Применение трансформатора: works.doklad.ru – Учебные материалы

Содержание

Сферы применения силовых трансформаторов

Силовым трансформатором является аппарат электрический, главная функция которого – это преобразование электричества из энергии одного значения напряжения в энергию, которая имеет другое назначение. Такие трансформаторы делятся на несколько групп:

  • исходя их количества фаз, они бывают трехфазные и однофазные;
  • они имеют разное количество обмоток и бывают трехобмоточные и двухобмоточные;
  • в зависимости от того, в каком месте их устанавливают, они бывают наружной установки и внутренней;
  • различные они и по назначению. Одни понижающие, а другие повышающие.

Стоит отметить, что это еще не все разграничения. Силовые трансформаторы отличаются в зависимости от способа охлаждения и исходя из группы обмотки.

Любой трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции.

При обмотке трансформатора подключается источник переменного тока, именно по этой обмотке и протекает переменный ток, он и создает в магнитопроводе устройства переменный магнитный поток. При замыкании в магнитопроводе этот поток индуктируется силу, которая называется электродвижущей. При чем, происходит это в другой обмотке. Это говорит о том, что все обмотки устройства связаны между собой связью, называемой магнитной.

Такие трансформаторы стали просто незаменимы во многих сферах. Таковой сферой, в первую очередь, являются промышленные предприятия, а также линии электропередачи железнодорожных путей. Словом, урбанистический пейзаж каждого города обязательно дополняется силовыми трансформаторами.

Такие трансформаторы создаются для того, чтобы передавать и распределять энергию электричества. Для этого строят подстанции, которые и распределяют энергию между домами, фабриками, заводами.

Существуют преобразовательные трансформаторы, которые применяются для того, чтобы обеспечивать нужную схему включения вентилей в устройствах преобразовательных. Кроме того, они согласовывать напряжение на входе и выходе этого устройства.

Для технологических целей также применяют такие силовые устройства. Так, их используют при сварке или в качестве питания электротермических установок.

Они необходимы также для того, чтобы включать электроизмерительные приборы и некоторые аппараты. Это нужно для того, чтобы расширить пределы измерения в электромагнитных цепях и обеспечить при этом электробезопасность.

Кроме того, и для телевизионной и радио аппаратуры тоже используют силовые трансформаторы в качестве питания. Благодаря этому устройству удается согласовать напряжение, разделить электрические цепи при необходимости.

Стоит отметить еще один важный вид трансформаторов – это сухие. Они созданы для того, чтобы работать в помещениях, которые имеют умеренный климат, при этом, температура может быть от плюс сорока градусов до минус сорока пяти градусов, а влажность воздуха 75 процентов даже при пятнадцати градусов. Устанавливать такие трансформаторы нужно не более тысячи метров над уровнем моря.

  • Трансформаторы ТСЗГЛ отличаются тем, что они без кожуха, у них есть выводы ВН и НН, для того, чтобы была возможность подключать гибкими шинами или кабелем.
  • ТСЗГЛ имеют вывод ВН внутри кожуха, а вот выводы НН либо выводятся на крышу трансформатора, либо находятся внутри кожуха для того, чтобы подсоединяться кабелем.
  • ТСЗГЛ и ТСЗГЛФ создаются с выводами вида НН, они обычно располагаются сбоку кожуха. При этом, у ТСЗГЛ выводы ВН с помощью кабеля подсоединены внутри кожуха. А вот у ТСЗГЛФ выводятся на фланец для того, чтобы их подсоединять шинами.

Для таких трансформаторов обычно используют специальные обмотки для изоляции, которые имеют кварцевый наполнитель и стеклоткань. Это говорит о том, что исключена возможность возникновения трещин, даже если трансформатор будет перегружен.

Для того, чтобы преобразовывать электроэнергию в сетях энергосистем, для того, чтобы блокировать железные дорогие, питание потребителей электроэнергии, для того, чтобы питать аппаратуры сигнализации существуют однофазные трансформаторы ОМ, ОМП, ОМГ.

Важно сказать также об энергосберегающих трансформаторах ТМГ 12. Это масляное устройство, которое создано для того, чтобы преобразовывать энергию в сетях различных систем энергии, как при наружной, так и при внутренней установке. При чем, используются они при температурах, которые колеблются от минус сорока пяти до сорока градусов. В связи с тем, что энергоресурсы постоянно дорожают, целесообразно экономить энергию. А это значит, что такой энегросберегающий трансформатор придется очень кстати. Еще один масляный трансформатор – ТМГ 21. Благодаря ему удается создать конструкцию, при которой удары токов и короткие замыкания сводятся к минимуму. Это плотная конструкция, которая имеет повышенную стойкость к радиальным усилиям.

Силовые трансформаторы

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Применение трансформаторов

Автор: Кикавский Александр

Чаще всего трансформаторы применяются в электрических сетях и в источниках питания разнообразных электрических приборов.

Применение трансформаторов в электрических сетях. Известно, что потеря энергии на нагревание провода является пропорциональной величине тока в квадрате (т.е. потеря достаточно значительна), то в случае передачи электрической энергии на большие расстояния целесообразно применять очень большие напряжения и малые токи. Однако, в целях обеспечения безопасности и в целях уменьшения массы электроизоляции, для бытовых нужд нежелательно использовать очень большие напряжения. Следовательно, чтобы транспортировать электроэнергию в сети на более выгодных условиях многократно применяются трансформаторы. Идея заключается в следующей технологии: трансформаторы устанавливаются сначала для того чтобы повысить значения напряжения генераторов на электрических станциях перед тем как транспортировать электроэнергию по сети, а потом трансформатор применяется для снижения напряжения линии электропередачи до уровня потребления бытовыми приборами.

Электрическая сеть является трехфазной, поэтому для трансформирования напряжения применяются трехфазные трансформаторы, или организуется группа из трех однофазных трансформаторов, которые соединяются по электрической схеме типа «звезда» или «треугольник».

В трехфазном трансформаторе предусмотрен общий сердечник для всех трех фаз.

Трансформатор обладает высоким коэффициентом полезного действия (КПД), который достигает значения выше 99%. Однако, в самых мощных трансформаторах электрических сетей выделяется огромная мощность (к примеру, для обычной мощности блока малой электростанции в 1 мегаватт (МВт), на трансформаторе может выделиться мощность до 100 киловатт). В связи с этим возникает необходимость, для трансформаторов огромной мощности, использовать специальную систему охлаждения. Конструкция такой системы предусматривает наличие бака заполненным специальной негорючей жидкостью или трансформаторным маслом, куда непосредственно помещается сам трансформатор. С помощью свободной конвекции или принудительной циркуляции жидкость или масло циркулирует между радиатором и баком. Редко масло или жидкость охлаждаются водой.

Применение в источниках питания различных электрических приборов. Для электропитания узлов электроприборов необходимо напряжение самых различных значений. Например, в телевизоре применяется напряжение от 20 тысяч вольт (20 кВ) для анода кинескопа, и до 5 вольт для транзисторов и различных микросхем. В компьютерной технике также широко применяется напряжение в 5 и 12 вольт для питания различных узлов и блоков. Данные напряжения проходят преобразование из напряжения электрической сети посредством трансформатора имеющим множество вторичных обмоток. Заметим, что сетевой трансформатор являлся одним из самых тяжелых узлов различных приборов. Потому что, размеры трансформатора определяются мощностью, которая им передается, при этом размер трансформатора прямо пропорционален мощности в степени одна четвертая. Также известно,

что габариты трансформатора можно уменьшить путем увеличения частоты переменного напряжения.

Польза применения трансформаторов в электросетях и электрических приборах очевидна. Без них невозможно передача электроэнергии с электрической станции к потребителю.

Best Sneakers | adidas

Назначение и области применения трансформаторов

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

С помощью трансформаторов повышается или понижается напряжение, изменяется число фаз, а в некоторых случаях преобразуется частота переменного тока. Возможность передачи электрических сигналов от одной обмотки к другой посредством взаимоиндукции была открытаМ. Фарадеем в 1831 г.; при изменении тока в одной из обмоток, намотанной на стальной магнитопровод, в другой обмотке индуцировалась ЭДС Однако первый практически работающий трансформатор создал известный изобретатель П. Н. Яблочков в содружестве с И. Ф. Усагиным в 1876 г. Это был двухобмоточный трансформатор с разомкнутым магнитопроводом.

В дальнейшем несколько конструкций однофазных трансформаторов с замкнутым магнитопроводом были созданы венгерскими электротехниками О. Блати, М. Дери и К. Циперноеским. Для развития трансформаторостроения и вообще электромашиностроения большое значение имели работы проф. А. Г. Столетова по исследованию магнитных свойств стали и расчету магнитных цепей.

Важная роль в развитии электротехники принадлежит М. О. Доливо-Добровольскому. Он разработал основы теории многофазных и, в частности, трехфазных переменных токов и создал первые трехфазные электрические машины и трансформаторы. Трехфазный трансформатор современной формы с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости, был изобретен им в 1891 г. С тех пор происходило дальнейшее конструктивное усовершенствование трансформаторов, уменьшалась их масса и габариты, повышалась экономичность. Основные положения теории трансформаторов были разработаны в трудах Е. Арнольда и М. Видмара.

В развитии теории трансформаторов и совершенствовании их конструкции большое значение имели работы советских ученых В. В. Корицкого, Л. М. Пиотровского, Г. Н. Петрова, А. В. Сапожникова, А. В. Трамбицкого и др.

Трансформаторы широко используют для следующих целей:

  1. Для передачи и распределения электрической энергии. Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6—24 кВ. Передавать же электроэнергию на дальние расстояния выгодно при больших напряжениях, поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, повышающие напряжение.

