Схема повышающего трансформатора: Повышающий трансформатор: схема и принцип работы

Повышающий трансформатор | Как работает, схема, применение

Содержание:

Повышающий трансформатор это обычный трансформатор (см. назначение и принцип действия трансформатора) который повышает значение напряжения электрического тока. На первичной обмотке оно ниже, а на вторичной выше. Тем самым на выходе прибора напряжение выше и за счет определенного числа витков обмотки и сечения имеет нужное значение.

Принцип работы повышающего трансформатора заключается в величине К (коэффициент трансформации).

При К>1 трансформатор является понижающим, а при К<1 — повышающим трансформатором.

U1/U2 ≈ E1/E2 = N1/N2 = К

где: U1, U2 — напряжение на первичной и вторичной обмотке; E1, E2-мгновенные значения ЭДС;  N1, N2 — количество витков первичной и вторичной обмотки

повышающий трансформатор схема

Применение повышающих трансформаторов

Приборы устанавливаются в электрических линиях и источниках питания потребительских точек. В соответствии с законом Джоуля — Ленца при увеличении силы тока выделяется тепло, которое нагревает провод. Для транслирования энергии на большие линейные расстояния увеличивают напряжение, а токи уменьшают. При поступлении к потребителю мощность снижают, поскольку в целях безопасности пришлось бы использовать массивную изоляцию.

В начале цепочки устанавливают повышающий трансформатор, а в точке приема понижают показатели. Такие комбинации на протяжении ЛЭП используют многократно, добиваясь выгодных условий транспортировки электричества и создавая приемлемые значения для потребителя.

Из-за присутствия в сети трех фаз для трансформации энергии используют трехфазные агрегаты. Иногда применяют группу, в которой устройства объединены в модель звезды, при этому них общий проводящий стержень.

Хоть коэффициент полезного действия у агрегатов большой мощности достигает почти стопроцентного значения, всё равно выделяется много тепла. Типичный трансформатор электрической станции 1 гВт выдает несколько мегаватт. Чтобы снизить это явление, разработана охладительная система в виде бака с негорючей жидкостью или трансформаторным маслом и сильным устройством для воздушной раздачи тепла. Охлаждение чаще водяное, сухой принцип используют при небольшой мощности.

Повышающий тороидальный трансформатор

Как вы понимаете, говоря «тороидальный трансформатор», подразумевают обычно сетевой однофазный трансформатор, силовой или измерительный, повышающий или понижающий, у которого тороидальный сердечник оснащен двумя или несколькими обмотками.

Работает тороидальный трансформатор принципиально так же как и трансформаторы с другими формами сердечников: он понижает или повышает напряжение, повышает или понижает ток — преобразует электроэнергию. Но тороидальный трансформатор отличается при той же передаваемой мощности меньшими размерами и меньшим весом, то есть лучшими экономическими показателями.

Главная особенность тороидального трансформатора — небольшой общий объем устройства, доходящий до половины в сравнении с другими типами магнитопроводов.

Шихтованный сердечник вдвое больше по объему чем тороидальный ленточный сердечник при той же габаритной мощности.

Поэтому тороидальные трансформаторы удобнее устанавливать и подключать, и уже не так важно, идет ли речь о внутреннем или о наружном монтаже.

Любой специалист скажет, что тороидальная форма сердечника является идеальной для трансформатора по нескольким причинам:

• во-первых, экономия материалов на производстве,
• во-вторых, обмотки равномерно заполняют весь сердечник, распределяясь по всей его поверхности, не оставляя неиспользованных мест,
• в-третьих, поскольку обмотки имеют меньшую длину, КПД тороидальных трансформаторов получается выше в силу меньшего сопротивления провода обмоток.

Охлаждение обмоток — еще один важный фактор.

Обмотки эффективно охлаждаются будучи расположены в форме тороида, следовательно плотность тока может быть более высокой.

Потери в железе при этом минимальны и ток намагничивания сильно меньше. В итоге тепловая нагрузочная способность тороидального трансформатора оказывается очень высокой.

Экономия электроэнергии — еще один плюс в пользу тороидального трансформатора.

