устройство и принципы работы, назначение и область применения прибора
Название “трансформатор” произошло от латинского слова «transforмare», что значит “превращать, преобразовывать”. Именно в этом и заключается его суть — преобразование путем магнитной индукции переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но аналогичной частоты. Главное назначение трансформатора — использование в электросетях и источниках питания разнообразных приборов.
- Устройство и принцип действия
- Классификация по видам
- Силовые преобразователи
- Автотрансформаторы (ЛАТР)
- Трансформаторы тока
- Импульсные преобразователи
- Область применения приборов
Устройство и принцип действия
Трансформатор — это прибор для преобразования переменного тока и напряжения, не имеющий подвижных частей.
Устройство трансформаторов состоит из одной или нескольких обособленных проволочных, иногда ленточных катушек (обмоток), которые охвачены единым магнитным потоком.
На рисунке схематично представлен принцип работы трансформатора.
На рисунке видно, что первичная обмотка подсоединена к источнику переменного тока, а другая (вторичная) — к нагрузке. В витках первичной обмотки при этом проистекает переменный ток, его величина I1. А обе катушки охватывает магнитный поток Ф, производящий в них электродвижущую силу.
Если вторичная обмотка находится без нагрузки, то такой режим работы преобразователя называется «холостой ход». Когда вторичная катушка под нагрузкой, в ней под действием электродвижущей силы возникает ток I2.
Выходное напряжение при этом зависит напрямую от того, сколько витков на катушках, а сила тока — от диаметра (сечения) провода. Другими словами, если обе катушки имеют равное количество витков, то напряжение на выходе будет равно напряжению на входе.
А если на вторичную катушку намотать в 2 раза больше витков, то и напряжение на выходе станет в 2 раза выше входного.
Итоговый ток зависит также и от диаметра провода обмотки. Например, при большой нагрузке и маленьком диаметре провода может произойти перегрев обмотки, нарушение целостности изоляции и даже полный выход из строя трансформатора.
Во избежание таких ситуаций составлены таблицы для расчета преобразователя и выбора диаметра провода под заданное выходное напряжение.
Классификация по видам
Трансформаторы принято классифицировать по нескольким признакам: по назначению, по способу установки, по типу изоляции, по используемому напряжению и т. д. Рассмотрим самые распространенные виды приборов.
Силовые преобразователи
Такой вид приборов применяется для подачи и приема электрической энергии на ЛЭП и с ЛЭП с напряжением до 1150 квт. Отсюда и название — силовой.
Эти приборы функционируют на низких частотах — порядка 50−60 Гц. Их конструктивными особенностями является то, что они могут содержать несколько обмоток, которые располагаются на броневом сердечнике, изготовленном из электротехнической стали. Причем катушки низкого напряжения могут быть запитаны параллельно.
Такой прибор носит название трансформатор с расщепленными обмотками. Обычно силовые трансформаторы помещают в емкость с трансформаторным маслом, а самые мощные агрегаты охлаждают активной системой. Для установки на подстанциях и электростанциях используют трехфазные приборы мощностью до 4 тыс. кВА. Они получили наибольшее распространение, так как потери в них уменьшены на 15% по сравнению с однофазными.
Автотрансформаторы (ЛАТР)
Это особая разновидность низкочастотного прибора. В нем вторичная обмотка одновременно является частью первичной и наоборот. То есть катушки связываются не только магнитно, но и электрически.
Разное напряжение получается и с одной обмотки, если сделано несколько выводов. За счет использования меньшего количества проводов достигается удешевление прибора. Однако при этом отсутствует гальваническая развязка обмоток, а это уже существенный недочет.
Автотрансформаторы нашли применение в высоковольтных сетях и в установках автоматического управления, для запуска двигателей переменного тока. Целесообразно их использование при невысоких коэффициентах трансформации. ЛАТР применяют для регулировки напряжения в лабораторных условиях.
Трансформаторы тока
В таких приборах первичная обмотка подсоединяется непосредственно к источнику тока, а вторичная — к приборам с небольшим внутренним сопротивлением. Это могут быть защитные или измерительные устройства. Самым распространенным видом трансформатора тока считается измерительный.
