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

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

 

 

 

Тема: пояснение работы и устройства силового трансформатора электрического.

 

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 недвижущегося 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.

 

electrohobby.ru

Принцип работы трансформатора тока, напряжения, тесла: видео — Asutpp

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.

www.asutpp.ru

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.

 

---

www.wikitransformer.ru

Принцип работы трансформатора | Онлайн журнал электрика

electrical transformer

Трансформатор — это статический (т. е. без передвигающихся ча­стей) электрический аппарат однофазовый либо трехфазный, в каком явление взаимоиндукции употребляется для преобразо­вания электронной энергии. Трансформатор конвертирует пере­менный ток 1-го напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформатор имеет несколько электронных, изолированных одна от другой обмоток: однофазный более 2-ух, трехфазный более 6. Обмотки, соединенные с источником электроэнер­гии, называются первичными; другие обмотки, отдающие энергию во наружные цепи, именуются вторичными. На рис. схематически показаны первичная и вторичная обмотки од­нофазного трансформатора; они снабжены общим замкнутым сердечником, собранным из листовой электротехнической стали.

Механизм работы трансформатора

Ферромагнитный сердечник служит для усиления магнитной связи меж обмотками, т. е. для того, чтоб большая часть магнитного потока первичной обмотки сцеплялась с витками вторичной обмотки.

На рис. показан сердечник и 6 обмоток трехфазного трансформатора. Эти обмотки соединяются по схеме звезды либо треугольника.

Для улучшения критерий остывания и изоляции трансформа­тор помещается в бак, заполненный минеральным маслом (про­дуктом перегонки нефти). Это так именуемый масляный трансформатор.

При частотепеременного тока приблизительно выше 20 кгц приме­нение железного сердечника в трансформаторах нецелесообразно из-за огромных утрат в стали от гистерезиса и вихревых токов.

Для больших частот используются трансформаторы без фер­ромагнитных сердечников — воздушные трансформа­торы

// ]]>

Если напряжение на зажимах первичной обмотки — первич­ное напряжение U1 меньше вторичного напряжения U_2, то транс­форматор именуется повышающим, если же первичное на­пряжение больше вторичного, то — понижающим (U1>(U2). В согласовании с относительной величиной номинального напря­жения принято различать обмотку высшего на­пряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН).

Познакомимся коротко, с работой однофазового 2-ух обмоточного трансфор­матора со железным сердеч­ником. Его рабочий процесс и электронные соотноше­ния, можно считать харак­терными в главном для всех видов трансформато­ров.

Напряжение u1 приложенное к зажи­мам первичной обмотки, делает в этой обмотке пе­ременный ток i1.Ток воз­буждает в сердечнике транс­форматора переменный маг­нитный поток Ф. Вследствие повторяющегося конфигурации этого потока в обеих обмотках трансформатора – индуктируются э. д. с.

Трансформаторы

е1= – w1 (?ф : ?t) и e2= – w2 (?ф :?t)

Тут w1 и w2 — числа витков той и другой обмоток.

Таким макаром, отношение э. д. е., индуктируемых в обмотках,       равно отношению чисел витков этих обмоток:

 е1 : e2 = w1 : w2

это коэффициент трансформации трансформатора.

Коэффициент полезного деяния трансформатора относи­тельно очень высок — в среднем порядка 98%, что позволяет при номинальной нагрузке считать приближенно схожими пер вичную

мощность, получаемую трансформатором, и вторичную мощность, им отдаваемую, т. е. p1 ? p2 либо u1i1 ? u2i2, и на основании чего

i1 : i2? u2 : u1? w 2 : w 1

Это отношение моментальных значений токов и напряжений справедливо и для амплитуд и для действующих значений:

L1: l2? w 2 : w 1?u2 : u1

т. е. отношение токов в обмотках трансформатора (при нагрузке, близкой к номинальной) можно считать оборотным отношению напряжений и чисел витков соответственных обмоток. Чем меньше нагрузка, тем больше оказывает влияние ток холостого хода и приведенное приближенное соотношение токов нарушается.