Примерно на 30% больше энергии сохраняется при полной нагрузке, и примерно 80% на холостом ходу, в сравнении с шихтованными магнитопроводами иных форм. Показатель рассеяния у тороидальных трансформаторов в 5 раз меньше чем у броневых и стержневых трансформаторов, поэтому их можно безопасно использовать с чувствительным электронным оборудованием.

При мощности тороидального трансформатора до киловатта, он настолько легок и компактен, что для монтажа достаточно применить прижимную металлическую шайбу и болт. Потребителю всего то и нужно выбрать подходящий трансформатор по току нагрузки и по первичному и вторичному напряжениям. При изготовлении трансформатора на заводе рассчитывают площадь сечения сердечника, площадь окна, диаметры проводов обмоток, — и выбирают оптимальные габариты магнитопровода с учетом допустимой индукции в нем.

Для чего около электростанций устанавливают повышающий напряжение трансформатор?

Любой проводник имеет свое сопротивление и поэтому в ЛЭП неизбежно возникают тепловые потери на нагрев проводника. Величина нагрева пропорциональна квадрату тока в цепи, по этому повышая напряжение до сотен киловольт, мы, согласно закону Ома понижаем ток, а значит и снижает тепловые потери и размер проводников ЛЭП, экономия материалов и стоимости.

• См. Принцип работы трансформаторов в передаче электрической энергии на расстоянии

Видео: Повышающий трансформатор

конструктивные особенности приборов, способных повышать и понижать напряжение

Трансформатор преобразовывает мощность в сетях и установках, предназначенных для приема электричества и работы с ним. Повышающий трансформатор — это статический агрегат, получающий питание от источника напряжения для трансформирования высокой мощности в низкие показатели.

Его применяют для обособления логических защитных контуров и измерительных линий от высокого напряжения.

• Понятие трансформатора
• Применение в сетях
• Магнитная система
• Обмотки агрегата
• Охладительный резервуар
• Особенности эксплуатации
  • Использование в параллельном режиме
  • Частота и регулирование мощности
  • Изоляция и перенапряжение

Понятие трансформатора

Электромагнитное устройство с двумя или больше обмотками, связанными индукцией на магнитопроводе, называется трансформатором. Оно разработано для изменения напряжения переменного тока с сохранением частоты и используется при производстве, трансляции на расстояние и приемке электроэнергии.

Агрегат, повышающий напряжение, содержит проволочную катушку, охваченную магнитными линиями, располагающуюся на сердечнике для проведения потока. Материалом стержня служат ферромагнитные сплавы. Агрегат работает с большими мощностями, его применение обусловлено разными показателями напряжений городских линий (около 6,2 кВ), потребительского контура (0,4 кВ) и мощности, необходимой для функционирования электроприборов и машин (от единичных показаний до нескольких сотен киловольт).

Применение в сетях

Приборы устанавливаются в электрических линиях и источниках питания потребительских точек. В соответствии с законом Джоуля — Ленца при увеличении силы тока выделяется тепло, которое нагревает провод. Для транслирования энергии на большие линейные расстояния увеличивают напряжение, а токи уменьшают. При поступлении к потребителю мощность снижают, поскольку в целях безопасности пришлось бы использовать массивную изоляцию.

В начале цепочки устанавливают повышающий трансформатор, а в точке приема понижают показатели. Такие комбинации на протяжении ЛЭП используют многократно, добиваясь выгодных условий транспортировки электричества и создавая приемлемые значения для потребителя.

Из-за присутствия в сети трех фаз для трансформации энергии используют трехфазные агрегаты. Иногда применяют группу, в которой устройства объединены в модель звезды, при этому них общий проводящий стержень.

Хоть коэффициент полезного действия у агрегатов большой мощности достигает почти стопроцентного значения, всё равно выделяется много тепла. Типичный трансформатор электрической станции 1 гВт выдает несколько мегаватт. Чтобы снизить это явление, разработана охладительная система в виде бака с негорючей жидкостью или трансформаторным маслом и сильным устройством для воздушной раздачи тепла. Охлаждение чаще водяное, сухой принцип используют при небольшой мощности.

Магнитная система

Магнитопровод представляет собой комплекс пластин или других элементов из электротехнической стали, составленных в выбранной геометрической конфигурации. В конструкции сосредоточены поля агрегата. Магнитопровод в сборе вместе с узлами и соединительными элементами образует остов трансформатора. Деталь, на которую намотаны обмотки, является стержнем. Область системы, предназначенная для замыкания цепи и не несущая витков контура, называется ярмом.

