Что называется трансформатором: Что такое трансформатор

Untitled Document

Принцип действия, устройство и работа. Трёхфазные трансформаторы. Опыты х.х .и к.з. Автотрансформаторы. Измерительные.

Трансформаторы

Общие сведения о трансформаторах. Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения. Трансформаторы получили очень широкое практическое применение при передаче электрической энергии на большие расстояния, для распределения энергии между ее приёмниками и в различных выпрямительных, сигнальных, усилительных и других устройствах. При передаче электрической энергии от электростанций к ее потребителям большое значение имеет величина тока, проходящего по проводам. В зависимости от силы тока выбирают сечение проводов линии передачи энергии и, следовательно, определяют стоимость проводов, а также и потери энергии в них. Если при одной и той же передаваемой мощности увеличить напряжение, то ток в той же мере уменьшится, а это позволит применять провода с меньшим поперечным сечением для устройства линии передачи электрической энергии и уменьшит расход цветных металлов, а также потери мощности в линии. При неизменной передаваемой мощности поперечное сечение провода и потери мощности в линии обратно пропорциональны напряжению. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях синхронными генераторами при напряжении 11-18 кВ (в некоторых случаях при 30—35 кВ). Хотя это напряжение очень велико для непосредственного его использования потребителями, однако оно недостаточно для экономичной передачи электроэнергии на большие расстояния. Для увеличения напряжения применяют повышающие трансформаторы. Приемники электрической энергии (лампы накаливания, электродвигатели и т. д.) из соображений безопасности для лиц, пользующихся этими приемниками, рассчитываются на более низкое напряжение (до 380 В). Кроме того, высокое напряжение требует усиленной изоляции токопроводящих частей, что делает конструкцию аппаратов и приборов очень сложной. Поэтому высокое напряжение, при котором передается энергия, не может непосредственно использоваться для питания приемников, вследствие чего к потребителям энергия подводится через понижающие трасформаторы. Таким образом, электрическая энергия при передаче от места ее производства к месту потребления трансформируется несколько раз (3-4 раза). Кроме того, понижающие трансформаторы в распределительных сетях включаются неодновременно и не всегда на полную мощность, вследствие чего мощности установленных трансформаторов значительно больше (в 7-8 раз) мощностей генераторов, вырабатывающих электроэнергию на электростанциях. Трансформатор имеет две изолированные обмотки, помещенные на стальном магпитопроводе. Обмотка, включенная в сеть источника электрической энергии, называется первичной; обмотка, от которой энергия подается к приемнику, – вторичной. Обычно напряжения первичной и вторичной обмоток неодинаковы. Если вторичное напряжение больше первичного, то трансформатор называется повышающим, если же вторичное напряжение меньше первичного, то понижающим. Любой трансформатор может быть использован и как повышающий, и как понижающий. Принцип действия и устройство трансформатора. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника переменного тока, то по ней будет проходить переменный ток, который возбудит в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток. Магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки трансформатора, индуктирует в этой обмотке эдс. Под действием этой эдс по вторичной обмотке и через приемник энергии будет протекать ток. Таким образом, электрическая энергия, трансформируясь, передается из первичной цепи во вторичную, но при другом напряжении, на которое рассчитан приемник энергии, включенный во вторичную цепь. Для улучшения магнитной связи между первичной и вторичной обмотками их помещают на стальном магнитопроводе. Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопроводы трансформаторов собирают из тонких пластин (толщиной 0,5 и 0,35 мм) трансформаторной стали, покрытых изоляцией (жаростойким лаком). Материалом магнитопровода является трансформаторная сталь Э-42, Э-43, Э-43А, Э-320, Э-330, Э-ЗЗОА и др. Холоднокатаная сталь имеет высокую магнитную проницаемость (больше чем горячекатаная) в направлении, совпадающем с направлением проката, тогда как перпендикулярно прокату магнитная проницаемость относительно низкая. Поэтому магнитопроводы из холоднокатаной стали делают так, чтобы магнитные линии замыкались по направлению проката стали. Магнитопроводы трансформаторов малой мощности изготовляют из ленты холоднокатаной стали. В трансформаторах больших мощностей магнитопроводы собирают из полос стали. Холоднокатаную сталь разрезают так, чтобы направление магнитных линий в собранном магнитопроводе совпадало с направлением прокатки стали. У горячекатаной стали (Э-42, Э-43 и др. ) магнитная проницаемость одинакова во всех направлениях и при малых мощностях магнитопроводы собирают из пластин Ш-или П-образной формы, которые штампуются из листовой стали. В зависимости от формы магнитопровода и расположения обмоток на нем трансформаторы могут быть стержневыми и броневыми. Магнитопровод стержневого однофазного трансформатора имеет два стержня, на которых помещены его обмотки (изо, а). Эти стержни соединены ярмом с двух сторон так, что магнитный поток замыкается по стали. Магнитопровод броневого однофазного трансформатора (изо,б) имеет один стержень, на котором полностью помещены обмотки трансформатора. Стержень с двух сторон охватывается (бронируется) ярмом так, что обмотка частично защищена магнитопроводом от механических повреждений. Магнитопроводы однофазных трансформаторов: а – пластинчатый стержневой б – пластинчатый броневой в – ленточный стержневой г – ленточный броневой   ленточный кольцевой тороидальный Ленточные магнитопроводы из холоднокатаной стали подобны стержневым (изо,в) или броневым (изо ,г). Трансформаторы большой мощности в настоящее время изготовляют исключительно стержневыми, а трансформаторы малой мощности часто делают броневыми. Расположение обмоток на магнитопроводе показано на рисунке. Ближе к стержню магнитопровода располагается обмотка низшего напряжения НН, так как ее легче изолировать от магнитопровода, чем обмотку высшего напряжения ВН. Обмотку высшего напряжения изолируют от обмотки низшего напряжения прокладками, рейками, шайбами и другими изоляционными деталями (чаще из электрокартона). При цилиндрических обмотках поперечному сечению магнитопровода желательно придать круглую форму, так как в этом случае в площади, охватываемой обмотками, не остается промежутков, не заполненных сталью. Чем меньше незаполненных промежутков, тем меньше длина витков обмоток и, следовательно, масса обмоточного провода при заданной площади поперечного сечения магнитопровода. Однако магнитопроводы круглого поперечного сечения не делают. Для изготовления магнитопровода круглого сечения надо было бы собрать его из большого числа стальных листов различной ширины. Поэтому у трансформаторов большой мощности магнитопровод имеет ступенчатое поперечное сечение с числом ступеней не более 9 – 10. Число ступеней сечения сердечника определяется числом углов в одной четверти круга. На рисунке показано поперечное сечение трехступенчатого магнитопровода. Для лучшего охлаждения в магнитопроводах и в обмотках мощных трансформаторов устраивают охлаждающие каналы в плоскостях, параллельных и перпендикулярных плоскости стальных листов. В трансформаторах малой мощности поперечное сечение магнитопровода имеет прямоугольную форму и обмоткам придают форму прямоугольных катушек. При малых токах радиальные механические усилия, возникающие при работе трансформатора и действующие на обмотки, будут малы, так что изготовление обмоток