При работе трансформатора совсем различна роль э. д, с. в его первичной и вторичной обмотках; э. д. с. ей индуктируемая в первичной обмотке, появляется как противодействие цепи изменению в ней тока i1. По фазе эта э. д. с. практически обратна напряжению.

// ]]>

Как в цепи, содержащей индуктивность, ток в первичной о б м о тке  трансформатора

i1=(u1 + e1) : r1

где г 1 — активное сопротивление первичной обмотки.

Отсюда получаем уравнение для моментального значения первичного напряжения:

u1, = —e1 + i1r1 = w t(?ф : ?t) + i1r1

которое можно прочесть как условие электронного равновесия: приложенное к зажимам первичной обмотки напряжение u1, всегда уравновешивается э. д. с. и падением напряжения в активном сопротивлении обмотки (2-ой член относительно очень мал).

Другие условия имеют место во вторичной цепи. Тут ток i2 создается э. д. с. e1,  играющей роль э. д. с. источника тока, и при активной нагрузке r/н во вторичной цепи этот ток

Дифференциальная защита силового трансформатора

i2= l2 : (r2 +r/н)

где r2— активное сопротивление вторичной обмотки.

В первом приближении воздействие вторичного тока i2 на первичную цепь трансформатора, можно обрисовать последующим образом.

Ток i2, проходя по вторичной обмотке, стремится сделать в сердечнике трансформатора магнитный поток, определяемый намагничивающей силой (н. с.) i2w2. Согласно принципу Ленца этот поток обязан иметь направление, оборотное направлению головного потока: по другому можно сказать, что вторичный ток стре­мится ослабить индуктирующий его магнитный поток. Но такое уменьшение головного магнитного потока Ф_т нарушило бы электронное равновесие:

u₁ = (-е₁) + i1r1

потому что e1 пропорционально магнитному сгустку. Создается пре­обладание первичного напряжения U1, потому сразу с возникновением вторичного тока возрастает первичный ток, при­том так, чтоб восполнить размагничивающее дей­ствие вторичного тока и, таким макаром, сохранить электронное равновесие. Как следует, всякое изменение вторичного тока должно вызвать соответственное изменение первичного тока; при всем этом фактически ток вторичной обмотки благодаря отно­сительно малому значению составляющей i1r1 практически не оказывает влияние на амплитуду и нрав конфигураций во времени головного магнитно­го потока трансформатора, как следует, амплитуду этого по­тока Ф_т можно считать фактически неизменной. Такое постоян­ство Фт типично для режима трансформатора, у которого поддерживается постоянным напряжение U1, приложенное к зажимам первичной обмотки.

elektrica.info

Принцип работы трансформатора и виды трансформаторов

Все прекрасно знают слово трансформатор. Многие знают самые разные виды трансформаторов, и даже умеют их установить и подключить своими руками. Но вот какое оно, устройство трансформатора и что это вообще такое, знают очень немногие. Итак, принцип работы трансформатора и что это вообще такое. Давайте присмотримся внимательнее.

Трансформатор что это и при чём тут трансформеры?

Начнём с транфсормеров, нашумевшего фильма. Если помните, в нём роботы могут принимать любую форму, если. Вот и первое «если». Если они принимают форму другого механизма. Стать объектом биологическим не может даже трансформер – только механизмом.

Это один из принципов действия трансформатора, он может изменить параметры напряжения и токов, но если у него есть входящее напряжение и если оно достаточное для преобразования. Кстати, само слово трансформатор образовано от латинского слова transformo – преобразовать, изменить или переделать, сохранив суть. Обратим внимание, не создать что-то новое, а именно изменить то, что есть.

Экскурс в историю или Фарадей и его опыты

Считается, что начало своей истории все виды трансформаторов ведут с 1831-го года, именно тогда Майкл Фарадей (куда же без Фарадея, если мы снова говорим про основы электричества!) сформулировал принципы электромагнитной индукции. По непонятным никому мотивам, Фарадей намотал на железное кольцо два провода одного сечения, но разной длины. Честное слово, не спрашивайте никого о мотивах этого поступка. Это и в печатном виде выглядит нелепо, а уж как это выглядело в жизни… Взрослый мужчина, обматывает железное колечко проводами…

Впрочем, свои резоны у Фарадея были, поскольку в итоге он получил принцип работы трансформатора, причём в том самом виде, в котором они, виды трансформаторов, благополучно дожили до наших дней. Итак, что обнаружил мистер Фарадей?