В настоящее время для высоковольтных линий электропередачи в СССР применяют силовые трансформаторы с масляным охлаждением напряжением 330, 500 и 750 кВ, мощностью до 1200—1600 MB-А. В связи со строительством дальних линий электропередачи Экибастуз — Центр, Экибастуз — Урал и других напряжением 1150 кВ переменного тока наша электро­промышленность создала трансформаторные группы, состоящие из трех однофазных трансформаторов мощностью 667 MB-А, а для линий 1500 В постоянного тока — двенадцатифазные преобразовательные блоки с четырехобмоточными трансформаторами общей мощностью 1500 MB-А. КПД таких трансформаторов составляет 98 — 99% и выше.

Для перспективных линий электропередачи переменного тока напряжением 1800—2000 кВ и постоянного тока напряжением 3000 кВ разрабатывают трансформаторы мощностью 1320 MB-А на одну фазу.

Электрическая энергия распределяется между промышленными предприятиями и населенными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий по воздушным и кабельным линиям при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех узлах распределительных сетей должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение. Кроме того, понижающие трансформаторы следует устанавливать в пунктах потребления электроэнергии, так как большинство электрических потребителей переменного тока работает при напряжениях 220, 380 и 660 В. Таким образом, электрическая энергия при передаче от электрических станций к потребителям подвергается в трансформаторах многократному преобразованию (3 — 5 раз). При­меняемые для этих целей трансформаторы могут быть одно-и трехфазными, двух- и трехобмоточными.

  1. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжений на входе и выходе преобразователя. В вентильных преобра зователях, выпрямляющих переменный ток или преобразующих его из постоянного в переменный (инверторы), отношение напряжений на входе и выходе зависит от схемы включения вентилей.   Поэтому  если на вход преобразователя подается стандартное напряжение, то на выходе получается нестандартное. Для устранения этого недостатка вентильные преобразователи, как правило, снабжают трансформаторами, обеспечивающими стандартное выходное напряжение при принятой схеме включения вентилей. Кроме того, ряд схем включения вентилей требует обязательного применения трансформатора. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют преобразовательными. Их мощность достигает тысяч киловольт-ампер, напряжение 110 кВ; они работают при частоте 50 Гц и более. Рассматриваемые трансформаторы выполняют одно-, трех- и многофазными с регулированием выходного напряжения в широких пределах и без регулирования.

В последнее время для возбуждения мощных турбо-и гидрогенераторов, электропривода и других целей все шире начинают применять трансформаторы с естественным воздушным охлаждением напряжением 3 — 24 кВ и мощностью 133-6300 кВ-А. Благодаря использованию в этих трансформаторах новой теплостойкой изоляции удается повысить их нагрузочную способность и в 1,3 — 1,5 разасократить, массогабаритные показатели по сравнению с применявшимися ранее трансформаторами с масляным охлаждением.

  1. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др. Мощность их достигает десятков тысяч киловольт-ампер при напряжении до 10 кВ; они работают обычно при частоте 50 Гц.
  2. Для питания различных цепей радио- и телевизионной аппаратуры; устройств связи, автоматики в телемеханики, электробытовых приборов; для разделения электрических цепей различных элементов этих устройств; для согласования напряжений и т. п. Трансформаторы, используемые в этих устройствах, обычно имеют малую мощность (от нескольких вольт-ампер до нескольких киловольтампер), невысокое напряжение, работают при частоте 50 Гц и более. Их выполняют двух-, трех- и многообмоточными; условия работы, предъявляемые к ним требования и принципы проектирования весьма специфичны.
  3. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов, например реле, в электрические цепи высокого напряжения или в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют измерительными. Они имеют сравнительно небольшую мощность, определяемую мощностью, потребляемой электроизмерительными приборами, реле и др.

Трансформаторы, перечисленные в п. 1, 2, 3 и частично в п. 4, предназначенные для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и потребителей электрической энергии, называют силовыми. Для режима их работы характерны неизменная частота переменного тока и очень малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных значений.

Силовые трансформаторы, выпускаемые отечественными заводами, разделены на несколько групп (габаритов) от I до VIII. Например, трансформаторы мощностью до 100 кВ•А включительно относят к габариту I, от 160 до 630 кВ • А — к габариту II, от 1000 до 6300 кВ • А — к габариту III и т. п.

Трансформаторы в быту и на производстве — Все о транспорте

Трансформаторы, или как их называют, преобразователи незаменимы в электроэнергетике, электронике и радиотехнике. По своему назначению подразделяются на два основных типа — повышающие и понижающие. Необходимость в преобразовании напряжения возникает очень часто. Промышленное оборудование и бытовые приборы, которые осуществляют питание от сети 380 или 220 вольт потребляют электричество в несколько раз меньше. Поэтому, во избежание сгорания электрооборудования применяются преобразователи, понижающие напряжение, а в тех случаях, когда необходимо его повысить, используются преобразователи повышающие.

Виды трансформаторов

По своим характеристикам преобразователи делятся на несколько видов. Так, по методу охлаждения они могут быть масляными и сухими. В качестве примера сухого преобразователя можно привести понижающий ТСЗИ. Его мощность составляет может составлять от 1,6 до 4 кВА. В качестве представителя масляных преобразователей можно назвать функциональный Трансформатор ТМГ мощностью от 25 до 1250 кВА, который отлично подходит для внутренней и наружной установки.

Область применения

Кроме своей основной функции — преобразования тока и напряжения, трансформаторы используют для питания цепей автоматики, релейной защиты линий электропередачи от замыкания, сигнализаций и т. п. Также они незаменимы для измерения напряжения и мощности. Измерительные трансформаторы напряжения являются промежуточными. При высоких напряжениях через них включаются измерительные приборы. Трансформаторы периодически требуют профилактического обслуживания, который могут проводить как сервисные центры, так и специалисты, осуществляющие капитальный ремонт электродвигателей.

Подведение электричества в дом

Электроснабжение загородных домов, и частных домов в городе, как правило, осуществляется посредством трехфазной системы. При этом высокое переменное напряжение подается от узловой подстанции к понижающему преобразователю, который находится на территории посёлка. В силу определенных причин, владельцы частных домов отказываются от общих трансформаторов. Желание подключить к электросети собственный трансформатор, в настоящее время не представляет проблемы, благодаря тому, что продажа трансформаторов достаточно распространена, а рынок предлагает их широкий ассортимент.

Требования к измерительным трансформаторам

Измерительные трансформаторы тока по техническим требованиям должны соответствовать ГОСТ 7746-2015(“Трансформаторы тока. Общие технические условия”).

  • Класс точности трансформаторов тока и напряжения для присоединения расчетных счетчиков электроэнергии должен быть не более 0,5
  • Допускается применение трансформаторов тока с завышенным коэффициентом трансформации (по условиям электродинамической и термической стойкости или защиты шин), если при максимальной нагрузке присоединения ток во вторичной обмотке трансформатора тока будет составлять не менее 40 % номинального тока счетчика, а при минимальной рабочей нагрузке – не менее 5 %
  • Присоединение токовых обмоток счетчиков к вторичным обмоткам трансформаторов тока следует проводить, отдельно от цепей защиты и совместно с электроизмерительными приборами
  • Использование промежуточных трансформаторов тока для включения расчетных счетчиков запрещается

Измерительные трансформаторы напряжения по техническим характеристикам должны соответствовать ГОСТ 8. 216-2011 (“Государственная система обеспечения единства измерений. Трансформаторы напряжения. Методика поверки. Средства проводной связи и аппаратура радиосвязи оконечная и промежуточная.”)

  • Нагрузка вторичных обмоток измерительных трансформаторов, к которым присоединяются счетчики, не должна превышать номинальных значений
  • Сечение и длина проводов и кабелей в цепях напряжения расчетных счетчиков должны выбираться такими, чтобы потери напряжения в этих цепях составляли не более 0,25 % номинального напряжения при питании от трансформаторов напряжения класса точности 0,5. Для обеспечения этого требования допускается применение отдельных кабелей от трансформаторов напряжения до счетчиков.

Использование понижающих трансформаторов в строительных работах

Трансформаторы. Описание

Во время строительных работы потребляется большое количество электрической энергии. Она необходима для питания разнообразных строительных инструментов. Таким образом, практически любой источник энергии на стройке является особенно важным, ведь от него зависит весь процесс работы. Как мы знаем, каждая электросеть имеет свой предел и если подключить к ней большое количество электроприборов, то она может не выдержать. Для урегулирования тока и поддержки сети в нормальном и стабильном состоянии используются трансформаторы. О них сегодня и пойдет речь.

Роль трансформатора в строительных работах

Трансформатор стабилизируется напряжение, которое проходит через него. Такие агрегаты пользуются большой популярностью среди мелких застройщиков и крупных строительных компаний. Помимо этого, трансформаторы активно применяются в местах, где идет большое потребление электроэнергии многими приборами. Например, трансформатор с 380 на 220 вольт, то есть с пониженным напряжением, применим на той же стройке. Он нужен для стабильного освещения помещений и подключению строительных приборов. Многие компании используют трансформатор с 380 на 220 вольт для подключение дорогих, импортных приборов на СТО. Там важно иметь постоянный ток высокого качества.

Качество транформатора

Понижающий напряжение трансформатор должен обладать высокой надежностью и качеством сборки. Даже при кратковременных перепадах в сети ток должен идти без перебоев. В случае необходимости, специалисты нашего магазина помогут вам подобрать трансформатор исходя из Ваших потребностей. На нашем сайте Вы можете найти качественные модели для разных целей. Вся продукция соответствует стандартам и ГОСТам.