Расположение в пространстве стержней служит для разделения системы на следующие виды:

• плоская конструкция, в которой все сердечники располагаются на единой поверхности;
• пространственный способ — продольные стержни или сердечники и ярма находятся в различных плоскостях;
• симметричный порядок — стержни одной длины и формы располагаются так, что их пространственная установка одинаково относится ко всем элементам и сердечникам;
• несимметричный строй предполагает разные по виду и размерам стержни, расположенные отлично от аналогичных деталей.

Обмотки агрегата

Обмотка состоит из отдельных витков, являющихся проводниками, или комплекса таких передатчиков (жилы из нескольких проводов). Оборот однократно обходит стержень, ток которого совместно с токами других сердечников и систем воспроизводит магнитное поле. В результате возникает электродвижущая сила (ЭДС).

Обмотка представляет собой упорядоченный комплекс витков. Она образует цепь, в которой складываются силы, наведенные в оборотах. Обмотка трехфазного агрегата состоит из нескольких объединенных обвивок трех фаз с одинаковым напряжением.

Стержни обмоток понижающего и повышающего трансформатора делают квадратной конфигурации для наилучшего использования пространства (повышения коэффициента наполнения в окне стержня). Если требуется увеличить поперечное сечение сердечника, то его делят на несколько проводников. Это применяется для уменьшения вихревых токов в обвивке. Проводник квадратного поперечного сечения называется жилой.

По функционированию обмотки делят на несколько типов:

• основные — обвивки, предназначенные для приема или отвода преобразуемой или трансформированной энергии переменного тока;
• регулирующие — те, что предусматривают выводы для изменения коэффициента преобразования напряжения при небольшом токе обмотки и маленьком диапазоне нормализации;
• вспомогательные витки обеспечивают питание собственных нужд, при этом используется малая мощность, гораздо меньшая, чем аналогичный номинальный показатель повышающего трансформатора.

Изоляцией жилы служит слой бумаги или эмалевый лак. Два параллельно проходящих защищенных провода, расположенные рядом, отгораживаются общей бумажной оберткой и называются транспонированным кабелем. Его отдельный вид составляет непрерывное продолжение, складывающееся при перемещении жилы одного слоя к следующему пласту с одинаковым шагом в единой изоляции. Бумажная защита делается из тонких полос шириной 2—4 см, нанесенных вокруг кабеля. Для получения требуемого пласта заданной толщины бумага накладывается в несколько слоёв. В зависимости от конструкции обмотка бывает:

1. Рядовая. Обороты на сердечнике кладут в направлении оси по всей протяженности обвивки. Последующие витки располагают плотно один к другому, не допуская промежутка между ними.
2. Винтовая. Является одним из вариантов многослойного нанесения. Между каждым заходом оборота оставляется расстояние.
3. Дисковая. Последовательно объединяется ряд накопителей. В них обороты кладут в радиальном направлении по спиральной форме. На первичной прослойке обвивка ведется внутрь, а на соседних кругах делается наружу.
4. Фольговая. Вместо прямоугольного кабеля ставят медные или алюминиевые пластины. Они широкие, их толщина составляет от 0,1 до 2,5 мм.

Охладительный резервуар

Является емкостью для масла и одновременно защищает активные компоненты агрегата от перегрева. В конструкции исполняет роль опоры для дополнительных и управляющих устройств. Перед наполнением из бака удаляют воздух, подвергающий разрушению изоляцию и уменьшающий ее защитные свойства. Из-за этого резервуар работает в условиях низкого атмосферного давления.

Для уменьшения шума от функционирования трансформатора должны совпадать звуковые частоты, воспроизводимые стержнем агрегата, и аналогичные показатели резонанса конструктивных элементов. Для сброса при увеличении объема жидкости в баке от нагревания устанавливается отдельно расположенная расширительная емкость.

