Трансформатор как устроен: Трансформатор — урок. Физика, 8 класс.

Для чего нужен Трансформатор, из чего состоит. Устройство Тр-ра

Виды трансформаторовТрансформаторы напряжения, Устройство трансформаторов4 комментария к записи Назначение и устройство трансформаторов

Содержание:

Трансформатор  –  это статическое электромагнитное устройство предназначенное для преобразование переменного тока одного напряжения той же частоты подающегося на его входную обмотку,  в другое переменное напряжение поступающиеся с его выходной обмотки.

Если на вход трансформатора поступает напряжение ниже, чем образующиеся на его выходе то такой трансформатор называют повышающим. Если на вход поступает напряжение выше чем образующие на его выходе, то это понижающий трансформатор.

Есть некая аналогия с передаточным числом шестереночной передачей.

Принцип действия трансформатора

Трансформатор  нужен  для передачи электрической энергии на значительные расстояния от электростанций к различным потребителям: промышленным предприятиям, населению и т. п, с помощью электродвижущей силы и магнитной индукции.

Трансформаторы позволяют значительно экономить на стоимости проводов, а также снижают потери электроэнергии в линиях электропередач. Так как от силы тока зависит сечение проводов то, увеличивая напряжение и снижая силу тока (не снижая при этом передаваемую мощность) можно эффективно предавать напряжение на значительные расстояния.

Повышая напряжение (U), и снижая силу тока (I), передаваемая мощность (Р) остается неизменна.

Формула мощности  P = U * I или P = U2 / I

передача электроэнергии трансформаторами

Это позволяет экономить  на линиях электропередач:

1. Используя провода с меньшим поперечным сечение, снижается расход  цветных металлов;
2. Уменьшаются потери мощности при передаче электроэнергии на большие расстояния.

На электростанциях вырабатывается электрическая энергия посредством синхронных генераторов и составляет от 11 кВ до 20кВ, в некоторых случаях может применяться напряжение 30-35 кВ.   Эти величины не подходят как в быту, так и на промышленном производстве из-за слишком высокого напряжения. Но эти напряжения также недостаточны для экономичной передачи электроэнергии на расстояния. Поэтому на выходе из электростанций ставятся повышающие трансформаторы, которые повышают напряжение до 750 кВ, U=750kV напряжение которое непосредственно передается по линиям электропередач.

Приемники электрической энергии: различные бытовые приборы, электродвигатели, станки на производстве из-за соображения безопасности и конструктивными сложностями изготовления (требования к усиленной изоляции), также не могут работать с такими высокими напряжениями.  Они рассчитываются на более низкое напряжения, как правило, это 220V в быту и 380V на производстве.

Для понижения напряжения  используются различные понижающие трансформаторы. Любой трансформатор можно использовать как для повышения, так и для понижения напряжения.

Повышающие трансформаторы используют для передачи электроэнергии на большие расстояния, понижающие для распределения электроэнергии в точке разветвления потребителей.

Электрическая энергия по пути движения от электростанции до потребителя может трансформироваться 3 или 4 раза. Преобразование электроэнергии происходит с помощью магнитопровода трансформатора и переменного магнитного поля.

Трансформатор работает только с переменным напряжением, на постоянном токе не работает, так как не будет создаваться переменного магнитного поля, которое и составляет принцип работы любого трансформатора.

Изобретение трансформатора

Трансформатор изобрел выдающийся русский ученый П.И. Яблочковым в 1876г. Он использовал индукционную катушку с двумя обмотками для питания своей знаменитой лампы, «свечи Яблочкова». Это был первый генератор переменного тока. Этот трансформатор имел незамкнутый сердечник. Замкнутые сердечники, которые используются сейчас, появились только в 1884 г.

В 1889 году русский ученый М. О. Доливо-Добровольским изобрел трехфазную систему переменного тока и построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор.

С 1891г, он демонстрирует на электротехнической выставке в Франкфурте-на-Майне передачу высоковольтного трехфазного тока на расстояние более 100 км. Его трехфазный генератор имел мощность 230 кВА и напряжение U =95V. С помощью трехфазного трансформатора напряжение повышалось до 15 кВ и понижалось в точке приема до 65V (фазное напряжение), питая трехфазный асинхронный двигатель мощностью 75 кВт насосной установки. С помощью последовательного включения двух обмоток высокого напряжения удалось повысить 28 кВ и увеличить КПД электропередачи до 77%, что в то время было достаточно высоким.

Как устроен трансформатор

Принцип работы трансформатора

Простейший трансформатор – это две обмотки катушек, намотанные на магнитопроводе (замкнутом сердечнике трансформатора) с изоляцией по которым пропускают переменный ток.
Для наглядности обмотки расположены на разных стержнях стального сердечника. На самом деле часть обмоток может находится на одном стержне, а часть на другом. Такое расположение обмоток улучшает магнитную связь и снижает потери на магнитный поток рассеяния. Обмотка, на которую подают напряжение, называют первичной обмоткой, а обмотка трансформатора, с которой снимают напряжение, называют вторичной.

Изображение трансформатора на схеме

Обычно в быту для питания различных устройств, применяют понижающие трансформаторы, где напряжение первичной обмотки всегда больше напряжения на вторичной обмотке.
Трансформаторы предназначены не только для передачи электроэнергии, но и служат в различных электронных устройствах: компьютерах, телевизорах и осветительной аппаратуре. В современном мире трансформаторы являются наиболее употребительными и универсальными устройствами.

Видео: ПРОСТЫМ ЯЗЫКОМ: Что такое трансформатор

Простое объяснение принципа работы трансформатора

Чтобы понять, что такое трансформатор, попробуем собрать его, попутно разбираясь в каждом шаге.

 

Для начала соберем электромагнит. Самый простейший электромагнит это кусок ферромагнетика, например гвоздь (сотка), вокруг которого намотана проволока. (катушка).

катушка индуктивности

Намотайте катушку, скажем витков 20-30 на гвоздь, подключите к батарейке или любому блоку питания постоянного напряжения (например 9 вольт).

При подаче тока на катушку, гвоздь усиливает свое магнитное свойство и становится постоянным электромагнитом — полной копией простого магнита.

Количеством витков, их толщиной (сечением провода), напряжением и током, материалом сердечника, способом намотки (например в два провода) Вашей катушки — Вы можете регулировать степень магнитной силы Вашего электромагнита.

А подключением намотки Вы можете регулировать положение полюсов Вашего электромагнита. (это важно)

При подключении катушки к батарейке у гвоздя, т. е. у Вашего электромагнита образовывается, как и у простого магнита два полюса, условно северный (он же плюс) и южный (он же минус).

Поднесите к Вашему электромагниту простой магнит любым из полюсов. Вы увидите электромагнитное взаимодействие. Магнит будет отталкиваться Вашим электромагнитом.

Теперь поменяйте провода от Вашей батарейки местами, т. е. плюс на минус. При этом Вы заметите, что электромагнит поменял направление силы — теперь он наоборот притягивает.

Чем чаще Вы переключаете плюс на минус, тем чаще Ваш магнит будет менять направление силы. Иными словами электромагнит будет притягивать отталкивать с частотой питающей его сети.

Северный и южный полюса магнита будут меняться между собой, потому что ВЫ создали переменное напряжение с частотой Вашего переключения плюс на минус.