Основные виды

  • Тороидальные. Это основный вид трансформаторов, которые используются практически везде. Малый вес и небольшие габариты отличают данный вид от остальных. Вся обмотка хорошо охлаждается по всей цепи питания, а сам трансформатор обеспечивает высокую плотность тока. 
  • Стержневые. Такие модели используются для техники с низким или средним потреблением. Имеет также неплохое охлаждение по всей цепи обмоток.
  • Броневые. Схема подачи тока аналогична стержневому трансформатору, однако этот вид используется в домашних условиях для техники с малым потреблением. 
  • Трехфазные. Имеет общий сердечник вокруг которого имеется обмотка их трех однофазных трансформаторов. Может использоваться как для бытовых нужд, так и для подключения инструментов и тяжелых приборов.

Дата публикации: 

Поделиться с друзьями:

Другие обзоры

Тульский завод трансформаторов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Использование и применение трансформатора

Использование и применение трансформаторов

Принцип работы всех типов трансформаторов, предназначенных для различных применений, одинаков, например, электромагнитная индукция, тогда как применение трансформаторов различается в зависимости от системных требований. Основное применение трансформатора заключается в повышении или понижении уровня напряжения или тока на генерирующих станциях электростанций, приемных конечных подстанциях и распределении электроэнергии потребителям для бытового и промышленного применения.

Основное назначение электрического трансформатора — повышать (увеличивать) или понижать (уменьшать) уровень напряжения переменного тока при постоянной мощности и частоте. Индивидуальный уровень напряжения используется для передачи и распределения электроэнергии конечным пользователям, например. жилые и коммерческие.

Имейте в виду, что передача энергии постоянного тока имеет некоторые преимущества по сравнению с передачей энергии переменного тока, но начальная стоимость передачи постоянного тока слишком высока, по этой причине в большинстве случаев передача переменного тока предпочтительнее постоянного тока (что дорого и нецелесообразно с экономической точки зрения). поскольку изменение значений напряжения легко выполняется с помощью трансформатора (имейте в виду, что трансформатор не может работать от постоянного тока), где понижающие и повышающие преобразователи используются для изменения уровня постоянного напряжения в соответствии с потребностями системы.

Похожие сообщения:

Высокочастотные реакторы и дроссели на основе малошумящих и малогабаритных трансформаторов также используются в ИБП, CVCF (постоянное напряжение, постоянная частота), VVVF (переменное напряжение, переменная частота), вспомогательном питании железнодорожных вагонов и рассредоточенных источниках питания. Шунтирующие реакторы (одна обмотка на фазу) также используются для поглощения и компенсации реактивной мощности в кабелях и высоковольтных длинных линиях электропередачи, что приводит к повышению эффективности трансформатора, общей мощности и энергетических систем.

Высокочастотные трансформаторы используются в источниках питания медицинских рентгеновских аппаратов, сварочных аппаратах и ​​высокочастотном оборудовании.

Вращающиеся трансформаторы

используются для высокоскоростных двигателей и генераторов, двигателей и генераторов с осевым зазором, а также двигателей и генераторов с большим числом полюсов.

Измерительные трансформаторы

также широко используются в электрических системах и сетях. Например, ТТ (трансформатор тока) используется для измерения тока другой цепи и контроля высоковольтных линий электросетей.С другой стороны, PT (трансформатор напряжения или потенциала) используются для понижения высокого уровня первичного тока и напряжения до более низкого уровня напряжения и тока на выходе в энергосистеме. Кроме того, автотрансформаторы используются для компенсации падения напряжения в распределительных трансформаторах, пусковых асинхронных и синхронных двигателей, для достижения постоянного переменного выходного напряжения и, в основном, для соединения многих систем, работающих на разных уровнях напряжения. Наконец, что не менее важно, для уменьшения паразитных потерь в баке крупногабаритных трансформаторов используются трансформаторы с шунтирующим ярмом / экраном бака или магнитные шунтирующие трансформаторы.

Общее применение трансформаторов

Наиболее важные области применения трансформатора:

  • Он может повышать или понижать (повышать или понижать) уровень переменного напряжения или тока (при увеличении напряжения ток уменьшается и наоборот, поскольку P = V x I, где мощность постоянна как на входе, так и на выходные стороны). Эта установка используется как в силовых трансформаторах, так и в распределительных трансформаторах для передачи и распределения электроэнергии в энергосистеме для дальнейшего использования и применения.
  • Он может увеличивать или уменьшать значение конденсатора, катушки индуктивности или сопротивления в цепях переменного тока, т.е. трансформатор, таким образом, действует как устройство передачи импеданса.
  • Может использоваться для предотвращения перехода постоянного тока из одной цепи в другую. Другими словами, они используются в качестве фильтров пульсаций, которые компенсируют пульсирующий постоянный ток.
  • Может использоваться для гальванической развязки двух электрических цепей

Применение трансформатора в энергосистеме:

Силовой трансформатор повышает уровень напряжения на стороне генерации перед передачей и распределением.Например, увеличивает вырабатываемое напряжение на электростанциях с 7200кВ-12кВ до 33кВ, 66кВ, 220кВ и даже до 400+ кВ для передачи электроэнергии в распределительные центры.

В распределительных центрах распределительный трансформатор понижает уровень напряжения для коммерческого и бытового использования электроэнергии. Например, он снижает уровень напряжения с 11 кВ до 230 В однофазного и 400 В трехфазного (UK и IEC). В США и Канаде сетевой трансформатор снижает уровень напряжения с 2700 В до 120 В, 240 В (наиболее распространенный в жилых помещениях через трансформатор с отводом от середины), 208 В, 277 В и 480 В в США и Канаде.

Наконец, в типичной энергосистеме также используются автотрансформаторы, шунтирующие реакторы, трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Кроме того, трансформаторы также используются для согласования импеданса.

Нажмите на картинку, чтобы увеличить

На приведенном выше рисунке (слева направо)

  1. Силовой трансформатор мощностью 100 МВА, 165 кВ, установленный на подстанции в Колумбии, штат Миссисипи. Известно, что это первый в мире гибкий трансформатор большой мощности, изготовленный исследовательской компанией GE.
  2. A 100 кВА, 11 кВ и 230 В, 400 В, трехфазный распределительный трансформатор, устанавливаемый на опоре, для обеспечения однофазного и трехфазного питания потребителей — Великобритания.
  3. США — Распределительный трансформатор мощностью 25 кВА, 7,2 кВ и 120/240 В, устанавливаемый на опоре, со вторичной обмоткой с отводом от середины, используемый для обеспечения «расщепленной фазы» питания для жилых и небольших коммерческих помещений — США.

Похожие сообщения:

Специальные трансформаторы и приложения | Трансформеры

Согласование импеданса

Поскольку трансформаторы могут ступенчато регулировать напряжение и ток до разных уровней, а мощность передается между первичной и вторичной обмотками эквивалентно, их можно использовать для «преобразования» импеданса нагрузки на другой уровень.Последняя фраза заслуживает пояснений, так что давайте разберемся, что она означает.

Назначение нагрузки (обычно) состоит в том, чтобы сделать что-то продуктивное с рассеиваемой мощностью. В случае резистивного нагревательного элемента практическая цель рассеиваемой мощности состоит в том, чтобы что-то нагреть.

Нагрузки спроектированы так, чтобы безопасно рассеивать определенное максимальное количество энергии, но две нагрузки с одинаковой номинальной мощностью не обязательно идентичны. Рассмотрим эти два резистивных нагревательных элемента мощностью 1000 Вт:

.

 

Нагревательные элементы рассеивают 1000 Вт при различных значениях напряжения и силы тока.

 

Оба нагревателя рассеивают ровно 1000 ватт мощности, но при разных уровнях напряжения и силы тока (либо 250 вольт и 4 ампера, либо 125 вольт и 8 ампер). Используя закон Ома для определения необходимого сопротивления этих нагревательных элементов (R=E/I), мы получаем значения 62,5 Ом и 15,625 Ом соответственно.

Если это нагрузки переменного тока, мы могли бы указать на их противодействие току с точки зрения импеданса, а не простого сопротивления, хотя в этом случае это все, из чего они состоят (без реактивного сопротивления). Можно сказать, что 250-вольтовый нагреватель представляет собой нагрузку с более высоким импедансом, чем 125-вольтовый нагреватель.

Если мы захотим задействовать нагревательный элемент на 250 В непосредственно в системе электропитания на 125 В, нас ждет разочарование. При импедансе (сопротивлении) 62,5 Ом ток составит всего 2 ампера (I=E/R; 125/62,5), а рассеиваемая мощность составит всего 250 Вт (P=IE; 125 x 2), или один-два ампера. четверть его номинальной мощности.

Импеданс нагревателя и напряжение нашего источника не совпадают, и мы не можем получить полную номинальную мощность, рассеиваемую нагревателем.

Однако надежда еще не потеряна. С помощью повышающего трансформатора мы могли бы использовать нагревательный элемент на 250 вольт в системе питания на 125 вольт, как показано на рисунке ниже.

 

Повышающий трансформатор питает нагреватель мощностью 1000 Вт 250 В от источника питания 125 В.

 

Коэффициенты трансформации импеданса, тока и напряжения

Соотношение обмоток трансформатора обеспечивает повышение напряжения и понижение тока , необходимое для правильной работы несогласованной нагрузки в этой системе. Внимательно посмотрите на цифры первичной цепи: 125 вольт на 8 ампер. Насколько источник питания «знает», он питает нагрузку 15,625 Ом (R=E/I) при напряжении 125 В, а не нагрузку 62,5 Ом!