упрощается. В паспорте трансформатора указывают его номинальную мощность S, номинальные напряжения U1 и U2 и токи I1 и I2 первичной и вторичной обмоток при полной (номинальной) нагрузке. Номинальной мощностью трансформаторов называется полная мощность, отдаваемая его вторичной обмоткой при полной (номинальной) нагрузке. Номинальная мощность выражается в единицах полной мощности, т. е. в вольт-амперах или киловольт-амперах. В ваттах и киловаттах измеряют активную мощность трансформатора, т. е. ту мощность, которая может быть преобразована из электрической в механическую, тепловую, химическую, световую и т. д. Сечения проводов обмоток и всех частей машины или любого электрического аппарата определяются не активной составляющей тока или активной мощностью, а полным током, проходящим по проводнику, и, следовательно, полной мощностью. Трансформаторы малой мощности имеют большую удельную поверхность охлаждения, и естественное воздушное охлаждение является для них вполне достаточным. Трансформаторы большой мощности устраивают с масляным ох-лаждением, для чего помещают их в металлические баки, наполненные минеральным маслом. Наиболее широко распространено естественное охлаждение стенок бака трансформатора. Для увеличения охлаждающей поверхности в стенки баков вваривают стальные трубы или радиаторы. Масло в баке трансформатора в процессе эксплуатации соприкасается с окружающим воздухом и подвергается окислению, увлажнению и загрязнению, вследствие чего уменьшается его электрическая прочность. Для обеспечения нормальной эксплуатации трансформатора необходимо контролировать температуру масла, заменять его новым, производить периодическую сушку и очистку. Работа трансформатора под нагрузкой. При холостом ходе трансформатора (нагрузки нет) вторичная обмотка его разомкнута и ток в этой обмотке не проходит. В первичной обмотке при этом проходит ток холостого хода I0, который много меньше тока этой обмотки при номинальной нагрузке трансформатора. Намагничивающая сила холостого хода I01 возбуждает переменный магнитный поток, который замыкается по магнитопроводу и индуктирует в первичной и вторичной обмотках эдс, зависящие от числа витков этих обмоток 1 и 2, амплитуды магнитного потока Фm (Вб) и частоты его изменения f. Действующие значения эдс первичной E1 и вторичной Е2 обмоток: E1 = 4. 441fФm и E2 = 4.442fФm Так как при холостом ходе во вторичной обмотке тока нет, то напряжение на зажимах этой обмотки равно эдс, т. е. U2 = E2. В первичной обмотке проходит небольшой ток холостого хода и напряжение этой обмотки незначительно отличается от эдс, т. е. U1 E1. Отношение напряжений на зажимах первичной и вторичной обмоток трансформатора при холостом ходе (без нагрузки) называется коэффициентом трансформации и обозначается буквой n, т. е. n = U1/U2 = E1/E2 = 1/2 и U1 = (1/2)U2 = nU2. Таким образом, если в трансформаторе первичная и вторичная обмотки имеют различное число витков, то при включении первичной обмотки в сеть переменного тока с напряжением U1 на зажимах вторичной обмотки возникает напряжение U2, не равное напряжению U1. Если вторичную обмотку трансформатора замкнуть на какой-либо приемник энергии (изо, а), то во вторичной цепи будет проходить ток I2, а в первичной обмотке – ток I1. Магнитодвидущие силы первичной и вторичной совместно возбудят в магнитопроводе результирующий магнитный поток. Схема работы трансформатора (а) и его условное обозначение (б) Пренебрегая падением напряжения в сопротивлении первичной обмотки трансформатора и потоком рассеяния, можно допустить при любой его нагрузке приближенное равенство абсолютных величин приложенного напряжения и уравновешивающей это напряжение эдс первичной обмотки, т. е. U1 = E1. Поэтому при неизменном по величине приложенном напряжении U1 будет приблизительно неизменной эдс E1, индуктированная в первичной обмотке при любой нагрузке трансформатора. Так