Повышение номинальных значений мощности увеличивает скорость движения электронов снаружи и внутри трансформатора, что разрушает конструкцию. Аналогично действует рассеивающее магнитное течение в баке. Применяют вкладыши из материала, не подверженного намагничиванию. Их располагают вокруг изоляторов сильного потока, что уменьшает риск нагревания. Внутреннюю отделку бака выполняют так, чтобы она не пропускала магнитный поток через ограждения емкости. Материал с малым сопротивлением магнетизму поглощает течение перед его проникновением через наружные стенки.

Количество полуокружностей почти соответствует числу оборотов обвивки. С увеличением витков делается больше дуг, но строгая пропорциональность отсутствует. Возле выхода жирной точкой указывают начало обмоток (на двух катушках и больше). Ставят обозначения мгновенно возникающей ЭДС, они на выходах обычно одинаковы.

Такой подход используется при показе промежуточности агрегатов в преобразовательных цепочках для наметки синхронности или противофазности. Обозначение актуально и при нескольких катушках, если для их эффективного функционирования требуется соблюдать полярность. Отсутствие явного обозначения обвивок говорит о том, что они идут в одном направлении, то есть конец предыдущей соответствует началу последующей.

Особенности эксплуатации

Для определения времени службы используют понятие экономического и технического срока работы. Экономический отрезок заканчивается, когда цена трансформации мощности с помощью искомого трансформатора превышает удельную стоимость таких же услуг в соответствующей рыночной нише. Технический срок службы прекращается с выходом из строя большого числа элементов, требующих капитального ремонта агрегата.

Использование в параллельном режиме

Такой регламент применяется из-за того, что при небольшой нагрузке силовой понижающий агрегат допускает значительные потери на холостом ходу. Для исправления ситуации он заменяется группой устройств небольшой мощности, которые при необходимости отключают поодиночке. Требования к такому подсоединению:

• к параллельному использованию допускаются агрегаты с равной угловой погрешностью между вторичным и первичным показателем напряжения;
• параллельно связываются одинаково полярные полюса из областей низкой и высокой мощности;
• объединяемые устройства должны показывать аналогичный коэффициент передачи по напряжению;
• сопротивление при коротком замыкании должно отличаться в сторону уменьшения или увеличения не более 10%;
• соотношение мощности задействованных трансформаторов не должно превышать 1:3.

Агрегаты, входящие в группу, используют с одинаковыми техническими параметрами.

Частота и регулирование мощности

В случаях равного напряжения на первичных обмотках агрегаты с определенной частотой могут эксплуатироваться при увеличенных показателях сети с рекомендованной заменой навесного оборудования. При частоте меньше номинальной индукция повышает значения в магнитном приводе, что ведет к скачку тока при холостой работе и изменению его вида.

Регулирование напряжения трансформатора применяется в сети из-за того, что нормальная работа потребителей возможна только при мощности определенных параметров и минимальных от них отклонениях.

Изоляция и перенапряжение

Специалисты проводят регулярные испытания и ремонты защитного слоя трансформатора, так как он теряет свои свойства от высоких температур. Это касается агрегатного масла в охладительном баке и изоляции активных элементов. После проверки сведения о состоянии защитных материалов вписываются в паспорт агрегата.

Иногда устройства работают в условиях повышенной мощности. Перенапряжение подразделяется на два вида:

• кратковременное действие сильного фактора продолжается от одной секунды до 2—4 часов;
• переходное перенапряжение длится от 2—5 наносекунд до 3—5 миллисекунд, оно бывает колебательным или неколебательным, но всегда имеет одинаковое направление.

Иногда при перегрузке комбинируются оба вида перенапряжения. Причинами их возникновения могут быть грозовые разряды, при этом токовый показатель импульса зависит от расстояния между трансформатором и местом удара. Второй причиной являются изменения условий работы, сформированные внутри системы. Они заключаются в поломках, нарушениях проводимости, коротких замыканиях, возгораниях, частых подключениях и отключениях.

При контроле качества в заводских условиях агрегаты проверяют и выдают сведения о возможности бесперебойной работы в соответствии со стандартами.