Значения напряжения и тока для первичной обмотки указывают на импеданс нагрузки 15,625 Ом, а не на фактические 62,5 Ом самой нагрузки. Другими словами, наш повышающий трансформатор не только преобразовал напряжение и ток, но также преобразовал импеданс в .

Коэффициент трансформации импеданса равен квадрату коэффициента трансформации напряжения/тока, аналогично коэффициенту индуктивности обмотки:

 

 

Это согласуется с нашим примером с повышающим трансформатором 2:1 и коэффициентом импеданса 62.от 5 Ом до 15,625 Ом (соотношение 4:1, то есть 2:1 в квадрате). Преобразование импеданса – очень полезная способность трансформаторов, поскольку она позволяет нагрузке рассеивать свою полную номинальную мощность, даже если в энергосистеме не находится надлежащее напряжение, чтобы сделать это напрямую.

Применение теоремы о максимальной передаче мощности к трансформаторам

Вспомним из нашего исследования сетевого анализа теорему о максимальной передаче мощности , в которой говорится, что максимальное количество мощности будет рассеиваться сопротивлением нагрузки, когда это сопротивление нагрузки равно сопротивлению Тевенина/Нортона сети, поставляющей питание.Замените в этом определении слово «импеданс» на «сопротивление», и вы получите версию этой теоремы для переменного тока.

Если мы пытаемся получить теоретическое максимальное рассеивание мощности от нагрузки, мы должны быть в состоянии правильно согласовать импеданс нагрузки и импеданс источника (Thevenin/Norton) вместе. Как правило, это больше касается специализированных электрических цепей, таких как радиопередатчик/антенна и аудиоусилитель/динамики.

Давайте возьмем систему аудиоусилителя и посмотрим, как она работает: (Рисунок ниже)

 

Усилитель с импедансом 500 Ом управляет 8 Ом при мощности, намного меньшей максимальной.

 

При внутреннем импедансе 500 Ом усилитель может передавать полную мощность только на нагрузку (динамик), также имеющую импеданс 500 Ом. Такая нагрузка будет снижать более высокое напряжение и потреблять меньший ток, чем динамик с сопротивлением 8 Ом, рассеивающий такое же количество энергии.

Если бы громкоговоритель с сопротивлением 8 Ом был подключен непосредственно к усилителю с сопротивлением 500 Ом, как показано, несоответствие импеданса привело бы к очень плохим характеристикам (низкая пиковая мощность). Кроме того, усилитель имеет тенденцию рассеивать больше своей справедливой доли мощности в виде тепла, пытаясь раскачать динамик с низким импедансом.

Чтобы система работала лучше, мы можем использовать трансформатор для согласования этих несоответствующих импедансов. Поскольку мы переходим от источника с высоким импедансом (высокое напряжение, малый ток) к нагрузке с низким импедансом (низкое напряжение, большой ток), нам понадобится понижающий трансформатор:

.

 

Согласующий трансформатор импеданса согласует усилитель 500 Ом с динамиком 8 Ом для максимальной эффективности.

 

Описание согласования импеданса

Чтобы получить коэффициент трансформации импеданса 500:8, нам потребуется коэффициент обмоток, равный квадратному корню из 500:8 (квадратный корень из 62.5:1 или 7,906:1).

С таким трансформатором динамик будет нагружать усилитель в нужной степени, потребляя мощность при правильных уровнях напряжения и тока, чтобы удовлетворить Теорему о максимальной передаче мощности и обеспечить наиболее эффективную подачу мощности на нагрузку. Использование трансформатора в этом качестве называется импедансом , согласующим Ом.

Любой, кто ездил на многоскоростном велосипеде, может интуитивно понять принцип согласования импеданса. Ноги человека будут производить максимальную мощность при вращении рукоятки велосипеда с определенной скоростью (от 60 до 90 оборотов в минуту).

Выше или ниже этой скорости вращения мышцы ног человека менее эффективны при выработке энергии. Назначение «шестерней» велосипеда состоит в том, чтобы согласовать импеданс ног гонщика с условиями езды, чтобы они всегда вращали рукоятку с оптимальной скоростью.

Если гонщик попытается начать движение, когда велосипед включен на «высшую» передачу, ему или ей будет очень трудно тронуться с места. Это потому, что всадник слаб?

Нет, это потому, что высокое передаточное отношение велосипедной цепи и звездочек на этой высшей передаче представляет собой несоответствие между условиями (много инерции, которую необходимо преодолеть) и их ногами (необходимость вращения со скоростью 60-90 об / мин для максимальной выходной мощности). ).

С другой стороны, выбор слишком низкой передачи позволит водителю немедленно начать движение, но ограничит максимальную скорость, которую он сможет развить. Опять же, не является ли отсутствие скорости признаком слабости ног велосипедиста?

Нет, потому что более низкое передаточное отношение выбранной передачи создает другой тип несоответствия между условиями (низкая нагрузка) и ногами водителя (потеря мощности при вращении быстрее 90 об/мин). То же самое и с источниками электроэнергии и нагрузками: для максимальной эффективности системы должно быть согласовано полное сопротивление.

В цепях переменного тока трансформаторы выполняют ту же функцию согласования, что и звездочки и цепь («шестерни») на велосипеде, чтобы согласовать несогласованные источники и нагрузки.

Трансформаторы согласования импеданса

Согласующие трансформаторы импеданса принципиально не отличаются от трансформаторов любого другого типа ни по конструкции, ни по внешнему виду. Небольшой согласующий импеданс трансформатор (шириной около двух сантиметров) для звуковых частот показан на следующей фотографии:

 

Согласующий трансформатор импеданса звуковой частоты.

 

Еще один согласующий трансформатор можно увидеть на этой печатной плате, в правом верхнем углу, непосредственно слева от резисторов R 2 и R 1 . Он имеет маркировку «T1»:

 

Согласующий трансформатор звукового импеданса, установленный на печатной плате, вверху справа.

 

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы

также могут использоваться в электрических измерительных системах.Благодаря способности трансформаторов повышать или понижать напряжение и ток, а также обеспечиваемой ими электрической изоляции они могут служить способом подключения электрических приборов к высоковольтным и сильноточным энергосистемам.

Предположим, нам нужно точно измерить напряжение энергосистемы 13,8 кВ (очень распространенное напряжение распределения электроэнергии в американской промышленности):

 

Прямое измерение высокого напряжения вольтметром представляет собой потенциальную угрозу безопасности.

 

Разработка, установка и техническое обслуживание вольтметра, способного непосредственно измерять переменное напряжение 13 800 вольт, — непростая задача. Одна только угроза безопасности при выводе проводов 13,8 кВ на приборную панель была бы серьезной, не говоря уже о конструкции самого вольтметра.

Однако, используя прецизионный понижающий трансформатор, мы можем снизить напряжение 13,8 кВ до безопасного уровня напряжения при постоянном коэффициенте и изолировать его от соединений с приборами, повысив уровень безопасности системы учета:

 

Применение в измерительных приборах: «Трансформатор напряжения» точно измеряет опасное высокое напряжение до безопасного значения, применимого к обычному вольтметру.

 

Теперь вольтметр показывает точную долю или отношение фактического напряжения системы, его шкала настроена так, как если бы он измерял напряжение напрямую.

Трансформатор поддерживает напряжение прибора на безопасном уровне и электрически изолирует его от системы питания, поэтому нет прямого соединения между силовыми линиями и прибором или проводкой прибора. При использовании в этом качестве трансформатор называется Potential Transformer или просто PT .

Трансформаторы напряжения предназначены для обеспечения как можно более точного коэффициента понижения напряжения. Чтобы помочь в точной регулировке напряжения, нагрузка сведена к минимуму: вольтметр имеет высокое входное сопротивление, чтобы потреблять как можно меньше тока от ПТ.

Как видите, плавкий предохранитель включен последовательно с первичной обмоткой ПТ для безопасности и простоты отключения ПТ от цепи.

Стандартное вторичное напряжение для PT составляет 120 вольт переменного тока при полном номинальном напряжении сети питания.Стандартный диапазон вольтметра для PT составляет 150 вольт, полная шкала.

PT с нестандартными коэффициентами обмотки могут быть изготовлены для любого применения. Это хорошо подходит для отраслевой стандартизации самих вольтметров, поскольку размер ПТ позволяет снизить системное напряжение до уровня этого стандартного прибора.

Трансформаторы тока

Следуя тому же принципу, мы можем использовать трансформатор для понижения тока в линии электропередачи, чтобы мы могли безопасно и легко измерять большие токи в системе с помощью недорогих амперметров. Разумеется, такой трансформатор будет включен последовательно с линией электропередач.

 

Применение в измерительных приборах: «Трансформатор тока» понижает большой ток до значения, применимого к обычному амперметру.

 

Обратите внимание, что в то время как PT является понижающим устройством, трансформатор тока (или CT ) является повышающим устройством (по напряжению), что необходимо для понижения линии электропередачи. ток.Довольно часто трансформаторы тока строятся в виде устройств в форме пончика, через которые проходит проводник линии электропередачи, при этом сама линия электропередачи действует как одновитковая первичная обмотка:

 

Измеряемый проводник тока продевается через отверстие. Уменьшенный ток доступен на проводных выводах.

 

Некоторые трансформаторы тока имеют шарнирное открывание, что позволяет вставлять их вокруг силового проводника, не нарушая проводник вообще. Промышленный стандарт вторичного тока для ТТ составляет от 0 до 5 ампер переменного тока.Как и трансформаторы напряжения, трансформаторы тока могут быть изготовлены с нестандартными коэффициентами обмотки, что подходит практически для любого применения.

