Работа трансформатора: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Содержание

Как работает трансформатор, его принцип действия и устройство на простом языке.

Обычный силовой трансформатор является достаточно важным и распространенным электротехническим устройством. Он позволяет преобразовывать напряжение и ток в нужные величины. Конструктивно он прост, имеется магнитный сердечник определенной формы, на который наматываются обмотки изолированного провода (медный, чаще всего). Эти обмотки делятся на первичную (входную) и вторичную (выходная). Их может быть не две (входная и выходная), а более двух (несколько входных и выходных) в зависимости от конкретного назначения силового трансформатора.

В основе работы любого трансформатора заложен один простой принцип, точнее электро физическое явление — это электромагнитная индукция. Что это такое? Все очень просто! Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц (в твердых телах это электроны. а в жидких и газообразных это ионы). При движении заряда по проводнику вокруг него образуется магнитное поле (именно движущегося заряда, вокруг не движущегося имеется только электрическое поле).

Магнитное поле также существует вокруг постоянных магнитов. Так вот, если взять кусок изолированного провода, намотать из него катушку, подсоединить к концам этой катушки вольтметр, после чего быстро провести возле катушки магнитом, то мы на вольтметре увидим скачок электрического напряжения. Получается, что если постоянно воздействовать на катушку магнитным полем (движущемся), то можно из нее получить некий источник или преобразователь электрической энергии.

В трансформаторе одна катушка (первичная, входная) выполняет роль источника магнитного поля. Стоит учесть, что магнитное поле должно быть обязательно переменным (постоянно меняющееся в направлении и величине). На эту входную катушку подается переменное напряжение определенной величины (то, на которую рассчитана эта катушка, чтобы основная часть электрической энергии тратилось именно на создание магнитного поля, и лишь минимальная его часть тратилась на выделение тепла, это неизбежные потери).

В результате вокруг этой входной катушки образуется переменное магнитное поле, которое по сердечнику передается на вторую катушку. Как было сказано выше, если воздействовать на проводник переменным магнитным полем, на нем индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). То есть, на выходной катушке появляется напряжение. Вот и получаем простой электромагнитный преобразователь электрической энергии.

Материал сердечника трансформатора подбирается так, чтобы он максимально хорошо проводил через себя электромагнитные поля, усиливая их. В итоге мы имеем несколько цепей. Первая — электрическая, которая образована движением зарядов по первичной обмотке. Она вокруг себя образовывает магнитное поле, которое замыкается по контуру магнитного сердечника, и это вторая цепь (электромагнитная, смещена на 90 градусов). Ну, а третья цепь опять электрическая, которая образована вторичной обмоткой (где индуцируется напряжение) и подключенной к ней нагрузкой (она также смещена на 90 градусов относительно магнитной цепи).

От количества витков на катушке зависит напряжение, а от сечения провода этой катушки зависит сила тока. То есть, если первичная и вторичная катушка будут иметь одинаковое количество витков — выходное напряжение будет такое же как и входное. Если вторичную обмотку намотать в два раза больше (по количеству витков), то и выходное напряжение увеличится вдвое (относительно входного). От диаметра провода катушки зависит выходной ток. При большой нагрузке и слишком малом сечении провода будет происходит нагрев катушки, что может привести к перегреву, повреждению изоляции и выходу из строя трансформатора.

Существуют специальные таблицы, в которых указаны нужные сечения проводов с учетом определенной плотности тока в них. При расчете трансформатора и выборе сечения провода под нужный выходной ток необходимо брать данные с этих таблиц.

Что касается магнитопровода, который замыкает магнитные поля на себе. Чем лучше материал магнитопровода проводит через себя электромагнитные поля, тем выше коэффициент полезного действия трансформатора. Следовательно, существуют специальные сплавы, имеющие лучшие электромагнитные характеристики, которые и используют в сердечнике трансформаторов.

Помимо этого в трансформаторе не должны быть зазоров между частями магнитопровода (на пути течения магнитного поля). Только лишь при полной замкнутости магнитопровода можно получить минимальные потери при трансформации электрической энергии.

Работа трансформатора также зависит от частоты тока, который подается на входную обмотку. Чем выше частота тока, тем лучше происходит трансформация энергии. То есть, с повышением частоты будут уменьшаться размеры трансформатора при тех же выходных мощностях. Если взять обычный трансформатор, который рассчитан на сетевое напряжение стандартной частоты в 50 герц, то он по размерам будет значительно больше того, который будет работать на килогерцовых частотах. Но там уже и магнитопровод используется из других ферромагнитных материалов.

Более короче работу трансформатора можно выразить так — на входную обмотку подается переменное напряжение (которое должно быть изначально рассчитано), в катушке начинает течь переменный ток, который образовывает переменное магнитное поле вокруг себя. Это магнитное поле начинает протекать по магнитопроводу сердечника трансформатора проходя также через выходную катушку. В результате на этой выходной обмотке образуется переменное напряжение, величина которого зависит от количества витков катушек. При подключении нагрузки к выходной обмотки мы получаем течение переменного тока в выходной цепи.

P.S. В нынешнее время все чаще стали использовать электрические схемы, где для источников питания делается специальный модуль, работающий на более высоких частотах, отличных от стандартных 50 герц. То есть, если раньше повсеместно для блоков питания использовали обычные силовые трансформаторы, имеющие железный магнитопровод, рассчитанный на сетевую частоту, имеющие только выпрямительный диодный мост и фильтрующий конденсатор электролит, то сейчас схемы блоков питания более сложнее. Они уже содержать выпрямитель, фильтр, электронный преобразователь напряжения и частоты (на транзисторах, микросхемах), стабилизатор, обратную связь (гальваническую развязку) и т.

д. Размеры, масса и выходные характеристики таких источников питания гораздо выше, чем у их предшественников (обычных силовых трансформаторов). Хотя по надежности все же классический вариант блоков питания будет получше.

Устройство и работа трансформатора – презентация онлайн

1. «Устройство и работа Трансформатора»

«УСТРОЙСТВО
И РАБОТА
ТРАНСФОРМАТОР
А»

2. Что такое трансформатор?

ЧТО ТАКОЕ ТРАНСФОРМАТОР?
• Трансформатор — это очень простое устройство, которое
позволяет как повышать, так и понижать напряжение, и
преобразовывать переменный ток.
• Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г.
русским ученым П. Н. Яблочковым для питания
изобретенных им «электрических свечей»

3. Устройство

УСТРОЙСТВО
• Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на
который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными
обмотками. Одна из обмоток, называемая первичной,
подключается к источнику переменного напряжения. Вторая
обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и
устройства, потребляющие электроэнергию, называется
вторичной. Схема устройства трансформатора с двумя обмотками
приведена на рисунке.

4. Схема И устройствО

СХЕМА И УСТРОЙСТВО

5. Принцип действия

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
• Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной
индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке
в железном сердечнике появляется переменный магнитный поток,
который возбуждает электродвижущую силу индукции в каждой
обмотке. Это означает, что, повышая с помощью трансформатора
напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу
тока, и наоборот.

6. Виды трансформаторов

ВИДЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
• Силовой трансформатор
– трансформатор,
предназначенный для преобразования электрической
энергии в электрических сетях и в установках,
предназначенных для приёма и использования
электрической энергии.

• Автотрансформатор — вариант
трансформатора, в котором первичная и
вторичная обмотки соединены напрямую, и
имеют за счёт этого не только
электромагнитную связь, но и электрическую.
Обмотка автотрансформатора имеет
несколько выводов (как минимум 3),
подключаясь к которым, можно получать
разные напряжения. Недостатком является
отсутствие электрической изоляции
(гальванической развязки) между первичной
и вторичной цепью. Преимущество
автотрансформатора – более высокий КПД,
меньший расход стали для сердечника, меди
• Трансформатор тока — трансформатор, питающийся
от источника тока. Типичное применение – для
снижения первичного тока до величины,
используемой в цепях измерения, защиты,
управления и сигнализации. Номинальное значение
тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка
трансформатора тока включается в цепь с
измеряемым переменным током, а во вторичную
включаются измерительные приборы. Ток,
протекающий по вторичной обмотке трансформатора
тока, равен току первичной обмотки, деленному на
коэффициент трансформации.

Трансформатор напряжения — трансформатор,
питающийся от источника напряжения. Типичное
применение – преобразование высокого напряжения
в низкое в цепях. Применение трансформатора
напряжения позволяет изолировать логические
цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого
напряжения.
• Импульсный трансформатор — это трансформатор,
предназначенный для преобразования импульсных
сигналов с длительностью импульса до десятков
микросекунд с минимальным искажением формы
импульса. Основное применение – передача
прямоугольного электрического импульса. Он служит
для трансформации кратковременных
видеоимпульсов напряжения, обычно периодически
повторяющихся с высокой скважностью.
• Разделительный трансформатор — это
трансформатор, первичная обмотка которого
электрически не связана со вторичными
обмотками.
Силовые
разделительные
трансформаторы
предназначены
для
повышения безопасности электросетей, при
случайных одновременных прикасаний к земле
и токоведущим частям или нетоковедущим
частям,
которые
могут
оказаться
под
напряжением в случае повреждения изоляции.
Сигнальные разделительные трансформаторы
обеспечивают
гальваническую
развязку
электрических цепей.

Режимы работы трансформатора | Дартекс

30.11.2021

Трансформаторы за время эксплуатации работают в разных режимах. Но не все они одинаково сказываются на сроке службы электромагнитного оборудования. Режимы работы силового трансформатора зависят от его нагрузки, напряжения обмоток, температуры масла и обмоток, условий окружающей среды и других параметров.

Режимы работы трансформатора:

  • нормальный;
  • перегрузочный;
  • аварийный.

Нормальные режимы работы трансформатора

К ним относятся номинальный, оптимальный, режим холостого хода и режим параллельной работы.

Номинальный и оптимальный режим

Еще эти режимы трансформатора называют рабочими. Потому что при них напряжение и ток близки к номинальным (на которые рассчитано оборудование) условиям.

Номинальный режим – это когда ток и напряжение на первичной обмотке соответствуют номинальным показателям. Но на деле трансформатор редко работает в таких условиях. Потому что в сети происходят постоянные колебания нагрузки. При таком режиме трансформатор работает исправно. Но коэффициент полезного действия (КПД) оборудования не достигает максимума.

Оптимальный режим – это режим, при котором трансформатор имеет максимальный КПД. Как правило, максимальные КПД трансформатор показывает под нагрузкой 50-70% от номинальной. Современные силовые трансформаторы работают с КПД 90% и выше.

На деле большинство трансформаторов не работают в одном и том же режиме. Потому что нагрузка в сети непостоянная. 

Холостой режим трансформатора

При режиме холостого хода на первичную обмотку трансформатора поступает напряжение, а вторичная обмотка не подключена к сети потребителя электроэнергии. В таком режиме КПД равен 0.

На холостом ходу силового трансформатора определяют коэффициент трансформации, мощность потерь в металле и параметры намагничивающей ветви схемы замещения. Для таких измерений на первичную обмотку трансформатора пускают электрический ток номинального напряжения.

А для трансформатора напряжения режим холостого хода является рабочим.

Режим параллельной работы

Два трансформатора устанавливаются в сетях, питающих энергией потребителей первой и второй категории. Важно подключить трансформаторы так, чтобы ни один из них не испытывал перегрузки.

Для этого у трансформаторов:

  • должны быть одни и те же группы соединений обмоток;
  • коэффициенты трансформации не должны отличаться больше, чем на 0,5 %;
  • номинальные мощности должны соотноситься не более, чем один к трем;
  • напряжения короткого замыкания должны различаться не более, чем на 10 %;
  • должна выполняться фазировка трансформаторов.

Перегрузочный режим

Трансформатор испытывает перегрузки при воздействии нагрузок и температур выше допустимой нормы. Для каждой модели эти показатели свои. Производители силовых трансформаторов предусматривают возможность работы оборудования в условиях перегрузки. Но если устройство испытывает их продолжительное время или регулярно – это уменьшает срок службы оборудования. Допустимые перегрузки описаны в стандартах. Например, для масляных трансформаторов разработан ГОСТ 14209-97.   