Он состоит из сердечника, выполненного из шихтованной кремнистой холоднокатаной электротехнической стали, с намотанной на него одной или несколькими обособленными вторичными обмотками.
Такие преобразователи безопасны и поэтому нашли применение при измерении тока и в схемах релейной защиты.
Импульсные преобразователи
В современном мире импульсные системы практически полностью заменили тяжелые низкочастотные трансформаторы.
- кольцо;
- стержень;
- чашечка;
- в виде буквы Ш;
- П-образный.
Превосходство таких приборов сомнениям не подлежит — они способны функционировать на частотах до 500 и более кГц.
Так как это прибор высокочастотный, то его размеры существенно снижаются с ростом частоты. На обмотку расходуется меньшее количество провода, а для получения высокочастотного тока в первой цепи достаточно лишь подключения полевого или биполярного транзистора.
Существуют еще много разновидностей трансформаторов: разделительные, согласующие, пик-трансформаторы, сдвоенный дроссель и т. д. Все они широко применяются в современной промышленности.
Область применения приборов
Сегодня, пожалуй, трудно себе представить область науки и техники, где не применяются трансформаторы. Их широко используются для следующих целей:
- Для передачи и раздачи электроэнергии.
- Для создания допустимой схемы включения вентилей. Применяется в преобразовательных устройствах с одновременным согласованием входного и выходного напряжения.
- В производстве: в сварке, для снабжения электротермических установок и т. д. Мощность таких приборов достигает порой десятков тысяч кВА и напряжения до 10 кВ, а рабочий диапазон — 50 Гц.
- Преобразователи малой мощности и невысокого напряжения применяют для радио- и телеаппаратуры, устройств связи, бытовых приборов, для согласования напряжений и т. д.
- При включении электроизмерительных приборов и реле в электроцепи высокого напряжения с целью расширения диапазонов измерений и обеспечения электробезопасности.
Исходя из многообразия устройств и видов назначения трансформаторов, можно утверждать, что сегодня они — незаменимые, использующиеся практически повсеместно устройства, благодаря которым обеспечивается стабильность и достижение необходимых потребителю значений напряжения как гражданских сетей, так и сетей предприятий промышленности.
Назначение и область применения трансформаторов
Трансформатором, в электротехнике, называют статическое устройство, в состав которого входят две или боле индуктивно связанные обмотки, и предназначенное для выполнения преобразований, при помощи электромагнитной индукции, одних систем переменного тока в другие системы переменного тока.
Многие электротехнические задачи решаются благодаря применению трансформаторов. В основном это понижение или повышение напряжения, изменение числа фаз, согласование нагрузок, развязки цепей и многое другое. Преобразования выполняются, как правило, с минимальными потерями мощности и без изменений частоты. Подробно принцип работы трансформатора описан в этой статье. Трансформаторы в основном применяют для следующих целей.
Трансформаторы в электроснабжении
Эксплуатируемые на электростанциях генераторы переменного тока, как правило, вырабатывают электроэнергию при напряжениях 6-24кВ, но передавать электрическую энергию на большие расстояния значительно выгодней при напряжениях гораздо выше. Обычно напряжения на высоковольтных линиях электропередач имеют значения 110, 220, 330, 400, 500 и 750кВ. Поэтому для согласования генераторов переменного тока и линий электропередач, на каждой электростанции устанавливают повышающие напряжение трансформаторы.
Поставляемую линиями электропередач электроэнергию необходимо распределять между потребителями, населенными пунктами (городами и сёлами), промышленными предприятиями, внутри городов и сёл, а также внутри крупных предприятий, где электроснабжение осуществляется по воздушным и кабельным линиям и может иметь значение 220, 110, 35, 20, 10 и 6кВ.
Из этого следует, что в узлах распределительных сетей надо устанавливать трансформаторы понижающие напряжение от линий электропередач до значения применяемого конкретным потребителем (населённым пунктом или предприятием).
