Трансформатор принцип работы устройство и назначение: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Содержание

Устройство и принцип работы трансформатора

Назначение и виды трансформатора.

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное оборудование, при работе которого происходит преобразование переменного тока с трансформацией напряжения. Т.е. этот аппарат позволяет его понижать или повышать. Установленные на электростанциях трансформаторы осуществляют на длительные расстояния передачу электроэнергии при высоких напряжениях до 1150кВ. А уже непосредственно в местах потребления происходит понижение напряжения, в пределах 127-660В. При таких значениях обычно работают различные электрические потребители, которые устанавливаются на заводах, фабриках и в жилых домах. Электроизмерительные приборы, электросварка и другие элементы в цепи высокого напряжения также требуют использования трансформатора. Они бывают одно- и трехфазные, двух- и многообмоточные.

 

Существует несколько видов трансформаторов, каждый из которых определен своими функциями и предназначением. Силовой трансформатор преобразует электрическую энергию в сетях, которые предназначены для использования и приема этой энергии. Трансформатор тока служит измерением больших токов в устройствах электрических систем. Трансформатор напряжения преобразует высокое напряжение в низкое. Автотрансформатор имеет электрическую и электромагнитную связь, за счет прямого соединения первичной и вторичной обмотки. Импульсный трансформатор преобразует импульсные сигналы. Разделительный трансформатор отличается тем, что первичная и вторичная обмотки не связаны друг с другом электрически. Вкратце говоря, во всех видах принцип работы трансформатора чем-то схож. Еще можно выделить гидротрансформатор, принцип работы которого заключается в передаче крутящего момента к коробке передач от двигателя автомобиля. Это устройство позволяет бесступенчато изменять частоту вращения и крутящий момент.

 

Устройство и принцип действия трансформатора.

Принцип работы трансформатора заключается в проявлении электромагнитной индукции. Это устройство состоит из магнитопровода и двух обмоток, которые расположены на нем. К одной подается электроэнергия, а ко второй подключаются потребители. Как уже указывалось выше, эти обмотки называются первичной и вторичной, соответственно. Магнитопровод выполнен из электротехнической листовой стали, элементы которого изолированы лаком. Его часть, на которой располагаются обмотки, называется стержнем. И именно такая конструкция получила большее распространение, т.к. обладает рядом достоинств – простая изоляция обмоток, простота ремонта, хорошие условия охлаждения. Как видно, принцип работы трансформатора не так уж и сложен.

 

Существуют еще трансформаторы броневой конструкции, которая значительно уменьшает их габариты. Чаще всего это бывают однофазные трансформаторы. В таком оборудовании боковые ярма играют защитную роль обмотки от механических повреждений. Это очень важный фактор, т.к. малогабаритные трансформаторы не имеют кожуха и находятся с остальным оборудованием в общем месте. Трехфазные трансформаторы чаще всего выполняют с тремя стержнями. Бронестержневая конструкция применяется также в трансформаторах большой мощности. Хоть это и увеличивает расходы электроэнергии, но зато позволяет уменьшать высоту магнитопровода.

Различают трансформаторы по способу соединения стержней: стыковые и шихтованные. В стыковых стержни и ярма собираются раздельно и соединяются крепежными частями. А в шихтованных листы собираются внахлест. Шихтованные трансформаторы  получили большее применение, т.к. у них намного выше механическая прочность.  

Принцип работы трансформатора также зависит от обмотки, которые бывают цилиндрическими, дисковыми и концентрическими. Оборудование большой и средней мощности имеют газовое реле.  

Принцип работы трансформаторов тока | Бесплатные дипломные работы на DIPLOMKA.NET

1.3 Принцип работы
Трансформатор тока состоит из замкнутого сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной. Первичную обмотку включают последовательно в контролируемую цепь, ко вторичной обмотке присоединяют токовые катушки различных приборов и реле.

Рисунок 1 – Трансформатор тока:
а — устройство, б, в — схемы включения амперметра непосредственно в контролирующую цепь и через трансформатор тока
Устройство трансформатора тока и схемы включения амперметра показаны на рисунке 1, а—в. Магнитный поток в магнитопроводе 3 создается токами первичной 1 и вторичной 2 обмоток. Соотношение первичного I1 и вторичного I2 токов определяется формулой:
KТТ = I1/I2 = w2/wl ,
где KТТ — коэффициент трансформации; w1 и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток.
Если в силовых трансформаторах и трансформаторах напряжения увеличение сопротивления во вторичной цепи вызывает уменьшение тока во вторичной и в первичной цепях, а напряжение на выводах обеих обмоток почти не изменяется, то у трансформаторов тока увеличение сопротивления во вторичной цепи приводит к повышению напряжения на выводах вторичной обмотки.