Аварийный режим

Трансформатор находится в аварийном режиме, если на него воздействует электрический ток, который сильно превосходит номинальные величины. Дальше давать работать оборудованию нельзя. Как правило, в трансформаторах существуют автоматические выключатели. Они отключают питание оборудования.

Признаки аварийного режима:

  • громкий и неритмичный шум и треск в баке трансформатора;
  • повышение температуры рабочей части трансформатора;
  • утечка трансформаторного масла.

Часто аварийный режим возникает из-за короткого замыкания во вторичной обмотке. Исключение – трансформаторы тока и сварочные трансформаторы. Для них режим короткого замыкания является рабочим.

Напряжение во время короткого замыкания (КЗ) – это еще и важный показатель, который влияет на эксплуатацию трансформатора. Его измеряют в процентах. Для трансформаторов со средним показателем мощности напряжение КЗ составляет 5-7%, а для более мощных – 6-12 %.

Важно не допускать работы трансформатора в аварийном режиме вообще и ограничивать его перегрузки. В этом случае оборудование прослужит вам заявленный производителем срок.

XXXI. Охрана труда при выполнении работ на силовых трансформаторах, масляных шунтирующих и дугогасящих реакторах / КонсультантПлюс

XXXI. Охрана труда при выполнении работ

на силовых трансформаторах, масляных шунтирующих

и дугогасящих реакторах

31.1. Осмотр силовых трансформаторов (далее – трансформаторы), масляных шунтирующих и дугогасящих реакторов (далее – реакторы) должен выполняться непосредственно с земли или со стационарных лестниц с поручнями с соблюдением расстояний до токоведущих частей, указанных в таблице N 1.

31.2. Осмотр газового реле после срабатывания на сигнал и отбор газа из газового реле работающего трансформатора (реактора) должен выполняться после разгрузки и отключения трансформатора (реактора).

31.3. Работы, связанные с выемкой активной части из бака трансформатора (реактора) или поднятием колокола, должны выполняться по специально разработанному для местных условий проекту производства работ.

31.4. Выполнять работы внутри баков трансформатора (реактора) имеют право только специально подготовленные рабочие и специалисты, хорошо знающие пути перемещения, исключающие падение и травмирование во время выполнения работ или осмотров активной части. Спецодежда работающих должна быть чистой и удобной для передвижения, не иметь металлических застежек, защищать тело от перегрева и загрязнения маслом. Работать внутри трансформатора (реактора) следует в защитной каске и перчатках. В качестве обуви необходимо использовать резиновые сапоги.

31.5. Перед проникновением внутрь трансформатора следует убедиться в том, что из бака полностью удалены азот или другие газы, а также выполнена достаточная вентиляция бака с кислородосодержанием воздуха в баке не менее 20%.

Работа должна производиться по наряду тремя работниками, двое из которых – страхующие. Они должны находиться у смотрового люка или, если его нет, у отверстия для установки ввода с канатом от лямочного предохранительного пояса работника, работающего внутри трансформатора, с которым должна поддерживаться постоянная связь. При необходимости работник, выполняющий работы внутри трансформатора, должен быть обеспечен шланговым противогазом.

Производитель работ при этом должен иметь группу IV.

31.6. Освещение при работе внутри трансформатора должно обеспечиваться переносными светильниками напряжением не более 12 В с защитной сеткой и только заводского исполнения или аккумуляторными фонарями. При этом разделительный трансформатор для переносного светильника должен быть установлен вне бака трансформатора.

31.7. Если в процессе работы в бак подается осушенный воздух (с точкой росы не выше – 40 градусов C), то общее время пребывания каждого работающего внутри трансформатора не должно превышать 4 часов в сутки.

31.8. Работы по регенерации трансформаторного масла, его осушке, чистке, дегазации должны выполняться с использованием защитной одежды и обуви.

31.9. В процессе слива и залива трансформаторного масла в силовые трансформаторы напряжением 110 кВ и выше вводы трансформаторов должны быть заземлены во избежание появления на них электростатического заряда.

Открыть полный текст документа

Что такое трансформатор

Что такое трансформатор

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

Трансформатор – это устройство, которое преобразует напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку для различных нужд в областях  электроэнергетики, электроники и радиотехники.

Конструктивно трансформатор состоит из одной, как в автотрансформаторах, или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), намотанных, обычно, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала, охватываемых при этом общим магнитным потоком.

Базовые принципы действия трансформатора

Работа трансформатора строится на двух базовых принципах:


  • Электромагнетизм – изменяющийся  во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле;

  • Электромагнитная индукция – изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт электродвижущую силу (ЭДС) в этой обмотке.

Практически все современные трансформаторы работают по одному и тому же принципу. На одну из обмоток, которую называют первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. переменный ток, протекающий по первичной обмотке, создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. Под действием электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, включая первичную, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону относительно магнитного потока.

Некоторые трансформаторы, работающие на высоких или сверхвысоких частотах,  не имеют магнитопровода.

Трансформаторы, как электромагнитныеустройства, имеют несколько режимов работы:


  • Режим холостого хода. Этот режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. При помощи холостого хода определяют КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.

  • Нагрузочный режим. Данный режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепью трансформатора. Этот режим – основной рабочий для трансформатора.

  • Режим короткого замыкания. Такой режим получается как результат замыкания вторичной цепи накоротко. С помощью этого режима определяют потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора. Это учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Тип трансформатора определяется при помощи коэффициента трансформации, значение которого рассчитывается как отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной:

k = N1/N2

При k >1 трансформатор будет понижающим, а при k < 1 повышающим.

ООО «ТД «Автоматика» уже более 10 лет поставляет трансформаторы различных типов предприятиям электроэнергетики и промышленности. Наша компания имеет партнерские отношения с большинством производителей трансформаторов и может предложить своим клиентам данные изделия по привлекательным ценам. Мы поможем вам правильно подобрать трансформатор, в полном соответствии с требованиями технической и проектной документации. Каталог трансформаторов постоянно обновляется. Кроме данного сайта, у нас имеется тематический сайт по трансформаторному оборудованию.

Принцип работы трансформатора

Для того, чтобы в домашних условиях самостоятельно повысить эффективность работы многих устройств и напряжение в электрической сети, часто используются регулирующие устройства. Предлагаем, в связи с этим, рассмотреть принцип работы трансформатора тока понижающего, повышающего, импульсного, Тесла, а также автотрансформатора.

Принцип работы и классификация трансформаторов

Принцип работы измерительного трансформатора (как и разделительного), очень прост. Он подчиняется закону Фарадея электромагнитной индукции. На самом деле взаимная индукция между двумя или более обмотками отвечает за действия преобразования в электрическом трансформаторе.

В соответствии с этим, закон Фарадея гласит: «скорость изменения потокосцепления по времени прямо пропорциональна наведенной ЭДС в проводнике или катушки».

Основы теории трансформатора

Скажем, у нас трансформатор с одной обмоткой, которая соединена с переменным электрическим источником тока. Переменный ток через обмотку производит постоянно меняющийся поток, который окружает катушку. Если любая другая обмотка приближена к предыдущей, определенная часть потока соединяется с ней. Этот поток постоянно меняется в амплитуде и направлении, но в этих случаях должно происходить изменение потокосцепления во вторую обмотку или обмотки.

Согласно закону Фарадея электромагнитной индукции, должно быть ЭДС, которое индуцируется раз в секунду. Если цепь последней обмотки закрыта, то через неё должен проходить электрический ток. Это простейший принцип работы электрического силового или сварочного трансформатора и это основной принцип работы трансформатора.

Схема силового трансформатора

Всякий раз, когда мы используем движение переменного тока к электрической катушки, поток энергии окружает эту обмотку. Поток тока будет неравномерным, и скорость его постоянно изменяется. Естественно ЭКГ будет производиться в нем, как в законе Фарадея, где говорится о явлении электромагнитной индукции. Это наиболее фундаментальное понятие теории трансформатора

Обмотка, которая принимает электрическую мощность от источника, как правило, известна как первичная обмотка трансформатора.

Обмотка, что дает требуемое выходное напряжение из-за взаимной индукции в трансформаторе, называется вторичной обмоткой трансформатора.

Основные конструкционные части трансформатора

Существует три основные части трансформатора:

 

1. Первичная обмотка трансформатора – производит магнитный поток, когда подключена к электрическому источнику.
2. Магнитный сердечник трансформатора — магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, создает замкнутую магнитную цепь.
3. Вторичная обмотка трансформатора – намотана на сердечник.

Как работает силовой или сварочный трансформатор

Электрический силовой трансформатор является статическим устройством, которое преобразует электрическую энергию от одной схемы к другой без непосредственного соединения, с помощью взаимной индукции между своих обмоток. Он преобразует энергию от одной схемы к другой, не меняя свою частоту, но может работать в разных уровнях напряжения, например если сварщик поменял флюс, или произошел сбой генератора при сварке.

Трехфазный трансформатор

Работа однофазного трансформатора напряжения

Принцип работы однофазного трансформатора не слишком отличается от трехфазного понижающего прибора. Когда электрический ток проходит в первичной обмотке, она создает МП, у которого достаточно мощные силовые линии. Они пронизывают первичную катушку полностью, и вторичную частично. Все эти линии замкнуты вокруг проводников катушек, но их часть замкнута непосредственно на проводниках.

Видео: наглядный урок, который рассказывает о принципе работы трансформатора

Согласно закону о магнитной связи, чем ближе объекты друг к другу, тем сильнее эта связь, но чем они дальше расположены — тем она слабее, и так пока не станет нулевой. Это объясняется тем, что при расположении коаксиального типа, чем обмотки расположены дальше, тем меньше сцепление силовых линий и их проникновение в трансформаторные катушки.

Схема: однофазный трансформатор

Нужно понимать, что в однофазном трансформаторе сила магнитного поля также зависит от тока. Скачки переменного электрического тока могут значительно снизить силу МП, или наоборот. Это еще называется законом электродвижущей силы. Т.е. в первой обмотке производится самоиндукция, а во вторичной – взаимоиндукция.

Как только концы этих обмоток соединятся – устройство, которому необходимо получить результаты работы трансформатора, станет снабжаться электрическим током, принцип работы будет запущен, в определенной последовательности катушки начнут работать.

Работа автотрансформатора

Чаще всего в домашних условиях используется трансформатор не с двумя обмотками, а с одной. Рассмотрим принцип работы электронного автотрансформатора (вольтодобавочного трансформатора), и его характеристики. Данные устройства относятся к трансформаторам специального использования, т.к. их обмотка низкого напряжения у обычных трансформаторов, является обмоткой высокого напряжения, те они связаны между собой не только магнитным полем, но и гальваническим.

Схема: автотрансформатор

Переключая обмотки при желании можно получить либо высокое, либо низкое напряжение. Подключая источник переменного тока к сердечнику, мы получим переменное магнитное поле. И между точками сердечника возникнет, и будет усиливаться ЭДС. Благодаря тому, что сердечник выполнен особенным образом, в нем протекает очень малое количество тока, которое создает достаточно сильное МП. Т.е. при экономии материалов мы получаем разное по необходимости, напряжение.

Автотрансформаторы целесообразнее использовать в областях, где нужно совсем незначительное изменение напряжения и РПН, но на продолжительный отрезок времени. Это лаборатории, небольшие предприятия или домашние хозяйства.

Бывают еще и узкоспециализированные лабораторные трансформаторы, у них несколько иная схема:

Обмотка выполнена из специального ферромагнитного материала, которая сводит вероятность резонансного движения к минимуму. Основные отличия от обычного прибора – это:

  1. Кроме ферромагнетика они обмотаны медным проводом;
  2. Низкие допустимые параметры — максимальная мощность до 7 кВА;
  3. Здесь работает система строчного ролика – на поверхности трансформатора имеется дорожка, по которой передвигается контактирующий ролик или щетка.