Но и это ещё не всё, ведь большинство конечных потребителей используют переменную электроэнергию напряжением 110, 220, 380 и 660в. Поэтому понижающие трансформаторы надо устанавливать и для пунктов конечного потребления электроэнергии.
Итого, чтобы пройти путь от электростанции до конечного потребителя, электрическая энергия подвергается многократным трансформаторным преобразованиям, примерно от 3-х до 5-ти раз.
Трансформаторы, которые выполняют вышеуказанные функции по передаче и распределению электроэнергии, принято называть силовыми трансформаторами.
Основными особенностями силових трансформаторов являются очень малые отклонения значений напряжений от номинальных на первичных и вторичных обмотках, а также то, что они почти всегда работают на частоте 50 Гц.
Силовые трансформаторы бывают двух- и трёх- обмоточными, одно- и трёхфазными, и могут быть изготовлены на напряжение до 1150кВ и мощность до 1 000 000 кВ*A.
Трансформаторы в преобразовательных устройствах
Трансформаторы используются для согласования напряжений на выходе и входе, а также для обеспечения нужной схемы включения вентилей преобразователя.
Выпрямление переменного тока в постоянный ток или преобразование из постоянного в переменный (инвертирование) осуществляется вентильными преобразователями. От схемы включения вентилей зависит отношение напряжений на входе и выходе преобразователя, то есть если на вход вентильного преобразователя мы подали одно напряжение, то на выходе мы обязательно получим другое, зависящее от схемы включения вентилей. А ведь напряжения на входе и выходе, как правило, должны соответствовать стандартным значениям. Этот недостаток устраняется благодаря применению трансформаторов, которые принято называть преобразовательными. К основным свойствам таких трансформаторов можно отнести то, что они работают при частоте от 50Гц и более, при напряжении до 110кВ, а мощность может достигать сотни тысяч киловольт*ампер.
Изготавливаются одно-, трёх- или многофазными с возможностью регулирования выходного напряжения или без неё.
Следует также отметить, что трансформаторы применяют не только для согласования напряжений, но ещё и в ряде схем включения вентилей.
Области различных технологий
Например, для питания электротермических установок применяют электропечные трансформаторы. Работают такие трансформаторы обычно на частоте 50Гц, а их мощность может достигать десятков тысяч киловольт-ампер при напряжении до 10кВ.
В области электросварки широко применяются сварочные трансформаторы, мощность которых гораздо меньше чем электропечных.
Как случай единичного применения, трансформатор Тесла, который применяется для создания спецэффектов в шоу индустрии.
Для подачи питания в различные электрические цепи радио и теле аппаратуры, автоматики и телемеханики, изделий связи, электробытовых приборов; а также для разделения и (или) согласования напряжений цепей различных элементов вышеуказанных устройств и т.
д.
Эти трансформаторы обычно маломощные (от вольт-ампера до нескольких киловольт-ампер). Могут иметь две или более обмотки, работают при невысоких напряжениях в основном на частоте 50Гц, но гораздо реже и на более высоких частотах (до десятков килогерц). Условия работы вышеуказанных трансформаторов зачастую могут быть специфичны, что может вызывать повышенные требования при изготовлении и проектировании.
Трансформаторы в электрических измерениях
Чтобы обеспечить электробезопасность и расширить пределы измерений, к электрическим цепям высокого напряжения или же к тем, где проходят большие токи, подключение электроизмерительных приборов и некоторых исполнительных аппаратов (реле и так далее) осуществляют с помощью измерительных трансформаторов.
Их мощность определяется мощностью потребляемой вышеуказанными приборами и аппаратами и обычно сравнительно небольшая. При этом они могут выполняться на высокие напряжения, как и у силовых трансформаторов.
Где используются силовые трансформаторы?
Трансформаторы предназначены для обеспечения надежности, долговечности и эффективности, необходимых для коммунальных, промышленных и коммерческих приложений.
Трансформаторы являются важными компонентами в нашей современной жизни, и они делают возможными большие энергетические системы. Для эффективной передачи сотен мегаватт мощности на большие расстояния требуются очень высокие линейные напряжения — в диапазоне от 161 до 1000 кВ.