как эдс E1 зависит от магнитного потока, то и магнитный поток в магнитопроводе трансформатора при любом изменении нагрузки будет приблизительно неизменным и равным магнитному потоку при холостом ходе Фm. Следовательно, геометрическая сумма мдс первичной и вторичной обмоток трансформатора при нагрузке равна мдс холостого хода, т. е. i11+i22=i01, откуда i11 = i01- i22 или i1 = i0 – i’2, где I’2 =I2(2/1) = I2(1/n) – приведенный к первичной цепи ток вторичной обмотки. Таким образом, при нагрузке трансформатора ток первичной обмотки возбуждает магнитный поток в магнитопроводе с неизменной амплитудой (составляющая I0) и уравновешивает размагничивающее действие тока вторичной обмотки (составляющая -I’2). Ток I2, проходящий по вторичной обмотке при нагрузке трансформатора, создает свой магнитный поток, который согласно закону Ленца направлен встречно магнитному потоку в сердечнике и стремится его уменьшить; это бы вызвало уменьшение эдс Е1 и увеличение тока I1. Чтобы результирующий магнитный поток в сердечнике остался неизменным, встречный магнитный поток вторичной обмотки должен быть уравновешен магнитным потоком первичной обмотки. Следовательно, при увеличении тока вторичной обмотки I2 возрастает размагничивающий магнитный поток этой обмотки и одновременно увеличиваются как ток первичной обмотки I1, так и магнитный поток, создаваемый этим током. Так как магнитный поток первичной обмотки уравновешивает размагничивающий поток вторичной обмотки, то результирующий магнитный поток в сердечнике оказывается неизменным. В понижающем трансформаторе напряжение первичной обмотки U1 больше напряжения вторичной обмотки U2 в n раз и ток вторичной обмотки I2 больше тока первичной обмотки I1 также в n раз. В повышающем трансформаторе имеет место обратное соотношение между напряжениями его обмоток и между токами в них. Если, например, включить на полную нагрузку трансформатор, напряжения первичной и вторичной обмоток которого равны U1 = 220 В, U2 = 24 В, то при номинальном токе первичной обмотки I1 = 3A, ток во вторичной обмотке I2 = 3 •(220/24) = 27,5 A. Таким образом, в обмотке с более высоким напряжением ток меньше, чем в обмотке с более низким напряжением. Обмотка с более высоким напряжением имеет большее число витков и наматывается из провода с меньшим поперечным сечением, чем обмотка с более низким напряжением. При работе трансформатора под нагрузкой в первичной и во вторичной его обмотках проходят токи, создающие потоки рассеяния Фs1 и Фs2. Эти магнитные потоки сцеплены только с витками той обмотки, током которой они создаются, и всегда много меньше основного магнитного потока Фm, замыкающегося по магнитопроводу трансформатора (по стали), так как потоки рассеяния частично проходят в немагнитной среде. Потоки рассеяния индуктируют в обмотках эдс рассеяния, которые в небольшой степени изменяют напряжение вторичной обмотки трансформатора при изменении его нагрузки. Условное обозначение трансформатора показано на изо,б. Чтобы не устанавливать отдельный трансформатор на каждое рабочее напряжение, целесообразно на одном трансформаторе иметь несколько вторичных обмоток с различным числом витков. Такие трансформаторы, называемые многообмоточными, широко применяют в радиоприемниках, телевизорах, усилителях и другой аппаратуре, требующей для питания несколько переменных напряжений различной величины. Соотношения числа витков обмоток определяются их напряжениями, т. е. 2/1= U2/U1; 3/1 = U3U1. Ток в первичной обмотке равен суммарному току всех приведенных вторичных обмоток: I1 = I2U2/U1 + I3U3/U1 + …. Изменение тока в любой вторичной обмотке вызывает соответствующее изменение тока первичной обмотки. При этом несколько изменяются напряжения всех вторичных обмоток трансформатора, т. е. напряжение любой вторичной обмотки зависит от тока как в этой обмотке, так и в любой другой вторичной обмотке трансформатора.