Это объясняется тем, что ток в первичной цепи не зависит от нагрузки трансформатора тока. Ток во вторичной цепи трансформатора тока практически не меняется с изменением ее сопротивления при данном режиме первичной цепи. Вследствие этого нагрузка трансформатора тока увеличивается с возрастанием сопротивления во вторичной цепи, складывающегося из сопротивлений, подключенных к трансформатору тока аппаратов и приборов, соединительных проводов и переходных контактов.
Трансформаторы тока для электроустановок напряжением до 1000 В показаны на рисунке 2, а, б, в (катушечный, шинный ТШ-0,5 и шинный с литой изоляцией ТШЛ-0,5). В шинных трансформаторах тока в качестве первичной обмотки используют шину, пропускаемую через окно 5 сердечника трансформатора тока, на который намотана вторичная обмотка.
Проходные трансформаторы тока для внутренней установки на напряжение 10 кВ выполняют многовитковыми, одновитковыми и шинными с фарфоровой и пластмассовой (литой) изоляцией (Рисунок 3, а—в).
Опорный трансформатор тока ТФНД-220 для наружной установки на напряжение 220 кВ (Рисунок 4) имеет обмотки, помещенные в фарфоровый корпус 3, залитый маслом и укрепленный на основании 4.
На верхнем торце фарфорового корпуса укреплен чугунный расширитель 1 для масла с маслоуказателем и зажимами 2 первичной обмотки. Сердечник с вторичной обмоткой охватывается первичной обмоткой, имеющей в этом месте форму кольца. Выводы вторичной обмотки размещены в коробке 5 на основании трансформатора.

Рисунок 2 – Трансформаторы тока на напряжение до 1000 В:
а — катушечный, б, в — шинные ТШ-0,5 и ТШЛ-0,5; 1 — каркас, 2, 4 — зажимы вторичной и первичной обмоток, 3 — защитный кожух, 5 — окно


Рисунок 3 – Трансформаторы тока на напряжение 10 кВ с литой изоляцией:
а — многовитковый ТПЛ-10, б — одновитковый ТПОЛ-10, в —шинный ТПШЛ-10; 1, 2 — зажимы первичной и вторичной обмоток, 3 — литая изоляция, 4 — установочный угольник, 5 — сердечник


Рисунок 4 – Опорный трансформатор тока ТФНД-220 наружной установки
В высоковольтных распределительных устройствах подстанций применяют проходные (Рисунок 5, а) и опорные (Рисунок 5, б) трансформаторы тока.

Рисунок 5 – Трансформаторы тока:
а — проходной ТПФМ-10 на 10 кВ, б — опорный ТФН-35М на 35 кВ; 1 и 3 — первичная и вторичная обмотки, 2 — фарфоровый изолятор, 4 — сердечник вторичной обмотки, 5 — контактный угольник, 6 — крышка, 7 — кожух, 8 — верхний фланец, 9 — зажимы выводов вторичной обмотки, 10 — якореобразный болт, 11 — крышка, 12 — фарфоровая покрышка, 13 — изоляционное масло, 14 — кольцевые обмотки («восьмеркой»), 15 — полухомут, 16 — масловыпускатель, 17 — цоколь, 18 — коробка вторичных выводов, 19 — кабельная муфта, 20 — маслоуказатель

Трансформатор. Методические материалы

Цифровой ресурс может использоваться для обучения в рамках программы средней школы (профильного и углубленного уровней).

Компьютерная программа иллюстрирует принцип действия трансформатора.

Краткая теория

Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы. Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная. Различают два режима работы трансформатора.

1. Трансформатор на холостом ходу (нагрузка отсутствует)

При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В режиме холостого хода, то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность.

Если полную ЭДС индукции, возникающую в первичной обмотке (имеющей N1 витков) обозначить как ε1, а полную ЭДС индукции, возникающую во вторичной обмотке (N2

витков) как ε2, то имеет место следующее соотношение:

Активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен модулю ЭДС индукции.

Величина K называется коэффициентом трансформации. При K > 1 трансформатор является понижающим, а при K < 1 – повышающим.

2. Работа нагруженного трансформатора

Если к концам вторичной обмотки присоединить нагрузку, потребляющую электроэнергию, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна нулю. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца должен уменьшить изменения магнитного потока в сердечнике. Уменьшение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока должно уменьшить и ЭДС индукции в первичной обмотке. Но это невозможно, так как модуль напряжения на зажимах первичной катушки по прежнему приблизительно равен модулю ЭДС индукции.

Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока в первичной обмотке. Его амплитуда возрастает таким образом, чтобы восстановить прежнее значение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока. Мощность в первичной цепи при нагрузке трансформатора, близкой к номинальной, приблизительно равна мощности во вторичной цепи:

Отсюда:

Таким образом, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).

Работа с моделью

Компьютерная программа моделирует два режима работы трансформатора.

  • Трансформатор на холостом ходу (ненагруженный).
  • Нагруженный трансформатор.

В режиме холостого хода модель позволяет проводить эксперимент, изменяя число витков первичной и вторичной обмотки трансформатора, напряжение на первичной обмотке (напряжение на вторичной обмотке изменяется автоматически, в соответствии с выбранными пользователем параметрами).

В режиме нагруженного трансформатора можно изменять число витков первичной и вторичной обмотки, напряжение на первичной обмотке, сопротивление нагрузки. Выводятся значения напряжения на вторичной обмотке, а также силы тока в первичной и вторичной обмотках.