Теперь на гвозде намотайте вторую точно такую же катушку и Вы получите простейший трансформатор.

Трансформатор это прибор, который трансформирует напряжение и ток одной величины в напряжение и ток другой величины.

Первая катушка называется первичной обмоткой, а вторая катушка вторичной обмоткой.

Итак соберите такую конструкцию.

• Гвоздь, на нем две одинаковые катушки.
• Подключите первичную обмотку к блоку питания с возможностью менять направление тока.
• Ко второй катушке подключите мультиметр.

Теперь включите блок питания и начинайте переключать полярность с некоторой частотой. На второй катушке у Вас начнет появляться напряжение, которое передается посредством того, что называют электромагнитной индукции. В итоге на Вашем гвозде у Вас работают два электромагнита, на первый вы подаете ток и напряжение,

а на втором электромагните этот ток и напряжение индуктируются.

Виды трансформаторов

Силовой трансформатор

Так выглядит силовой трансформатор

Эти виды трансформаторов относится к трансформаторам работающих в сетях промышленных и бытовых установках частотой питающей сети 50-60 Гц. Силовые трансформаторы предназначены для преобразование электрической энергии для передачи ее по ЛЭП например, с 38 кВ до 6кВ, 380V на 220V (380/220В). Электро цепи где используется высокое напряжение принято называть в электротехнике силовыми цепями, а трансформаторы соответственно силовые трансформаторы.

Конструкция силового трансформатора состоит из двух или трёх обмоток, возможно больше. Располагаются обмотки на броневом сердечнике, изготавливаемом из листов электротехнической стали. Некоторые силовые трансформаторы (с расщепленными обмотками) могут иметь несколько обмоток с низшего напряжения (НН) которые запитаны параллельно. Это позволяет получать напряжение больше чем от одного генератора и передавать больше электроэнергии, тем самым повышая КПД электроустановки.

Мощные силовые трансформаторы очень часто делают масляными, то есть его обмотки помещают в бак со специальным трансформаторным маслом. Трансформаторное масло служит для активного охлаждения и одновременной изоляции его обмоток.
Трансформаторы мощностью 400 кВА обладают большим весом и монтируются на специальных платформах или помещениях. Они поступают с завода в собранном состоянии, готовыми к подключению нагрузки на подстанциях или электростанциях. Основное исполнение силовых трансформаторов – это трехфазные трансформаторы. это связно с тем, что потери КПД однофазных трансформаторов на 15% больше.

Сетевые трансформаторы

сетевой трансформатор

Сетевые трансформаторы это самый распространенный вид трансформаторов, который можно встретить практически в любом бытовом электроприборе. Все сетевые трансформаторы, как правило, делают однофазными. Эти трансформаторы служат для преобразования высокого напряжение сети 220V до приемлемого напряжения, используемого в том или ином электроприборе. Понижающее напряжение может быть: 220/12V или 220/9V, 220/36V и т.д.

Многие изготавливают сетевые трансформатор не с одной, а с несколькими вторичными обмотками, что делает трансформатор более универсальным, часто используемый на разное напряжение одновременно.

Например, часть схемы запитана напряжение 12 Вольт, а другая 3 Вольта от одного трансформатора с несколькими обмотками.

конструкция магнитопроводов трансформатора

Изготавливают сетевые трансформаторы чаще всего из электротехнической стали на Ш – образных или стержневых сердечниках. Встречаются тороидальные сердечники. Ш-образный сердечник набирается из пластин, на которые надевают каркас на который наматываются обмотки трансформатора.

Тороидальный трансформатор имеет преимущества из-за своего более компактного вида и обладают более лучшими характеристиками. Обмотки тороидального трансформатора полностью охватывают магнитопровод, нет пустого пространства незанятого обмоткой в отличие от стержневых или броневых трансформаторов.

Сварочные трансформаторы также можно отнести к сетевым, мощность которых не превышает 6 кВт. Все сетевые трансформаторы работают на низкой частоте равной 50-60 Гц.

Автотрансформатор

схема понижающего автотрансформатора

Автотрансформатор – это трансформатор где обмотки низшего напряжения являются частью обмотки высшего. Обмотки автотрансформатора имеют прямую электрическую связь, а не только посредством магнитопровода. Делая отводы от одной обмотки можно получить различное напряжение. Отличить обмотки низшего и высшего напряжение можно по различному сечению использованного для намотки провода.

Преимущество автотрансформатора – это меньшие размеры, меньше использованного провода, меньше сердечник, меньше затрачено стали на его изготовление в итоге меньшая цена автотрансформатора.

Главный недостаток трансформатора — это гальваническая связь обмоток низшего и высокого напряжения. Возможность попадания сети высшего напряжения в сеть низшего. Невозможность применение автотрансформаторов в сетях с заземлением.
Автотрансформаторы применяют в сетях трехфазного тока с соединением обмоток в чаще всего в звезду, реже в треугольник.

Автотрансформаторы часто применяют в устройствах управления напряжением, в высоковольтных установках, в промышленности для пуска мощных асинхронных электродвигателей переменного тока. Мощность автотрансформаторов может быть до 100 МВт.

Преимущество автотрансформаторов увеличивается с увеличением коэффициента трансформации близкими (К=1-2).

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Латр

Разновидностью автотрансформатора можно назвать лабораторный трансформатор (ЛАТР). Его основное назначение — это плавная регулировка напряжения, подающаяся к нагрузке, к любому потребителю электроэнергии. Конструкция автотрансформатора представляет собой тороидальный трансформатор у которого есть только одна обмотка, по которой бежит ползунок (угольный роликовый контакт) подключающий каждый виток не изолируемой обмотки (дорожки) автотрансформатора к схеме. Таким образом, создается регулирующий эффект.

При замыкании соседних витков роликовым ползунком в ЛАТР, не происходит межвитковых замыканий, так как токи питающей сети и нагрузки автотрансформатора в общей обмотке близки друг к другу и направлены встречно. Самые распространенные ЛАТРы регулируют напряжение от 0 до 250V. Трехфазные регулируют от 0/450 вольт. Автотрансформаторы ЛАТРы часто используют в научно исследовательских лабораториях для пусконаладочных работ различного назначения.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока служит в основном в измерительной технике. Первичную обмотку такого трансформатора подключают к источнику тока, вторичная обмотка используется для различных измерительных приборов при небольшом внутреннем сопротивлении (R вн).
Первичная обмотка – это, как правило, всего виток провода включенного последовательно с измеряемой цепью переменного тока. Ток первичной обмотки прямо пропорционален току вторичной, в чем и достигается измерение величины силы тока (А).

Главная особенность трансформаторов тока состоит в том, что вторичная обмотка должна быть всегда нагружена, иначе происходит пробой изоляции высоким напряжением, также при отключенной нагрузке магнитопровод трансформатора тока просто сгорает от некомпенсированных наведенных токов.

Конструктивно трансформатор тока это одна или несколько изолированных обмоток намотанных на шихтованную холоднокатаную электротехническую сталь называемую сердечником. Первичная обмотка может быть просто провод, который пропущенный через окно магнитопровода трансформатора тока который измеряет силу тока проходящий через этот провод или шину. Коэффициент трансформации здесь 100/5, безопасны, так как отсутствует гальваническая связь между обмотками.