Но у такого обмоточного трансформатора есть свои недостатки:

  • нужно изолировать вторичные и первичные цепи, т.к. они имеют достаточно сильную электрическую связь;
  • нельзя использовать дл защиты в мощных сетях, допустим предел от 6 до 10 кВ;
  • ремонт и содержание требует значительных вложений.

Работа гидротрансформатора

Каждый водитель бульдозера либо другой машины, знаком с принципом работы трансформатора АКПП или гидротрасформатора, но какое его назначение. На самом деле, данный прибор является модернизированной муфтой, которая вращается не один раз, а два, газовое оборудование требует установки даже нескольких таких приборов.

Его необходимо установить между двигателем и трансмиссией, чтобы получить вращательное движение, которое после перейдет на колеса. Внешне механизм напоминает бублик, за что и получил такое «прозвище» от автослесарей, но у нег достаточно сложная конструкция:

По краю с обеих сторон встроены насосы, а в центре установлен мини реактор. Последний прибор должен передавать жидкость (масло, к примеру), на турбинное колесо, которое в свою очередь распределяет её равномерно по всей поверхности трансформатора.

Переднее колесо жестко соединено с главным валом машинного двигателя, захватывая жидкость, передает её далее по механизму. Но реактор при необходимости блокирует это движение и выводит колесо из работы.

Помимо блокировки вращающегося момента, конструкция масляного трехобмоточного трансформатора позволяет ему выполнять функции демпфинирования. Т.е., если авто достигло своего предела, скажем, 80 км/час, то для предотвращения несчастного случая вращающийся момент начинает передаваться уже через демпфинирующие пружины. Таким образом, производится защита от холостого хода и резкой остановки двигателя.

Таким образом и можно объяснить принцип работы трансформатора, как видите, все очень похоже, но есть некоторые нюансы у разных моделей в зависимости от области применения и конструкции.

 



5.3. СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ И МАСЛЯНЫЕ РЕАКТОРЫ

            5.3.1. При эксплуатации трансформаторов (автотрансформаторов) и шунтирующих масляных реакторов должны выполняться условия их надежной работы. Нагрузки, уровень напряжения, температура отдельных элементов трансформаторов (реакторов), характеристики масла и параметры изоляции должны находиться в пределах установленных норм; устройства охлаждения, регулирования напряжения, другие элементы должны содержаться в исправном состоянии.
            5.3.2. Трансформаторы (реакторы), оборудованные устройствами газовой зашиты, должны быть установлены так, чтобы крышка имела подъем по направлению к газовому реле не менее 1%, а маслопровод к расширителю не менее 2%. Полость выхлопной трубы должна быть соединена с полостью расширителя. При необходимости мембрана (диафрагма) на выхлопной трубе должна быть заменена аналогичной, поставленной заводом-изготовителем.
            5.3.3. Стационарные средства пожаротушения, маслоприемники, маслоотводы и маслосборники должны быть в исправном состоянии.
            5.3.4. На баках трансформаторов и реакторов наружной установки должны быть указаны станционные (подстанционные) номера. Такие же номера должны быть на дверях и внутри трансформаторных пунктов и камер.
            На баки однофазных трансформаторов и реакторов должна быть нанесена расцветка фазы. Трансформаторы и реакторы наружной установки должны быть окрашены в светлые тона краской, стойкой к атмосферным воздействиям и воздействию масла.
            5.3.5. Питание электродвигателей устройств охлаждения трансформаторов (реакторов) должно быть осуществлено, как правило, от двух источников, а для трансформаторов (реакторов) с принудительной циркуляцией масла с применением АВР.
            5.3.6. Устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) трансформаторов должны быть в работе в автоматическом режиме. По решению технического руководителя АО-энерго (энергообъекта) допускается устанавливать неавтоматический режим регулирования напряжения путем дистанционного переключения РПН с пульта управления, если колебания напряжения в сети находятся в пределах, удовлетворяющих требования потребителей электроэнергии.
            Переключение устройства РПН трансформатора, находящегося под напряжением, вручную (рукояткой) запрещается.
            5.3.7. Вентиляция трансформаторных подстанций и камер должна обеспечивать работу трансформаторов во всех нормированных режимах.
            5.3.8. На трансформаторах и реакторах с принудительной циркуляцией воздуха и масла (охлаждение вида ДЦ) и на трансформаторах с принудительной циркуляцией воды и масла (охлаждение вида Ц) устройства охлаждения должны автоматически включаться (отключаться) одновременнос включением (отключением) трансформатора или реактора. Принудительная циркуляция масла должны быть непрерывной независимо от нагрузки. Порядок включения (отключения) систем охлаждения должен быть определен заводской инструкцией.
            Эксплуатация трансформаторов и реакторов с искусственным охлаждением без включенных в работу устройств сигнализации о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды или об останове вентиляторов запрещается.
            5.3.9. На трансформаторах с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла (система охлаждения Д) электродвигатели вентиляторов должны автоматически включаться при достижении температуры масла 55oC или номинальной нагрузки независимо от температуры масла и отключаться при понижении температуры масла до 50oC, если при этом ток нагрузки менее номинального.
            Условия работы трансформаторов с отключенным дутьем должны быть определены заводской инструкцией.
            5.3.10. При масловодяном охлаждении трансформаторов давление масла в маслоохладителях должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем на 0,1 кгс/см2 (10 кПа) при минимальном уровне масла в расширителе трансформатора.
            Система циркуляции воды должна быть включена после включения рабочих маслонасосов при температуре верхних слоев масла не ниже 15oC и отключена при понижении температуры масла до 10oC, если иное не оговорено в заводской технической документации.
            Должны быть предусмотрены меры для предотвращения замораживания маслоохладителей, насосов и водяных магистралей.
            5.3.11. Масло в расширителе неработающего трансформатора (реактора) должно быть на уровне отметки, соответствующей температуре масла в трансформаторе (реакторе).
            5.3.12. При номинальной нагрузке температура верхних слоев масла должна быть (если заводами-изготовителями не оговорены иные температуры) у трансформатора и реактора с охлаждением ДЦ не выше 75oC, с естественным масляным охлаждением М и охлаждением Д не выше 95oC; у трансформаторов с охлаждением Ц температура масла на входе в маслоохладитель должна быть не выше 70 С.
            5.3.13. Допускается продолжительная работа трансформаторов (при мощности не более номинальной) при напряжении на любом ответвлении обмотки на 10% выше номинального для данного ответвления. При этом напряжение на любой обмотке должно быть не выше наибольшего рабочего.
            Для автотрансформаторов с ответвлениями в нейтрали для регулирования напряжения или предназначенных для работы с последовательными регулировочными трансформаторами допустимое повышение напряжения должно быть определено заводом-изготовителем.
            5.3.14. Для масляных трансформаторов допускается длительная перегрузка по току любой обмотки на 5% номинального тока ответвления, если напряжение на ответвлении не превышает номинального.
            Кроме того, для трансформаторов в зависимости от режима работы допускаются систематические перегрузки, значение и длительность которых регламентируются типовой инструкцией по эксплуатации трансформаторов и инструкциями заводов-изготовителей.
            В автотрансформаторах, к обмоткам низкого напряжения которых подключены генератор, синхронный компенсатор или нагрузка, должен быть организован контроль тока общей части обмотки высшего напряжения.
            5.3.15. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка трансформаторов сверх номинального тока при всех системах охлаждения независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды в следующих пределах:
            Масляные трансформаторы
            Перегрузка по току, %    30    45    60    75    100
Длительность перегрузки, мин   120   80    45    20    10
            Сухие трансформаторы
            Перегрузка по току, %   20    30    40    50    60
Длительность перегрузки, мин   60    45    32    18    5
            Допустимые продолжительные перегрузки сухих трансформаторов устанавливаются заводской инструкцией.
            5.3.16. При аварийном отключении устройств охлаждения условия работы трансформаторов определяются требованиями заводской документации.
            5.3.17. Включение трансформаторов на номинальную нагрузку допускается:
            с системами охлаждения М и Д при любой отрицательной температуре воздуха;
            с системами охлаждения ДЦ и Ц при температурах окружающего воздуха не ниже минус 25 С. При более низких температурах трансформатор должен быть предварительно прогрет включением на нагрузку около 0,5 номинальной без запуска системы циркуляции масла до достижения температуры верхних слоев масла минус 25oC, после чего должна быть включена система циркуляции масла. В аварийных, условиях допускается включение трансформатора на полную нагрузку независимо от температуры окружающего воздуха;
            при системе охлаждения с направленным потоком масла в обмотках трансформаторов НДЦ, НЦ в соответствии с заводскими инструкциями.
            5. 3.18. Переключающие устройства РПН трансформаторов разрешается включать в работу при температуре верхних слоев масла минус 20oC и выше (для погружных резисторных устройств РПН) и минус 45oC и выше (для устройств РПН с токоограничивающими реакторами, а также для переключающих устройств с контактором, расположенным на опорном изоляторе вне бака трансформатора и оборудованным устройством искусственного подогрева).
            Эксплуатация устройств РПН должна быть организована в соответствии с требованиями инструкций заводов-изготовителей.
            5.3.19. Для каждой электроустановки в зависимости от графика нагрузки с учетом надежности питания потребителей и минимума потерь энергии должно быть определено количество одновременно работающих трансформаторов.
            В распределительных электросетях напряжением до 15 кВ включительно должны быть организованы измерения нагрузок и напряжений трансформаторов в период максимальных и минимальных нагрузок. Срок и периодичность измерений устанавливаются техническим руководителем энергообъекта.
            5.3.20. Допускается работа двухобмоточных трансформаторов, имеющих расщепленную обмотку низкого напряжения, при одинаковых напряжениях ее частей с параллельным соединением этих частей обмотки.
            5.3.21. Нейтрали обмоток 110 кВ и выше автотрансформаторов и реакторов, а также трансформаторов 330 кВ и выше должны работать в режиме глухого заземления.
            Допускается заземление нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов через специальные реакторы.
            Трансформаторы 110 и 220 кВ с испытательным напряжением нейтрали соответственно 100 и 200 кВ могут работать с разземленной нейтралью при условии ее защиты разрядником. При обосновании расчетами допускается работа с разземленной нейтралью трансформаторов 110 кВ с испытательным напряжением нейтрали 85 кВ, защищенной разрядником.
            5.3.22. При срабатывании газового реле на сигнал должен быть произведен наружный осмотр трансформатора (реактора), отобран газ из реле для анализа и проверки на горючесть. Для обеспечения безопасности персонала при отборе газа из газового реле и выявления причины его срабатывания должны быть произведены разгрузка и отключение трансформатора (реактора). Время выполнения мероприятий по разгрузке и отключению трансформатора должно быть минимальным.
            Если газ в реле негорючий, отсутствуют признаки повреждения трансформатора (реактора), а его отключение вызвало недоотпуск электроэнергии, трансформатор (реактор) может быть немедленно включен в работу до выяснения причины срабатывания газового реле на сигнал. Продолжительность работы трансформатора (реактора) в этом случае устанавливается техническим руководителем энергообъекта.
            По результатам анализа газа из газового реле, хроматографического анализа масла, других измерений (испытаний) необходимо установить причину срабатывания газового реле на сигнал, определить техническое состояние трансформатора (реактора) и возможность его нормальной эксплуатации.
            5.3.23. В случае автоматического отключения трансформатора (реактора) действием защит от внутренних повреждений трансформатор (реактор) можно включать в работу только после осмотра, испытаний, анализа газа, масла и устранения выявленных нарушений.
            В случае отключения трансформатора (реактора) защитами, действие которых не связано с его повреждением, он может быть включен вновь без проверок.
            5.3.24. Трансформаторы мощностью 1 МВ А и более и реакторы должны эксплуатироваться с системой непрерывной регенерации масла в термосифонных или адсорбционных фильтрах.
            Масло в расширителе трансформаторов (реакторов), а также в баке или расширителе устройства РПН должно быть защищено от непосредственного соприкосновения с окружающим воздухом.
            У трансформаторов и реакторов, оборудованных специальными устройствами, предотвращающими увлажнение масла, эти устройства должны быть постоянно включены независимо от режима работы трансформатора (реактора). Эксплуатация указанных устройств должна быть организована в соответствии с инструкциями завода-изготовителя.
            Масло маслонаполненных вводов должно быть защищено от окисления и увлажнения.
            5.3.25. Включение в сеть трансформатора (реактора) должно осуществляться толчком на полное напряжение.
            Трансформаторы, работающие в блоке с генератором, могут включаться вместе с генератором подъемом напряжения с нуля.
            5.3.26. Осмотры трансформаторов (реакторов) без отключения производятся в сроки, устанавливаемые техническим руководителем энергообъекта в зависимости от их назначения, места установки и технического состояния.
            5.3.27. Ремонты трансформаторов и реакторов (капитальные, текущие) и их составных частей (РПН, система охлаждения и др.) выполняются по мере необходимости в зависимости от их технического состояния, определяемого испытаниями и внешним осмотром.
            Сроки ремонта устанавливаются техническим руководителем АО-энерго (энергообъекта).
            5.3.28. Профилактические испытания трансформаторов (реакторов) должны быть организованы в соответствии с “Нормами испытания электрооборудования” и заводскими инструкциями.