Рекомендации по применению модели

Данная модель может быть применена в качестве иллюстрации на уроках изучения нового материала в 11 классе по теме «Трансформатор». На примере этой модели можно рассмотреть с учащимися принцип действия трансформатора, его работу на холостом ходу и с нагрузкой.

Пример планирования урока с использованием модели

Тема «Трансформатор»

Цель урока: рассмотреть принцип действия трансформатора, ввести понятие холостого хода трансформатора, коэффициента трансформации.


п/п
Этапы урока Время,
мин
Приемы и методы
1 Организационный момент 2
2 Повторить основные понятия из темы «Электромагнитная индукция» 10 Фронтальный опрос
3 Объяснение нового материала по теме «Трансформатор» 20 Объяснение нового материала с использованием модели «Трансформатор»
4 Решение задач по теме «Трансформатор» 10 Фронтальная работа с использованием модели «Трансформатор»
5 Объяснение домашнего задания 3

Таблица 1.  

Примеры вопросов

  • Что можно сказать о магнитном потоке, пронизывающем первичную и вторичную обмотки трансформатора? Какая часть трансформатора это обеспечивает?
  • За счет чего трансформатор изменяет величину напряжения?
  • По данным модели определить коэффициент трансформации.
  • Определить повышающий трансформатор или понижающий.

Что такое трансформатор? | Определение, принцип работы и типы

Определение трансформатора

Так что же такое трансформатор в конце концов? Простое определение трансформатора состоит в том, что это статическое электрическое устройство, которое преобразует электрическую энергию из одной электрической цепи в другую без какого-либо изменения частоты посредством процесса электромагнитной индукции. Интересно отметить, что передача энергии от одной цепи к другой происходит с помощью взаимной индукции, то есть поток, индуцированный в первичной обмотке, связывается со вторичной обмоткой, что мы объясним позже. Отказ трансформатора также может произойти, если для его работы не будут приняты соответствующие меры.

Основная роль трансформатора заключается в повышении или понижении напряжения в зависимости от ситуации, в которой он установлен.

Работа трансформатора

Работа трансформатора основана на простом принципе взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками, которые также известны как катушки, которые помогают преобразовывать энергию из одной цепи в другую.Теперь давайте попробуем понять общую картину:

Итак, в общем случае первичная обмотка трансформатора получает переменное по своей природе напряжение. Переменный ток, следующий за катушкой, создает непрерывно изменяющийся переменный поток, который создается вокруг первичной обмотки. Затем у нас есть другая катушка или вторичная катушка, которая находится рядом с первичной катушкой, которая связана с первичной, потому что связан некоторый переменный поток. Поскольку поток непрерывно изменяется, он индуцирует ЭДС, индуцированную во вторичной катушке в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Если цепь вторичной стороны замкнута, ток будет течь, и это самая основная работа трансформатора.

Конструкция трехфазного трансформатора

Три основных части любого трансформатора – это первичная обмотка, вторичная обмотка и магнитный сердечник. Теперь мы подробно рассмотрим каждый из этих компонентов.

Первичная обмотка

Это основная обмотка, через которую ожидается поступающий переменный ток. В зависимости от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим трансформатором, конструкция обмотки изменяется соответствующим образом.

Вторичная обмотка

Это обмотка, в которой соединяется поток, создаваемый первичной обмоткой. В этом случае также в зависимости от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим трансформатором, конструкция обмотки изменяется соответствующим образом.

Магнитный сердечник

Это требуется для обеспечения пути с низким сопротивлением для магнитного потока, проходящего от первичной обмотки ко вторичной обмотке, чтобы сформировать замкнутую магнитную цепь. Обычно он состоит из CRGOS (холоднокатаная кремниевая сталь с ориентированной зернистостью).

Уравнение трансформатора

Итак, теперь давайте посмотрим на теоретический аспект трансформатора, поскольку для нас важно понять уравнение трансформатора и то, как оно получено, а также различные отношения, которые мы имеем в отношении напряжения, витков и поток.

ЭДС, индуцированная в каждой обмотке трансформатора, может быть рассчитана по его уравнению для ЭДС.

Связь потока представлена ​​законом электромагнитной индукции Фарадея.Это выражается как,

Вышеприведенное уравнение может быть записано как,

, где E m = 4,44ωΦ m = максимальное значение e. Для синусоидальной волны среднеквадратичное значение ЭДС определяется как

ЭДС, индуцированная в их первичной и вторичной обмотках, выражается как (Wb), f – частота в герцах (Гц), а E 1 и E 2 в вольтах.

If, B м = максимальная плотность потока в магнитной цепи в теслах (Тл)

A = площадь поперечного сечения сердечника в квадратных метрах (м 2 )

Обмотка, имеющая большую Номер напряжения имеет высокое напряжение, а первичная обмотка имеет низкое напряжение.

Соотношение напряжений и оборотов

Отношение E / T называется вольт на оборот. Первичное и вторичное вольт на виток определяется формулой

Уравнение (1) и (2) показывает, что напряжение на виток в обеих обмотках одинаковое, т.е.