На железном кольце (сердечнике) были две изолированные обмотки (два провода, между которыми нет контакта). При подаче тока в одну обмотку, во второй возникал ток, хотя она и не была никуда подключена. Изначально Фарадей решает, что преодолел ограничения о сохранении энергии (не совсем верно считать, что этот принцип сформулировал Эйнштейн). Для демонстрации нарушения этого принципа он приглашает коллег. Они фиксируют эффекты, а независимо от них в процессе опытов Джозеф Генри обращает внимание на то, что использование магнитов меняет характеристики токов.

Сложно сказать, кому стоит доверить право открытия того, что мы называем принцип действия трансформатора, но оба этих учёных имеют свои единицы измерения. Вы их знаете:

• Генри (Гн или Н) единица измерения индуктивности.
• Фарад (Ф или F) единица измерения электрической ёмкости.
• Вольт. (В или V) единица измерения электрического потенциала.

Спросите, а при чём тут старина Вольт? Если мы говорим о том, чем занимались Генри и Фарадей? Да просто дело в том, что к тому времени без Вольта уже не обходилось ни одно измерение в электричестве. О чём красноречиво говорит уже то, что все мы наизусть знаем его фамилию.

Впрочем, довольно истории, вернёмся к теме. Трансформатор тока, принцип работы которого мы решили рассмотреть.

Итак, что такое трансформатор? Прежде всего, это металлический сердечник, на котором имеются две обмотки. Каждая из обмоток независима (изолирована от другой), но при подключении одной из них к сети, вторая индуцирует ток. Выглядит это как-то так:

Выглядит и правда как странная передача энергии, с нарушением принципа сохранения энергии, чему радовался Фарадей. Но эта иллюстрация всё объясняет и ставит на свои места:

Надеемся, эта картинка действительно объяснила принцип работы трансформатора, а также разъяснила, куда девается лишний ток или откуда берётся излишний. Если и после этой графики не всё ясно, давайте двигаться дальше.

Немного более серьёзно о том, что такое трансформатор, но простыми словами

Итак, начнём с того, что трансформатор Фарадея (не морщитесь, это все-таки Майкл его придумал), не выдавал ток во второй обмотке, когда в первой ток достигал максимального значения. Для получения тока во вторичной обмотке, приходилось заново включать первичную обмотку. Дело в том, что Фарадей работал с постоянным током. Именно это стало причиной того, что у нас по улицам катаются авто с бензиновыми ДВС. Если бы тогда Фарадей и Генри стали работать с переменным током, возможно в автомобилестроении дело до бензинового двигателя и не дошло бы.

Именно по этой причине, принцип работы трансформатора был сформулирован как изменение параметров тока при его нарастании до пиковых значений в первичной обмотке.

Вторым, не менее ошибочным описанием принципа действия трансформатора является это: «Трансформатор это устройство, предназначенное для преобразования тока одного напряжения в ток другого напряжения, но той же частоты» . Кроме этой несуразицы есть и иные формулировки, причём большинство из них крутится именно вокруг переменного тока.

Так в чём же такое отличие переменного тока от постоянного , с которым Фарадей собирал свои первые трансформаторы, а Генри первые электродвигатели? Разумеется, разница в том, что направление тока у переменного тока меняется само. То, что приходилось делать Фарадею, перезапуская первичную обмотку постоянного тока, переменный ток делает сам. Постоянно «гладя электромагнит против шерсти». До 50 герц в секунду. Именно это создаёт ЭДС, то самое при помощи чего меняются характеристики токов. И это то самое ЭДС, о котором часто говорят неверно, ведь трансформатор тока, принцип работы которого мы рассматриваем, работает не на магнитном сердечнике, а на ферромагнитном. Разница небольшая для тех, кто не в курсе, но она есть.