Применение трансформаторов тока: измерения силы тока в схемах релейной защиты, в измерительной аппаратуре. Выпускают с 1-2 группами вторичных обмоток. Одна группа может, подсоединяется к защитным устройствам, другая к измерительным приборам и счетчикам.

Трансформаторы напряжения

Трансформатор напряжения НОМ-3

Трансформаторы напряжения – это трансформаторы, преобразующие высокие напряжения пропорционально и точно в соответствии с фазами в величины, пригодные для измерения. Трансформаторы среднего напряжения имеют единственный магнитопровод и могут быть выполнены с одной или несколькими вторичными обмотками. Заземляемые трансформаторы напряжения по желанию помимо измерительной или защитной обмотки могут быть выполнены с дополнительной обмоткой для регистрации замыкания на землю.

Импульсный трансформатор тока

импульсный трансформатор тока

Применяются для измерения направления или силы тока в импульсных схемах. Импульсный трансформатор состоит из кольцевого ферритового сердечника с одной обмоткой. Измеряемый провод проходит сквозь кольцо, обмотку подключают к сопротивлению нагрузки (Rн).
Если обмотка содержит 1000 витков провода, то ток, проходящий через измеряемый провод будет равен 1000\1, то есть на сопротивлении нагрузки будет ток, который в 1000 раз меньше тока проходящего через измеряемый провод.

Производители трансформаторов тока изготовляют импульсные трансформаторы тока с различным коэффициентом трансформации. Инженеру проектировщику нужно лишь рассчитать сопротивление нагрузки и соответствующую схему измерения.
Если нужно измерить направление тока, то вместо сопротивления нагрузки подключают два стабилитрона с встречным включением.

Импульсный трансформатор

Распространен во всех современных электронных схемах. Импульсный трансформатор предназначен для сварочных устройств, блоков питания, импульсных преобразователей. Заменили в настоящее время низкочастотные трансформаторы с сердечниками из шихтованной стали, которые имели больше габариты и вес.
Состоит из ферритового магнитопровода различной формы: кольцо, чашечка, стержень, Ш — образный, П – образный.

Ферритовый сердечник импульсных трансформаторов дает им несравненное преимущество перед старыми трансформаторами из стали в том, что они могут работать на частотах до и свыше 500 000 гц.

Импульсный трансформатор – это ВЧ (высокочастотный) трансформатор габариты и вес, которого с ростом частоты становиться только меньше!
Обмотка требует меньшего количества витков, а для регистрации высокочастотного тока достаточно полевого или биполярных транзисторов включенных по специальной схеме:

• Прямоходовая;
• Двухтактная;
• Полумостовая;
• Мостовая схема

Применяют импульсные трансформаторы и дроссели на феррите в энергосберегающих лампах, зарядных для мобильных устройств, в мощных инверторах тока, сварочных аппаратах.

Трансформатор Тесла

Трансформатор Николы Теслы — это аппарат, с помощью которого получают токи высокой частоты. Реализовывается при помощи первичной и вторичной обмотки, но первичная обмотка получает питание на частоте резонанса вторичной обмотки, при этом напряжение на выходе возрастает в десятки раз.

По мнению специалистов, Тесла изобретал трансформатор для решения глобального вопроса передачи электрической энергии из одного пункта в другой без применения проводов. Для того чтобы получилась задуманная изобретателем передача энергии при помощи эфира, необходимо на двух удаленных точках иметь по одному мощному трансформатору, которые работали бы на одной частоте в резонансе. сли проект реализовать, тогда не понадобятся гидроэлектростанции, мощные ЛЭП, наличие кабельных линий, что, конечно, противоречит монопольному владению электрической энергией разными компаниями.

С проектом Николы Теслы каждый гражданин общества мог бесплатно воспользоваться электричеством в нужный момент в любом месте, где бы он ни находился.

С точки зрения бизнеса эта система нерентабельна, так как она не окупится, ведь электричество становится бесплатным, именно по этой причине патент №645576 до сих пор ожидает своих инвесторов.

• См. трансформатор тесла принцип работы

Видео: Принцип работы трансформатора

Основы — как работает трансформатор, первичная и вторичная обмотка, каким образом понижается или повышается напряжение у трансформатора за счет магнитного поля, для чего нужен магнитопровод и что такое взаимоиндуктивность — обо всем этом смотрите в видео!

Трансформатор Фарадея

Первая индукционная катушка была разработана в 1848 году французским механиком Г. Румкорфом. Свою лепту внесли и российские ученые. В 1872 году профессор А.Г. Столетов из Московского университета открыл петлю гистерезиса и описал структуру ферромагнетика, а четыре года спустя выдающийся русский изобретатель П.Н. Яблочков получил патент на изобретение первого трансформатора переменного тока.

Конструкция трансформатора

Устройство и принцип работы трансформатора

Электрические трансформаторы используются для преобразования электрического напряжения одной величины в электрическое напряжение другой величины, т.е. для преобразования электрической энергии.

Трансформатор может преобразовывать только переменный ток в переменный, поэтому для получения постоянного тока переменный ток из трансформатора при необходимости выпрямляется. Для этой цели используются выпрямители.

В любом случае, любой трансформатор (трансформатор напряжения, трансформатор тока или импульсный трансформатор) работает благодаря явлению электромагнитной индукции, которое проявляется при переменном или импульсном токе.

Конструкция трансформатора

В своей простейшей форме однофазный трансформатор состоит всего из трех основных частей: ферромагнитного (магнитного) сердечника, первичной и вторичной обмоток. В принципе, трансформатор может иметь более двух обмоток, но не менее двух. В некоторых случаях часть первичной обмотки может служить вторичной обмоткой (см. типы трансформаторов), но такие схемы довольно редки по сравнению с обычными схемами.

Основной частью трансформатора является ферромагнитный сердечник. Когда трансформатор работает, именно внутри ферромагнитного сердечника возникает переменное магнитное поле. Источником переменного магнитного поля в трансформаторе является переменный ток в первичной обмотке.

Вторичное напряжение трансформатора

Известно, что каждый электрический ток сопровождается магнитным полем, поэтому переменный ток сопровождается переменным магнитным полем (изменяющимся по величине и направлению).

Таким образом, подавая переменный ток на первичную обмотку трансформатора, мы получаем переменное магнитное поле первичного тока. Для того чтобы магнитное поле концентрировалось главным образом внутри сердечника трансформатора, сердечник изготавливается из материала с высокой магнитной проницаемостью, в тысячи раз превышающей проницаемость воздуха, так что большая часть магнитного потока первичной обмотки оказывается внутри сердечника, а не в воздухе.

Таким образом, переменное магнитное поле первичной обмотки концентрируется в объеме сердечника трансформатора, который изготавливается из трансформаторной стали, феррита или другого подходящего материала, в зависимости от рабочей частоты и назначения данного трансформатора.

Вторичная обмотка трансформатора расположена на общем сердечнике с его первичной обмоткой. Поэтому переменное магнитное поле первичной обмотки также проникает через вторичную обмотку.

А явление электромагнитной индукции заключается именно в том, что изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует в окружающем пространстве переменное электрическое поле. А поскольку в этом пространстве вокруг переменного магнитного поля находится провод вторичной обмотки, индуцированное переменное электрическое поле действует на носители заряда в этом проводе.

Это действие электрического поля индуцирует ЭДС в каждом из витков вторичной обмотки. В результате между проводами вторичной обмотки возникает переменное электрическое напряжение. Когда вторичная обмотка трансформатора, подключенного к сети, не нагружена, трансформатор работает в режиме холостого хода.