Отношение T 1 / T 2 называется коэффициентом поворота. Соотношение витков выражается как

Отношение витков первичной обмотки к вторичному, которое равно индуцированному напряжению первичной обмотки и вторичной обмотки, указывает, насколько первичное напряжение понижено или повышено.Коэффициент трансформации или коэффициент наведенного напряжения называется коэффициентом трансформации и обозначается символом a. Таким образом,

Любое желаемое соотношение напряжений может быть получено путем изменения числа витков.

Типы трансформаторов

Поскольку трансформаторы используются, вероятно, в каждой области, они представляют собой различные типы трансформаторов в зависимости от нескольких факторов, таких как конструкция трансформатора, применение, область, в которой он используется, конечное назначение трансформатора и т. Д.и т.д. или понижающий трансформатор.

Повышающий трансформатор

Как следует из названия, повышающие трансформаторы используются для увеличения напряжения на вторичной стороне трансформатора. Это достигается за счет большего количества витков на вторичной обмотке трансформатора по сравнению с первичной обмоткой трансформатора.Такой тип трансформатора обычно используется на генерирующих станциях, где напряжение генератора, как правило, составляет 23,5 кВ, повышается до 132 кВ или более.

Понижающий трансформатор

Как следует из названия, понижающие трансформаторы используются для понижения напряжения на вторичной стороне трансформатора. Это достигается за счет меньшего количества витков на вторичной обмотке трансформатора по сравнению с первичной обмоткой трансформатора. Трансформаторы такого типа обычно используются в распределительных сетях, где сетевое напряжение с 11 кВ понижается до 415 В для бытового или коммерческого использования.

Классификация трансформаторов на основе Core Medium

Теперь в зависимости от сердечника между первичной и вторичной обмоткой обмотки трансформатора трансформаторы классифицируются как с воздушным сердечником или железным сердечником.

Трансформаторы с воздушным сердечником

Первичная и вторичная обмотки трансформатора намотаны на магнитную ленту, а магнитная связь между ними осуществляется по воздуху. Этот тип трансформаторов обычно не является предпочтительным, поскольку взаимная индуктивность значительно меньше по сравнению с сердечником, поскольку сопротивление, обеспечиваемое воздушным сердечником, очень велико.Но интересно отметить, что гистерезис и потери на вихревые токи полностью устранены.

Железный сердечник

Первичная обмотка и вторичная обмотка размещены на железном сердечнике, который обеспечивает идеальную связь потока между ними. Этот тип трансформатора обычно является предпочтительным, поскольку он обеспечивает очень меньшее сопротивление потоку связи из-за его превосходных магнитных свойств, что делает общий КПД трансформатора намного выше по сравнению с трансформатором с воздушным сердечником.

Классификация трансформаторов на основе использования

Трансформаторы далее классифицируются в зависимости от области применения; мы подробно рассмотрим каждый из них:

Силовой трансформатор

Это те трансформаторы, которые используются в передающих сетях, работающих при очень высоких уровнях напряжения и используются либо для повышающих, либо для понижающих приложений. Класс напряжения включает 400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ и обычно имеет номинальное значение выше 200 МВА.

Поскольку они используются для передачи при большой нагрузке и напряжении более 33 кВ, они имеют большие размеры, поскольку требуется высокая изоляция. Они также предназначены для работы со 100% -ным КПД, чтобы избежать потерь при передаче.

Для них, чтобы избежать потерь при передаче или потерь I2r, они спроектированы таким образом, чтобы сердечник использовался по максимуму и имел потери в стали, равные потерям в меди при нагрузке утечки, для достижения максимальной эффективности.

Распределительный трансформатор

Как следует из названия, такой тип трансформаторов используется в распределительных сетях низкого напряжения в качестве средства обеспечения энергией конечного пользователя. Класс напряжения для распределительного трансформатора составляет 11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В и 230 В и обычно составляет менее 200 МВА.

Этот тип трансформатора используется для подачи энергии в промышленность на 33 кВ или для бытовых целей на 415 В. Они работают с более низким КПД, составляющим 50-70%, и имеют небольшие размеры, поскольку требуется меньшая изоляция по сравнению с силовым трансформатором.

Распределительный трансформатор можно дополнительно классифицировать по типу изоляции: жидкостный трансформатор или трансформатор сухого типа.

Жидкостный трансформатор

Этот тип распределительного трансформатора использует масло в качестве охлаждающей жидкости внутри корпуса трансформатора. Обмотки погружены в трансформатор, а изоляционное масло помогает поддерживать температуру внутри. Следует отметить, что изоляционное масло со временем ухудшается, и его необходимо обрабатывать через какое-то время, потому что значение BDV (напряжение пробоя) падает из-за образования осадка в масле.