Трансформатор — пассивное электрическое устройство, предназначенное для передачи переменного тока (AC) из одной электрической цепи в другую, обычно по принципу взаимной индукции. Во время этого процесса частота остается постоянной, тогда как напряжение может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от необходимости. Трансформаторы, повышающие напряжение между первичной и вторичной обмотками, определяются как повышающие трансформаторы, а трансформаторы, снижающие напряжение между первичной и вторичной обмотками, определяются как понижающие трансформаторы. Увеличивает или уменьшает трансформатор уровень напряжения, зависит от относительного количества витков между первичной и вторичной стороной трансформатора.
Трансформаторы полностью статичны и не могут быть перемещены из-за их твердого состояния. Он прочен и может прослужить в течение длительного периода без возникновения неисправностей при нормальных условиях эксплуатации. Без трансформаторов невозможно было бы развивать существующие сегодня крупные энергосистемы. Трансформаторы можно разделить на разные типы и способы, в зависимости от их назначения, использования, конструкции и т. д., какой из них является силовым трансформатором.
Силовой трансформатор
Силовой трансформатор предназначен для работы с входами высокого напряжения и может работать со 100% КПД (по сравнению с 60-70% КПД других трансформаторов). Обычно силовые трансформаторы работают с высоким напряжением в коммунальных сетях электропередачи в диапазоне (400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ) либо для повышающих, либо для понижающих приложений и обычно имеют номинальную мощность выше 200 МВА.
Кроме того, силовые трансформаторы позволяют эффективно передавать энергию на большие расстояния без потери мощности.
Таким образом, повышающие трансформаторы помогают подавать питание на линии электропередачи, хотя конечные пользователи не должны использовать эти силовые трансформаторы из-за их высокого напряжения. Такая высокая мощность не только повредит приборы, но также может стать причиной опасностей и смерти. Вот почему напряжение необходимо снова снизить перед отправкой конечным потребителям. Поэтому на подстанциях используются понижающие трансформаторы.
Если силовой трансформатор подключен к передающей сети, колебания нагрузки будут очень незначительными, поскольку они не подключены напрямую к потребителю, но если он подключен к распределительной сети, колебания нагрузки будут.
Особенности силовых трансформаторов
- Силовые трансформаторы поддерживают широкий диапазон уровней напряжения и используются для генерации, передачи и распределения
- Силовой трансформатор экономичен: использование жестких и точных материалов в силовых трансформаторах обеспечивает низкие потери в магнитопроводе и даже в обмотках, что приводит к снижению эксплуатационных расходов.
- Трансформатор используется для управления колебаниями высокого или низкого напряжения и надежен благодаря передовой технологии, используемой в процессе производства обмоток.
- Силовые трансформаторы имеют более одной первичной и вторичной обмоток. Он может быть сконфигурирован либо как однофазная первичная конфигурация, либо как трехфазная конфигурация.
- Максимальная безопасность- Все силовые трансформаторы осуществляются через охлаждение с помощью воздуха и без какой-либо изоляции.
Классификация силовых трансформаторов
Силовые трансформаторы охватывают совокупность крупнейших трансформаторных блоков по номинальной мощности и напряжению. Существует несколько различных классификаций силовых трансформаторов в зависимости от их номинальной мощности и напряжения, размера и/или применения.
Силовые трансформаторы можно разделить на три типа в зависимости от диапазонов. Это трансформаторы большой мощности, трансформаторы средней мощности и трансформаторы малой мощности.
Трансформаторы малой мощности (SPT)
Трансформаторы малой мощности (SPT) Диапазон трансформаторов от 500 до 7500 кВА.
Трансформатор средней мощности (MPT)
Трансформаторы средней мощности (MPT) В эту группу входят трансформаторы мощностью от 7500 до 100 МВА
Трансформатор большой мощности (LPT)
мощность обычно 100-200 МВА и выше
Где используются силовые трансформаторы.
Электричество является одним из основных элементов нашей повседневной жизни, на который мы полагаемся, и мы не можем представить себе образ жизни без электрической энергии/электричества. Как мы упоминали ранее, они используются в сети передачи для повышения или понижения уровня напряжения.