Поскольку их вторичный ток «полной нагрузки» составляет 5 ампер, коэффициенты трансформации трансформаторов тока обычно описываются в терминах первичного тока полной нагрузки к 5 амперам, например:

 

 

Показанный на фотографии «бублик» КТ имеет соотношение 50:5. То есть, когда проводник через центр тора несет ток 50 ампер (AC), в обмотке ТТ будет индуцироваться ток 5 ампер.

Поскольку трансформаторы тока предназначены для питания амперметров, представляющих собой нагрузки с низким импедансом, и намотаны как повышающие трансформаторы напряжения, они никогда, или , не должны эксплуатироваться с разомкнутой вторичной обмоткой.

Несоблюдение этого предупреждения приведет к тому, что трансформатор тока будет создавать чрезвычайно высокие вторичные напряжения, опасные как для оборудования, так и для персонала. Чтобы облегчить техническое обслуживание амперметра, короткозамыкающие выключатели часто устанавливаются параллельно вторичной обмотке ТТ, которые должны замыкаться всякий раз, когда амперметр снимается для обслуживания:

 

Выключатель короткого замыкания позволяет отключить амперметр от активной цепи трансформатора тока.

 

Хотя может показаться странным, что преднамеренно закорачивает компонент энергосистемы, это совершенно правильно и совершенно необходимо при работе с трансформаторами тока.

Трансформаторы с воздушным сердечником

Другой вид специального трансформатора, часто встречающийся в радиочастотных цепях, — это трансформатор с воздушным сердечником . В соответствии со своим названием обмотки трансформатора с воздушным сердечником намотаны на немагнитную форму, обычно на полую трубку из какого-либо материала.

Степень связи (взаимная индуктивность) между обмотками в таком трансформаторе во много раз меньше, чем у эквивалентного трансформатора с железным сердечником, но нежелательные характеристики ферромагнитного сердечника (потери на вихревые токи, гистерезис, насыщение и др. ) полностью устранены.

Именно в высокочастотных приложениях эти эффекты железных сердечников наиболее проблематичны.

 

Трансформаторы с воздушным сердечником могут быть намотаны цилиндрической (а) или тороидальной (б) формы.Первичный с центральным отводом и вторичный (а). Бифилярная обмотка тороидальной формы (б).

 

Внутренняя обмотка соленоида с ответвлениями без дополнительной обмотки может соответствовать неравным импедансам, когда изоляция по постоянному току не требуется. Когда требуется изоляция, дополнительная обмотка добавляется к одному концу основной обмотки. Трансформаторы с воздушным сердечником используются на радиочастотах, когда потери в железном сердечнике слишком велики.

Часто трансформаторы с воздушным сердечником включают параллельно конденсатору, чтобы настроить его на резонанс.Перемотка подключается между радиоантенной и землей для одного из таких приложений. Вторичный настраивается в резонанс с переменным конденсатором.

Выходной сигнал может быть взят из точки ответвления для усиления или обнаружения. В радиоприемниках используются малогабаритные трансформаторы с воздушным сердечником миллиметрового размера. В самых больших радиопередатчиках могут использоваться катушки метрового размера. Электромагнитные трансформаторы с неэкранированным воздушным сердечником устанавливаются под прямым углом друг к другу, чтобы предотвратить паразитную связь.

Паразитная связь сводится к минимуму, когда трансформатор намотан в форме тороида.Тороидальные трансформаторы с воздушным сердечником также демонстрируют более высокую степень связи, особенно для бифилярных обмоток . Бифилярные обмотки намотаны из слегка скрученной пары проводов.

Это означает соотношение витков 1:1. Три или четыре провода могут быть сгруппированы для 1:2 и других интегральных соотношений. Обмотки не обязательно должны быть бифилярными. Это позволяет произвольное соотношение оборотов. Однако страдает степень сцепления. Тороидальные трансформаторы с воздушным сердечником встречаются редко, за исключением работы на УКВ (очень высокой частоте).

Материалы сердечника, отличные от воздуха, такие как порошковое железо или феррит, предпочтительны для более низких радиочастот.

Катушка Тесла

Одним из ярких примеров трансформатора с воздушным сердечником является катушка Теслы , названная в честь сербского гения-электрика Николы Теслы, который также был изобретателем двигателя переменного тока с вращающимся магнитным полем, многофазных систем питания переменного тока и многих элементов радиотехнологии. .

Катушка Теслы — резонансный высокочастотный повышающий трансформатор, используемый для получения чрезвычайно высоких напряжений.

Одной из мечтаний Теслы было использование его технологии катушек для распределения электроэнергии без использования проводов, просто транслируя ее в виде радиоволн, которые можно было бы принимать и передавать на нагрузки с помощью антенн.

Базовая схема катушки Тесла показана на рисунке ниже.

 

Катушка Теслы: несколько тяжелых первичных витков, много вторичных витков.

 

Конденсатор вместе с первичной обмоткой трансформатора образует накопительный контур. Вторичная обмотка наматывается в непосредственной близости от первичной, обычно вокруг той же немагнитной формы. Существует несколько вариантов «возбуждения» первичной цепи, самым простым из которых является высоковольтный низкочастотный источник переменного тока и искровой разрядник:

.

 

Схема системного уровня катушки Тесла с приводом искрового разрядника.

 

Высоковольтный низкочастотный источник питания переменного тока предназначен для «зарядки» первичной цепи бака. Когда искровой разрядник срабатывает, его низкий импеданс замыкает цепь емкости конденсатора/первичной катушки, позволяя ему колебаться на своей резонансной частоте.

Катушки индуктивности «RFC» представляют собой «радиочастотные дроссели», которые действуют как высокоомные импедансы для предотвращения помех от источника переменного тока в колебательном контуре резервуара.

Вторичная сторона трансформатора катушки Тесла также представляет собой накопительную цепь, в которой паразитная (паразитная) емкость, существующая между разрядной клеммой и заземлением, дополняет индуктивность вторичной обмотки.

Для оптимальной работы этот вторичный накопительный контур настроен на ту же резонансную частоту, что и первичный контур, при этом энергия обменивается не только между конденсаторами и катушками индуктивности во время резонансных колебаний, но и между первичной и вторичной обмотками. Визуальные результаты впечатляют:

 

Высоковольтный высокочастотный разряд из катушки Тесла.

 

Катушки Теслы

находят применение в первую очередь в качестве новых устройств, появляющихся на научных ярмарках в старших классах, в подвальных мастерских и иногда в малобюджетных научно-фантастических фильмах.

Следует отметить, что катушки Тесла могут быть чрезвычайно опасными устройствами. Ожоги, вызванные радиочастотным («РЧ») током, как и все электрические ожоги, могут быть очень глубокими, в отличие от ожогов кожи, вызванных контактом с горячими предметами или пламенем.

Хотя высокочастотный разряд катушки Тесла обладает любопытным свойством быть за пределами частоты «восприятия удара» человеческой нервной системы, это не означает, что катушки Тесла не могут причинить вам вред или даже убить вас! Я настоятельно рекомендую обратиться за помощью к опытному экспериментатору с катушкой Теслы, если вы собираетесь построить ее самостоятельно.

Реакторы насыщения

До сих пор мы рассматривали трансформатор как устройство для преобразования различных уровней напряжения, тока и даже импеданса из одной цепи в другую. Теперь мы рассмотрим его как устройство совершенно другого типа: такое, которое позволяет небольшому электрическому сигналу управлять гораздо большим количеством электроэнергии. В этом режиме трансформатор действует как усилитель .

Устройство, о котором я говорю, называется реактором насыщения или просто реактором насыщения .На самом деле это вовсе не трансформатор, а особый вид индуктора, индуктивность которого можно изменять, пропуская постоянный ток через вторую обмотку, намотанную на тот же железный сердечник.

Как и феррорезонансный трансформатор, реактор насыщения основан на принципе магнитного насыщения. Когда такой материал, как железо, полностью насыщен (то есть все его магнитные домены выровнены с приложенной силой намагничивания), дополнительное увеличение тока через намагничивающую обмотку не приведет к дальнейшему увеличению магнитного потока.

Обзор индуктивности

Теперь индуктивность является мерой того, насколько хорошо катушка индуктивности противостоит изменениям тока, развивая напряжение в противоположном направлении. Способность катушки индуктивности генерировать это противоположное напряжение напрямую связана с изменением магнитного потока внутри катушки индуктивности в результате изменения тока и количеством витков обмотки катушки индуктивности.

Если индуктор имеет насыщенный сердечник, дальнейшее увеличение тока не приведет к дальнейшему магнитному потоку, и, следовательно, не будет индуцироваться напряжение, противодействующее изменению тока. Другими словами, индуктор теряет свою индуктивность (способность противостоять изменениям тока), когда его сердечник становится магнитно насыщенным.

Если индуктивность катушки индуктивности изменяется, то изменяется и ее реактивное сопротивление (и импеданс) по отношению к переменному току. В цепи с источником постоянного напряжения это приведет к изменению тока:

 

Если L изменится в индуктивности, соответственно изменится Z L , что изменит ток в цепи.

 

Работа реактора насыщения

Реактор насыщения использует этот эффект, переводя сердечник в состояние насыщения с помощью сильного магнитного поля, создаваемого током через другую обмотку.«Силовая» обмотка реактора — это та, по которой протекает переменный ток нагрузки, а «управляющая» обмотка — это та, по которой протекает постоянный ток, достаточно сильный, чтобы привести сердечник в состояние насыщения:

 

Постоянный ток через обмотку управления насыщает сердечник. Таким образом, модулируя индуктивность, импеданс и ток силовой обмотки.

 

Странный символ трансформатора, показанный на приведенной выше схеме, представляет собой реактор с насыщаемым сердечником, верхняя обмотка которого является обмоткой управления постоянным током, а нижняя — «силовой» обмоткой, через которую проходит регулируемый переменный ток.