Более того, они должны находиться в строгом режиме технического обслуживания и проверяться на наличие утечек в течение многих лет эксплуатации. Далее они подразделяются в зависимости от схем охлаждения:

  • Масло Natural Air Natural (ONAN)
  • Oil Natural Air Forced (ONAF)
  • Oil Forced Air Forced (OFAF)
  • Oil Forced Water Forced (OFWF)
  • Сухой трансформатор

    Как следует из названия, в трансформаторах этого типа в качестве изоляционной среды используется масло, а не трансформаторы с воздушным охлаждением, а обмотки изготовлены из изоляции классов F и H.Обычно они предпочитают выбирать трансформатор, когда приложение находится внутри здания или в месте, где безопасность является наивысшим приоритетом. Они также очень компактны по сравнению с масляным трансформатором, поскольку к ним не прикреплены радиаторы для охлаждения. В зависимости от того, как они охлаждаются, они подразделяются на два типа:

  • Air Natural (AN)
  • Air Blast
  • Измерительный трансформатор

    Этот тип трансформатора используется для регистрации напряжения и тока в местах прямого измерения невозможны из-за очень высокой стоимости.Поэтому приборный трансформатор используется для понижения этих токов / напряжений с целью измерения. Есть два типа:

    Трансформаторы тока

    Эти типы трансформаторов используются для того, чтобы амперметры катушек других приборов не были напрямую подключены к линиям высокого тока или, другими словами, трансформатор тока понижал значения на известное соотношение, чтобы его можно было безопасно зарегистрировать с помощью измерительного устройства.

    Трансформаторы потенциала

    Они работают более или менее по тому же принципу, что и силовой или распределительный трансформатор.Единственная разница в том, что их мощность невелика и находится в диапазоне от 100 до 500 ВА, а сторона низкого напряжения обычно намотана на 115–120 В

    Часто задаваемые вопросы по трансформаторам

    Почему мы слышим гудящий звук возле трансформатора?

    Отв. Это происходит из-за явления, которое с научной точки зрения называется магнитострикцией, когда магнитная сталь, используемая в сердечнике, расширяется при намагничивании и сжимается при размагничивании в течение полного цикла намагничивания.Несмотря на то, что они крошечные пропорционально и поэтому обычно не видны невооруженным глазом, их достаточно, чтобы вызвать вибрацию и, следовательно, шум.

    Могут ли трансформаторы работать при напряжении, отличном от номинального?

    Отв. Они могут работать при напряжении ниже номинального, но ни в коем случае не выше номинального напряжения до тех пор, пока они не будут снабжены переключателем ответвлений. Следует отметить, что если трансформатор работает ниже номинального напряжения, мощность LVA также будет соответственно уменьшена.

    Может ли трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, работать на частоте 50 Гц?

    Отв. Трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, не может работать на частоте 50 Гц, так как будут возникать большие потери, что также приведет к более высокому повышению температуры и сокращению срока службы. Но, с другой стороны, трансформатор с номинальной частотой 50 Гц может работать на частоте 60 Гц.

    Почему трансформаторы рассчитаны в кВА, а не в кВт?

    Отв. Когда мы говорим о трансформаторе, у нас есть два типа потерь: потери в стали и потери в меди.Теперь, поскольку потери в стали зависят от напряжения, а потери в меди от тока, общие потери зависят от напряжения и тока, и коэффициент мощности не учитывается. Трансформаторы указаны в кВА, так как кВт будет включать коэффициент мощности.

    Могут ли 3-фазные трансформаторы работать параллельно?

    Отв. Да, они могут работать параллельно при условии, что они имеют одинаковый импеданс, номинальное напряжение и одинаковую полярность.

    Прочтите наши другие интересные статьи по электротехнике здесь

    Transformer – Energy Education

    Рисунок 1.Трансформатор, устанавливаемый на площадку для распределения электроэнергии. [1]

    Трансформатор – это электрическое устройство, которое использует электромагнитную индукцию для передачи сигнала переменного тока (AC) от одной электрической цепи к другой, часто изменяя (или «преобразуя») напряжение и электрический ток. Трансформаторы не пропускают постоянный ток (DC) и могут использоваться для снятия постоянного напряжения (постоянного напряжения) из сигнала, сохраняя при этом изменяющуюся часть (переменное напряжение). В электрической сети трансформаторы играют ключевую роль в изменении напряжения, чтобы уменьшить потери энергии при передаче электроэнергии.

    Трансформаторы изменяют напряжение электрического сигнала, выходящего из электростанции, обычно увеличивая (также известное как «повышение») напряжение. Трансформаторы также снижают («понижают») напряжение на подстанциях, а также в распределительных трансформаторах. [2] Трансформаторы также используются в составе устройств, например трансформаторы тока.

    Как работают трансформаторы

    Часто кажется удивительным, что трансформатор сохраняет общую мощность неизменной при повышении или понижении напряжения.Следует иметь в виду, что при повышении напряжения ток падает:

    [математика] P = I_1 V_1 = I_2 V_2 [/ математика]

    Трансформаторы используют электромагнитную индукцию для изменения напряжения и тока. Это изменение называется действием трансформатора и описывает, как трансформатор изменяет сигнал переменного тока с его первичной на вторичную составляющую (как в приведенном выше уравнении). Когда на первичную катушку подается сигнал переменного тока, изменяющийся ток вызывает изменение магнитного поля (становится больше или меньше).Это изменяющееся магнитное поле (и связанный с ним магнитный поток) будет проходить через вторичную катушку, индуцируя напряжение на вторичной катушке, тем самым эффективно связывая вход переменного тока от первичного ко вторичному компоненту трансформатора. Напряжение, приложенное к первичному компоненту, также будет присутствовать во вторичном компоненте.

