понижающего трансформатора, обмотки трансформатора и конструкции сердечника.

Наслаждайтесь 🙂

Справочник // Понимание электроэнергетических систем Джек Касаза и Фрэнк Делеа (получить от Amazon)

,2) R отопление. В этом процессе необходимы повышающие трансформаторы для накачки напряжения с помощью переменного тока.

Итак, давайте поговорим о трансформаторах и передаче мощности, так что это на самом деле очень и очень важный аспект электричества и магнетизма, который был известен только примерно с 1885 года, может быть, немного раньше, когда Никола Тесла действительно выдвинул идею, так что вот идея.

Когда мы пытаемся передавать энергию по длинным линиям электропередач, мы всегда терпим убытки.Мы страдаем от потери энергии из-за того, что я называю квадратным нагревом, и это потому, что каждый провод, независимо от того, из чего мы его изготавливаем, будет иметь некоторое сопротивление, вы знаете какое-то сопротивление, потому что этот материал обладает сопротивляемостью, и это означает, что чем длиннее провод, больше сопротивления, поэтому, если у нас есть провод длиной 10 футов, никого не волнует. Если длина провода составляет 1000 миль, это приводит к проблеме, и поэтому мы связываем этот нагрев с I в квадрате r, поэтому обратите внимание, что этот нагрев станет меньше, если я смогу сделать ток очень маленьким, поэтому все, что нам нужно сделать, это просто передать мощность при действительно низкий ток, но мы попытались сделать это с постоянным током, у нас есть серьезная проблема, потому что низкий ток означает, что у нас не так много электронов, которые делают что-либо, и с силой постоянного тока это то, что вам нужно, вам нужны электроны, которые делают вещи, так что если мы При небольшом токе нет никакой причины передавать мощность в любом случае, потому что мощности не так много, поэтому в качестве альтернативы, что мы можем сделать с помощью переменного тока, мы можем увеличить напряжение.Теперь то, что прекрасно в этом, заключается в том, что при использовании переменного тока и электромагнитной индукции, когда мы увеличиваем напряжение, мощность должна оставаться постоянной. Теперь мощность, которую мы передаем, представляет собой разность потенциалов IV тока и потенциала, которая должна оставаться постоянной, поэтому, если мы увеличим напряжение, скажем, в сто раз, то, что должно произойти, чтобы I раз V остался прежним, хорошо это означает, что мы должны снизить ток в сто раз. Теперь, когда мы отправляем это в линию передачи, теперь я уменьшился в сто раз, что означает, что я в квадрате r уменьшился в 10 000 раз, так что это очень очень очень полезно, и в стандартных сообществах вы будете использовать шаг Поднимите трансформатор таким образом, чтобы поднять напряжение от стандартного домашнего хозяйства, например, 120 вольт, до стандартного напряжения передачи 450 000 вольт, и вот как это работает.

Хорошо, давайте посмотрим и посмотрим, как построен трансформатор, основанный на идее электромагнитной индукции, но мы должны сделать немного вещей, чтобы сделать это возможным, поэтому вот что мы собираемся сделать, мы… у нас будет основной, и у нас идет провод, и это то, что несет ток, и он хорошо наматывается на железный сердечник, нам нужно использовать железо или какой-то другой мягкий ферромагнитный материал, он должен быть магнитным, но он также должен быть очень преходящий в своем магнетизме, поэтому ему просто нужно слушать, что говорит внешнее магнитное поле, постоянный магнит не будет работать в качестве сердечника трансформатора, поэтому давайте посмотрим, почему.Хорошо, у нас есть этот входящий ток, мы обертываем его вокруг части железного сердечника несколько раз, сколько раз я собираюсь назвать n sub p для количества первичных витков, хорошо? И затем мы отправляем это. Теперь этот ток будет проходить, и, поскольку это ток, он будет генерировать магнитное поле. Что происходит с этим магнитным полем? Что ж, это мягкий ферромагнит, поэтому, если магнитное поле, связанное с этим парнем, направлено вверх, тогда весь железный сердечник будет генерировать магнитное поле, которое циркулирует вокруг магнитного поля, которое первичное устройство просит его использовать, и посмотрите, что произойдет.Теперь здесь есть магнитное поле, которое пронизывает вторичную часть цепи. Теперь, просто оставив все так, ничего не случится, если мы будем иметь магнитное поле. Что вы хотите? Есть магнитное поле, чтобы использовать электромагнитную индукцию или закон Фарадея - Ленца, нам нужно изменить это магнитное поле, и то, что мы собираемся сделать, это изменить ток, который идет в первичную, и мы собираемся сделать это, используя переменный ток, так что мы собираемся изменять его 60 раз в секунду, а теперь он меняет это магнитное поле, изменяя магнитное поле и изменяя поток этого магнитного поля через эту часть цепи.

Итак, с помощью электромагнитной индукции он генерирует ток здесь, поэтому у нас здесь был ток, изменяющий то, что ток изменяет магнитное поле, циркулирующее через железный сердечник, а затем это меняет магнитный поток, проходящий здесь, а затем через Фарадея - Ленц, который генерирует здесь ток, и об этом нужно немного подумать, но в некотором смысле имеет смысл, что вы знаете, что требуется минута, чтобы действительно проникнуть во все, что вы знаете, магнитное поле, проходящее здесь, что угодно, но в конечном итоге дело в том, что Разность потенциалов между этими двумя частями провода пропорциональна количеству витков провода, и это означает, что отношение вторичного потенциала к первичному потенциалу равно отношению числа витков, и это геометрический факт, как Вы много раз переворачивали его по вторичной стороне на количество витков на первичной стороне.Таким образом, это означает, что если я войду, и я только один раз заверну здесь, на вторичной стороне, то я оберну сто раз, тогда напряжение здесь на вторичной стороне будет в сто раз больше, чем напряжение здесь на первичной стороне, и это означает, что ток будет в сто раз меньше. И так это называется повышающий трансформатор, потому что он увеличивает мое напряжение в несколько раз, в данном случае, на четыре трети, хорошо, может быть, это не очень хороший повышающий трансформатор, но что угодно, и тогда я увеличу его, я ' Я передам свою силу через сколько сотен миль мне нужно от электростанции до домов, а затем в домах, где я бегу, этот парень задом наперед отступает, и я готов идти.Опять же, одно из чудес переменного тока, которое мы не могли получить от старой системы постоянного тока, это трансформаторы и передача энергии.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о