Работа трансформатора под нагрузкой

Если к вторичной обмотке рабочего трансформатора подключена нагрузка, то во вторичной цепи трансформатора под действием нагрузки возникает ток.

Этот ток генерирует собственное магнитное поле, которое, согласно закону Ленца, имеет такое направление, что противостоит “причине, которая его вызывает”. Это означает, что магнитное поле вторичного тока в любой момент времени стремится уменьшить возрастающее магнитное поле первичной обмотки, или стремится поддержать магнитное поле первичной обмотки, когда оно уменьшается, и всегда направлено в сторону магнитного поля первичной обмотки.

Таким образом, когда вторичная обмотка трансформатора нагружена, в первичной обмотке создается противоположная ЭДС, заставляющая первичный трансформатор потреблять больший ток из сети.

Коэффициент трансформации

Отношение числа витков первичной N1 и вторичной N2 обмоток трансформатора определяет соотношение между его входными напряжениями U1 и выходными напряжениями U2 и входными токами I1 и выходными токами I2 при работе трансформатора под нагрузкой. Этот коэффициент называется коэффициентом трансформации трансформатора:

Коэффициент трансформации больше единицы, если трансформатор является понижающим трансформатором, и меньше единицы, если трансформатор является повышающим трансформатором.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения – это тип понижающего трансформатора, предназначенный для гальванического разделения цепей высокого напряжения и цепей низкого напряжения.

Как правило, высоковольтный трансформатор означает 6 кВ или более (на первичной стороне трансформатора напряжения), а низковольтный трансформатор – около 100 В (на вторичной стороне).

Такой трансформатор обычно используется для измерительных целей. Он понижает, например, высокое напряжение линии электропередачи до низкого напряжения, пригодного для измерения, и в то же время может гальванически изолировать системы измерения, защиты, управления – от высоковольтной цепи. Трансформатор этого типа обычно работает в режиме холостого хода.

В принципе, любой силовой трансформатор, используемый для преобразования электроэнергии, также можно назвать трансформатором напряжения.

Трансформатор тока

Трансформатор тока имеет первичную обмотку, которая обычно состоит только из одной катушки, соединенной последовательно с источником тока. Эта катушка может представлять собой отрезок провода в цепи, где необходимо измерить ток.

Провод просто продевается через окно сердечника трансформатора и становится этой единственной катушкой, катушкой первичной обмотки. Вторичная обмотка, имеющая много витков, подключается к измерительному прибору, имеющему низкое внутреннее сопротивление.

Трансформаторы этого типа используются для измерения значений переменного тока в силовых цепях. Здесь вторичный ток и напряжение пропорциональны измеренному первичному току (токовая цепь).

Трансформаторы тока широко используются в реле защиты энергосистем и поэтому отличаются высокой точностью. Они обеспечивают безопасные измерения, поскольку гальванически изолируют измерительную цепь от первичной цепи (обычно высоковольтной – десятки или сотни киловольт).

Импульсный трансформатор

Этот трансформатор предназначен для преобразования тока (напряжения) в импульсную форму. Короткие импульсы, обычно прямоугольной формы, подаваемые на первичную обмотку трансформатора, заставляют его работать практически в переходном режиме.

Такие трансформаторы используются в импульсных преобразователях напряжения и других импульсных устройствах, а также в качестве дифференциальных трансформаторов.

Использование импульсных трансформаторов позволяет снизить вес и стоимость оборудования, в котором они применяются, просто за счет более высокой частоты преобразования (десятки и сотни килогерц) по сравнению с сетевыми трансформаторами, работающими на частоте 50-60 Гц. Прямоугольные импульсы с длиной фронта намного короче, чем сам импульс, обычно преобразуются с небольшими искажениями.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ссылкой на нее в своих социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

Такие конструкции позволяют экономить на материалах: сталь для магнитопровода, медь для обмоток. Они имеют меньший вес и стоимость. Поэтому они эффективно используются в энергосистеме от 110 кВ и выше.

Как устроен и работает трансформатор и какие особенности учитываются при его эксплуатации

В энергетике, электронике и других областях прикладной электротехники преобразование электромагнитной энергии из одной формы в другую играет важную роль. Речь идет о многочисленных трансформаторных устройствах, которые предназначены для решения различных производственных задач.

Некоторые из них, самой сложной конструкции, преобразуют мощные потоки энергии высокого напряжения, например, 500 или 750 кВ в 330 и 110 кВ или в обратном направлении.

Другие используются в мелкой бытовой технике, электронике и системах автоматизации. Они также широко используются в различных мобильных источниках питания.

Трансформаторы работают только в цепях переменного напряжения на различных частотах и не предназначены для использования в цепях постоянного напряжения, где применяются другие типы преобразователей.

Трансформаторы делятся на две основные группы: однофазные, питающиеся от однофазной сети переменного тока, и трехфазные, питающиеся от трехфазной сети переменного тока.

Трансформаторы значительно отличаются по конструкции. Основными компонентами трансформатора являются замкнутый стальной сердечник (магнитопровод), обмотки и детали, используемые для монтажа магнитопровода и катушек обмоток, а также для установки трансформатора в выпрямительное устройство. Магнитопровод используется для формирования замкнутого контура для магнитного потока.

Части магнитной катушки, на которых расположены обмотки, называются стержнями, а части без обмоток, служащие для замыкания магнитного потока в катушке, называются ярмами. Материалом для магнитопровода трансформатора служит лист электротехнической стали (трансформаторная сталь). Эта сталь бывает различных марок, толщины, горячекатаная и холоднокатаная.

Общие принципы работы трансформаторов

Мы знаем, что электромагнитная энергия неразделима. Однако принято представлять его в двух частях:

Это облегчает понимание явлений, описание процессов, выполнение расчетов и проектирование различных устройств и схем. Целые разделы электротехники посвящены отдельному анализу электрических и магнитных цепей.

Электрический ток, как и магнитный, протекает только через замкнутую цепь, имеющую сопротивление (электрическое или магнитное). Он формируется под воздействием внешних приложенных сил – источников напряжения с соответствующей энергией.

Однако при рассмотрении принципов работы трансформаторного оборудования оба этих фактора придется изучать одновременно, и учитывать их совместное влияние на преобразование энергии.

Если намотать на замкнутый железный сердечник не одну, а две катушки, то при подключении одной катушки, которую мы называем первичной, к клеммам переменного тока, другая катушка, которую мы называем вторичной, будет индуцировать переменный электрический ток с тем же числом периодов, что и ток в первичной катушке. Из вторичной обмотки мы можем получать переменный ток, как из обычного источника переменного тока – генератора. Такое устройство называется трансформатором, поскольку с его помощью можно изменить величину переменного напряжения перед его подачей в цепь. На практике две катушки, первичная и вторичная, находятся на одной стороне сердечника, одна вокруг другой.

Простейший трансформатор состоит из двух обмоток, выполненных путем намотки катушек изолированного провода, по которым протекает электрический ток, и одного сердечника для магнитного потока. Его обычно называют сердечником или магнитопроводом.

На вход одной обмотки подается напряжение U1, которое после преобразования в U2 подается на подключенную нагрузку R с выходов второй обмотки.