Трансформатор | Справка

Електроенергетика мережi, обладнання

Деталі

Категорія: Справка

• трансформатор

Трансформатором называется статический индуктивный преобразователь, имеющий две или больше индуктивно связанных взаимно неподвижных обмоток и предназначенный для преобразования по средством электромагнитной индукции параметров электрической энергии переменного тока (напряжения, тока, частоты, числа фаз).
Электрическая энергия переменного тока подводится к первичной обмотке трансформатора от сети с числом фаз тх, фазным напряжением С/, и частотой /, и передается во вторичную обмотку с числом фаз т2, фазным напряжением U2 и частотой f2 посредством магнитного поля. В большинстве случаев при помощи трансформатора преобразуются только напряжения U2 * Ux и токи 12 ф 1х без изменения частоты и числа фаз.
Обычно электрическое соединение между первичной и вторичной обмотками в трансформаторе отсутствует и энергия из одной обмотки в другую передается только за счет магнитной связи между ними.
Трансформатор, имеющий две однофазные или многофазные электрически не связанные между собой обмотки (рис. 1.1, а или 1.2), называется двухобмоточным; трансформатор, имеющий три или более (рис. 1.1,6) электрически не связанные обмотки — трехобмоточным или многообмоточным.
Особой разновидностью трансформатора является автотрансформатор, в котором часть энергии из первичной сети передается во вторичную электрическим путем за счет электрической связи между обмотками.
Однофазная или многофазная обмотка, потребляющая энергию из сети, называется первичной. При направлениях преобразования энергии, показанных на рис. 1.1 и 1.2, обмотки 1 — первичные.
Обмотка, отдающая энергию в сеть, называется вторичной (обмотки 2 и 5 на рис. 1.1, обмотка 2 на рис. 1.2). Многообмоточный трансформатор может иметь несколько первичных и вторичных обмоток (трансформатор по рис. 1.1,6 имеет две вторичные обмотки 2 и 3).

 

Рис. 1.1. Однофазные двухобмоточный (а) и трехобмоточный (б) трансформаторы:
1 — первичная обмотка; 2, 3 — вторичные обмотки; 4 — магнитопровод

Многофазные обмотки образуются из соединенных звездой или многоугольником фазных обмоток, число которых равно числу фаз сети. Каждая из фазных обмоток представляет собой многовитковую катушку, располагающуюся на отдельном стержне магнитопровода.
В зависимости от числа фаз различают однофазные (рис. 1.1, а, б), трехфазные (рис. 1.2) и многофазные трансформаторы.
Трансформатор как преобразователь электрической энергии находит широкое применение. При помощи трансформаторов производится передача электрической энергии от электрических станций к потребителям. При этой передаче напряжение должно многократно изменяться. Поэтому суммарная установленная мощность трансформаторов в современных электрических системах в 5—7 раз превышает установленную мощность электрических генераторов.

Рис. 1.2. Трехфазный двухобмоточный трансформатор:
1 — катушки первичной трехфазной обмотки, соединенной звездой; 2 — катушки вторичной трехфазной обмотки, соединенной звездой; 3 — магнитопровод

Наряду с трансформаторами и автотрансформаторами, используемыми в электрических системах и называемых силовыми, широкое распространение получили трансформаторы, предназначенные для преобразований числа фаз и частоты. В разнообразных промышленных установках, в устройствах связи, радио, телевидения, автоматических системах регулирования и управления и в измерительной технике применяются специальные типы трансформаторов.
Отечественная промышленность выпускает широкий ассортимент трансформаторов мощностью от долей вольт-ампера до нескольких сотен мегавольт-ампер; на напряжения от долей вольта до сотен киловольт; на токи до нескольких десятков килоампер; на частоты до сотен тысяч герц, а также ряд специальных трансформаторов (импульсных, с регулируемым напряжением, со стабилизированным напряжением и др.
Трансформаторы изготовляются по техническим условиям или в соответствии с требованиями стандартов и предназначаются изготовителем для выполнения вполне определенных функций по преобразованию электрической энергии.
Частота, токи, напряжения, мощности и другие параметры, относящиеся к тому режиму работы, для которого трансформатор предназначен изготовителем, называются номинальными. Номинальные параметры указываются на табличке, прикрепленной к трансформатору.
Под номинальными напряжениями понимаются линейные напряжения каждой из обмоток на линейных выводах.

Номинальная частота гармонически изменяющихся величин (токов, напряжений) для трансформаторов общего применения в нашей стране равна 50 Гц, в некоторых других странах, например в США, 60 Гц.