    Как упоминалось ранее, трансформаторы не пропускают вход постоянного тока. Это известно как изоляция постоянного тока. [2] Это потому, что изменение тока не может быть произведено постоянным током; Это означает, что нет изменяющегося магнитного поля, индуцирующего напряжение на вторичном компоненте.

    Рисунок 1. Простой рабочий трансформатор. [3] Ток [math] I_p [/ math] поступает с напряжением [math] V_p [/ math]. Ток проходит через [math] N_p [/ math] обмотки, создавая магнитный поток в железном сердечнике. Этот поток проходит через [math] N_s [/ math] витков провода на другом контуре. Это создает ток [math] I_s [/ math] и разность напряжений во второй цепи [math] V_s [/ math]. Электроэнергия ([математика] V \ умноженная на I [/ математика]) остается прежней.

    Основным принципом, который позволяет трансформаторам изменять напряжение переменного тока, является прямая зависимость между соотношением витков провода в первичной обмотке и вторичной обмотке и отношением первичного напряжения к выходному напряжению.Отношение числа витков (или петель) первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки известно как коэффициент витков . Соотношение витков устанавливает следующее соотношение с напряжением:

    [математика] \ frac {N_p} {N_s} = \ frac {V_p} {V_s} = \ frac {I_s} {I_p} [/ math]
    • [math] N_p [/ math] = Количество витков в первичной катушке
    • [math] N_s [/ math] = Количество витков вторичной катушки
    • [math] V_p [/ math] = напряжение на первичной обмотке
    • [math] V_s [/ math] = Напряжение на вторичной обмотке
    • [math] I_p [/ math] = Ток через первичную обмотку
    • [math] I_s [/ math] = Ток через вторичную обмотку

    Из этого уравнения, если количество витков в первичной обмотке больше, чем количество витков во вторичной обмотке ([math] N_p \ gt N_s [/ math]), то напряжение на вторичной обмотке будет на меньше, чем на первичной обмотке, на .Это известно как понижающий трансформатор, потому что он понижает или понижает напряжение. В таблице ниже показаны распространенные типы трансформаторов, используемых в электрической сети.

    Тип трансформатора Напряжение Передаточное число Текущий Мощность
    Понижение входное (первичное) напряжение> выходное (вторичное) напряжение [math] N [/ math] p > [math] N [/ math] s [math] I [/ math] p <[math] I [/ math] s [math] P [/ math] p = [math] P [/ math] s
    Step up входное (первичное) напряжение <выходное (вторичное) напряжение [math] N [/ math] p <[math] N [/ math] s [math] I [/ math] p > [math] I [/ math] s [math] P [/ math] p = [math] P [/ math] s
    Один к одному входное (первичное) напряжение = выходное (вторичное) напряжение [math] N [/ math] p = [math] N [/ math] s [math] I [/ math] p = [math] I [/ math] s [math] P [/ math] p = [math] P [/ math] s

    Преобразователь один к одному будет иметь одинаковых значений для всего и используется в основном для цель обеспечения изоляции постоянного тока.

    Понижающий трансформатор будет иметь на более высокое первичное напряжение, , чем вторичное напряжение, но на более низкое значение первичного тока , чем его вторичный компонент.

    В случае повышающего трансформатора , первичное напряжение будет ниже на , чем вторичное напряжение, что означает, что первичный ток на больше, чем вторичный компонент.

    КПД

    В идеальных условиях напряжение и ток изменяются с одинаковым коэффициентом для любого трансформатора, что объясняет, почему значение первичной мощности равно значению вторичной мощности для каждого случая в приведенной выше таблице.По мере того, как одно значение уменьшается, другое увеличивается, чтобы поддерживать постоянный равновесный уровень мощности. [2]

    Трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективными. Трансформаторы большой мощности могут достичь отметки КПД 99% в результате успехов в минимизации потерь в трансформаторе. Однако трансформатор всегда будет выдавать немного меньшую мощность, чем его входная мощность, поскольку полностью исключить потери невозможно. Есть некоторое сопротивление трансформатора.

    Чтобы узнать больше о трансформаторах, см. Гиперфизику.

    Для дальнейшего чтения

    Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

    Список литературы

    Измерительные трансформаторы – Основные принципы работы ~ Изучение электротехники

    Пользовательский поиск

    Измерительные трансформаторы используются для измерения и контроля. Они обеспечивают ток и напряжение, пропорциональные первичной обмотке, но представляют меньшую опасность для приборов и персонала.

    Существует два различных класса измерительных трансформаторов: трансформатор напряжения и трансформатор тока.

    Трансформаторы потенциала (PT) используются для понижения высокого напряжения, а трансформаторы тока (CT) используются для понижения тока. Функция трансформатора тока заключается в точном измерении напряжения на первичной обмотке, в то время как трансформатор тока используется для измерения тока на первичной обмотке.