Итак, мы имеем ферромагнитный сердечник. Фактически замкнутое кольцо, которое набирается в промышленных вариантах из пластин, известных детям СССР как Ш, которые можно метать как сюрикены.

Левая и правая I этой буквы Ш основа обмотки первичной и вторичной. Эти буквы «вложены» одна в другую, это существенно удешевило создание контуров.

Делаем обмотку. Первичную и вторичную. Даже видеть этот процесс удовольствие. Хотя и довелось, наверное, немногим. Оформляем ввод-вывод и, конечно, маркируем изделие.

Остаётся указать, что нужно подать на входе и что мы получим на выходе. Если конечно на трансформаторе хватит места для маркировки.

Это конечно, шутка. Тут места хватит. А мы вот про это:

Это тоже трансформаторы, но физические размеры их несколько миллиметров толщиной.

В этом и есть принцип работы трансформатора, в котором размер не имеет значения. Именно принцип позволяет преобразовать напряжение. Принцип, а не физический размер.

Мы наматываем на ферромагнетик провода, по которым пускаем электрический ток. А с другой обмотки примерно таких же проводов, снимаем ток, но уже с другими значениями. В этом и состоит принцип действия трансформатора, если Вы поняли, куда девается разница понижения напряжения и откуда берётся дополнительное напряжение при повышении. Давайте, ещё немного почитаем физику электричества.

Куда уехал цирк, он был ещё вчера?

Давайте не будем обманывать себя так, как Фарадей, который изначально наблюдал энергию, берущуюся ниоткуда. Очень даже откуда и, кроме того, что она берётся, она ещё и вопреки стремлениям Фарадея очень даже сохраняется. Это хорошо видно на этой картинке:

Сколько вошло слева, столько вышло и справа. Точнее справа вышло меньше ровно настолько, сколько вернулось влево. Это классическая схема устройства трансформатора, понижающего напряжение.

После очень небольших доработок, это же устройство будет повышать напряжение, если это необходимо. Но это отдельная тема для разговора, ведь чтобы повысить напряжение, нужно добавить энергии. А если закон сохранения энергии никто не отменил, её нужно у кого-то украсть. Впрочем, это тоже шутка. Даже в принципе работы трансформатора, повышающего напряжение, ему ни у кого не надо воровать энергию. На него как раз и работает принцип сохранения энергии, как бы это нелепо и не выглядело со стороны. Но это так и есть.

Как повышение напряжения, так и понижение в трансформаторе совершенно точно соответствует принципам сохранении энергии. Количества энергии, если можно так выразиться.

• В случае понижения она возвращается туда, откуда поступает;
• В случае повышения используются материалы и специальные возможности, при которых частично энергия «добирается» из внешнего источника за счёт его «расхода».

Примерно так же, как с фломастером. Вообще устройство трансформатора очень похоже на фломастер. Если Вам хочется, чтобы он чертил красивую и толстую линию, его нужно заправить. И желательно делать это регулярно. Тогда он будет чертить линии, и радовать Вас красками. А можно кинуть его в ящик на пару лет и он высохнет. И если Вам понадобится линия, он Вам помочь не сможет. Высох.

Трансформатор это примерно то же самое. Если за ним не ухаживать, он «высохнет». И когда Вам понадобится линия питания, Вы можете оказаться в ситуации, в которой заправлять будет нечего и не за чем. Так что не стоит думать, что трансформатор это замечательный прибор для обмана закона сохранения энергии, обхода основ мироздания и возможности открутить назад счётчик, чтобы уменьшить платежи за электроэнергию.

Это ни первое, ни второе, ни третье. Это, образно говоря – компот. Десерт энергетики, который позволяет получить нам в нужном месте в нужное время нужные параметры сети. Все виды трансформаторов, которые сегодня используются в быту, предназначены именно для этого. И сам принцип работы трансформатора нацелен именно на это – дать нам нужное напряжение в нужном месте.