Сообщение на щитке трансформатора номинальных данных не следует понимать как предписание эксплуатировать трансформатор только в номинальном режиме. Работа трансформатора возможна и в диапазоне изменения тока /2 от 0 до /2ном, возможны и некоторые перегрузки по току, ограниченные по времени [13], а также небольшие изменения напряжения и частоты.
Следует заметить, что при фиксированном первичном напряжении Ul = const вторичное напряжение U2 зависит от вторичной нагрузки и ее характера и может отличаться на ±5—10 % от напряжения U2 при холостом ходе, когда /2 = 0. Казалось бы, за номинальное вторичное напряжение следует принять напряжение при номинальной мощности 5Н0М. Однако это напряжение зависит от фазы тока 12 по отношению к напряжению. Поэтому, чтобы избежать неопределенности, за номинальное вторичное напряжение С/2ном принимается напряжение при холостом ходе трансформатора (при /2 = 0).
За номинальный вторичный ток условно принимается ток, рассчитанный по номинальной мощности при номинальном вторичном напряжении.
В зависимости от соотношения между номинальными напряжениями первичной и вторичной обмоток различают трансформаторы понижающие и повышающие. В повышающем трансформаторе первичная обмотка является обмоткой низшего напряжения (НН), вторичная — обмоткой высшего напряжения (ВН). В понижающем — наоборот. Например, трансформатор на рис. 1.2 будет повышающим, если Uхном < С/2ном, и понижающим, если U1ном > С/2ном (стрелки на рисунке показывают направление передачи энергии).

• Попередня
• Наступна

Близьки публікації

• Теплопроводность обмоток и охлаждение трансформаторов малой мощности
• Теплопередача в трансформаторах и вязкостные свойства масел
• Эксплуатация трансформаторного масла
• Сушка активной части силовых трансформаторов
• Стяжка и крепеж силового трансформатора

Copyright © 2007 – 2023 Електроенергетика При цитуванні – посилання є обов`язковим (в інтернеті – активне гіперпосилання).

Наверх

Интегрированные в здания фотогальваники (BIPV) | Британника

Похожие темы:

здание фотогальваническое устройство электроснабжение

См. весь связанный контент →

встроенные в здание фотоэлектрические элементы (BIPV) , фотоэлектрические элементы и тонкопленочные солнечные элементы, которые являются неотъемлемыми компонентами здания. Интегрированные в здания фотоэлектрические элементы (BIPV) одновременно выполняют обычные структурные функции — в качестве экстерьера, окон или крыш — а также вырабатывают электроэнергию. Как правило, они превосходят фотоэлектрические батареи (солнечные батареи), которые устанавливаются на поверхности существующих зданий, поскольку они максимально увеличивают площадь поверхности, используемую для выработки солнечной энергии. BIPV обеспечивают вспомогательный или даже основной источник электроэнергии, значительно снижая или даже устраняя потребность здания в электроэнергии из электрической сети.

В 1970-х годах солнечные батареи впервые были установлены на крышах жилых и коммерческих помещений, в основном в Соединенных Штатах. Эти системы не были ни распространенными, ни эффективными. Большинство солнечных батарей использовались в изолированных районах, где электричество из сети было недоступно. В 1980-х годах эффективность фотоэлектрических систем повысилась, а стоимость снизилась, а солнечные батареи стали более широко размещаться на крышах городов и пригородов, в первую очередь в развитых странах, таких как США и Германия. Фотоэлектрические материалы были впервые интегрированы в фасады зданий и крыши в 19 веке.90-е.

Системы BIPV состоят из четырех основных компонентов: фасады, остекление, скатные крыши и плоские крыши. Фасады могут быть изготовлены из фотогальванических материалов, непосредственно интегрированных со строительным материалом, или в виде фотогальванического внешнего слоя. Остекление — это прямая интеграция фотоэлектрических элементов с прозрачными поверхностями, такими как стеклянные окна. BIPV на скатных крышах могут иметь форму солнечных модулей, которые функционируют как черепица. Преимущества такой «солнечной черепицы» включают продление нормального срока службы крыши за счет защиты крыши и изоляции здания от ультрафиолетовых лучей и повреждения водой. Система BIPV на плоской крыше обычно представляет собой гибкий тонкопленочный солнечный слой, который заменяет обычные материалы для плоской крыши, такие как битум или резина.