Увеличенный постоянный ток управления создает больший магнитный поток в активной зоне реактора, приближая его к состоянию насыщения, тем самым уменьшая индуктивность силовой обмотки, уменьшая ее импеданс и увеличивая ток в нагрузке. Таким образом, постоянный управляющий ток может оказывать управление над переменным током, подаваемым на нагрузку.

Показанная схема будет работать, но не очень хорошо. Первая проблема заключается в естественном трансформаторном действии реактора насыщения: переменный ток через силовую обмотку индуцирует напряжение в управляющей обмотке, что может вызвать проблемы с источником питания постоянного тока.

Кроме того, реакторы насыщения имеют тенденцию регулировать мощность переменного тока только в одном направлении: в одной половине цикла переменного тока МДС от обеих обмоток складываются; в другой половине они вычитают. Таким образом, сердечник будет иметь больший поток в течение одной половины цикла переменного тока, чем в другой, и будет насыщаться первым в этой половине цикла, пропуская ток нагрузки в одном направлении легче, чем в другом.

К счастью, обе проблемы можно решить, приложив немного изобретательности:

 

Противофазные обмотки управления постоянным током обеспечивают симметричное управление переменным током.

 

Обратите внимание на расположение точек фазировки на двух реакторах: силовые обмотки находятся «в фазе», а обмотки управления — «в противофазе». Если оба реактора идентичны, любое напряжение, индуцируемое в обмотках управления током нагрузки через силовые обмотки, будет уравновешено до нуля на клеммах батареи, что устраняет первую упомянутую проблему.

Кроме того, поскольку постоянный ток управления через оба реактора создает магнитные потоки в разных направлениях через активные зоны реактора, один реактор насыщается больше в одном цикле переменного тока, а другой реактор больше насыщается в другом, тем самым выравнивая управляющее воздействие через каждый полупериод, чтобы мощность переменного тока «дросселировалась» симметрично.

Эта фазировка обмоток управления может быть реализована с помощью двух отдельных реакторов, как показано, или в конструкции с одним реактором с разумным расположением обмоток и сердечника.

Технология реакторов насыщения была даже уменьшена до уровня печатной платы в компактных корпусах, более известных как магнитные усилители .

Лично я нахожу это захватывающим: эффект усиления (один электрический сигнал управляет другим), обычно требующий использования физически хрупких вакуумных ламп или электрически «хрупких» полупроводниковых устройств, может быть реализован в устройстве, как физически, так и электрически прочном.

Магнитные усилители имеют недостатки по сравнению с их более хрупкими аналогами, а именно размер, вес, нелинейность и полосу пропускания (частотную характеристику), но их абсолютная простота по-прежнему заслуживает определенной оценки, если не практического применения.

Реакторы с насыщающимся сердечником

менее известны как «индукторы с насыщающимся сердечником» или преобразователи .

Скотт-Т Трансформатор

Первоначальная многофазная система питания Николы Теслы была основана на простых в сборке двухфазных компонентах.Однако по мере увеличения расстояний передачи все более заметной стала трехфазная система с более эффективной линией передачи. Компоненты 2-φ и 3-φ сосуществовали в течение ряда лет.

Соединение трансформатора Scott-T позволило соединить компоненты с 2 и 3 φ, такие как двигатели и генераторы переменного тока. Ямамото и Ямагути:

В 1896 году General Electric построила трехфазную линию электропередачи протяженностью 35,5 км (22 мили) с напряжением 11 кВ для передачи электроэнергии в Буффало, штат Нью-Йорк, от проекта Ниагарский водопад. Двухфазная генерируемая мощность была преобразована в трехфазную с помощью преобразований Скотта-Т.

 

Трансформатор Scott-T преобразует 2-φ в 3-φ или наоборот.

 

Комплект трансформаторов Scott-T, показанный на рисунке выше, состоит из трансформатора T1 с отводом посередине и трансформатора T2 с отводом 86,6% на стороне 3-φ цепи. Первичные обмотки обоих трансформаторов подключены к напряжениям 2-φ.

Один конец вторичной обмотки Т2 86,6% является выходом 3-φ, другой конец подключен к среднему отводу вторичной обмотки Т1. Оба конца вторичной обмотки T1 являются двумя другими соединениями 3-φ.

Применение мощности генератора Niagara 2-φ дало выходную мощность 3-φ для более эффективной линии передачи 3-φ. В наши дни более распространенным является применение мощности 3-φ для получения выходной мощности 2-φ для привода старого двигателя 2-φ.

На приведенном ниже рисунке мы используем векторы как в полярной, так и в комплексной записи, чтобы доказать, что Scott-T преобразует пару напряжений 2-φ в 3-φ. Во-первых, одно из напряжений 3-φ идентично напряжению 2-φ из-за коэффициента трансформатора T1 1:1, V P12 = V 2P1 .

Вторичная обмотка T1 с отводом от середины создает противоположную полярность 0,5 В 2P1 на концах вторичной обмотки.

Этот ∠0° векторно вычитается из вторичного напряжения T2 в соответствии с уравнениями KVL V 31 , V 23 .

Вторичное напряжение T2 составляет 0,866 В 2P2 из-за отвода 86,6%. Имейте в виду, что эта вторая фаза 2-φ равна ∠90°.Это 0,866В 2P2 прибавляется к V 31 , вычитается при V 23 в уравнениях КВЛ.

 

Трансформатор Scott-T Уравнения преобразования 2-φ в 3-φ.

 

Мы показываем полярность «постоянного тока» по всей этой цепи только для переменного тока, чтобы отслеживать полярность контура напряжения Кирхгофа. Вычитание ∠0° эквивалентно добавлению ∠180°. Суть в том, что когда мы добавляем 86,6% от ∠90° к 50% от ∠180°, мы получаем ∠120°. Вычитание 86.6% от ∠90° из 50% от ∠180° дают ∠-120° или ∠240°.

 

Графическое объяснение уравнений на предыдущем рисунке.

 

На рисунке выше мы графически показываем векторы 2-φ в точке (a). На (b) векторы масштабируются преобразователями T1 и T2 до 0,5 и 0,866 соответственно. В (c) 1∠120° = -0,5∠0° + 0,866∠90°, а 1∠240° = -0,5∠0° – 0,866∠90°. Три выходных фазы составляют 1∠120° и 1∠240° от (c), а также вход 1∠0° (a).

Линейный регулируемый дифференциальный трансформатор

Линейный регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT) имеет первичную обмотку, управляемую переменным током, между двумя вторичными обмотками на цилиндрическом воздушном сердечнике (рисунок ниже).Подвижный ферромагнитный снаряд преобразует смещение в переменное напряжение, изменяя связь между первичной и вторичной обмотками.

LVDT представляет собой датчик измерения перемещения или расстояния. Имеются блоки для измерения смещения на расстоянии от долей миллиметра до полуметра. LVDT прочны и устойчивы к загрязнениям по сравнению с линейными оптическими энкодерами.

 

LVDT: линейный регулируемый дифференциальный трансформатор.

 

Напряжение возбуждения находится в диапазоне от 0,5 до 10 В переменного тока при частоте от 1 до 200 кГц. На этих частотах подходит ферритовый сердечник. Он вытянут за пределы тела немагнитным стержнем. По мере продвижения сердечника к верхней обмотке напряжение на этой катушке увеличивается из-за увеличения связи, а напряжение на нижней катушке уменьшается.

Если сердечник перемещается к нижней обмотке, напряжение на этой катушке увеличивается по мере уменьшения напряжения на верхней обмотке.Теоретически центрированный стержень дает одинаковое напряжение на обеих катушках. На практике индуктивность рассеяния предотвращает полное падение нуля до 0 В.

При центрированном отрезке последовательные проводные вторичные обмотки компенсируются, давая V 13 = 0. Перемещение отрезка вверх увеличивает V 13 . Обратите внимание, что он синфазен с V 1 , верхняя обмотка, и не совпадает по фазе на 180° с V 3 , нижняя обмотка.

Перемещение ползуна вниз из центрального положения увеличивает V 13 .Однако он на 180° не совпадает по фазе с V 1 , верхней обмоткой, и синфазен с V 3 , нижней обмоткой. Перемещение слага сверху вниз показывает минимум в центральной точке с изменением фазы на 180° при прохождении центра.

 

ОБЗОР:

  • Трансформаторы могут использоваться для преобразования импеданса, а также напряжения и тока. Когда это делается для улучшения передачи мощности на нагрузку, это называется согласованием импеданса .
  • Трансформатор напряжения (PT) — это специальный измерительный трансформатор, предназначенный для обеспечения точного коэффициента понижения напряжения для вольтметров, измеряющих напряжение в сети большой мощности.
  • Трансформатор тока (CT) — это еще один специальный измерительный трансформатор, предназначенный для понижения тока в линии электропередачи до безопасного уровня для измерения амперметром.
  • Трансформатор с воздушным сердечником не имеет ферромагнитного сердечника.
  • A Катушка Теслы представляет собой резонансный повышающий трансформатор с воздушным сердечником, предназначенный для получения очень высокого напряжения переменного тока на высокой частоте.
  • Реактор насыщения представляет собой индуктор особого типа, индуктивность которого можно регулировать постоянным током через вторую обмотку вокруг того же сердечника. При достаточном постоянном токе магнитный сердечник может насыщаться, уменьшая индуктивность силовой обмотки контролируемым образом.
  • Трансформатор Scott-T преобразует мощность 3-φ в мощность 2-φ и наоборот.
  • Линейный регулируемый дифференциальный трансформатор , также известный как LVDT, представляет собой устройство для измерения расстояния. Он имеет подвижный ферромагнитный сердечник для изменения связи между возбужденной первичной обмоткой и парой вторичных обмоток.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

применений трансформатора в повседневной жизни и промышленности — pnpnтранзистор

Если вы находите применение трансформатора в повседневной жизни и в электронике , это правильное место, где вы получите ответ в понятной форме. Здесь мы сначала увидим примерный вид приложений трансформатора сверху, а затем подробно рассмотрим приложения.Итак, во-первых, мы должны знать некоторые основы трансформаторов, прежде чем изучать их применение.