Не стоит пробовать обмануть основы физики. Фарадей, обнаружив ЭДС, думал что обманул. Генри, заметив колебательные движения без видимых трат энергии тоже. Даже Вольт считал, что обошёл закон сохранения энергии, создав свой замкнутый контур. Но все они, образно говоря, разбились о лодку Максвелла и причал Эйнштейна. Ну, то есть те, кто миновал рифы и мели Бора. Эти три столпа физики рассказали нам, в чём ошибались Фарадей, Генри и Вольт. Жаль, они не успели рассказать им.

Так что не пытайтесь обмануть закон сохранения энергии при помощи трансформатора. Это не получится. Лучше постарайтесь понять, как может пригодиться в буты устройство, способное изменить параметры сети для ваших целей.

1. 12-ти вольтовой подсветки потолка.
2. 24-х вольтовой системы полива.
3. 12-ти вольтовой гирлянды на уличную ёлку у Вашего дома.

Да и мало ли для чего ещё? Всё это может помочь реализовать трансформатор. Небольшое такое сегодня устройство, которое иногда гудит или жужжит. Но устройство, которое всегда исправно может 220 Вольт изменить, трансформировать на 24-ре или на 12-ть.

obelektrike.ru

Устройство и принцип действия трансформатора

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

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

Трансформатор Фарадея

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

Как устроен и как работает трансформатор

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

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

Принцип работы трансформатора

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

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

Трансформаторы напряжения

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

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

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

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

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

Какие они, трансформаторы будущего

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

Элегазовые трансформаторы

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

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

Элегазовые трансформаторы

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

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

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

Трансформатор с полупроводниковым преобразователем

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

www.techcult.ru

Принцип работы и устройство трансформатора — Мегаобучалка

В трансформаторе передача электрической энергии из первичной обмотки во вторичную осуществляется, как и во всех электрических машинах, посредством магнитного потока Ф, который является переменным, т.е. изменяющимся во времени.

В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции, в соответствии с которым значение электродвижущей силы (ЭДС), наведенной в контуре, пропорционально скорости изменения потока Ф, пронизывающего этот контур. Если в контуре имеется несколько последовательно соединенных витков w, то наведенная в катушке ЭДС будет в w раз больше.

Принцип работы трансформатора рассмотрим на примере простейшего однофазного двухобмоточного трансформатора, электромагнитная система которого представлена на рис. 8.2.

Трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода 3 и двух обмоток с числом витков w₁ и w₂.

Обмотки трансформатора служат для создания магнитного поля, посредством которого осуществляется передача электрической энергии и обеспечивается наведение в обмотках ЭДС, требуемой по условиям эксплуатации. Обмотки выполняют из медных или алюминиевых изолированных проводов круглого или прямоугольного сечения.

Обмотку w₁ трансформатора, к которой подводится электрическая энергия (напряжение u₁), называют первичной, а обмотку w₂, от которой энергия отводится (напряжение u₂), — вторичной.

Магнитопровод трансформатора служит для усиления магнитной связи между обмотками и является конструктивным основанием (остовом) для установки и крепления обмоток, отводов и других деталей трансформатора (рис. 8.3).

Магнитопровод набирают из изолированных листов специальной электротехнической стали с относительным содержанием кремния до 5 %. Толщину листов выбирают из условий получения приемлемого уровня потерь от индуктированных в них вихревых токов при заданной частоте питающего трансформатор источника переменного тока и технологических условий при производстве магнитопровода. При частоте 50 Гц в современных силовых трансформаторах толщина листов равна 0,27—0,35 мм.

Часть магнитопровода, на которой располагается обмотка, называют стержнем, а часть магнитопровода, замыкающая стержни, на которых не располагаются обмотки, называется ярмом.

Если первичную обмотку трансформатора при разомкнутой вторичной включить в сеть переменного тока с напряжением u₁, то по ней потечет ток i₁ = i₀, называемый током холостого хода. Обусловленная током i₀магнитодвижущая сила (МДС) первичной обмотки i₀w₁ создает в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток Ф, который почти полностью, за исключением некоторого рассеяния, сцеплен со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Магнитный поток Ф в соответствии с законом электромагнитной индукции наведет в первичной обмотке ЭДС самоиндукции e₁, значение которой пропорционально числу витков w₁, а во вторичной обмотке — ЭДС e₂, пропорциональную числу витков w₂.