Системы BIPV обладают огромным потенциалом, если учесть всю возможную площадь поверхности от крыш домов до стеклянных фасадов высотных зданий. Однако оценка BIPV, проведенная Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии США (NREL) в 2011 году, показала, что необходимо преодолеть серьезные технические проблемы, прежде чем стоимость установки BIPV станет конкурентоспособной по сравнению с более традиционными фотоэлектрическими панелями.

Несмотря на технические проблемы и высокую стоимость, связанные с объединением стандартных строительных материалов с эффективными фотоэлектрическими элементами, спрос на BIPV в 21 веке рос, как и потребность в эффективных и экономичных решениях по возобновляемым источникам энергии. NREL предсказал, что BIPV в конечном итоге превзойдут традиционные фотоэлектрические элементы и что продолжающаяся интеграция приведет к созданию солнечных продуктов, которые смогут полностью заменить традиционные строительные материалы.

Daniel Burgess

Что такое трансформатор и как он работает

---

Электрическая энергия состоит из двух основных элементов: тока и напряжения.

• Ток — скорость потока электрической энергии, измеренная в амперах
• Напряжение — сила этой электрической энергии, измеренная в вольтах

Представьте себе электричество, как воду, текущую по трубе.

• Ток скорость потока воды
• Напряжение – давление воды

Для подачи воды из городского водохранилища в дома, предприятия и фабрики вам понадобится большая труба и большой напор воды. Городские водопроводы построены так, чтобы перекачивать огромные объемы воды, и эта вода движется быстро из-за сильного напора воды.

А теперь представьте, что вы подсоединяете водопроводную трубу большого объема и высокого давления прямо к кухонной раковине. Кран лопнет, как только вы его включите, и в ваш дом хлынет река. Для использования давление воды в главном водопроводе должно быть уменьшено с помощью регуляторов давления.

После того, как давление воды уменьшится, ее наконец-то можно будет использовать для душа, мытья посуды, полива сада и любых других домашних и деловых дел.

Трансформаторы делают то же самое с электричеством. Электричество, проходящее по линиям электропередач, может превышать 300 000 вольт — огромное количество «электрического давления». Трансформаторы делают электричество пригодным для использования за счет снижения напряжения в точке потребления. Трансформаторы такого типа называются понижающими трансформаторами.

Они варьируются от массивных трансформаторов подстанций, которые можно найти во дворах коммунальных подстанций, до больших зеленых трансформаторов, устанавливаемых на подставке за пределами вашего предприятия, до небольших трансформаторов, устанавливаемых на опорах электропередач.

Коммерческие и промышленные предприятия используют большие трансформаторы, которые обеспечивают трехфазное напряжение, такое как 480 или 208 вольт. Дома и малые предприятия используют однофазные трансформаторы меньшего размера для обеспечения однофазного напряжения 120/240 В. Здесь мы сосредоточимся на трехфазных распределительных трансформаторах.

---

Трансформатор действует в соответствии с законом сохранения энергии, согласно которому энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, а только преобразована. Следовательно, трансформатор не производит электричество, он просто изменяет напряжение в соответствии с потребностями пользователя.

Трансформаторы осуществляют это изменение напряжения посредством процесса электромагнитной индукции.

Электромагнитная индукция

Когда вы пропускаете переменный электрический ток по проводу (проводнику), вокруг наэлектризованного проводника создается невидимое движущееся магнитное поле. Когда вы помещаете второй проводник в это изменяющееся магнитное поле, движущиеся силовые линии в поле индуцируют ток во втором проводнике.