Трансформатор – это электрическое устройство, состоящее из двух обмоток с разным числом витков, которое помогает выравнивать уровень напряжения. Итак, Основное применение трансформатора для повышения и понижения существующего напряжения до требуемого уровня напряжения для применения в электрической цепи .

мы увидели самую первую основную цель трансформатора, используемого для передачи энергии, но здесь мы также рассмотрим некоторые другие приложения.Давайте посмотрим все краткие приложения,

Каковы некоторые основные области применения трансформатора?

1. Трансформатор используется для получения необходимого уровня напряжения. Повышающий трансформатор используется для увеличения напряжения, а понижающий трансформатор используется для снижения уровня напряжения.

2. Трансформатор может увеличивать или уменьшать номинал конденсатора, катушки индуктивности или сопротивления в цепи переменного тока. Таким образом, он действует как устройство передачи импеданса.

3. Трансформатор также используется для электрической изоляции двух цепей.

4. Трансформатор используется для согласования сопротивления.

5. Трансформатор используется в конструкции электроизмерительного прибора, такого как вольтметр, амперметр, реле и т. д.

6. Используется для ректификации. Выпрямление — это процесс преобразования переменного тока в постоянный. Выпрямление важно для передачи высокого напряжения. Лучшим примером выпрямителя является мобильное зарядное устройство.

7. Используется в регуляторе напряжения и стабилизаторе напряжения.

8. Широко используется в процессах передачи и распределения электроэнергии.

Другое Применение различных типов трансформаторов:

Трансформатор бывает разных типов в зависимости от области применения. Итак, теперь мы подробно рассмотрим типы трансформаторов и их применение. Как правило, как мы видели, трансформатор можно разделить на два типа трансформаторов: повышающий трансформатор и понижающий трансформатор. Повышающий трансформатор используется для повышения уровня напряжения при передаче, а понижающий трансформатор используется для снижения уровня напряжения.

Применение изолирующего трансформатора

Изолирующий трансформатор — это трансформатор, который используется для передачи электроэнергии от источника переменного тока (AC) к некоторому оборудованию или устройству, одновременно изолируя питаемое устройство от источника питания, как правило, из соображений безопасности.

Применение измерительного трансформатора

Основная цель измерительного трансформатора – обеспечить напряжение или ток на приемлемом уровне, который используется для измерения электрических величин.Эти измерительные трансформаторы представляют собой электрические устройства очень высокой точности, поскольку они будут использоваться при измерении.

Применение автотрансформатора

Автотрансформатор представляет собой трансформатор только с одной обмоткой. Вообще, как мы видели, трансформатор имеет две обмотки, первичную и вторичную обмотку. Но здесь в автотрансформаторе одна и та же одинарная обмотка выступает в роли как первичной, так и вторичной обмотки. Автотрансформатор имеет множество применений, включая запуск асинхронного двигателя, регулируемую мощность и т. д.

Почему важны трансформаторы?

Мы видели все области применения различных типов трансформаторов. Но трансформатор чрезвычайно важен в системе передачи и распределения электроэнергии. в электростанции мощность передается при высоком напряжении, которое может быть возможно с помощью трансформатора. На электростанции для передачи используется повышающий трансформатор. за счет передачи электроэнергии высокого напряжения стоимость передачи снижается, и мы можем получать электроэнергию экономичным способом.

Мощность

поступает в дом путем преобразования этого высокого напряжения в низкое с помощью трансформатора. (Электроэнергия не может быть получена в дом напрямую от электростанции. Есть одна или несколько подстанций, которые также имеют трансформаторы, которые преобразуют это напряжение в более низкий уровень.) На приемной стороне напряжение понижается понижающим трансформатором. Таким образом, мы можем представить, что трансформатор является неотъемлемой частью передачи и распределения электроэнергии.

Трансформатор используется не только в процессах передачи и приема электроэнергии, но и в измерениях.вольтметр, амперметр, реле и т. д. являются примером использования трансформатора в измерительных приборах. В каждом отдельном приложении, где происходит преобразование напряжения, будет использоваться трансформатор.

Заключение

Надеюсь, теперь вы знаете все области применения трансформатора. Мы видели, что трансформатор в основном используется для получения необходимого уровня напряжения. Трансформатор также используется для электрической изоляции двух цепей. Мало того, что трансформатор имеет широкое применение в передаче и распределении электроэнергии.Трансформатор является важной частью экономичной передачи энергии.

 После некоторых применений трансформаторов в повседневной жизни мы увидели некоторые другие типы применения трансформаторов. мы кратко рассмотрели применение измерительного трансформатора, разделительного трансформатора и автотрансформатора. Надеюсь, ты это все знаешь. если у вас есть еще какие-либо вопросы относительно этой статьи, не стесняйтесь комментировать эту статью.

Продолжить чтение

Как трансформаторы играют важную роль в промышленных приложениях?

Электрические трансформаторы являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Применение трансформатора может быть как бытовым, так и промышленным. Различные типы трансформаторов используются для повышения или понижения напряжения для различных устройств.

Давайте взглянем на некоторые распространенные промышленные применения трансформаторов:

Применение в автомобильной промышленности:

Электромобили — это многообещающие автомобили, которые вызывают ажиотаж на рынке. Их батареи заряжаются от источника питания. Тем не менее, специальный трансформатор необходим для контроля и управления напряжением электричества, которое используется для зарядки аккумуляторов.Передовые технологии и инновации привели к разработке «умных трансформаторов», которые можно использовать для одновременной зарядки нескольких электромобилей.

Применение в сталелитейной промышленности:

Заводы по производству стали полагаются на подачу высоких токов в различном диапазоне напряжений для своей работы. Этому требованию отвечают специализированные высоковольтные трансформаторы. Такие трансформаторы могут выдерживать экстремальные диэлектрические, механические и тепловые ограничения сталеплавильной печи.

Применение в электрохимической промышленности:

Электролиз таких элементов, как медь, алюминий, цинк или хлор, необходим в различных процессах гальваники. Выпрямительные трансформаторы специально разработаны для эффективного проведения такого процесса электролиза.

Разное:

Помимо вышеупомянутого промышленного применения, электрические трансформаторы также используются в следующих секторах:

  • Аэрокосмическая промышленность
  • Аудиосистемы
  • Военные субподрядчики
  • Текущая трансформация
  • Биохимический и биомедицинский
  • Связь
  • Обработка данных
  • Схемы часов и таймеров
В зависимости от типа промышленного применения вы можете выбрать наиболее подходящий трансформатор для эффективного выполнения операций.

Применение, конструкция и эффективность — Library.Automationdirect.com

Первая часть серии из двух частей

Хотя большинство из нас сталкивались с трансформаторами в своей профессиональной жизни, удивительно, как мало о них знает средний дизайнер или технический специалист. Основная функция трансформатора состоит в том, чтобы «преобразовать» переменный ток из нежелательного напряжения в напряжение, подходящее для данной цепи. Хорошим примером такого применения является использование управляющих трансформаторов для снижения высокого линейного напряжения до более низкого и более безопасного управляющего напряжения.Более низкое управляющее напряжение можно безопасно использовать в шкафу управления и в различных компонентах оборудования.

Трансформаторы

выполняют эту задачу за счет индуктивной связи первичной и вторичной катушек. Когда напряжение в первичной обмотке возрастает и падает, оно создает соответствующее магнитное поле, которое индуцирует симпатическое напряжение во вторичной обмотке. Чтобы управлять входным и выходным напряжениями, количество витков в каждой катушке регулируется для получения «соотношения» между первичной и вторичной обмотками трансформатора.Таким образом, если трансформатор имеет 100 витков на первичной обмотке и 50 витков на вторичной обмотке, то он имеет отношение 2 к 1. Следовательно, когда на первичную обмотку подается 120 В переменного тока, вторичная производит 60 В переменного тока. Если роли катушек поменять местами и 120 В переменного тока подаются на вторичную обмотку, то первичная будет производить 240 В переменного тока. Во время этого процесса задействованные токи претерпевают обратное преобразование, т. е. если для вторичного выхода требуется 60 В переменного тока при 5 А, то на первичный выход должно подаваться 120 В переменного тока при минимальном токе 2.5 ампер. На рис. 1 показаны коэффициенты трансформации и преобразование напряжения в ток трансформатора.

В основном на рынке широко доступны трансформаторы двух типов: изолирующие и автоматические. Большинство трансформаторов представляют собой изолирующие устройства, в которых первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга. Изолирующий трансформатор обладает двумя отличительными особенностями, которые очень нужны для большинства приложений. Во-первых, вторичная цепь электрически изолирована от более высокого и более опасного входного напряжения.Это обеспечивает уровень безопасности, необходимый для большинства цепей. Вторая особенность заключается в том, что изолирующий трансформатор естественным образом отфильтровывает переходные процессы высокого напряжения и высокочастотный шум. В грязной электрической среде эта функция может сыграть важную роль в защите чувствительной электроники. В некоторых случаях изолирующий трансформатор может означать разницу между надежным оборудованием и полностью нефункциональным хламом.