Что такое трансформатор? Обсудить работу трансформатора? Объясните потери энергии в трансформаторе

Что такое трансформатор? Обсудите работу трансформатора, дав необходимую теорию. Укажите различные причины потери мощности в трансформаторе и метод минимизации этих потерь.

Трансформатор – это пассивный компонент, который передает электрическую энергию от одной электрической цепи к другой или нескольким схемам. Переменный ток в любой катушке трансформатора создает переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора, который индуцирует переменную электродвижущую силу на любых других катушках, намотанных вокруг того же сердечника.Электрическая энергия может передаваться между отдельными катушками без металлического (проводящего) соединения между двумя цепями. Закон индукции Фарадея, открытый в 1831 году, описывает эффект наведенного напряжения в любой катушке из-за изменения магнитного потока, окружающего катушку.

Различные типы трансформаторов

Различные типы трансформаторов можно классифицировать по различным критериям, таким как функция, сердечник и т. Д.

Классификация по функциям:

1.Повышающий трансформатор

2. Понижающий трансформатор

Повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор – это трансформатор, в котором первичное напряжение катушки меньше вторичного напряжения. Повышающий трансформатор может использоваться для увеличения напряжения в цепи. Он используется в гибких системах передачи переменного тока или FACTS от SVC.

Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор используется для понижения напряжения. Тип трансформатора, в котором первичное напряжение катушки больше, чем вторичное, называется понижающим трансформатором. В большинстве источников питания используется понижающий трансформатор для понижения опасно высокого напряжения до более безопасного низкого напряжения.

Отношение числа витков на каждой катушке, называемое соотношением витков, определяет соотношение напряжений. Понижающий трансформатор имеет большое количество витков на первичной (входной) катушке, которая подключена к источнику питания высокого напряжения, и небольшое количество витков на вторичной (выходной) катушке, чтобы обеспечить низкое выходное напряжение.

ОТНОШЕНИЕ ОБОРОТОВ = (Vp / Vs) = (Np / Ns)

  • Где,
  • Vp = первичное (входное) напряжение
  • Vs = вторичное (выходное) напряжение
  • Np = количество витков на первичной катушке
  • Ns = количество витков вторичной обмотки
  • Ip = первичный (входной) ток
  • Is = вторичный (выходной) ток.

Классификация по сердечнику

1. Тип сердечника

2. Тип оболочки

Тип сердечника Трансформатор

В этом типе трансформатора обмотки относятся к значительной части цепи в сердечнике тип трансформатора. Используются катушки фасонно-намотанные и цилиндрические на сердечнике. Имеет одиночный магнитопровод.

Трансформатор с сердечником

В трансформаторе с сердечником катушки намотаны спиральными слоями, причем разные слои изолированы друг от друга такими материалами, как слюда.Сердечник имеет два прямоугольных плеча, а катушки размещены на обоих плечах сердечника.

Трансформатор кожухового типа

Трансформатор кожухового типа – самый популярный и эффективный тип трансформаторов. Трансформатор корпусного типа имеет двойную магнитную цепь. Сердечник имеет три плеча, и обе обмотки размещены на центральных плечах. Сердечник охватывает большую часть обмотки. Обычно многослойные дисковые и многослойные змеевики используются в оболочковом типе.

Трансформатор кожухового типа

Каждая катушка высокого напряжения находится между двумя катушками низкого напряжения, а катушки низкого напряжения находятся ближе всего к верхней и нижней части ярм. Корпусная конструкция наиболее предпочтительна для работы при очень высоком напряжении трансформатора.

В трансформаторе кожухового типа нет естественного охлаждения, так как обмотка кожухового типа окружена самим сердечником. Для лучшего обслуживания необходимо снять большое количество обмоток.

Другие типы трансформаторов

Типы трансформаторов различаются по способу расположения первичной и вторичной обмоток вокруг многослойного стального сердечника трансформатора:

В зависимости от обмотки трансформатор может быть трех типов

  1. Двухобмоточный трансформатор (обычный тип)
  2. Однообмоточный (автоматический)
  3. Трехобмоточный (силовой трансформатор)

По расположению катушек трансформаторы классифицируются как:

  1. Цилиндрический тип
  2. Тип диска

В зависимости от использования трансформатор может быть трех типов

  1. Силовой трансформатор
  2. Распределительный трансформатор
  3. Инструментальный трансформатор

Инструментальный трансформатор можно разделить на два типа:

  1. Ток трансформатор
  2. Трансформатор потенциала

Работа трансформатора

Давайте теперь перейдем к нашему основному требованию: как работают трансформаторы? Трансформатор в основном работает по принципу взаимной индуктивности двух цепей, связанных общим магнитным потоком. Трансформатор в основном используется для преобразования электрической энергии.

Работа трансформатора

Трансформаторы состоят из таких типов проводящих катушек, как первичная обмотка и вторичная обмотка.

Входная катушка называется первичной обмоткой, а выходная катушка – вторичной обмоткой трансформатора.

Нет электрического соединения между двумя катушками; вместо этого они связаны переменным магнитным полем, созданным в сердечнике трансформатора из мягкого железа.Две линии в середине символа схемы представляют сердечник. Трансформаторы расходуют очень мало энергии, поэтому выходная мощность почти равна входной мощности.

Первичная и вторичная катушки обладают высокими взаимными индуктивностями. Если одна из катушек подключена к источнику переменного напряжения, то в ламинированном сердечнике образуется переменный магнитный поток.

Этот поток соединяется с другой катушкой, и возникает электромагнитная сила согласно закону электромагнитной индукции Фарадея.

e = M di / dt
  • Где
    e индуцированная ЭДС
    M – взаимная индуктивность

Если вторая катушка замкнута, то ток в катушке передается от первичной катушки трансформатора ко вторичной катушке.

Идеальное уравнение мощности трансформатора

Пока мы сосредоточены на нашем вопросе о том, как работают трансформаторы, основное, что нам нужно знать, это идеальное уравнение мощности трансформатора.

Уравнение идеальной мощности трансформатора

Если вторичная катушка присоединена к нагрузке, которая позволяет току течь в цепи, электрическая мощность передается из первичной цепи во вторичную цепь .

В идеале трансформатор должен работать безупречно; вся поступающая энергия преобразуется из первичного контура в магнитное поле и во вторичный контур. Если это условие выполняется, входящая электрическая мощность должна равняться выходной мощности:

Уравнение идеального трансформатора

Трансформаторы обычно имеют высокий КПД, поэтому эта формула является разумным приближением.

Если напряжение увеличивается, то ток уменьшается во столько же раз.Импеданс в одной цепи преобразуется в квадрат отношения витков.

Например, если импеданс Zs присоединен к клеммам вторичной катушки, для первичной цепи кажется, что импеданс составляет (Np / Ns) 2 Zs. Это соотношение является обратным, так что импеданс Zp первичной цепи кажется вторичным равным (Ns / Np) 2Zp.

Мы надеемся, что эта статья была краткой, но точно информативной о том, как работают трансформаторы. Вот простой, но важный вопрос для читателей – как подбирается трансформатор для проектирования блока питания.

Причины потери мощности в трансформаторе

Несмотря на то, что трансформаторы являются очень компетентными устройствами, по какой-то причине в них случаются небольшие потери энергии.

(1) Гистерезисные потери

Повторяющееся намагничивание и размагничивание железного сердечника, вызванное переменным входным током, вызывает потерю энергии, называемую гистерезисными потерями. Повторяющийся процесс намагничивания сердечника расходует энергию, и эта энергия проявляется в виде тепла. Эти потери можно минимизировать, используя сердечник из материала, имеющего наименьшие гистерезисные потери.Вырабатываемое тепло можно свести к минимуму за счет использования магнитного материала с низкими гистерезисными потерями. Такие сплавы, как муметалл и кремнистая сталь, используются для уменьшения потерь на гистерезис.

(2) Потери в меди

Ток, протекающий через первичную и вторичную обмотки, приводит к эффекту джоулева нагрева. Следовательно, некоторая энергия теряется в виде тепла. Чтобы свести к минимуму эти потери, используются толстые провода со значительно низким сопротивлением.

(3) Потери на вихревые токи (потери в железе)

Наведенные токи циркулируют в сердечнике и вызывают его резистивный нагрев. Изменяющийся магнитный поток создает в сердечнике вихревой ток. Это приводит к потере энергии в виде тепла. Эти потери сводятся к минимуму за счет использования многослойного сердечника из сплава стали. Вихревые токи вызывают потерю тепла. Однако потери тепла можно уменьшить, если сердцевина будет ламинирована. Потери энергии могут быть минимизированы за счет ламинирования сердечника, то есть использования тонких листов пластин из мягкого железа, изолированных друг от друга.

(4) Потери магнитного потока

Поток, создаваемый в первичной катушке, не полностью связан с вторичной катушкой из-за утечки.Это приводит к потере энергии. Эти потери можно свести к минимуму, если использовать сердечник оболочечного типа. Когда часть магнитного потока первичной катушки не достигает вторичной катушки, это называется утечкой магнитного потока.

(5) Сопротивление обмоток

Ток, протекающий через обмотки, вызывает резистивный нагрев проводников. Медный провод с низким сопротивлением, используемый для обмоток, по-прежнему имеет сопротивление и тем самым способствует тепловым потерям. Потери энергии через сопротивление можно минимизировать, используя более толстые медные провода.

(6) Механические потери

Переменное магнитное поле вызывает колебания электромагнитных сил между катушками провода, сердечником и любыми ближайшими металлоконструкциями, вызывая вибрации и шум, которые потребляют электроэнергию.

В дополнение к вышеуказанным потерям из-за вибрации сердечника возникает звук, который вызывает потерю энергии. Производители разрабатывают методы, которые оптимизируют эти потери на основе ожидаемой нагрузки.

Несмотря на то, что трансформаторы являются очень эффективными машинами, они приводят к небольшим потерям энергии по четырем основным причинам:

  • Сопротивление обмоток – медный кабель с низким сопротивлением, используемый для обмоток, остается стойким и, таким образом, приводит к тепловым потерям.
  • Утечка магнитного потока – Если конструкция сердечника неудовлетворительна, то поток, создаваемый первичной обмоткой, не может быть полностью подключен ко вторичной обмотке. Это можно уменьшить, рассматривая ядро ​​типа оболочки.
  • Потери на вихревые токи – Изменяющееся магнитное поле индуцирует не только токи вторичной обмотки, но и сами токи в железном сердечнике. В железном сердечнике эти токи текут небольшими кругами и называются вихревыми токами.
  • Гистерезис – это происходит из-за повторяющегося намагничивания и размагничивания железного сердечника, вызванного переменным входным током.Это можно уменьшить, используя такие сплавы, как муметалл или кремнистая сталь.