    Трансформатор потенциала

    Трансформаторы потенциала (напряжения) имеют первичную и вторичную обмотки на общем сердечнике:
    Схема трансформатора потенциала и символ в электрической цепи

    Стандартные трансформаторы напряжения являются однофазными и обычно проектируются таким образом, чтобы вторичное напряжение поддерживало фиксированное соотношение с первичным напряжением.Трансформаторы потенциала используются с вольтметрами, ваттметрами, ваттметрами, измерителями коэффициента мощности, частотомерами, синхроскопами и синхронизирующими устройствами, защитными и регулирующими реле, катушками отключения при пониженном и повышенном напряжении автоматических выключателей.

    Как правило, трансформатор напряжения предназначен для подключения параллельно с линиями для преобразования и понижения линейного напряжения до 115 или 120 вольт для измерения или работы реле. Обычно они имеют номинал от 50 до 200 ВА (вольт-ампер) при 120 вторичном вольт.Клеммы вторичной обмотки никогда не должны замыкаться накоротко, так как это приведет к сильному току, который может повредить обмотки.

    Трансформаторы тока

    Трансформатор тока преобразует линейный ток в значения, подходящие для стандартных защитных реле и приборов. Первичная обмотка трансформатора тока имеет несколько витков, в то время как вторичная обмотка может иметь очень много витков, что приводит к понижению тока, как показано на схеме ниже:

    Схема трансформатора тока и символ в электрической цепи

    Трансформаторы тока используются с амперметрами, ваттметрами, измерителями коэффициента мощности, ваттметрами, компенсаторами, защитными и регулирующими реле и катушками отключения автоматических выключателей.Вторичная обмотка трансформаторов тока обычно рассчитана на 5 ампер.

    В большинстве случаев трансформаторы тока имеют несколько ответвлений на вторичной обмотке для регулировки диапазона измерения тока на первичной обмотке.

    Обратите внимание, что если вторичная обмотка трансформатора тока разомкнута, во вторичной обмотке возникает чрезвычайно высокое напряжение, которое опасно для персонала и может вывести трансформатор тока из строя. По этой причине вторичная обмотка трансформатора тока всегда должна быть закорочена перед извлечением реле из его корпуса или снятием любого другого устройства, с которым работает трансформатор тока.Это защищает трансформатор тока от перенапряжения.

    Принцип работы трансформатора

    – StudiousGuy

    Электричество – одно из величайших открытий в истории человечества, которое заметно изменило мир. Сегодня мы извлекаем выгоду из различных удобств, которые приносит использование этой фундаментальной силы природы и перенос ее в надуманные регионы; однако так было не всегда. В начале 1800-х годов единственными устройствами, производящими ток, были гальванические элементы, которые производили небольшие токи путем растворения металлов в кислотах.В 1830 году Фарадей и Генри ускорили исследования электричества, связав его с магнетизмом, что привело к открытию электромагнитной индукции. Это открытие произвело революцию в мире, заложив основу для разработки генераторов переменного тока; Однако только в 1884 году три венгерских инженера, Кароли Зиперновски, Отто Блати и Микса Дери (ZBD), запатентовали первый коммерческий трансформатор, который позволил передавать электроэнергию на большие расстояния.

    Указатель статей (Нажмите, чтобы перейти)

    Что такое трансформатор?

    Трансформатор – это электрическое устройство, использующее электромагнитную индукцию для передачи переменного тока от одной цепи к другой.Он используется либо для преобразования переменного тока низкого напряжения в переменный ток высокого напряжения, либо для получения переменного тока низкого напряжения из переменного тока высокого напряжения.

    Компоненты трансформатора

    Несмотря на то, что трансформаторы могут весить от нескольких граммов до сотен метрических тонн, есть несколько основных компонентов, перечисленных ниже, которые являются общими для их конструкции.

    Ядро

    Сердечник трансформатора обычно изготавливается из таких материалов, как мягкое железо или CRGO (холоднокатаная сталь с ориентированной зернистой структурой), поскольку они обладают высокой проницаемостью и используются для поддержки обмоток и контролируемого пути генерируемого магнитного потока. в трансформаторе.Ядро обычно состоит из нескольких тонких ламинированных листов или слоев, а не из цельного стержня. Эта конструкция помогает исключить и уменьшить нагрев. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник состоит из пакета тонких пластин кремнистой стали, разделенных тонкими слоями лака.

    Обмотки

    Обмотки – это провода, намотанные на сердечник. Трансформатор в основном состоит из двух обмоток: первичной и вторичной. Катушка, которая потребляет электричество от источника, известна как первичная обмотка, тогда как катушка, которая подает энергию на нагрузку на другом конце сердечника, известна как вторичная обмотка.Обмотки двух катушек полностью отделены друг от друга, но они магнитно связаны через общий сердечник, что позволяет передавать электрическую энергию от одной катушки к другой. Чтобы ограничить генерацию магнитного потока, эти две катушки иногда разделяют на несколько катушек.