На Рисунке 2 в разобранном виде показан типичный изолирующий трансформатор с C-образным сердечником.Обратите внимание, что две катушки полностью отделены друг от друга как физически, так и электрически. Единственная связь между двумя катушками – магнитная через сердечник.

На рис. 3 показан типичный трансформатор с сердечником типа «E». В этом случае первичная и вторичная обмотки располагаются вокруг общей стойки в центре сердечника. Такая компоновка позволяет получить более компактную установку с более высоким КПД. По этим причинам конструкции сердечника «E» являются предпочтительными для управляющих трансформаторов и трансформаторов общего назначения.

Для приложений, где изоляция нежелательна или не нужна, может быть указан автотрансформатор. Эти трансформаторы обычно используются для согласования напряжения. В тех случаях, когда часть оборудования может быть сконфигурирована для стандарта напряжения, отличного от имеющегося на месте установки, автотрансформатор, согласующий напряжение, обеспечивает экономичное решение проблемы. Типичным примером является оборудование, подключенное к сети 240 В переменного тока, которое размещается в здании с сетью 208 В переменного тока. В этом случае достаточно скромный автотрансформатор может повысить сервис и проблема быстро решается.

На рис. 4 схематически представлен автотрансформатор, согласующий напряжение. В этом случае линейное напряжение подключается к соответствующим входным клеммам, а отрегулированные напряжения доступны на различных выходных клеммах.

Несмотря на то, что существуют буквально тысячи применений трансформаторов, основная часть этих применений подпадает под четыре основные категории. Наиболее наглядным применением является распределение электроэнергии через национальную сеть. Стоит только взглянуть на телефонные столбы, которые заполонили наш ландшафт, и вы, скорее всего, увидите столбовой трансформатор.

Вторая категория трансформаторов – это распределение электроэнергии в зданиях. В этих случаях высокое стандартное напряжение из сети подключается к зданию и направляется на центральный распределительный трансформатор. Выходы этих трансформаторов предназначены для обеспечения почти всех стандартных напряжений, существующих в стране. На рис. 5 показано схематическое изображение трехфазного распределительного трансформатора. Обратите внимание, что трансформатор представляет собой изолирующую конструкцию, которая помогает защитить здание от переходных процессов высокого напряжения и помех, которые могут передаваться по сети.

Часть вторая, продолжение которой будет опубликовано в выпуске 16, будет включать в себя встраивание трансформаторов в элемент машины, приложения для управления трансформаторами и многое другое. Прочтите его здесь: http://library.automationdirect.com/transformers-application-construction-and-efficiencies-issue-16-2010/

.

Брайан С. Эллиотт

Первоначально опубликовано: 1 сентября 2009 г.

Применение трансформатора — [Все приложения]

Промышленное и бытовое применение трансформатора

Перед обсуждением применения трансформатора необходимо понять основные типы трансформаторов.

Существует несколько типов трансформаторов, используемых для различных целей, таких как распределение электроэнергии, ее передача, использование и т. д.

Трансформатор можно классифицировать в зависимости от уровня напряжения, расположения обмоток, типа источника питания и т. д.

Типы трансформаторов по уровню напряжения
  1. Повышающий трансформатор
  2. Понижающий трансформатор
Применение повышающего трансформатора

.Также его вторичная обмотка крутится больше, чем первичная обмотка.

Применение повышающего трансформатора.

  • Бытовое электротехническое и электронное оборудование

В некоторых странах коммерческое питание 110/120 В, но для некоторого оборудования требуется 220/240 В, поэтому его необходимо преобразовать с помощью повышающего трансформатора.

Микроволновая печь имеет повышающий трансформатор, первичное напряжение 110/240 В, затем преобразуется в 1800/2800 В.

Система выработки и передачи электроэнергии, используемая для повышающего трансформатора.

Применение понижающего трансформатора

Этот тип трансформатора используется для преобразования первичного напряжения в низкое вторичное напряжение. Кроме того, вторичная обмотка крутится меньше, чем первичная.

В электросети системы электропередачи установлены понижающие трансформаторы различных типов.

  • Зарядка аккумуляторов и источник питания

Понижающие трансформаторы, используемые во всех зарядных устройствах для телефонов, зарядках игрушек, блоках питания ноутбуков и т. д.

Применение автотрансформаторов и вторичная обмотка имеют одну общую одиночную обмотку.Эта обмотка снимается в нужной точке, чтобы получить требуемое напряжение.

  • Используется для снижения напряжения пускателя асинхронного двигателя.
  • Универсальный адаптер питания.
  • Стартер для некоторых типов люминесцентных светильников.
  • Усилитель в конце длинной линии передачи для компенсации потерь в линии.
Применение защитных трансформаторов
  • Этот тип трансформатора используется для защиты оборудования.

Типы трансформаторов в зависимости от использования
Силовой трансформатор
  • Силовой трансформатор используется для приложений высокой мощности, обычно выше 33 кВ.
Распределительный трансформатор
  • Трансформаторы этого типа используются для распределения электроэнергии, в промышленности они используются в приложениях 33 кВ, а в домашних условиях 220/440 В.
Измерительный трансформатор
  • Этот тип трансформатора используется для измерения электрических параметров, таких как напряжение, ток, мощность и т. д.
Защитные трансформаторы
  • Защитный трансформатор используется для целей электрической защиты.

3-фазный силовой трансформатор | Трансформатор, изготовленный по индивидуальному заказу

Трехфазные силовые трансформаторы, идеально подходящие для распределения электроэнергии, лучше всего подходят для электрических систем, в которых требуется эффективная мощность распределения и возможности передачи высокой мощности.

General Transformer может удовлетворить ваши индивидуальные требования к трехфазным силовым установкам с многослойными стальными трансформаторами и катушками индуктивности, изготовленными в настоящей трехфазной (с тремя катушками) конструкции.

Мощность переменного тока — это переменный ток, переменное напряжение и переменная мощность. На рабочей частоте (60 Гц в Северной Америке, 50 Гц в большей части остального мира и 400 Гц в самолетах и ​​некоторых других специализированных приложениях) мощность течет вперед и назад в виде гладкой синусоидальной формы волны.

  • В непрерывном цикле он перемещается от нуля к пику, затем обратно к нулю, а затем к отрицательному пику.
  • Поток энергии становится более плавным и эффективным, если можно использовать несколько сигналов (или фаз), даже если все они имеют одинаковую частоту.
    • Когда один находится на нуле, другой близок к пику, поэтому общий поток энергии более плавный и непрерывный.

Поток мощности аналогичен разнице между одноцилиндровым двигателем и двигателем с четырьмя, шестью, восемью или даже двенадцатью цилиндрами. Выходная мощность может быть одинаковой, но чем больше цилиндров, тем плавнее будет поток мощности.

Выработка электроэнергии на заказ с помощью трехфазных силовых трансформаторов

В то время как практически все наши современные электронные устройства используют постоянный ток или постоянный ток, в системах производства и распределения электроэнергии используется переменный ток или переменный ток.Существует несколько исторических и технических причин для использования переменного тока в производстве и распределении электроэнергии.

  • Во многом благодаря трансформаторам, которые могут работать только с переменным током, система переменного тока была просто более эффективной, экономичной и гибкой.
  • Было (и остается) просто и экономично генерировать мощность переменного тока при высоком напряжении, передавать ее по распределительной сети и понижать напряжение до более полезного уровня в точке использования.

General Transformer может помочь преобразовать эту мощность переменного тока в постоянный, просто и экономично.

Преимущества использования трехфазных силовых трансформаторов

При более высокой номинальной мощности трехфазные трансформаторы дешевле, легче и меньше, что делает их идеальными для промышленного оборудования. Трехфазные силовые трансформаторы предлагают множество преимуществ для промышленного применения.

Мы можем показать вам, как использовать три однофазных блока, соединенных по схеме «звезда» или «треугольник», или два однофазных блока по схеме «открытый треугольник» или «Скотт-Т».

Преимущества трехфазного трансформатора

К другим преимуществам трехфазных трансформаторов относятся: 

  • Более низкая стоимость
  • Меньший вес
  • Требуется меньше места
  • Более высокая эффективность
  • Может работать с трехфазными и небольшими однофазными нагрузками

Применение конструкции трехфазного трансформатора

Трехфазные трансформаторы используются для производства электроэнергии и электрических распределительных сетей.Их можно найти в мощных промышленных нагрузках, таких как выпрямители, моторные приводы и другое оборудование. Дополнительные области применения трехфазных силовых трансформаторов включают:

  • Приложения, требующие повышения/понижения линий передачи
  • Производство электроэнергии электросетевой станцией

 

Трехфазный трансформатор по индивидуальному заказу

Лучший в своем классе производитель трехфазных трансформаторов

На протяжении более 45 лет General Transformer создает инновационные силовые трансформаторы для широкого круга OEM-производителей во всех отраслях. Разработка и изготовление индивидуального трехфазного трансформатора вместе с нами дает следующие преимущества:  

  • Работа с производителем, сертифицированным по стандарту ISO 9001
  • Оптимальная конструкция для точной разработки трансформатора в соответствии с требованиями заказчика и приложения
  • Трехфазные силовые трансформаторы, изготовленные по индивидуальному заказу в США
  • Способность своевременно производить большие партии продукции с быстрым переходом от разработки к производству
  • Штрих-код и сериализация деталей с хранением данных для пользовательских проектов трехфазных трансформаторов

Разработайте свой трехфазный трансформатор уже сегодня

Мы производим трехфазные трансформаторы по индивидуальному заказу для удовлетворения ваших потребностей в электроснабжении.Посетите нашу страницу «Трансформаторы на заказ», чтобы узнать больше о наших трансформаторах, или отправьте нам свои требования к дизайну.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.