Способ снижения потерь энергии в трансформаторе

  • Для минимизации сопротивления обмоток используются толстые провода со значительно низким сопротивлением.
  • Использование сердечника в оболочке снижает потери магнитного потока. Кроме того, звук издается в результате вибрации сердечника, что приводит к потере энергии.
  • Потери на вихревые токи можно минимизировать за счет использования многослойного сердечника.
  • Использование таких сплавов, как муметалл или кремнистая сталь, позволяет снизить гистерезисные потери.

Что такое трансформатор (и как он работает)?

Что такое трансформатор?

Принцип работы трансформатора

Принцип работы трансформатора очень прост. Взаимная индукция между двумя или более обмотками (также известными как катушки) позволяет передавать электрическую энергию между цепями. Этот принцип более подробно поясняется ниже.

Теория трансформатора

Допустим, у вас есть одна обмотка (также известная как катушка), которая питается от переменного электрического источника. Переменный ток, протекающий через обмотку, создает непрерывно изменяющийся и переменный магнитный поток, окружающий обмотку.

Если к этой обмотке приблизить другую обмотку, некоторая часть этого переменного магнитного потока соединится со второй обмоткой. Поскольку этот поток постоянно изменяется по своей амплитуде и направлению, во второй обмотке или катушке должна быть изменяющаяся магнитная связь.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, во второй обмотке возникает ЭДС. Если цепь этой вторичной обмотки замкнута, то через нее будет протекать ток. Это основной принцип работы трансформатора .

Давайте использовать электрические символы, чтобы наглядно это показать. Обмотка, которая получает электроэнергию от источника, известна как «первичная обмотка». На схеме ниже это «Первая катушка».

Обмотка, которая дает желаемое выходное напряжение за счет взаимной индукции, обычно известна как «вторичная обмотка».Это «Вторая катушка» на схеме выше.

Трансформатор, увеличивающий напряжение между первичной и вторичной обмотками, определяется как повышающий трансформатор. И наоборот, трансформатор, который снижает напряжение между первичной и вторичной обмотками, определяется как понижающий трансформатор.

Увеличивает или понижает трансформатор уровень напряжения, зависит от относительного количества витков между первичной и вторичной сторонами трансформатора.

Если на первичной обмотке больше витков, чем на вторичной, то напряжение будет уменьшаться (понижаться).

Если на первичной обмотке меньше витков, чем на вторичной обмотке, то напряжение возрастет (пошагово).

Хотя приведенная выше схема трансформатора теоретически возможна в идеальном трансформаторе, это не очень практично. Это связано с тем, что на открытом воздухе только очень небольшая часть потока, создаваемого первой катушкой, будет связываться со второй катушкой. Таким образом, ток, протекающий по замкнутой цепи, подключенной ко вторичной обмотке, будет чрезвычайно мал (и его трудно измерить).

Скорость изменения потокосцепления зависит от количества связанного потока со второй обмоткой. Таким образом, в идеале почти весь поток первичной обмотки должен быть связан со вторичной обмоткой. Это эффективно и рационально достигается за счет использования трансформатора с сердечником. Это обеспечивает путь с низким сопротивлением, общий для обеих обмоток.

Назначение сердечника трансформатора – обеспечить путь с низким сопротивлением, через который проходит максимальное количество магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, и соединяется с вторичной обмоткой.

Ток, который первоначально проходит через трансформатор при его включении, называется пусковым током трансформатора.

Если вы предпочитаете анимированное объяснение, ниже представлено видео, объясняющее, как именно работает трансформатор:

Детали и конструкция трансформатора

Три основные части трансформатора:

  • Первичная обмотка трансформатора
  • Магнитный сердечник трансформатора
  • Вторичная обмотка трансформатора

Первичная обмотка трансформатора

Который создает магнитный поток, когда он подключен к источнику электроэнергии.

Магнитный сердечник трансформатора

Магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, который проходит через этот путь с низким сопротивлением, связанный с вторичной обмоткой, и создает замкнутую магнитную цепь.

Вторичная обмотка трансформатора

Поток, создаваемый первичной обмоткой, проходит через сердечник и соединяется со вторичной обмоткой. Эта обмотка также намотана на тот же сердечник и дает желаемый выход трансформатора .

Основные операции трансформатора

ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА

В основном трансформатор состоит из:

  • Первичная катушка или обмотка.
  • Вторичная катушка или обмотка.
  • Сердечник, поддерживающий катушки или обмотки.

Обращайтесь к схеме трансформатора на рисунке 5-1, читая следующее объяснение: Первичная обмотка подключена к источнику переменного напряжения 60 Гц. Магнитное поле (поток) нарастает (расширяется) и сжимается (сжимается) вокруг первичной обмотки. В расширяющееся и сжимающееся магнитное поле вокруг первичной обмотки разрезает вторичную обмотка и индуцирует переменное напряжение в обмотке.Это напряжение вызывает переменный ток протекает через нагрузку. Напряжение может быть повышено или понижено. в зависимости от конструкции первичной и вторичной обмоток.

Рисунок 5-1. – Основное действие трансформатора.

Q.2 Каковы три основные части трансформатора?

КОМПОНЕНТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Две катушки проволоки (называемые обмотками) намотаны на материал сердечника определенного типа.В некоторых В корпусах катушки с проволокой наматываются на картон цилиндрической или прямоугольной формы. В В результате материал сердечника – воздух, а трансформатор – ТРАНСФОРМАТОР ВОЗДУШНОГО СЕРДЦА. Для трансформаторов, используемых на низких частотах, таких как 60 и 400 Гц, требуется сердечник магнитный материал с низким сопротивлением, обычно железо. Этот тип трансформатора называется ЖЕЛЕЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР. Большинство силовых трансформаторов имеют железный сердечник. Принцип части трансформатора и их функции:

  • CORE, который обеспечивает путь для магнитных линий потока.
  • ПЕРВИЧНАЯ ОБМОТКА, которая получает энергию от источника переменного тока.
  • ВТОРИЧНАЯ ОБМОТКА, которая получает энергию от первичной обмотки и передает ее Загрузка.
  • КОРПУС, который защищает вышеуказанные компоненты от грязи, влаги и механических повреждений. повреждать.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Состав сердечника трансформатора зависит от таких факторов, как напряжение, ток и частота. Ограничения по размеру и стоимость строительства также являются факторами, которые следует учитывать. Обычно используемые материалы сердечника – воздух, мягкое железо и сталь. Каждый из этих материалов подходит для определенных приложений и не подходит для других.Как правило, с воздушным сердечником трансформаторы используются, когда источник напряжения имеет высокую частоту (выше 20 кГц). Трансформаторы с железным сердечником обычно используются при низкой частоте источника (ниже 20 кГц). А трансформатор с мягким железным сердечником очень полезен там, где трансформатор должен быть физически маленьким, но эффективный. Трансформатор с железным сердечником обеспечивает лучшую передачу мощности, чем трансформатор. трансформатор с воздушным сердечником. Трансформатор, сердечник которого изготовлен из многослойных стальных листов. легко рассеивает тепло; таким образом, он обеспечивает эффективную передачу энергии.В большинство трансформаторов, которые вы встретите в оборудовании ВМФ, содержат ламинированную сталь. ядра. Эти стальные листы (см. Рисунок 5-2) изолированы непроводящим материал, такой как лак, а затем сформирован в стержень. Требуется около 50 таких ламелей. сделать сердцевину толщиной в дюйм. Назначение пластин – уменьшить определенные потери. который будет обсуждаться позже в этой главе. Важно помнить, что самый эффективный сердечник трансформатора – это тот, который предлагает лучший путь для большинства линий поток с наименьшими потерями магнитной и электрической энергии.

Рисунок 5-2. – Пустотная конструкция.

Q.3 Какие три материала обычно используются в качестве сердечника трансформатора?

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

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

Основные принципы

Прежде чем исследовать работу трансформатора, полезно рассмотреть работу простого индуктора, который представляет собой не что иное, как катушку из проволоки, обычно намотанную на материал ферромагнитного сердечника:

Если мы подадим на эту катушку переменное (AC) напряжение, оно создаст переменное магнитное поле в сердечнике. То, сколько магнитного потока (\ (\ phi \)) будет развиваться в сердечнике, зависит от того, какое напряжение мы прикладываем к катушке.Фундаментальная взаимосвязь между напряжением и магнитным потоком для любой проводящей катушки задается Законом электромагнитной индукции Фарадея:

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

Где,

\ (V \) = Напряжение, приложенное к катушке или индуцированное катушкой (вольт)

\ (N \) = Количество витков провода

\ (d \ phi \ over dt \) = Скорость изменения магнитного потока (Веберов в секунду)

Если приложенное напряжение является синусоидальным (т. Е. Имеет форму синусоидальной волны), то величина магнитного потока будет отражать косинусоидальную волну с течением времени.Мы можем продемонстрировать это математически, подставив \ (\ sin \ omega t \) (синус некоторой частоты \ (\ omega \) в любой конкретный момент времени \ (t \)) вместо \ (V \) в уравнении Фарадея и интегрирующий:

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

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

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

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

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

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

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

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

Величина тока, потребляемого этой катушкой индуктивности, зависит от сопротивления магнитной «цепи» сердечника и количества витков в катушке (\ (N \)). Чем меньше сопротивление, обеспечиваемое магнитным трактом, тем меньше тока потребуется для создания необходимого магнитного поля для уравновешивания приложенного напряжения. Если бы мы возьмем два совершенных индуктора (то есть без сопротивления провода) – один с тяжелым железным сердечником и один с легким железным сердечником (или даже с воздушным сердечником) – и приложим к ним одинаковое напряжение переменного тока, они оба будут генерировать Точно такая же сила переменного магнитного поля, но катушка индуктивности с меньшим сердечником будет потреблять больше тока от источника при этом.Другими словами, последняя катушка индуктивности будет иметь меньшее реактивное сопротивление (т.е. меньшее сопротивление) для противодействия току.

Все станет интересно, если мы намотаем вторую катушку провода вокруг того же сердечника, что и первая. Для анализа обозначим полярность напряжения на одном из пиков источника переменного тока:

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

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

Трансформаторы

обычно представляют собой набор катушек с общим сердечником. Катушка, подключенная к источнику электроэнергии, называется первичной обмоткой , а катушка, подключенная к электрической нагрузке, называется вторичной обмоткой . Если сердечник ферромагнитный, он отображается как набор параллельных линий между катушками:

Эффекты нагрузки

Мы можем исследовать поведение трансформатора, наблюдая за эффектом его питания от источника переменного тока постоянного напряжения и варьируя сопротивление нагрузки:

Посмотрите, как напряжение на обеих катушках не зависит от нагрузки, и точно так же, как магнитный поток остается неизменным при различных условиях нагрузки.Вторичная катушка действует как источник напряжения для резистивной нагрузки, отражая характер поведения источника первичной катушки. Амплитуда магнитного потока не зависит от вторичной нагрузки, чтобы удовлетворить закон напряжения Кирхгофа и закон Фарадея на первичной катушке: падение напряжения на катушке должно быть равно и противоположно приложенному напряжению источника, поэтому магнитный поток должен меняться с одинаковой скоростью. и достигают тех же пиков, пока напряжение первичного источника будет таким же.

Продолжая наше исследование поведения трансформатора, мы теперь подключим его к источнику постоянного тока переменного тока и изменим сопротивление нагрузки:

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

Передаточное отношение

Трансформаторы

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

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

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

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

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

То есть отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной обмотки такое же, как отношение витков первичной обмотки к вторичному. Мы можем использовать этот принцип для создания трансформаторов, передающих одинаковую мощность на два разных сопротивления нагрузки от одного и того же источника питания, с той лишь разницей, что количество витков вторичной обмотки:

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

Вот несколько количественных примеров, предполагающих трансформаторы без потерь:

Обратите внимание на то, что первичная и вторичная мощности всегда равны друг другу для любой конфигурации трансформатора.Настоящие трансформаторы страдают от некоторых внутренних потерь мощности и, как таковые, будут показывать уровни вторичной мощности немного ниже, чем первичные, но при условии, что равенство обеспечивает простой способ проверить наши расчеты отношения напряжения и тока.