Под действием напряжения U1 в первой обмотке в замкнутой цепи протекает ток I1, величина которого зависит от импеданса Z, состоящего из двух составляющих:

1. активное сопротивление проводов обмотки;

2. реактивный компонент, который является индуктивным по своей природе.

Индуктивная реактивность оказывает большое влияние на работу трансформатора.

Электрическая энергия, протекающая через первичную обмотку в виде тока I1, является частью электромагнитной энергии, магнитное поле которой перпендикулярно движению зарядов или положению витков провода. В его плоскости находится сердечник трансформатора, или магнитопровод, через который заключен магнитный поток Ф.

Все это наглядно показано на фотографии и строго соблюдается при производстве. Сама катушка также закрыта, хотя в ней могут быть сделаны зазоры, чтобы увеличить ее магнитное сопротивление для некоторых целей, например, для уменьшения магнитного потока.

В результате протекания первичного тока через катушку, магнитная составляющая электромагнитного поля проникает и циркулирует через магнитную катушку, пересекая витки вторичной катушки, которая замыкается на выходное сопротивление R.

Магнитный поток вызывает протекание электрического тока I2 во вторичной обмотке. На его величину влияет величина приложенной магнитной составляющей силы и общее сопротивление цепи, включая подключенную нагрузку R.

Когда трансформатор работает, внутри магнитной цепи генерируется общий магнитный поток Ф и его составляющие Ф1 и Ф2.

Как устроен и работает автотрансформатор

Среди трансформаторного оборудования особой популярностью пользуются упрощенные конструкции, в которых используется одна общая обмотка, разделенная на секции, а не две различные отдельно выполненные обмотки. Они называются автотрансформаторами.

Принцип работы такой схемы остается практически неизменным: входная электромагнитная энергия преобразуется в выходную. Первичный ток I1 протекает через обмотку W1, а вторичный ток I2 протекает через обмотку W2. Магнитная катушка обеспечивает путь для магнитного потока Ф.

Автотрансформатор имеет гальваническое соединение между входной и выходной цепями. Поскольку преобразуется не вся мощность источника, а только ее часть, создается более высокий КПД, чем в обычном трансформаторе.

Такие конструкции позволяют экономить на материалах: сталь для магнитопровода, медь для обмоток. Они имеют меньший вес и стоимость. Поэтому они эффективно используются в энергосистемах от 110 кВ и выше.

Особых различий в режимах работы трансформатора и автотрансформатора практически нет.

Режимы работы трансформатора

Во время работы трансформатор может находиться в одном из следующих рабочих состояний:

бездельничать;

Холостой ход трансформатора

Холостой ход – это работа устройства, машины и т.д. без нагрузки, в отсутствие нагрузки. Когда устройство или машина работает на холостом ходу, оно не посылает энергию, но обычно потребляет некоторое количество энергии.

Например, трансформатор, работающий без нагрузки (с разомкнутой вторичной обмоткой), потребляет некоторый ток из сети (известный как ток холостого хода трансформатора), и этот ток, протекающий в первичной обмотке, связан с потреблением некоторой мощности из сети, которая поступает в нагревательную обмотку (и при наличии потерь в стали и нагревательном сердечнике) трансформатора.

Режим вывода из эксплуатации

Достаточно отключить напряжение питания от первичной обмотки и тем самым предотвратить протекание через нее электрического тока, что всегда имеет место в данном типе оборудования.

Однако на практике такая мера не в полной мере обеспечивает безопасность при работе со сложными конструкциями трансформаторов: напряжение может остаться на обмотках и вызвать повреждение оборудования, подвергнуть опасности обслуживающий персонал из-за случайного воздействия разрядов тока.

Как это возможно?

В случае небольших трансформаторов, работающих в качестве источника питания, как показано на верхнем фото, постороннее напряжение не причинит никакого вреда. Он просто не может туда попасть. Но в силовом оборудовании это необходимо учитывать. Давайте рассмотрим две распространенные причины:

1. подключение внешнего источника питания;

2. эффект индуцированного напряжения.

Первый вариант

Сложные трансформаторы имеют более одной обмотки, которые используются для различных цепей. Напряжение должно быть отключено от всех из них.

Кроме того, на подстанциях, работающих в автоматическом режиме без постоянного обслуживающего персонала, к шинам силовых трансформаторов подключаются дополнительные трансформаторы для обеспечения подстанции электроэнергией 0,4 кВ для собственных нужд. Они предназначены для питания устройств защиты, автоматизации, освещения, отопления и других целей.

Они называются вспомогательными трансформаторами или вспомогательными трансформаторами. Если силовой трансформатор обесточен и его вторичные цепи разомкнуты, а на ТСН ведутся работы, существует возможность обратной трансформации, при которой 220 В с низкой стороны переходит на высокую сторону через подключенные силовые шины. Поэтому их необходимо отключить.

Эффект наведенного напряжения

Если высоковольтная линия под напряжением проходит рядом со сборными шинами обесточенного трансформатора, токи, протекающие по линии, могут вызвать напряжение на сборных шинах. Необходимо принять меры для снятия этого напряжения.

Номинальный режим работы

Это нормальное состояние трансформатора во время работы, для которой он был разработан. Токи обмотки и приложенное напряжение соответствуют номинальным значениям.

Трансформатор в номинальном режиме потребляет и преобразует мощность, соответствующую расчетным значениям, в течение всего предусмотренного срока службы.

Работа в режиме холостого хода

Это происходит, когда на трансформатор подается напряжение от источника питания, но выходные клеммы обесточены, т.е. находятся в состоянии разомкнутой цепи. Это предотвращает протекание тока через вторичную обмотку.

Трансформатор в режиме холостого хода потребляет минимально возможную мощность, определяемую его конструктивными особенностями.

Режим короткого замыкания

Это происходит, когда нагрузка, подключенная к трансформатору, замыкается накоротко, полностью шунтируется цепями с очень низким электрическим сопротивлением и к ней прикладывается полная мощность источника напряжения.

В этом режиме протекание огромных токов короткого замыкания практически не ограничено. Они обладают огромной тепловой энергией и могут пережечь провода или оборудование. И они продолжают работать до тех пор, пока цепь питания через вторичную или первичную обмотку не перегорит, разрушаясь в самом слабом месте.

Это самый опасный режим, который может возникнуть при работе трансформатора и в любое, самое неожиданное время. Его возникновение можно предвидеть, и его развитие должно быть ограничено. Чтобы избежать этого, используйте системы защиты от сверхтоков, которые контролируют и ограничивают токи нагрузки как можно быстрее.

Режим перенапряжения

Обмотки трансформатора покрыты изоляционным слоем, который предназначен для работы при определенном напряжении. Этот показатель может быть превышен во время работы по различным причинам, либо в электрической системе, либо в результате атмосферных явлений.

Завод определяет величину допустимого перенапряжения, которое может воздействовать на изоляцию до нескольких часов, и кратковременных перенапряжений, возникающих в результате переходных процессов при коммутации оборудования.

Для предотвращения их воздействия создаются защиты от перенапряжения, которые автоматически отключают источник питания от цепи или ограничивают импульсы разряда в аварийной ситуации.