Отношение индуктированных в первичной и вторичной обмотках ЭДС, равное отношению чисел витков этих обмоток, называют коэффициентом трансформации K = e_l/e₂ = w_l/w₂.

Таким образом, подбирая число витков обмоток, можно при заданном напряжении u_l, которое примерно равно ЭДС e_l, получить требуемое выходное напряжение трансформатора u₂ = e₂.

Если u_l > u₂ (w_l > w₂), т.е. K > 1, трансформатор называют понижающим, а при u_l < u₂ (w_l < w₂) — повышающим.

При подключении вторичной обмотки к сопротивлению нагрузки Z_н по ней потечет переменный ток i₂. При этом в первичной обмотке возникнет ток i₁, который поддерживает магнитный поток постоянным. Вследствие этого обеспечивается равновесие между ЭДС e_l, наведенной в первичной обмотке, и напряжением в сети u_l.

Таким образом, при нагрузке трансформатора магнитный поток создается совместным действием магнитодвижущих сил первичной и вторичной обмоток.

При замкнутом магнитопроводе, собранном из пластин электротехнической стали, обладающей небольшим магнитным сопротивлением, МДС первичной обмотки i₀w₁ (при разомкнутой вторичной обмотке) составляет 0,2—3,0 % МДС обмоток при номинальной нагрузке, поэтому можно принять, что i₁w₁  i₂w₂. Следовательно, токи, протекающие в первичной и вторичной обмотках, обратно пропорциональны отношению чисел их витков i₁/i₂ = w₂/w₁.

Для силовых трансформаторов установлены стандартные обозначения (маркировка) начал и концов (выводов) обмоток.

В однофазном трансформаторе начало и конец обмотки высшего напряжения (ВН) обозначается соответственно прописными буквами А и X, а обмотки низшего напряжения (НН) — строчными латинскими буквами а и х. При наличии третьей обмотки с промежуточным (средним) напряжением (СН) начало и конец обмотки обозначают соответственно А_m и Х_m.

В трехфазном трансформаторе начала и концы обмоток ВН обозначаются соответственно А, В, С и X, Y, Z и т.д.

В трехфазных трансформаторах обмотки могут быть соединены по схемам «звезда», «треугольник» или «зигзаг», которые соответственно обозначают русскими буквами У и Д и латинской Z. При выводе от нейтрали (общей точки обмоток фаз) у схемы «звезда» или «зигзаг» отвода (ответвления) его обозначают 0, добавляя к буквенным обозначениям схем соединения обмоток индекс «н» (У_н).

Схемы соединения трехфазного трансформатора обозначаются в виде дроби, в числителе которой ставят обозначение схемы соединения обмотки ВН, а в знаменателе — НН, например для трансформатора с обмоткой ВН, соединенной по схеме треугольник, а НН — в звезду с выведенной нейтралью обозначение имеет вид Д/У_н.

При обслуживании трансформаторов кроме схем соединения необходимо знать взаимное направление ЭДС в обмотках ВН и НН. Если две обмотки 1 и 2 размещены на одном и том же стержне и пронизываются одним и тем же потоком Ф, то при одинаковом направлении намотки и обозначении выводов (концов) (рис. 8.4, а) наведенные ЭДС одинаково направлены (от концов к началам) и, следовательно, совпадают по фазе.

Для характеристики сдвига фаз линейных ЭДС обмоток ВН и НН введено понятие группы соединения обмоток трансформатора.

Группа соединения обозначается целым числом, которое получено от деления на 30° угла сдвига между линейными ЭДС на одноименных выводах обмоток ВН и НН трансформатора, причем отсчет угла производится от вектора ЭДС обмотки ВН по направлению движения часовой стрелки.

На рис. 8.4, а сдвиг между ЭДС Е₁ и Е₂ обмоток АХ и ах равен нулю, поэтому группа соединений обмоток обозначается как I/I-0, где «I» говорит об однофазном варианте трансформатора, при этом ЭДС высшего напряжения Е₁ ассоциируется с минутной стрелкой часов и условно направляется на циферблате часов на цифру 12. Часовая стрелка часов представляет собой ЭДС низшего напряжения Е₂ и обозначает группу соединения.