Повышающие и понижающие трансформаторы | Tameson.com

Рис. 1: Трансформатор

Трансформаторы — это статические устройства, необходимые для эффективной передачи электроэнергии из одной цепи в другую. Когда мощность проходит через трансформатор, напряжение, поступающее на вход или на первичный конец, изменяется для удовлетворения конкретных потребностей на выходе или на вторичном конце. В повышающем трансформаторе уровень напряжения на выходе повышается, а в понижающем трансформаторе уровень напряжения снижается. В этой статье обсуждается структура и использование повышающих и понижающих трансформаторов, а также некоторые принципы, регулирующие передачу электроэнергии.

Содержание

• Что такое повышающие и понижающие трансформаторы?
• Принцип работы трансформатора
• Принцип действия повышающего трансформатора
• Принцип работы понижающего трансформатора
• Реверсивность работы трансформатора
• Применение повышающих трансформаторов
• Применение понижающих трансформаторов
• Часто задаваемые вопросы

• Автотрансформатор

• Постоянное напряжение

• Трансформатор тока

• Трансформатор безопасности

• Однофазные трансформаторы

• Трехфазные трансформаторы

• Трансформаторы напряжения

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы?

Повышающий трансформатор увеличивает входное напряжение и подает его на нагрузку, а понижающий трансформатор снижает входное напряжение на нагрузке. Для эффективной передачи энергии требуется высокое напряжение, но по соображениям безопасности мощность должна потребляться потребителями при более низком напряжении. Переход от низкого напряжения к высокому для передачи требует повышающего трансформатора. В некоторых странах повышающие трансформаторы имеют неоценимое значение. Например, уровень выработки электроэнергии в Индии составляет 11 кВ; следовательно, на генерирующих станциях требуются повышающие трансформаторы. Короче говоря, повышающий трансформатор повышает напряжение для передачи.

Понижающие трансформаторы преобразуют энергию высокого напряжения в энергию низкого напряжения. Благодаря этому уровень мощности соответствует требованиям каждого устройства, подключенного к системам электропитания в домашних условиях или на предприятиях. Силовые цепи для дома рассчитаны на 230–110 В, но для некоторых функций требуется всего 16 В. Таким образом, понижающие трансформаторы необходимы для снижения напряжения до более низкого уровня мощности.

Кроме того, отдельные цепи в электрических системах в домах и на предприятиях обычно имеют одну и ту же частоту. Но часто напряжение должно отличаться. Поэтому в конструкцию многих бытовых приборов включаются повышающие или понижающие трансформаторы меньшего размера. Повышающие и понижающие трансформаторы могут быть как однофазными, так и трехфазными, в зависимости от типа используемого источника питания. Повышающие и понижающие трансформаторы служат для разных целей и имеют множество конфигураций, в зависимости от потребностей каждой конкретной ситуации.

Принцип работы трансформатора

Трансформатор состоит из двух наборов проводов (см. рис. 2):

• Первичная обмотка (А): собирает мощность
• Вторичная обмотка (B): обеспечивает питание

Первичная и вторичная обмотки намотаны вместе на сердечнике цепи из магнитного железа, но эти катушки не соприкасаются друг с другом, как видно на рис. 2. Сердечник изготовлен из магнитомягкого материала, состоящего из пластин (рис. 2 обозначен C) связаны вместе, чтобы помочь уменьшить потери в сердечнике. Потери в сердечнике — это потери энергии в сердечнике, вызванные переменным магнитным потоком. Нестабильное магнитное поле в конечном итоге разрушает функционирование материала сердечника.

Когда первичная обмотка (рис. 2, обозначенная буквой А) подключена к источнику питания, через катушку протекает ток и индуцируется магнитное поле. Часть этого магнитного поля соединяется со вторичными обмотками (рисунок 2, обозначенный B) за счет взаимной индукции, тем самым создавая ток и напряжение на вторичной (нагрузочной) стороне. Напряжение, создаваемое на стороне нагрузки, пропорционально числу витков вторичной обмотки по отношению к числу витков на первичной стороне. Преобразование напряжения определяется выражением

В1/В2 = Н1/Н2 = И2/И1

• V1: Напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора
• V2: Напряжение вторичной (нагрузочной) обмотки трансформатора
• N1: Количество витков в первичной обмотке
• N2: Число витков вторичной обмотки
• I2: Ток, протекающий через вторичные обмотки
• И1: Ток, протекающий через первичные обмотки

Прочтите нашу статью об электрических трансформаторах, чтобы узнать больше о конструкции и различных способах подключения трансформатора.