Поскольку линии электропередач имеют электрическое сопротивление, часть энергии электрического тока теряется в виде тепла. Постоянный ток (DC) течет в одном направлении, переменный ток (AC) периодически меняет направление. Первоначально для питания использовался только постоянный ток. По ряду причин постоянный ток очень трудно передавать и преобразовывать, поэтому электростанции передавали его при низком напряжении из соображений безопасности. Однако к тому времени, когда постоянный ток достиг потребителей, сопротивление потребляло 45 процентов его энергии.

• Печать
• Электронная почта

Большая часть электроэнергии, потребляемой людьми, вырабатывается на крупных электростанциях. Эти электростанции передают электроэнергию на районные трансформаторные станции, которые затем распределяют ее потребителям.

Поскольку линии электропередач обладают электрическим сопротивлением, часть энергии электричества теряется, превращаясь в тепло. Постоянный ток (DC) течет в одном направлении, переменный ток (AC) периодически меняет направление. Первоначально для питания использовался только постоянный ток. По ряду причин постоянный ток было сложно передавать и обрабатывать, поэтому электростанции передавали его при низком напряжении из соображений безопасности. Но к тому времени, когда постоянный ток достиг потребителей, сопротивление потребляло 45 процентов его энергии.

Решение оказалось в передаче переменного тока с высоким напряжением, которое можно было легко изменить с помощью трансформатора (фото ниже). Поскольку высоковольтным линиям требуется меньший ток для передачи того же количества энергии, потери на преодоление сопротивления значительно ниже. Когда переменный ток выходит из электростанции, повышающие трансформаторы повышают напряжение с 22 000 до 765 000 вольт, а к тому времени, когда он достигает домов, другие понижающие трансформаторы снижают его до 220 или 120 вольт.

Принцип работы трансформатора

Трансформаторы повышают или понижают напряжение переменного тока. Преобразуемый переменный ток проходит через первичную обмотку, охватывающую стальной сердечник (рисунок выше). Переменный ток создает в сердечнике переменное магнитное поле. По мере продвижения к вторичной обмотке это магнитное поле генерирует переменный ток во вторичной обмотке. Если вторичная катушка имеет больше витков, чем первичная, выходное напряжение будет выше входного.

Потери энергии при протекании постоянного тока

Электрическая мощность (P) рассчитывается путем умножения тока (I) на напряжение (V), т.е. P = I x V. Если напряжение увеличивается, ток, необходимый для передачи заданной мощности, уменьшается. Низкое постоянное напряжение требует большего тока, чем высокое переменное напряжение, для передачи того же количества электроэнергии.

Переменный ток легко преобразуется

В отличие от постоянного тока, переменный ток периодически меняет свое направление. Если через первичную обмотку трансформатора (рисунок слева) протекает переменный ток, то возникающее переменное магнитное поле индуцирует ток во вторичной обмотке. Если в первичной обмотке протекает постоянный ток (рисунок справа), то во вторичной обмотке ток не индуцируется.

Вы находитесь здесь: Главная Когнитивный Физика Как работает трансформатор?Небольшие трансформаторы, выполняющие функцию источника питания, как показано на рисунке выше, не будут повреждены посторонним напряжением. Он просто не может туда попасть. Но в силовом оборудовании это необходимо учитывать. Давайте рассмотрим две распространенные причины:

Как работает автотрансформатор и как он устроен

Среди трансформаторных устройств особой популярностью пользуются упрощенные конструкции, в которых используется одна общая обмотка, разделенная на секции, а не две различные отдельно выполненные обмотки. Они известны как автотрансформаторы.

Принципиальная схема автотрансформатора

Принцип работы такого трансформатора остается практически тем же. Происходит преобразование входной электромагнитной энергии в выходную энергию. Первичный ток I1 протекает через обмотку W1, а вторичный ток I2 протекает через обмотку W2. Магнитная катушка обеспечивает путь для магнитного потока Ф.

Автотрансформатор имеет гальваническое соединение между входной и выходной цепями. Поскольку преобразуется не вся мощность источника, а только ее часть, создается более высокий КПД, чем в обычном трансформаторе.

Такие конструкции позволяют экономить на материалах: сталь для магнитопровода, медь для обмоток. Они имеют меньший вес и стоимость. По этой причине они эффективно используются в энергосистемах от 110 кВ и выше.

Особых различий в режимах работы трансформатора и автотрансформатора практически нет.

Например, если трансформатор имеет 3 обмотки на первичной стороне и 6 обмоток на вторичной стороне, напряжение на вторичной стороне будет в 2 раза больше, чем на первичной стороне. Такой трансформатор называется повышающим трансформатором.

Как работает трансформатор?

В общем, простой трансформатор состоит из двух катушек, намотанных изолированным проводом. В большинстве трансформаторов провода наматываются на железный стержень, называемый сердечником.

Одна из обмоток, называемая также первичной обмоткой, подключена к источнику переменного тока, который, в свою очередь, создает постоянно меняющееся магнитное поле вокруг обмотки. Это переменное магнитное поле, в свою очередь, создает переменный ток в другой обмотке (вторичной).

Величина, определяемая как отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке, определяет величину повышения или понижения напряжения во вторичной обмотке. Это значение также называют коэффициентом трансформации.

Например, если трансформатор имеет 3 первичные обмотки и 6 вторичных, то напряжение на вторичной обмотке будет в 2 раза выше, чем на первичной. Такой трансформатор называется повышающим трансформатором.

И наоборот, если в первичной обмотке 6 витков, а во вторичной – 3, то напряжение, потребляемое от вторичной обмотки, будет в 2 раза ниже, чем от первичной. Этот тип трансформатора называется понижающим трансформатором.

Заметьте также, что отношение токов в двух катушках обратно пропорционально отношению их напряжений. Поэтому электрическая мощность (напряжение, умноженное на ток) одинакова в обеих катушках.

Импеданс (сопротивление протеканию переменного тока) первичной обмотки зависит от импеданса вторичной цепи и коэффициента трансформации трансформатора. При правильном соотношении витков трансформатора можно получить практически одинаковый импеданс обеих цепей.

Согласование импеданса важно в стерео и других электронных системах, поскольку позволяет передать максимальное количество энергии от одного блока схемы к другому.

Читайте далее:

• Как определить обмотки неизвестного трансформатора, первичную и вторичную обмотки.
• 1 Понятие электромагнитного поля и его различные проявления. Материальность – Работа в школе.
• Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
• Как определить обмотки неизвестного трансформатора, первичную и вторичную обмотки.
• Трансформатор напряжения (ТН, ТВ): принципиальные схемы и принцип работы.
• Потери в трансформаторе: определение, расчет и формула.
• Магнитные сердечники для трансформаторов, проектирование. Магнитный сердечник с пластинчатым (или слоистым) сердечником.

Электрический трансформатор

: как это работает?

Уже более века трансформатор (TF) работает в качестве важного элемента в системах распределения электроэнергии, как для промышленности и предприятий, так и для жилых домов.

Если бы не трансформатор, необходимо было бы сократить расстояние между электростанциями и различными типами потребителей , поэтому можно сказать, что это устройство действительно делает распределение электроэнергии более эффективным.

Сегодня вы узнаете немного больше о том, что такое трансформатор, о принципе работы и доступных на рынке типах, а также об их важности и пользе. Давайте начнем.

Что делает трансформатор?

Трансформатор — это машина, работающая по принципу электромагнитной индукции.

В основном это устройство позволяет увеличивать или уменьшать напряжение и силу электрического тока (переменного), но сохраняя мощность постоянной.