Импеданс трансформатора

Идеальный трансформатор без потерь передает электроэнергию от подключенного источника (на первичной стороне) к подключенной нагрузке (на вторичной стороне) со 100-процентным КПД. Идеальные трансформаторы также не накладывают ограничений на количество мощности, которое они могут передавать от первичной обмотки ко вторичной – другими словами, идеальный трансформатор не накладывает никаких ограничений на пропускную способность мощности.

Настоящие трансформаторы, однако, не работают без потерь и фактически действуют как устройства ограничения тока. Механизмы этого включают потери на магнитный гистерезис, сопротивление проволоки, индуктивность рассеяния и т. Д.

Рассмотрим мысленный эксперимент, в котором мы закорачиваем вторичную обмотку идеального трансформатора, который питается от источника переменного напряжения бесконечной мощности (т. Е. Источник имеет нулевое сопротивление). Сколько тока пройдет через закороченную вторичную цепь?

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

Должно быть достаточно очевидно, что этот сценарий не может существовать в реальном мире. Даже с источником неограниченного тока любой реалистичный трансформатор будет препятствовать току, подаваемому на короткое замыкание на вторичной стороне.Вопрос о том, «сколько тока пройдет через короткое замыкание», на самом деле является вопросом о том, какое сопротивление предлагает трансформатор.

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

Представьте, что напряжение источника постепенно увеличивается до тех пор, пока амперметр вторичной цепи не зарегистрирует ток, равный номинальной мощности трансформатора при полной нагрузке.Для идеального трансформатора (идеальное соединение мощности) это могло бы произойти при очень небольшом напряжении, приложенном к первичной обмотке. Однако из-за недостатков и потерь реальных трансформаторов полный вторичный ток будет получен при первичном напряжении, равном некоторому небольшому проценту от нормального (номинального) первичного напряжения. Предположим, например, что наш гипотетический трансформатор с номиналом первичной обмотки 480 В переменного тока выдает полный вторичный ток через короткое замыкание при приложенном к источнику напряжении всего 22 вольт.22 вольт – это 4,58% от 480 вольт, поэтому мы бы сказали, что измеренный импеданс этого трансформатора составляет 4,58%.

Хотя сценарий короткозамкнутой вторичной обмотки может показаться надуманным, на самом деле он вполне уместен в реальных условиях. В системах электроснабжения нас часто беспокоит максимальное количество тока, которое будет протекать в условиях неисправности . Если два силовых проводника напрямую соприкасаются друг с другом или если между ними возникает дуга с низким сопротивлением, протекающая через воздух, это почти полностью приводит к короткому замыканию.Это означает, что полное сопротивление трансформатора будет доминирующим фактором при ограничении тока повреждения: чем больше сопротивление у трансформатора, тем меньше ток повреждения будет проявляться во время короткого замыкания.

Один из способов применения процентного значения импеданса силового трансформатора к сценарию неисправности – использовать его в качестве множителя для вторичного тока. Например, если силовой трансформатор имеет максимальный номинальный вторичный ток 180 ампер и номинальное сопротивление 3,3%, доступный вторичный ток при замыкании на болтах будет:

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

Расчеты тока короткого замыкания очень полезны при прогнозировании количества энергии, выделяющейся при возникновении дуги , что происходит, когда электрическая дуга возникает между двумя близко расположенными проводниками в мощной электроэнергетической системе. Дуга ведет себя как соединение между проводниками с очень низким сопротивлением, что приводит к очень большим значениям тока и, соответственно, высокой температуре дуги.

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

Взаимная индуктивность и основные операции | Трансформеры

Поведение индукторов, обернутых вокруг проводящего сердечника

Предположим, мы должны были намотать катушку изолированного провода вокруг петли из ферромагнитного материала и запитать эту катушку источником переменного напряжения: (Рисунок ниже (а))

Изолированная обмотка ферромагнитного контура имеет индуктивное сопротивление, ограничивающее переменный ток

В качестве индуктора мы ожидаем, что эта катушка с железным сердечником будет противодействовать приложенному напряжению своим индуктивным реактивным сопротивлением, ограничивая ток через катушку, как предсказывается уравнениями:

X L = 2πfL и I = E / X (или I = E / Z)

Однако для целей этого примера нам необходимо более подробно рассмотреть взаимодействие напряжения, тока и магнитного потока в устройстве.

Закон Кирхгофа по напряжению описывает, как алгебраическая сумма всех напряжений в контуре должна равняться нулю. В этом примере мы могли бы применить этот фундаментальный закон электричества для описания соответствующих напряжений источника и катушки индуктивности.

Здесь, как и в любой схеме с одним источником и одной нагрузкой, падение напряжения на нагрузке должно равняться напряжению, подаваемому источником, при условии, что нулевое напряжение падает вместе с сопротивлением любых соединительных проводов.

Другими словами, нагрузка (катушка индуктивности) должна создавать противодействующее напряжение, равное по величине источнику, чтобы оно могло уравновешиваться с напряжением источника и производить нулевую сумму напряжений алгебраического контура.

Откуда возникает это противодействующее напряжение? Если бы нагрузкой был резистор (рисунок выше (b)), падение напряжения происходит из-за потери электрической энергии, «трения» носителей заряда, протекающих через сопротивление.

При идеальной катушке индуктивности (отсутствие сопротивления в проводе катушки) противодействующее напряжение исходит от другого механизма: реакции на изменение магнитного потока в железном сердечнике. При изменении переменного тока изменяется магнитный поток Φ. Изменение магнитного потока вызывает противо-ЭДС.

Взаимосвязь между напряжением, током и магнитным потоком

Майкл Фарадей обнаружил математическую связь между магнитным потоком (Φ) и наведенным напряжением с помощью этого уравнения:

Мгновенное напряжение (падение напряжения в любой момент времени) на проволочной катушке равно количеству витков этой катушки вокруг сердечника (N), умноженному на мгновенную скорость изменения магнитного потока (dΦ / dt). соединение с катушкой.

На графике (рисунок ниже) это показано как набор синусоидальных волн (при условии, что источник синусоидального напряжения), волна потока на 90 ° отстает от волны напряжения:

Магнитный поток, как и ток, отстает от приложенного напряжения на 90 °

Вот почему переменный ток через катушку индуктивности отстает от формы волны приложенного напряжения на 90 °: потому что это то, что требуется для создания изменяющегося магнитного потока, скорость изменения которого создает противоположное напряжение, синфазное с приложенным напряжением.

Из-за своей функции обеспечения силы намагничивания (ммс) для сердечника этот ток иногда называют током намагничивания .

Следует отметить, что ток через индуктор с железным сердечником не является идеально синусоидальным (синусоидальным) из-за нелинейной кривой намагничивания B / H железа.

Фактически, если катушка индуктивности изготовлена ​​дешево с использованием как можно меньшего количества железа, плотность магнитного потока может достичь высоких уровней (приближаясь к насыщению), в результате чего форма волны тока намагничивания будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже:

Когда плотность потока приближается к насыщению, форма волны тока намагничивания искажается

Когда ферромагнитный материал приближается к насыщению магнитного потока, требуются непропорционально большие уровни силы магнитного поля (ммс), чтобы обеспечить равное увеличение потока магнитного поля (Φ).

Поскольку mmf пропорционален току через намагничивающую катушку (mmf = NI, где «N» – количество витков провода в катушке, а «I» – ток через нее), требуется значительное увеличение mmf для питания необходимое увеличение магнитного потока приводит к значительному увеличению тока катушки.

Таким образом, ток катушки резко возрастает на пиках, чтобы поддерживать форму волны потока, которая не искажается, с учетом колоколообразных полупериодов формы волны тока на приведенном выше графике.

Возбуждающий ток и его эффекты

Ситуация осложняется потерями энергии в железном сердечнике. Эффекты гистерезиса и вихревых токов приводят к дальнейшему искажению и усложнению формы волны тока, делая ее еще менее синусоидальной и изменяя ее фазу, чтобы она отставала чуть менее чем на 90 ° от формы волны приложенного напряжения.

Этот ток катушки, являющийся результатом суммы всех магнитных эффектов в сердечнике (намагниченность dΦ / dt плюс гистерезисные потери, потери на вихревые токи и т. Д.) называется возбуждающим током .

Искажение возбуждающего тока индуктора с железным сердечником можно свести к минимуму, если он спроектирован и работает при очень низких плотностях магнитного потока. Вообще говоря, для этого требуется сердечник с большой площадью поперечного сечения, что делает индуктор громоздким и дорогим.

Однако для простоты предположим, что сердечник в нашем примере далек от насыщения и свободен от всех потерь, что приводит к идеально синусоидальному току возбуждения.

Как мы уже видели в главе, посвященной индукторам, если форма волны тока на 90 ° не совпадает по фазе с формой волны напряжения, это создает условия, при которых мощность попеременно поглощается и возвращается в цепь катушкой индуктивности.

Если катушка индуктивности идеальна (без сопротивления провода, без потерь в магнитном сердечнике и т. Д.), Она будет рассеивать нулевую мощность.

Давайте теперь рассмотрим то же устройство индуктивности, только на этот раз со второй катушкой (рисунок ниже), намотанной вокруг того же железного сердечника. Первая обмотка будет обозначена как первичная обмотка , а вторая – как вторичная обмотка :

.

Ферромагнитный сердечник с первичной обмоткой (управляемый переменным током) и вторичной обмоткой.

Взаимная индукция

Если эта вторичная обмотка испытывает такое же изменение магнитного потока, что и первичная (что должно быть, при условии идеального удержания магнитного потока через общий сердечник), и имеет такое же количество витков вокруг сердечника, то напряжение такой же величины и фазы приложенному напряжению будет индуцироваться по всей его длине.

На следующем графике (рисунок ниже) форма волны индуцированного напряжения нарисована немного меньше, чем форма волны напряжения источника, просто для того, чтобы отличить одно от другого:

Вторичная обмотка с разомкнутой цепью воспринимает тот же поток Φ, что и первичная обмотка. Следовательно, наведенное вторичное напряжение e s имеет ту же величину и фазу, что и первичное напряжение e p .

Этот эффект называется взаимной индуктивностью : индукция напряжения в одной катушке в ответ на изменение тока в другой катушке.Как и обычная (само) индуктивность, она измеряется в единицах генри, но в отличие от нормальной индуктивности, она обозначается заглавной буквой «M», а не буквой «L»:

Во вторичной обмотке не будет тока, поскольку она разомкнута. Однако, если мы подключим к нему нагрузочный резистор, переменный ток будет проходить через катушку синфазно с индуцированным напряжением (потому что напряжение на резисторе и ток через него всегда синфазны друг с другом) .(Рисунок ниже)

Резистивная нагрузка на вторичной обмотке имеет синфазное напряжение и ток.

Сначала можно было ожидать, что этот ток вторичной обмотки вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. На самом деле это не так. Если бы в сердечнике был индуцирован больший магнитный поток, это привело бы к возникновению большего напряжения в первичной катушке (помните, что e = dΦ / dt).

Этого не может произойти, потому что индуцированное напряжение первичной катушки должно оставаться на том же уровне и фазе, чтобы уравновеситься с приложенным напряжением, в соответствии с законом Кирхгофа для напряжения.Следовательно, на магнитный поток в сердечнике не может влиять ток вторичной обмотки.

Однако то, что изменяет , – это количество ммс в магнитной цепи.

Магнитодвижущая сила

Магнитодвижущая сила создается каждый раз, когда по проводам течет ток. Обычно это mmf сопровождается магнитным потоком в соответствии с уравнением mmf = ΦR «закона магнитного Ома».