Рисунок 2: Конструкция трансформатора с первичными обмотками (A), вторичными обмотками (B) и магнитным сердечником (C)

Принцип работы повышающего трансформатора

Повышающий трансформатор увеличивает напряжение на вторичных обмотках относительно основной стороны. Согласно уравнению преобразования напряжения, чтобы V2 было больше, чем V1, значение N2 должно быть больше, чем N1 (см. рис. 3). Следовательно, в повышающем трансформаторе

• N2 > N1
• В2 > В1
• I2 < I1

Повышающий трансформатор всегда понижает ток (при повышении напряжения) на вторичной стороне по сравнению с первичной. Это связано с тем, что общая мощность на первичной и вторичной сторонах трансформатора одинакова. Толщина катушек трансформатора зависит от мощности тока, на которую он рассчитан. В повышающем трансформаторе по первичной обмотке протекает больший ток; следовательно, медный провод с толстой изоляцией используется для первичной обмотки и тонкий медный провод с изоляцией для вторичной обмотки. Трансформатор обычно оценивается по произведению напряжения и тока в кВА (киловольт-ампер). Прочтите нашу статью о калькуляторе трансформатора для получения более подробной информации о мощности, связанной с трансформатором.

Пример

Если трансформатор 1:10 подается 10 В на первичную обмотку,

• N1 = 1
• Н2 = 10
• В1 = 10 В
• Следовательно, V2 = (N2 / N1) ✕ V1 = 100 В

Напряжение на вторичной стороне трансформатора в десять раз превышает напряжение на первичной стороне.

Преимущества повышающего трансформатора

• Простота обслуживания
• Высокая эффективность
• Быстрый старт
• Передатчик мощности

Недостатки повышающего трансформатора

• Требуется система охлаждения
• Работает только с сигналами переменного тока (AC)
• Огромный размер

Принцип работы понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор снижает напряжение на вторичной обмотке относительно первичной. Из уравнения преобразования напряжения, чтобы V2 было меньше, чем V1, значение N2 должно быть меньше, чем N1. Следовательно, в понижающем трансформаторе

• N2 < N1
• В2 < В1
• I2 > I1

Понижающий трансформатор всегда увеличивает ток (при понижении напряжения) на вторичной стороне по сравнению с первичной. В понижающем трансформаторе по вторичной стороне протекает больший ток; следовательно, толстый изолированный медный провод используется для вторичной обмотки, а тонкий изолированный медный провод – для первичной обмотки. Понижающие трансформаторы обычно используются в низковольтных трансформаторах для ландшафтного освещения.

Пример

Если трансформатор 100:1 подает напряжение 10 В на первичную обмотку,

• N1 = 100
• Н2 = 1
• В1 = 10 В
• Следовательно, V2 = (N2 / N1) ✕ V1 = 0,1 В

Напряжение на вторичной стороне трансформатора в 100 раз меньше по сравнению с напряжением на первичной стороне.

Преимущества понижающего трансформатора

• Высокая долговечность и надежность
• Меньше стоимости
• Высокая эффективность
• Обеспечивает различные источники напряжения для обычных бытовых приборов

Недостатки понижающего трансформатора

• Требует сложного обслуживания
• Работает только на AC

Реверсивность работы трансформатора

Функции повышения и понижения мощности могут выполняться с использованием одного и того же трансформатора. Разница в работе заключается в том, как трансформатор подключен к цепи. Если входное питание осуществляется по низковольтной обмотке, то трансформатор работает как повышающий вариант. Этот же трансформатор можно использовать как понижающий вариант входного питания, если он подключен к высоковольтной обмотке.

Применение повышающих трансформаторов

• Повышающие трансформаторы с первичными боковыми обмотками из толстого изолированного медного провода, которые повышают напряжение до 11000 вольт или более, необходимы для пользователей с особыми требованиями к питанию, такими как работа рентгеновских аппаратов, микроволновых и приложения для электростанций.
• Трансформаторы повышающие применяются для распределения электрической энергии в линиях электропередачи большой мощности.
• Эти трансформаторы используются для усиления электронных устройств.