Эти машины вносят большой вклад в безопасность и эффективность систем распределения электроэнергии на большие расстояния, поскольку лучший способ передачи электрического тока от электростанции – это высокое напряжение.

Проблема в том, что этот ток высокого напряжения не может попасть в дома таким образом, так как он может повредить всю электроустановку и подключенные к ней приборы, поэтому его необходимо снизить до допустимых пределов, чтобы использовать в домах и на предприятиях. безопасным способом.

Таким образом, трансформаторы выполняют не только распределительную работу, но и защищают электроустановки.

Как работает трансформатор?

Три основных компонента трансформатора: магнитопровод, первичная обмотка и вторичная обмотка.

С точки зрения физики, работа TF основана на Законе электромагнитной индукции Фарадея :

«Скорость изменения потокосцепления во времени прямо пропорциональна индуцированному электромагнитному полю в катушке или проводнике ».

Итак, работа ТП заключается во взаимной электромагнитной индукции между двумя цепями, связанными общей магнитной связью. Эта взаимная индукция, которая происходит между этими цепями, помогает передавать энергию из одной точки в другую.

Основная обмотка – та, которая подключена к источнику электричества, от которого создается начальный магнитный поток.

Обе катушки изолированы друг от друга. Первоначальный электрический поток индуцируется в основной обмотке, откуда проходит магнитопровод и соединяется со вторичной по малому магнитному сопротивлению; это помогает максимизировать соединение или ссылку.

На самом деле сердечник действует как мост, ретранслируя электрический поток на вторичную обмотку, чтобы создать магнитную цепь, которая завершает протекание тока.

Также обратите внимание, что в некоторых типах ТФ вторичная обмотка может достигать импульса, когда обе обмотки намотаны на один и тот же сердечник, что позволяет генерируемому магнитному полю производить движение.

Технически все типы трансформаторов имеют магнитопровод, собранный из стальных листов, с минимальным воздушным зазором, необходимым для обеспечения непрерывности магнитного пути.

Первичная обмотка – это то, что создает переменный поток в сердечнике, и это способ, которым TF передает энергию переменного тока из одной цепи в другую, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое, изменяя напряжение, но сохраняя частоту .

Различные типы трансформаторов

Существуют различные типы трансформаторов, которые, в свою очередь, относятся к разным классификациям, среди прочего, либо по функциональности, либо по применению.

Мы не будем перечислять все типы существующих трансформаторов, так как их много и это не является целью данной статьи, но мы немного поговорим о некоторых из наиболее актуальных.

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор является одной из основных и наиболее распространенных классификаций ТП и широко применяется для повышения и понижения напряжения на электростанции и на подстанциях.

Как правило, они работают при полной нагрузке и проводят высокое напряжение, потому что они предназначены для этого, а также они большие и тяжелые из-за высокого уровня внутренней изоляции, которую они имеют.

Обычно они не связаны напрямую с домами и/или предприятиями.

В этой классификации мы можем найти несколько типов трансформаторов:

• Пластинчатый сердечник
• Тороидальный
• Автотрансформатор
• Индукционный регулятор

Распределительный трансформатор

Распределительные трансформаторы также называются сервисными трансформаторами и представляют собой тип силовых ТФ, обеспечивающих конечное напряжение в системе распределения электроэнергии.

Короче говоря, они преобразуют и доставляют ток конечному потребителю, будь то дома, предприятия и т. д.

Их также можно классифицировать следующим образом:

• Класс напряжения
• Место установки – опора или подземное хранилище
• Жидкая или сухая изоляция
• Однофазная или трехфазная

Тяговый трансформатор

Тяговые ТФ специально используются для преобразования электроэнергии, вырабатываемой за счет тягового эффекта при движении поездов. Затем эта энергия передается электродвигателям.

Этот тип TF может работать на более низких частотах, вплоть до 16,67 Гц, в то время как обычные TF обычно работают на 50 или 60 Гц.

Приборный трансформатор

В этой классификации мы можем найти:

Трансформатор напряжения или напряжения

Этот тип TF может понизить напряжение от цепи высокого напряжения до цепи низкого напряжения с целью измерения падения напряжения. Этот тип TF подключается поперек или параллельно линиям, которые необходимы для различных задач измерения, таких как, например, запись фазовых ошибок.

В эту категорию входят ТФ электромагнитного, конденсаторного и оптического типов.

Трансформатор тока

Трансформатор тока — это еще один тип измерительного и защитного ТП, который используется аналогично трансформатору напряжения, только для этого они обычно соединяются последовательно, обеспечивая более высокий уровень точности. Они могут обеспечить поток во вторичной обмотке, аналогичный потоку в первичной обмотке.

Другие типы трансформаторов включают:

• Импульсные трансформаторы
• ВЧ-трансформаторы
• ПЧ-трансформаторы
• Аудиотрансформаторы

Советы по безопасности при работе с трансформаторами

Поскольку трансформаторы тока являются устройствами, способными работать с высоким напряжением, жизненно важно соблюдать ряд мер безопасности, которые необходимо соблюдать, когда необходимо непосредственное обращение с ними, и все это с целью предотвращения несчастных случаев.

Во-первых, они должны соответствовать требованиям ISO 9001. Но в любом случае, когда вы заметили, что ваш трансформатор работает странно, лучше всего удалить его из системы, чтобы выполнить соответствующие работы по проверке и техническому обслуживанию.

• Выполните осмотр перед установкой и убедитесь в отсутствии запаха гари или любых поврежденных или неправильно установленных деталей.
• Держите токовый вход отключенным при работе с трансформаторами.
• Всегда носите соответствующее защитное снаряжение и внимательно следите за индикацией выходного напряжения оборудования.
• Убедитесь, что вы знаете максимальное напряжение ваших трансформаторов. Помните также, что несколько трансформаторов помогают сбалансировать нагрузку.
• Всегда держите мелкие металлические предметы, такие как гайки и болты, подальше от трансформаторов.
• Убедитесь, что ваш трансформатор заземлен во избежание статического электричества.
• Всегда защищайте трансформаторы и компоненты от контакта с водой или другими жидкостями.

Подведение итогов

Как вы, возможно, уже поняли, важность наличия качественных трансформаторов в системе распределения электроэнергии нельзя недооценивать, поскольку трансформаторы являются жизненно важным компонентом, гарантирующим хорошее электроснабжение и безопасность сети.

В дополнение к этому, хотя это правда, что нет единого решения для всех, когда речь идет о трансформаторах, поскольку у разных типов потребителей разные типы потребностей. Верно также и то, что в большинстве случаев, как для бытового использования, так и для коммерческого использования, обычно наиболее широко используются силовые и распределительные трансформаторы.

Если вам нужен качественный силовой трансформатор, силовой трансформатор CHINT может стать тем решением, которое вам нужно, с гарантией качества и поддержкой.

Рекомендуем к прочтению

Как работают электрические трансформаторы – Академия MEP

Как работают электрические трансформаторы. Узнайте, почему мы используем трансформаторы между пунктами выработки и передачи электроэнергии, а также рядом с вашим домом или офисом, как они работают, включая повышающие и понижающие трансформаторы, и как они устроены.

Любые работы с электрической системой должны выполняться квалифицированным лицензированным подрядчиком, так как это может привести к серьезным травмам или смерти.

Трансформатор был разработан при участии Уильяма Стэнли для решения проблемы эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния. Трансформатор используется для изменения напряжения между двумя отдельными цепями с помощью индукции.