Фазовый сдвиг между фазными ЭДС обмоток ВН и НН зависит как от обозначения выводов, так и от направления намотки. При размещении обмоток на одном стержне этот сдвиг может быть равным либо 0, либо 180°.

На рис. 8.4, б, в при изменении обозначений концов обмотки НН (рис. 8.4, б) или изменении направления намотки обмотки НН (рис. 8.4, в) ЭДС Е₂ поворачивается на угол 180°, что дает группу соединений I/I-6.

В трехфазных трансформаторах схемы соединения У, Д, Z могут образовывать 12 различных групп со сдвигом фаз линейных ЭДС через 30°.

На рис. 8.5 для примера приведены схема соединения обмоток У/У и соответствующая векторная диаграмма для нулевой группы, которая обозначается У/У-0 (рис. 8.5, а), а также векторная диаграмма для одиннадцатой группы при соединении обмоток У/Д (обозначение У/Д-11) (рис. 8.5, б).

Из всех возможных групп соединения трехфазных двухобмоточных трансформаторов стандартизировано только две группы: 0 и 11 — с выводом в случае необходимости нулевой точки «звезды» или «зигзага», а для однофазных трансформаторов — только с соединением I/I-0.

Для трансформации трехфазного тока и напряжения применяют или три однофазных трансформатора (рис. 8.6, а), или один трехфазный трансформатор (рис. 8.6, б), в котором общий для трех фаз магнитопровод может быть образован из трех однофазных.

В самом деле, если три однофазных трансформатора расположить, как показано на рис. 8.7, а, то стержни магнитопроводов, на которых не размещены обмотки, можно конструктивно объединить в один. Учитывая, что в трехфазной системе сумма фазных токов I_A + I_B + I_C = 0, а следовательно, и сумма потоков равна нулю, то надобность в объединенном стержне вообще отпадает. Полученный таким образом магнитопровод (рис. 8.7, б) является пространственным трехфазным. В реальных конструкциях используют магнитопровод, называемый плоским стержневым трехфазным; он образуется, если у пространственного магнитопровода убрать ярма фазы В и все три стержня расположить в одной плоскости (рис. 8.7, в).

Трехфазные трансформаторы с плоскими стержневыми магнитопроводами получили наибольшее распространение, а свойственная им магнитная несимметрия фаз существенного значения при эксплуатации не имеет.

На рис. 8.8 представлена конструкция пространственного ленточного магнитопровода, состоящего из трех овальных секций, имеющих фасонную форму сечения и навитых из ленты холоднокатаной стали переменной ширины при безотходном раскрое стали и высоком коэффициенте заполнения сечения стержня активной сталью. Обмотки наматываются после сборки системы непосредственно на стержни на специальном стенде.

Автотрансформаторы

Для передачи электрической энергии с незначительным изменением напряжения и тока применяются автотрансформаторы, у которых, в отличие от обычного трансформатора, обмотки имеют не только магнитные, но и электрические связи. Автотрансформатор, как и трансформатор, может быть понижающим или повышающим (рис. 8.9).

Электромагнитная (расчетная) мощность автотрансформатора меньше расчетной мощности двухобмоточного трансформатора вследствие того, что часть мощности передается во вторичную сеть за счет непосредственной электрической связи обмоток.

За счет уменьшения массы металла обмоток и стали магнитопровода КПД автотрансформатора выше по сравнению с трансформатором такой же номинальной мощности.

К числу недостатков автотрансформаторов, ограничивающих их применение, относится усложнение их релейной защиты и регулирования напряжения, а также повышенная опасность атмосферных перенапряжений из-за электрической связи обмоток. Автотрансформатор имеет, кроме того, повышенные токи короткого замыкания.

Автотрансформаторы используются для соединения электрических сетей высокого напряжения, пуска двигателей переменного тока большой мощности и т.д.

megaobuchalka.ru