Применение понижающих трансформаторов

Понижающие трансформаторы обычно используются в:

• Обычном бытовом оборудовании, таком как компакт-диски, телевизоры и дверные звонки.
• Стабилизаторы напряжения
• Инверторы
• Сети распределения электроэнергии
• Плата за мобильный телефон
• Линии электропередачи

Рис. 3: Повышающий высоковольтный трансформатор

Часто задаваемые вопросы

Каков основной научный принцип работы трансформатора?

Трансформатор работает на основе взаимной индукции, согласно которой катушка с током создает пропорциональное магнитное поле и наоборот.

Требуется ли трансформатор другого типа для повышения или понижения мощности?

Один и тот же тип трансформатора может использоваться для любой цели. Функция трансформатора зависит от того, как он установлен в цепи.

• Автотрансформатор

• Постоянное напряжение

• Трансформатор тока

• Трансформатор безопасности

• Однофазные трансформаторы

• Трехфазные трансформаторы

• Трансформаторы напряжения

Повышающие, понижающие трансформаторы и обратное питание

Повышающий и понижающий, в чем разница?

Проще говоря, трансформаторы — это машины, которые повышают или понижают напряжение, чтобы электричество можно было перемещать и использовать более эффективно. В этой статье мы в первую очередь рассмотрим важность и различия между повышающими и понижающими трансформаторами, но если вы хотите узнать больше о трансформаторах, ознакомьтесь с нашим подробным руководством по электрическим трансформаторам.

«Понижающий трансформатор» используется для понижения напряжения, а «повышающий трансформатор» — для повышения напряжения.

Напряжение, поступающее в трансформатор от источника питания, называется первичным напряжением , а напряжение, выходящее из трансформатора, называется вторичным напряжением .

Что такое понижающий трансформатор?

Понижающий трансформатор — это трансформатор, первичное напряжение которого выше вторичного напряжения.

Для иллюстрации предположим, что ваша компания получает 3-фазное питание 480 В от энергетической компании, но у вас есть оборудование, для которого требуется 3-фазное питание 208 В. Чтобы это работало, вам нужен понижающий трансформатор для преобразования мощности 480 В в 208 В, чтобы ваша машина работала с правильным напряжением.

Что такое повышающий трансформатор?

Повышающий трансформатор — это трансформатор, первичное напряжение которого ниже вторичного напряжения.

Таким образом, если в вашем здании подключено напряжение 208 В, но вам нужно 480 В для питания большой машины, вам понадобится повышающий трансформатор для повышения напряжения с 208 В до 480 В.

Эти примеры относятся к небольшим промышленным приложениям. Но принцип применим независимо от размера. Например, энергетические компании используют массивные трансформаторы подстанций, называемые трансформаторами GSU (усилитель генератора), для повышения напряжения электростанций с 7200 В до сверхвысокого напряжения, такого как 345 000 В, для крупномасштабной передачи электроэнергии на многие мили. Как только мощность достигает места назначения, трансформатор подстанции используется для понижения напряжения для распределения.

Поскольку трансформаторы работают от сети переменного тока, технически все трансформаторы могут выполнять как повышающие, так и понижающие операции. В этом смысле обозначения «повышающий» и «понижающий» просто относятся к способу использования трансформатора.

ПРИМЕЧАНИЕ. AC означает переменный ток, что означает, что направление тока, протекающего через систему, буквально меняет направление 60 раз в секунду. Эта частота изменения измеряется в герцах, поэтому системы переменного тока в США называются 60 герц. Узнайте больше об истории мощности переменного тока и мощности постоянного тока   здесь.

Каковы конструктивные различия между повышающими и понижающими трансформаторами?

Теоретически любой трансформатор можно использовать как для повышающего, так и для понижающего режима. Тем не менее, есть некоторые заметные различия в конструкции повышающих и понижающих трансформаторов. Это ни в коем случае не жесткие правила, а стандарты, которых придерживается трансформаторная промышленность. Кроме того, конструктивные различия, как правило, более выражены в трансформаторах низкого напряжения (<600 В) по сравнению с их аналогами среднего напряжения (> 2400 В).

ПРИМЕЧАНИЕ. Повышающие трансформаторы, разработанные специально для солнечных и ветряных электростанций, имеют собственный набор стандартов проектирования, которые мы рассмотрим в следующей статье.