В этом случае, однако, дополнительный магнитный поток не разрешен, поэтому единственный способ существования mmf вторичной катушки – это если противодействующий mmf генерируется первичной обмоткой равной величины и противоположной фазы.

В самом деле, вот что происходит: в первичной обмотке формируется переменный ток – 180 ° не совпадающий по фазе с током вторичной обмотки – для создания этого противодействующего МДС и предотвращения дополнительного магнитного потока в сердечнике.

Знаки полярности и стрелки направления тока были добавлены на иллюстрацию для пояснения фазовых соотношений: (Рисунок ниже)

Поток остается постоянным при приложении нагрузки. Тем не менее, противодействие МДС создается нагруженной вторичной обмоткой.

Не беспокойтесь, если этот процесс вас немного сбивает с толку. Трансформаторная динамика – сложный предмет. Важно понимать следующее: когда напряжение переменного тока подается на первичную катушку, оно создает магнитный поток в сердечнике, который индуцирует переменное напряжение во вторичной катушке синфазно с напряжением источника.

Любой ток, протекающий через вторичную катушку для питания нагрузки, индуцирует соответствующий ток в первичной катушке, потребляя ток от источника.

Взаимная индуктивность и трансформаторы

Обратите внимание, как первичная катушка ведет себя как нагрузка по отношению к источнику переменного напряжения, и как вторичная катушка ведет себя как источник по отношению к резистору.

Вместо того, чтобы энергия просто попеременно поглощалась и возвращалась в цепь первичной катушки, теперь энергия передается вторичной катушке, где она доставляется к рассеивающей (потребляющей энергию) нагрузке. Насколько «известно» источнику, он напрямую питает резистор.

Конечно, есть также дополнительный ток первичной обмотки, отстающий от приложенного напряжения на 90 °, как раз достаточный для намагничивания сердечника и создания необходимого напряжения для балансировки относительно источника (ток возбуждения , ).

Мы называем этот тип устройства трансформатором , потому что он преобразует электрическую энергию в магнитную, а затем снова в электрическую. Поскольку его работа зависит от электромагнитной индукции между двумя неподвижными катушками и магнитного потока изменяющейся величины и «полярности», трансформаторы обязательно являются устройствами переменного тока.

Его схематический символ выглядит как две катушки индуктивности с одним и тем же магнитным сердечником: (рисунок ниже)

Условное обозначение трансформатора состоит из двух символов индуктивности, разделенных линиями, обозначающими ферромагнитный сердечник.

Две катушки индуктивности легко отличить по приведенному выше символу. Пара вертикальных линий представляет собой железный сердечник, общий для обоих катушек индуктивности. В то время как многие трансформаторы имеют ферромагнитный материал сердечника, некоторые из них этого не делают, так как составляющие их индукторы магнитно связаны друг с другом через воздух.

На следующей фотографии показан силовой трансформатор того типа, который используется в газоразрядном освещении. Здесь отчетливо видны две катушки индуктивности, намотанные на железный сердечник. В то время как большинство конструкций трансформаторов заключают катушки и сердечник в металлический каркас для защиты, этот конкретный трансформатор открыт для просмотра и поэтому хорошо служит своей иллюстративной цели (рисунок ниже):

Пример трансформатора газоразрядного освещения.

Первичная и вторичная обмотки

Здесь видны обе катушки с проводом с изоляцией из медного лака. Верхняя обмотка больше нижней обмотки и имеет большее количество витков вокруг сердечника. В трансформаторах катушки индуктивности часто называют обмотками , в отношении производственного процесса, при котором провод наматывается вокруг материала сердечника.

Как было смоделировано в нашем начальном примере, активная катушка индуктивности трансформатора называется первичной обмоткой , а катушка без питания называется вторичной обмоткой .

На следующей фотографии (рисунок ниже) трансформатор показан разрезанным пополам, обнажая поперечное сечение железного сердечника, а также обеих обмоток.Как и в показанном ранее трансформаторе, в этом устройстве также используются первичная и вторичная обмотки с разным числом витков.

Калибр провода также может различаться для первичной и вторичной обмоток. Причина такого несоответствия в калибрах проволоки будет разъяснена в следующем разделе этой главы.

Кроме того, на этой фотографии видно, что железный сердечник состоит из множества тонких листов (пластин), а не из цельного куска. Причина этого также будет объяснена в следующем разделе этой главы.

На разрезе трансформатора показаны сердечник и обмотки.

Простое действие преобразователя с использованием SPICE

С помощью SPICE легко продемонстрировать простое действие трансформатора, настроив первичную и вторичную обмотки моделируемого трансформатора как пару «взаимных» индукторов (рисунок ниже).

Коэффициент связи магнитного поля указан в конце строки «k» в описании схемы SPICE, этот пример установлен почти идеально (1.000). Этот коэффициент описывает, насколько близко «связаны» две катушки индуктивности с магнитным полем. Чем лучше эти две катушки индуктивности связаны магнитным полем, тем эффективнее должна быть передача энергии между ними.

Специальная схема для спаренных индукторов.

трансформатор
v1 1 0 ac 10 грех
rbogus1 1 2 1e-12
rbogus2 5 0 9e12
l1 2 0100
l2 3 5 100
** Эта строка сообщает SPICE, что две катушки индуктивности
** l1 и l2 магнитно «связаны» вместе
К l1 l2 0. 999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 1k
.ac lin 1 60 60
.print ac v (2,0) i (v1)
.print ac v (3,5) i (vi1)
.конец
 

Примечание. Поддельные резисторы R необходимы для удовлетворения определенных особенностей SPICE. Первый разрывает в противном случае непрерывный контур между источником напряжения и L 1 , что не было бы разрешено SPICE. Второй обеспечивает путь к земле (узел 0) от вторичной цепи, что необходимо, потому что SPICE не может работать с любыми незаземленными цепями.

частота v (2) i (v1)
6.000E + 01 1.000E + 01 9.975E-03 Первичная обмотка
 
частота v (3,5) i (vi1)
6.000E + 01 9.962E + 00 9.962E-03 Вторичная обмотка
 

Обратите внимание, что при одинаковых индуктивностях для обеих обмоток (100 генри каждая), напряжения и токи переменного тока для них примерно равны. Разница между первичным и вторичным токами – это ток намагничивания, о котором говорилось ранее: ток с запаздыванием на 90 °, необходимый для намагничивания сердечника.

Как видно здесь, он обычно очень мал по сравнению с первичным током, индуцированным нагрузкой, поэтому первичный и вторичный токи почти равны. То, что вы здесь видите, довольно типично для КПД трансформатора.

Эффективность менее 95% считается плохой для современных конструкций силовых трансформаторов, и эта передача мощности происходит без движущихся частей или других компонентов, подверженных износу.

Если мы уменьшим сопротивление нагрузки, чтобы потреблять больше тока с тем же напряжением, мы увидим, что ток через первичную обмотку в ответ увеличивается.

Даже несмотря на то, что источник питания переменного тока не подключен напрямую к сопротивлению нагрузки (скорее, он электромагнитно «связан»), величина тока, потребляемого от источника, будет почти такой же, как величина тока, потребляемого, если бы нагрузка была напрямую подключена к источнику.

Внимательно посмотрите на следующие два моделирования SPICE, показывающие, что происходит с разными номиналами нагрузочных резисторов:

трансформатор
v1 1 0 ac 10 грех
rbogus1 1 2 1e-12
rbogus2 5 0 9e12
l1 2 0100
l2 3 5 100
К l1 l2 0. 999
vi1 3 4 ac 0
** Обратите внимание на значение сопротивления нагрузки 200 Ом.
rload 4 5 200
.ac lin 1 60 60
.print ac v (2,0) i (v1)
.print ac v (3,5) i (vi1)
.конец
 
частота v (2) i (v1)
6.000E + 01 1.000E + 01 4.679E-02
 
частота v (3,5) i (vi1)
6.000E + 01 9.348E + 00 4.674E-02
 

Обратите внимание, как первичный ток близко следует за вторичным током. В нашем первом моделировании оба тока составляли примерно 10 мА, но теперь они оба составляют примерно 47 мА.В этом втором моделировании два тока ближе к равенству, потому что ток намагничивания остается таким же, как и раньше, в то время как ток нагрузки увеличился.

Обратите также внимание на то, как вторичное напряжение несколько снизилось с более тяжелой (большей по току) нагрузкой. Давайте попробуем другое моделирование с еще меньшим значением сопротивления нагрузки (15 Ом):

трансформатор
v1 1 0 ac 10 грех
rbogus1 1 2 1e-12
 
rbogus2 5 0 9e12
l1 2 0100
l2 3 5 100
К l1 l2 0. 999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 15
.ac lin 1 60 60
.print ac v (2,0) i (v1)
.print ac v (3,5) i (vi1)
.конец
 
частота v (2) i (v1)
   
6.000E + 01 1.000E + 01 1.301E-01
 
частота v (3,5) i (vi1)
6.000E + 01 1.950E + 00 1.300E-01
 

Наш ток нагрузки теперь составляет 0,13 ампера, или 130 мА, что значительно выше, чем в прошлый раз. Первичный ток очень близок к тому же, но обратите внимание, как вторичное напряжение упало намного ниже первичного напряжения (1.95 вольт против 10 вольт на первичной обмотке).

Причина этого – несовершенство конструкции нашего трансформатора: поскольку первичная и вторичная индуктивности не связаны идеально, (коэффициент k = 0,999 вместо 1.000), возникает «паразитная» индуктивность или «утечка ». Другими словами, часть магнитного поля не связана с вторичной катушкой и, следовательно, не может передавать ей энергию: (рисунок ниже)

Индуктивность утечки возникает из-за того, что магнитный поток не разрезает обе обмотки.

Следовательно, этот поток «утечки» просто накапливает и возвращает энергию в цепь источника через самоиндукцию, эффективно действуя как последовательный импеданс как в первичной, так и во вторичной цепи. Напряжение падает на этом последовательном импедансе, что приводит к снижению напряжения нагрузки: напряжение на нагрузке «проседает» по мере увеличения тока нагрузки. (Рисунок ниже)

Эквивалентная схема моделирует индуктивность рассеяния как последовательные индукторы, не зависящие от «идеального трансформатора».

Если мы изменим конструкцию трансформатора, чтобы обеспечить лучшую магнитную связь между первичной и вторичной обмотками, значения напряжения между первичной и вторичной обмотками снова будут намного ближе к равенству:

трансформатор
v1 1 0 ac 10 грех
rbogus1 1 2 1e-12
rbogus2 5 0 9e12
l1 2 0100
l2 3 5 100
** Коэффициент связи = 0,99999 вместо 0,999.
к l1 l2 0,99999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 15
. ac lin 1 60 60
.print ac v (2,0) i (v1)
.напечатать ac v (3,5) i (vi1)
.конец
 
частота v (2) i (v1)
6.000E + 01 1.000E + 01 6.658E-01

частота v (3,5) i (vi1)
6.000E + 01 9.987E + 00 6.658E-01
 

Здесь мы видим, что наше вторичное напряжение снова стало равным первичному, а вторичный ток также равен первичному току. К сожалению, построить настоящий трансформатор с такой связкой очень сложно.

Компромиссное решение – спроектировать как первичную, так и вторичную катушки с меньшей индуктивностью, стратегия заключается в том, что меньшая индуктивность в целом приводит к меньшей индуктивности «утечки», вызывающей проблемы, для любой заданной степени неэффективности магнитной связи.Это приводит к напряжению нагрузки, которое ближе к идеальному при той же (сильноточной, большой) нагрузке и том же коэффициенте связи:

трансформатор
v1 1 0 ac 10 грех
rbogus1 1 2 1e-12
    
rbogus2 5 0 9e12
** индуктивность = 1 генри вместо 100 генри
l1 2 0 1
l2 3 5 1
к l1 l2 0,999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 15
. ac lin 1 60 60
.print ac v (2,0) i (v1)
.print ac v (3,5) i (vi1)
.конец
 
частота v (2) i (v1)
6.000E + 01 1.000E + 01 6.664E-01

частота v (3,5) i (vi1)
6.000E + 01 9.977E + 00 6.652E-01
 

Просто за счет использования первичной и вторичной катушек с меньшей индуктивностью, напряжение нагрузки для этой тяжелой нагрузки (большой ток) было возвращено почти до идеального уровня (9,977 В). Здесь можно спросить: «Если меньшая индуктивность – это все, что нужно для достижения почти идеальных характеристик при большой нагрузке, то зачем вообще беспокоиться об эффективности связи?