Вы можете использовать электромагнитную индукцию для увеличения или уменьшения напряжения между двумя проводниками, намотав два проводника на катушки, одна из которых длиннее (с большим количеством петель в катушке), а другая короче (с меньшим количеством петель в катушке). Если вы затем электрифицируете катушку с большим количеством петель, в катушке с меньшим количеством петель будет индуцироваться ток при более низком напряжении, чем в первой катушке.

---

Первый спиральный проводник, по которому электричество поступает в трансформатор, называется первичной катушкой, а другая катушка, в которой индуцируется ток, называется вторичной катушкой. И первичная, и вторичная катушки (также называемые обмотками), изготовленные из алюминия или меди, намотаны на железный сердечник, который усиливает и направляет изменяющееся магнитное поле для лучшей индукции.

Каждая петля в катушке вокруг железного сердечника называется «витком».

Как получить именно то напряжение, которое нам нужно? Во-первых, мы должны понять одно простое правило: соотношение витков между первичной и вторичной обмотками определяет соотношение напряжения между обмотками.

Если соотношение витков между катушками 25:1, то напряжение будет трансформироваться в соотношении 25:1. Чтобы получить точное напряжение, которое вам нужно, вы должны построить трансформатор с точным желаемым соотношением витков в каждой катушке. Трансформатор с соотношением витков 25:1 будет использоваться для преобразования 12 000 вольт в 480 вольт.

---

Существует множество конфигураций и типов трансформаторов, таких как блочные подстанции, мачтовые, сухие трансформаторы среднего напряжения и сухие трансформаторы общего назначения низкого напряжения. Несмотря на разные цели проектирования, все они используют схожие компоненты. Ниже мы рассмотрим детали, встречающиеся в маслонаполненных трансформаторах.

---

Вводы

Вводы трансформаторов представляют собой изолированные клеммы, которые позволяют электричеству безопасно проходить через стенку бака трансформатора без электрического контакта с ним. Это части трансформатора, которые подключаются к источнику питания (со стороны высокого напряжения) и нагрузке (со стороны низкого напряжения).

Втулки трансформатора

Сердечник и катушки

Сердечник и катушки трансформатора, составляющие основу трансформатора, являются местом, где происходит процесс индукции. Когда электричество течет от линии электропередач к трансформатору, катушки определяют, как преобразуется поступающее напряжение. Катушки наматываются вокруг сердечника и могут быть изготовлены из алюминия или меди.

Сердечник и катушка трансформатора

Выключатели нагрузки

Выключатель нагрузки трансформатора (переключатель LBOR) представляет собой специальный поворотный переключатель, который позволяет электрикам вручную отключать трансформатор от электросети, обесточив сердечник и катушки. Эти выключатели называются выключателями нагрузки, поскольку их можно использовать, даже когда трансформатор находится под напряжением и «под нагрузкой».

Выключатели нагрузки

Плавкие предохранители

Плавкие предохранители трансформатора защищают электрическую систему в случае возникновения проблем с трансформатором или в оборудовании, расположенном дальше по цепочке электропитания. При воздействии опасно высокого тока или чрезмерного нагрева тонкая проволока (называемая «элементом») внутри предохранителя плавится. Это открывает или «разрывает» поток электроэнергии, отключая трансформатор от электросети.

Отводы для регулировки напряжения

Отводы для регулировки напряжения трансформатора позволяют поддерживать правильное вторичное напряжение в случае, если первичное напряжение выше или ниже ожидаемого. Настройка отвода регулируется вращением переключателя отводов. При вращении переключателя отводов небольшие участки первичных обмоток отключаются, что изменяет соотношение первичных и вторичных обмоток, тем самым снижая номинальное первичное напряжение.

Жидкость

Трансформаторное масло или жидкость используются для охлаждения трансформаторов, когда они нагреваются во время работы. Для поддержания низких температур специальный бак заполняется трансформаторной жидкостью. Эта жидкость течет по каналам или «каналам» между обмотками трансформатора и служит изолятором и охлаждающей средой. Только заполненные жидкостью трансформаторы содержат трансформаторную жидкость.