Основные конструктивные различия в разбивке по типам трансформаторов.

1.

Расположение обмотки и отвода напряжения

Трансформаторы низкого напряжения

Низковольтные понижающие трансформаторы обычно имеют обмотки высокого напряжения снаружи, а обмотки низкого напряжения внутри. Повышающие трансформаторы имеют противоположную конфигурацию. Основная причина этого в том, что отводы регулировки напряжения обычно располагаются на первичных обмотках, а поскольку обмотки расположены концентрично (одна внутри другой), обмотки с отводами напряжения должны физически располагаться на внешних витках.

Ниже приведен пример, где обмотки высокого напряжения показаны красным цветом, а обмотки низкого напряжения — синим.

Трансформаторы среднего напряжения

Когда речь идет о трансформаторах среднего напряжения, практически нет разницы в расположении обмоток или ответвлений. Обмотки ВН всегда снаружи, а ответвления всегда на стороне ВН.

2. Векторная группировка

Векторная группировка трансформаторов низкого напряжения

Трансформаторы низкого напряжения обычно изготавливаются с векторной группой треугольник-звезда независимо от повышающего или понижающего режима, при этом треугольник является соединением на первичной стороне, а WYE — соединение на вторичной стороне.

Ниже приведен пример того же трансформатора низкого напряжения, но один предназначен для понижающего, а другой для повышающего.

Понижающий трансформатор	Повышающий трансформатор
Первичная: 480 Delta	Первичная: 208 Delta
Вторичная: 208 30 799 30 799 Y/208 ары: 480 лет/ 277
Ответвители на стороне 480 В	Ответвители на стороне 208 В
Внешние обмотки 480 В	Внешние обмотки 208 В

Трансформаторы среднего напряжения с векторной группировкой

Трансформаторы среднего напряжения обычно изготавливаются с векторной группой треугольник-звезда, если они рассчитаны на понижающий режим, и с векторной группой звезда-звезда, если предназначены для повышения.

Ниже приведен пример того же трансформатора среднего напряжения, но один предназначен для понижающего, а другой для повышающего.

Понижающий трансформатор	Повышающий трансформатор
Первичный: 12470 Треугольник	Первичный: 480 Y 277
Вторичный: 480 Y/ 277	Вторичный: 12470 Y 7200 633 90 Отвод s на стороне 12470 В	Отводы на стороне 12470 В
Внешние обмотки 12470В	Внешние обмотки 12470В

3.

Обратное питание

Технически любой понижающий трансформатор может быть использован в качестве повышающего трансформатора путем «обратного питания» трансформатора.

Обратное питание — это просто вопрос подачи питания на обмотки низкого напряжения.

Учитывая большую доступность понижающих трансформаторов, реверсивное питание является обычной практикой в ​​отрасли. С учетом сказанного, вот несколько соображений при обратном питании понижающего трансформатора.

Соответствие нормам и правилам

Хотя в NEC нет ничего, что прямо запрещало бы обратное питание, ваш местный инспектор по электротехнике может решить, что он хочет видеть на паспортной табличке трансформатора такую ​​фразу, как «пригоден для работы с повышением», прежде чем одобрить установку.

Пусковой ток

Пусковой ток (величина тока, потребляемая трансформатором при начальном включении) больше при обратном питании, что может привести к срабатыванию выключателя. Это редкость, учитывая, что современные выключатели обычно имеют достаточную выдержку времени, чтобы выдержать пусковой ток без ложных срабатываний. Неприятное отключение обычно происходит только в том случае, если выключатель, питающий трансформатор, устарел и/или мощность трансформатора очень высока.

Чем больше кВА, тем больше пусковой ток, поэтому некоторые производители рекомендуют только обратную подачу 75 кВА и ниже. Но пока прерыватель имеет достаточную выдержку времени, вы можете реверсивно питать более крупные трансформаторы.

Группировка вектора / Без нейтрали

Наиболее распространенной векторной группой трансформатора является треугольник-звезда, где треугольник представляет собой конфигурацию на первичной стороне, а звезда — на вторичной стороне. Следовательно, обратное питание трансформатора, изначально предназначенного для работы в режиме понижения, приведет к вторичному соединению треугольником, в котором отсутствует нейтраль.