Если невозможно построить трансформатор с идеальной связью, но легко сконструировать катушки с низкой индуктивностью, то почему бы просто не построить все трансформаторы с катушками с низкой индуктивностью и не иметь отличный КПД даже при плохой магнитной связи? »

Ответ на этот вопрос находится в другом моделировании: тот же трансформатор с низкой индуктивностью, но на этот раз с более легкой нагрузкой (меньший ток) 1 кОм вместо 15 Ом:

трансформатор
v1 1 0 ac 10 грех
rbogus1 1 2 1e-12
rbogus2 5 0 9e12
l1 2 0 1
l2 3 5 1
К l1 l2 0. 999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 1k
.ac lin 1 60 60
.print ac v (2,0) i (v1)
.print ac v (3,5) i (vi1)
.конец
 
частота v (2) i (v1)
 
6.000E + 01 1.000E + 01 2.835E-02

частота v (3,5) i (vi1)
6.000E + 01 9.990E + 00 9.990E-03
 

При более низкой индуктивности обмотки первичное и вторичное напряжения ближе к равному, а первичный и вторичный токи – нет. В данном конкретном случае первичный ток равен 28.35 мА, в то время как вторичный ток составляет всего 9,990 мА: почти в три раза больше тока в первичной обмотке, чем во вторичной.

Почему это? Чем меньше индуктивность первичной обмотки, тем меньше индуктивное сопротивление и, следовательно, гораздо больший ток намагничивания. Значительная часть тока через первичную обмотку просто намагничивает сердечник, а не передает полезную энергию вторичной обмотке и нагрузке.

Идеальный трансформатор с идентичными первичной и вторичной обмотками будет демонстрировать одинаковое напряжение и ток в обоих наборах обмоток для любых условий нагрузки. В идеальном мире трансформаторы передавали бы электроэнергию от первичной обмотки к вторичной так плавно, как если бы нагрузка была напрямую подключена к первичному источнику питания, а трансформатора там вообще не было.

Однако вы можете видеть, что эта идеальная цель может быть достигнута только при наличии идеальной связи магнитного потока между первичной и вторичной обмотками. Поскольку этого невозможно достичь, трансформаторы должны быть спроектированы для работы в определенных ожидаемых диапазонах напряжений и нагрузок, чтобы работать как можно ближе к идеальным.

На данный момент самое важное, о чем следует помнить, – это основной принцип работы трансформатора: передача мощности от первичной цепи ко вторичной через электромагнитную связь.

ОБЗОР:

  • Взаимная индуктивность – это когда магнитный поток двух или более катушек индуктивности «связан» так, что в одной катушке индуцируется напряжение, пропорциональное скорости изменения тока в другой.
  • Трансформатор представляет собой устройство, состоящее из двух или более катушек индуктивности, одна из которых питается от переменного тока, индуцируя переменное напряжение на второй катушке индуктивности.Если вторая катушка индуктивности подключена к нагрузке, мощность будет электромагнитно передаваться от источника питания первой катушки индуктивности к этой нагрузке.
  • Активный индуктор в трансформаторе называется первичной обмоткой . Индуктор без питания в трансформаторе называется вторичной обмоткой .
  • Магнитный поток в сердечнике (Φ) отстает на 90 ° от формы волны напряжения источника. Ток, потребляемый первичной обмоткой от источника для создания этого потока, называется током намагничивания , и он также отстает от напряжения питания на 90 °.
  • Полный первичный ток в ненагруженном трансформаторе называется возбуждающим током и состоит из тока намагничивания плюс любой дополнительный ток, необходимый для преодоления потерь в сердечнике. Он никогда не бывает идеально синусоидальным в реальном трансформаторе, но может быть сделан еще более синусоидальным, если трансформатор спроектирован и эксплуатируется таким образом, чтобы плотность магнитного потока была минимальной.
  • Поток сердечника индуцирует напряжение в любой катушке, намотанной вокруг сердечника. Индуцированное напряжение (я) идеально синфазны с напряжением первичной обмотки источника и имеют одинаковую форму волны.
  • Любой ток, протекающий через вторичную обмотку нагрузкой, будет «отражаться» в первичную обмотку и сниматься с источника напряжения, как если бы источник напрямую питал аналогичную нагрузку.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Трансформатор потенциала: принцип работы, параметры выбора

С момента появления кардинального трансформатора постоянного напряжения в 1885 году трансформаторы стали незаменимыми для передачи, распределения и использования электроэнергии.Среди многих типов трансформаторов трансформаторы напряжения представляют собой электрические устройства высокого класса точности, используемые для изоляции или преобразования напряжения. Если вы хотите узнать больше о потенциальных трансформаторах, эта статья вам поможет.

Что такое трансформатор потенциала?

Трансформатор напряжения – это устройство, которое снижает высокое напряжение до гораздо более низкого и пригодного для использования уровня напряжения, где его можно использовать для питания электрического оборудования или измерительных устройств. Его еще называют трансформатором напряжения.

Трансформатор напряжения используется для измерения высоких напряжений с помощью устройства измерения низкого диапазона. Как первичная, так и вторичная обмотки намотаны на высококачественную сталь, обмотка низкого напряжения находится рядом с заземляющим сердечником, а обмотка высокого напряжения находится снаружи. Они снижают напряжение до разумного рабочего значения. Первичная обмотка состоит из большого количества витков, а вторичная – из меньшего. Первичная обмотка подключается к линии высокого напряжения, а вторичная подключается к катушке измерительного устройства нижнего диапазона. Трансформатор напряжения всегда является понижающим трансформатором.

Измеряемое напряжение подключается к первичной обмотке, которая имеет большое количество витков и включается в цепи. Вторичная обмотка, которая имеет гораздо меньшее количество витков, магнитно соединена через магнитную цепь с первичной обмоткой
.

Трансформатор напряжения может снижать уровни питающего напряжения без изменения его частоты.

Коэффициент трансформации потенциалов

Разница в напряжении между первичной и вторичной обмотками достигается изменением количества витков катушек в первичной обмотке по сравнению с количеством витков катушек на вторичной обмотке.Поскольку трансформатор является линейным устройством, теперь существует соотношение между количеством витков первичной катушки, деленным на количество витков вторичной катушки. Это отношение называется коэффициентом трансформации, более известным как «коэффициент трансформации» трансформатора. Это значение коэффициента трансформации определяет работу трансформатора и соответствующее напряжение на вторичной обмотке.

Необходимо знать соотношение количества витков провода на первичной обмотке по сравнению с вторичной обмоткой.Передаточное число витков, которое не имеет единиц измерения, сравнивает две обмотки по порядку и записывается с двоеточием, например 3: 1 (3-к-1). Это означает, что если на первичной обмотке 3 вольта, то на вторичной обмотке будет 1 вольт.

Формула коэффициента трансформации трансформатора потенциала:

a – Передаточное число

V1 – первичное напряжение

V2 – вторичное напряжение

N1 – Количество первичных обмоток

N2 – количество вторичных обмоток

Что делает трансформатор напряжения?

Трансформатор потенциала выполняет три основные функции:

  • Он адаптирует значение напряжения на первичной обмотке к характеристикам измерительных или защитных устройств, подавая вторичное напряжение, которое пропорционально и ниже.
  • Изолирует силовые цепи от цепи измерения и / или защиты.
  • Он обнаруживает аномалии напряжения и подает сигналы напряжения на реле защиты, чтобы изолировать неисправную систему.

Применение трансформатора потенциала

Трансформаторы потенциала могут использоваться с вольтметрами для измерения напряжения или они могут использоваться в сочетании с трансформаторами тока для измерений ваттметров или ваттметров. Они также используются для управления защитными реле и устройствами и для многих других приложений. Поскольку они используются для мониторинга, они обычно требуют гораздо большей точности при проектировании.

Состав и типы трансформаторов напряжения

Состоит из первичной обмотки, магнитного сердечника, одной или нескольких вторичных обмоток, все из которых покрыто изоляционной смолой. По способу подключения бывают двух типов:

  • фаза / фаза: первичное соединение между двумя фазами.
  • фаза / земля: первичное соединение между фазой и землей.

Рабочие характеристики трансформатора потенциала

Трансформатор напряжения работает проще, чем трансформатор тока, потому что вторичное напряжение практически не зависит от нагрузки, так как он подключен через высокий импеданс (фактически используется в разомкнутой цепи).Следовательно, вторичная обмотка не должна замыкаться накоротко. В этих условиях слишком высокий ток приведет к повреждению трансформатора.

Как выбрать трансформатор напряжения

Ниже приведены основные факторы для выбора трансформатора напряжения:

  • Рабочее напряжение
  • Установка
  • Атмосферные условия
  • Уровень изоляции
  • Номинальное первичное и вторичное напряжение
  • Коэффициент напряжения
  • Количество вторичных обмоток.Их нагрузка и классы точности

Почему СТ подключается параллельно?

Трансформатор напряжения следует подключать параллельно, как вольтметр. Это необходимо, потому что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов.

Почему вторичный трансформатор заземлен?

Вторичная обмотка трансформатора напряжения заземлена для предотвращения достижения во вторичных цепях опасного потенциала. Заземление должно выполняться только в одной точке вторичной цепи трансформатора напряжения или гальванически связанных цепей.

Электросхема

Продолжить чтение

Основные операции однофазных трансформаторов – Руководство электрика по однофазным трансформаторам

Трансформатор – это устройство переменного тока, используемое для передачи энергии от одной цепи к другой:

Взаимная индукция Трансформаторы

работают по принципу взаимной индукции, который представляет собой процесс создания напряжения в катушке путем изменения тока в другой катушке.

Ранее мы узнали, что изменение значения тока в катушке вызывает изменение силовых линий, окружающих катушку. Это изменение магнитного потока вызывает в катушке напряжение, называемое противоэлектродвижущей силой (CEMF).

Если вторая катушка расположена рядом с первой катушкой, магнитные линии индуцируют напряжение во второй катушке без какого-либо электрического соединения.

Как долго мы будем видеть индуцированное напряжение во второй катушке в цепи постоянного тока? В течение 5τ после размыкания или замыкания переключателя.Только при изменении значения тока линии магнитного потока будут разрезать вторую катушку.

В цепи переменного тока значение тока постоянно меняется, поэтому магнитные линии постоянно проходят через катушку, вызывая напряжение.

Другие характеристики

Трансформаторы

предназначены для:

  1. Повышение напряжения и понижающий ток.
  2. Понижающее напряжение и повышающий ток.

Трансформаторы очень эффективны, КПД составляет от 96% до 99%. Они не требуют особого обслуживания, так как в них нет движущихся частей.

Классификация

Трансформаторы классифицируются по:

Рис. 1. Трехфазный трансформатор с воздушным охлаждением от Craxd1 используется по лицензии Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Рис. 2. Охлаждающие электровентиляторы byrev, используемые по лицензии Creative Commons CC-BY.
  • Приложение

    • Источник питания (более 500 кВА)

    • Распределение (500 кВА и ниже, установка на опоре)

    • Контроль

    • Прибор (ТТ и ПТ)

  • Фазы

    Видео оповещение! (Взрыв из прошлого)

    Это видео с сайта U.С. Министерство обороны дает фантастическое описание того, как работают трансформаторы.

    Атрибуция Видео

    Transformers от PublicResourceOrg находится под лицензией Creative Commons Attribution License.

Оставить комментарий