Силовые трансформаторы используются во многих приложениях, таких как:
- Измерения (как трансформаторы напряжения и тока).
- Цепи управления (переход на питание цепей с низким напряжением 24, 12 В переменного тока).
- Силовые трансформаторы на подстанциях перед передачей крупным промышленным потребителям. (шаг вперед).
- Распределение электроэнергии (переход от среднего напряжения к низкому)
- Силовые трансформаторы используются в промышленности
- Силовые трансформаторы используются на платформах, морских судах и под водой.
- Силовые трансформаторы используются на каждой электростанции и в каждом здании.
(шаг вперед).Силовые трансформаторы имеют самые высокие значения мощности и напряжения в семействе трансформаторов. Их срок службы составляет около 30 лет при эксплуатации в соответствии с его рейтингом.
Свяжитесь с GZ для промышленных поставок силовых трансформаторов. GZ Industrial Supplies является поставщиком и дистрибьютором силовых трансформаторов в Нигерии. У нас есть полный ассортимент медных силовых трансформаторов, разработанных для обеспечения надежности, долговечности и эффективности, необходимых для коммунальных, промышленных и коммерческих приложений. Наши силовые трансформаторы спроектированы и изготовлены в соответствии с высочайшими стандартами качества, что гарантирует их надежность.
11 ноября 2020 г. Лилиан Узуэгбу
Назначение трансформаторов в системе электропитания
Последнее обновление: 24 января 2023 г.
Если вы используете электрическую энергию переменного тока (AC), вы можете заметить использование трансформаторов. В системах постоянного тока (DC) промышленные источники питания используются для преобразования переменного напряжения в низкое постоянное напряжение. Трансформаторы, с другой стороны, преобразуют переменное напряжение в переменное напряжение или ток, не влияя на мощность.
Трансформаторы изготовлены из железного сердечника. На стороне высокого напряжения сердечника катушка намотана много раз, а на стороне более низкого напряжения трансформатора катушка намотана меньше раз. Когда электричество входит в катушку с одной стороны, оно индуцирует магнитное поле, которое создает более высокое или более низкое напряжение в другой катушке.
Какова функция трансформатора? Трансформаторы могут уменьшать или увеличивать напряжение, что иногда называют понижением или повышением напряжения.
Использование трансформатора может помочь сделать нужную мощность доступной для нас, когда она нам нужна.
Целью использования трансформатора в источнике питания является обеспечение доступности электроэнергии при ее передаче от электростанции в офис, дом, на работу или в другое место. Энергия теряется, когда она проходит по проводам передачи от электростанции к потребителю. Коммунальные службы используют очень высокое напряжение, чтобы терять меньше энергии.
В пути используются различные типы трансформаторов. Когда электричество поступает от электростанции, трансформаторы повышают напряжение, чтобы обеспечить эффективное перемещение электричества. Когда он покидает электростанцию, электричество может быть усилено до тысяч вольт, чтобы пройти его путь. Электричество в конечном итоге достигает передающих станций, где трансформаторы и управляющее оборудование снижают напряжение до более безопасного уровня. По мере того, как электричество проходит по линиям электропередач, оно дополнительно уменьшается трансформаторами на опорах электропередач.
Трансформатор другого типа понижает напряжение до 120 В, когда оно поступает в ваш дом или офис. При напряжении 120 В электричество можно использовать для питания некоторых устройств и электрических розеток. Вы также можете использовать адаптер для преобразования в DC для некоторых устройств, таких как компьютеры.
Долли-Стайл
Тип клетки
Зачем нужны трансформаторы?Использование трансформатора позволяет использовать электричество и передавать его на большие расстояния. Это означает, что меньшее количество электростанций может экономично поставлять электроэнергию широкому кругу потребителей без больших потерь энергии. Трансформаторы также гарантируют, что электроэнергия, поступающая в ваш дом, безопасна для ваших лампочек и розеток.
Чем может помочь Trystar Если вам нужна энергия и источник питания на рабочем месте, Trystar может помочь с генераторными док-станциями, портативными источниками питания и другими решениями.