Чтобы посмотреть версию этой презентации на YouTube, прокрутите вниз.

Повышающий трансформатор повышает напряжение электроэнергии в линиях электропередач, что позволяет передавать электроэнергию, вырабатываемую на электростанции, на большие расстояния туда, где она необходима.

Использование электрических трансформаторов для производства электроэнергии в вашем доме или офисе

Передача электроэнергии на большие расстояния дешевле и эффективнее при более высоких напряжениях. Когда электричество поступает в ваш дом или на работу, напряжение понижается (понижается) через трансформатор до более низкого напряжения. На электростанции трансформаторы повышают (повышают) напряжение, а затем, когда это необходимо для домашнего или офисного использования, напряжение снижают (понижают) до более безопасного уровня.

Трансформатор получает электроэнергию в своих первичных обмотках и преобразует ее в электроэнергию во вторичных обмотках той же частоты. Напряжение может быть увеличено или уменьшено, но будет иметь пропорциональное уменьшение или увеличение тока.

Физическая конструкция трансформаторов

В трехфазном трансформаторе обмотки плотно размещены в контейнере из листового металла. Слой изоляции будет отделять обмотки друг от друга и от корпуса. Катушки располагаются между слоем изоляции, чтобы держать их разделенными, но при этом допуская возникновение магнитной индукции.

Как устроен электрический трансформатор

Корпус будет заполнен маслом или синтетической жидкостью, которая служит двум целям: во-первых, для охлаждения трансформатора, а во-вторых, в качестве дополнительного изоляционного материала. Вы можете увидеть трансформаторы с гофрированными сторонами, чтобы обеспечить дополнительную площадь поверхности для охлаждения. Тепло передается от сердечника и обмоток к маслу, а затем к оболочке трансформатора, где оно излучается в атмосферу.

Как устроен трансформатор

Электрические провода проникают в корпус трансформатора через защитные втулки из фарфора или маслонаполненные и емкостные для высоковольтных применений.

Как работает трансформатор

Трансформатор имеет две цепи: первичную и вторичную обмотки, связанные общим магнитным потоком. Первичная и вторичная обмотки представляют собой отдельные катушки, но магнитно связанные.

Когда ток течет по проводнику, подобно проводу, вокруг провода создается магнитное поле. Когда пучок этого провода намотан близко друг к другу, как в трансформаторе, магнитное поле становится намного сильнее, что позволяет передавать мощность за счет магнитной индукции от первичной катушки к вторичной катушке. Это магнитное поле индуцирует ток во вторичной обмотке трансформатора, если цепь замкнута. Переменный ток будет толкать и тянуть электроны, заставляя течь ток.

Как работает трансформатор за счет магнитной индукции

Когда линии магнитного потока от расширяющегося и сжимающегося магнитного поля первичных обмоток перекрываются вторичными обмотками, в этой катушке индуцируется напряжение.

С помощью магнитной индукции мы можем передавать энергию от одного набора катушек в трансформаторе к другому набору катушек. Переменный ток создает этот магнитный поток. Электричество течет от первичной катушки, которая получает мощность переменного тока от генератора, во вторичную катушку, которая будет обслуживать нагрузку, в которой будет использоваться электричество. Эта передача электричества происходит без изменения частоты.

Чтобы во вторичных обмотках протекал ток, цепь должна быть замкнута и подключена к нагрузке, например к двигателю.

Магнитопровод трансформатора намагничивается от переменного тока, который создается при попадании входящего переменного напряжения на первичные обмотки.

Трансформаторы могут работать только с электричеством переменного или переменного тока, но не с электричеством постоянного или постоянного тока.

Повышающие и понижающие трансформаторы

Мы упомянули, что напряжение на электростанции повышается, чтобы увеличить напряжение для большей эффективности при передаче мощности на большие расстояния, потому что более высокие напряжения требуют меньшего тока или ампер, что означает меньшие провода для передачи, что означает меньшую стоимость передачи.

Схема повышающего электрического трансформатора

Повышающий трансформатор Увеличивает напряжение при уменьшении тока. Это достигается за счет большего количества витков обмотки катушки на вторичной стороне по сравнению с первичной, что определяется коэффициентом витков. Схема понижающего электрического трансформатора

Понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток. Это достигается за счет меньшего количества витков обмотки катушки на вторичной стороне по сравнению с первичной.

Коэффициент витков катушек трансформатора

Каждая катушка трансформатора содержит определенное количество витков провода, намотанного внутри трансформатора. Коэффициент витков сравнивает количество витков провода на первичной обмотке катушки и на вторичной стороне. Этот коэффициент поворота может быть выражен уравнением.

Коэффициент витков = Np/Ns

Np = количество витков первичной обмотки катушки

Ns = количество витков вторичной обмотки катушки

Коэффициент напряжения

Напряжение витков катушки трансформатора прямо пропорционально количеству витков витков катушки.

Vp/Vs = Np/Ns

• Vp = напряжение на первичной обмотке
• Vs = напряжение на вторичной обмотке
• Np = число витков первичной обмотки
• Ns = число витков вторичной обмотки

Коэффициент напряжения (VR) выражается как отношение первичного напряжения к вторичному напряжению.

Коэффициент напряжения 1:4 означает, что на каждый вольт на первичной обмотке приходится 4 вольта на вторичной. Это будет повышающий трансформатор, так как напряжение на вторичной обмотке увеличилось. (См. изображение выше)

Соотношение напряжений 4:1 означает, что на каждые 4 вольта на первичной обмотке приходится 1 вольт на вторичной обмотке. Это будет понижающий трансформатор, так как напряжение на вторичной стороне уменьшилось. (см. изображение выше)

Например, если у нас есть трансформатор, который снижает напряжение со 120 вольт в первичной обмотке до 12 вольт во вторичной, а первичная обмотка имеет 300 витков и вторичная обмотка имеет 30 витков , напряжение и коэффициент трансформации будут следующими:

VR = Vp/Vs = 120/12 = 10:1 10:1

Трехфазные трансформаторы

Использование трехфазного трансформатора похоже на однофазный трансформатор, за исключением того, что у нас есть три однофазные обмотки вместо одной. С помощью этих трех обмоток мы можем соединить их вместе по схеме «звезда» или «треугольник» или их комбинации.

Трехфазное питание является наиболее распространенным способом производства электроэнергии. Крупные электростанции вырабатывают напряжение 13 кВ и выше. Эта электроэнергия передается по проводам передачи с гораздо более высоким напряжением 110, 132, 275, 400 и 750 кВ. Эти напряжения увеличиваются с помощью трехфазных повышающих трансформаторов для повышения эффективности передачи. напряжения передачи  затем поступают в центры нагрузки, где они уменьшаются до напряжений распределения  6600, 4600 и 2300 вольт. Затем это распределительное напряжение уменьшается или понижается до  эксплуатационные напряжения , которые потребитель использует при напряжении 440, 220 или 110 вольт. Трансформаторы очень эффективны при полной нагрузке с эффективностью 95% или выше.

Соединение треугольником

Все три фазы соединены последовательно для образования замкнутого контура с использованием соединения треугольником.

Соединение звездой

Общий конец каждой из трех фаз подключается к нейтральной клемме, а другие их концы подключаются к трехфазным линиям соединения звездой.