    Изоляция

    Изоляция – один из важнейших компонентов трансформаторов. Изоляция защищает трансформатор от нескольких поражений электрическим током. Наиболее серьезные повреждения трансформаторов могут вызвать нарушения изоляции.Изоляция обязательно требуется в нескольких частях трансформатора, например, между обмотками и сердечником, между обмотками, каждым витком обмотки и всеми токоведущими элементами и баком. Изоляторы должны обладать высокой диэлектрической прочностью, хорошими механическими качествами и выдерживать высокие температуры. В трансформаторах для выполнения этих условий обычно используется изоляция из целлюлозы. Они сохраняют электрический заряд при включении трансформатора и, таким образом, изолируют компоненты трансформатора, которые находятся под разными напряжениями.Он также выполняет механическую роль, поддерживая обмотки, и способствует термической стабильности трансформатора, образуя охлаждающие каналы.

    Масляная изоляция

    В некоторых трансформаторах трансформаторное масло в основном служит трем целям: изоляция между токопроводящими частями, охлаждение за счет лучшего рассеивания тепла и обнаружение неисправностей. Масляная изоляция часто используется вместе с твердой целлюлозной изоляцией. Он используется для закрытия всех открытых участков, не имеющих твердой изоляции.Масло также проникает в бумагу и заполняет отверстия для воздуха, тем самым улучшая качество бумажной изоляции. Отработанное тепло рассеивается обмотками трансформатора, и его необходимо исключить. Трансформаторное масло поглощает тепло от обмоток и отводит его наружу трансформатора, где оно может рассеиваться в наружный воздух. Масло, используемое в трансформаторах, обычно получают путем фракционной перегонки и последующей обработки сырой нефти. В основном есть два типа: трансформаторное масло на парафиновой основе и трансформаторное масло на основе нафты; однако из-за их превосходных огнестойких и влагопоглощающих свойств синтетические масла, такие как силиконовое масло, становятся популярными.

    Втулочные клеммы

    Обычно в высоковольтных трансформаторах используется вывод проходного изолятора трансформатора – это изолирующее устройство, которое позволяет проводнику с током проходить через заземленный бак трансформатора без какого-либо электрического контакта. Обычно они сделаны из фарфора или эбонита и имеют вид колонны из круглых дисков. Электрическое поле создается всеми элементами, имеющими электрический заряд. Когда наэлектризованный проводник приближается к заземленному материалу с потенциалом земли, он может генерировать чрезвычайно сильные силовые линии, особенно если силовые линии вынуждены резко изгибаться вокруг заземленного материала.Трансформаторный ввод обеспечивает эффективную изоляцию вокруг токопроводящей клеммы и заземленного бака трансформатора.

    Принцип работы трансформатора

    Принцип работы трансформатора основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что «Электродвижущая сила вокруг замкнутого пути равна отрицательной скорости изменения во времени магнитного потока, заключенного на пути». трансформатор, когда ток проходит через первичную обмотку, вокруг нее создается магнитное поле.Поскольку ток переменный, а катушки находятся рядом друг с другом, это изменяющееся поле распространяется во вторичную катушку, тем самым вызывая напряжение во вторичной обмотке. Этот процесс известен как взаимная индукция, при котором катушка с проволокой индуцирует напряжение в другой катушке, расположенной в непосредственной близости от нее. Кроме того, трансформаторы получили свое название от того факта, что они «преобразуют» один уровень напряжения или тока в другой. Трансформаторы могут изменять уровни напряжения и тока источника питания без изменения его частоты или количества электроэнергии, передаваемой от одной обмотки к другой через магнитную цепь.Соотношение количества фактических витков провода в каждой катушке имеет решающее значение при определении типа трансформатора и выходного напряжения. Отношение выходного напряжения к входному напряжению такое же, как количество витков между двумя обмотками. Выходное напряжение трансформатора больше входного, если вторичная обмотка имеет больше витков провода, чем основная обмотка. Этот тип трансформатора известен как «повышающий трансформатор». Напротив, если вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная обмотка, выходное напряжение будет ниже.Это известно как «понижающий трансформатор». Математически это понятие можно объяснить следующим образом:

    Предположим, что имеется {N} _ {1} витков во вторичной обмотке и {N} _ {1} витков во вторичной обмотке. Переменная ЭДС {E} _ {1} применяется к первичной обмотке, которая создает ток {I} _ {1} в первичной цепи и {I} _ {2} во вторичной цепи. Ток в катушках вызывает намагничивание сердечника и создает соответствующее магнитное поле внутри сердечника.Из-за намагничивания сердечника поле больше по сравнению с полем, создаваемым только током в катушках. Это создает большую ЭДС {E} _ {2} во вторичной обмотке, которая прямо пропорциональна ЭДС в первичной обмотке. Уравнение, представляющее эту связь, имеет вид:

    {E} _ {2} = {-} \ frac {{N} _ {2}} {{N} _ {1}} {E} _ {1}

    Знак минус указывает, что {E} _ {2} сдвинут по фазе на 180 ° с {E} _ {1}.

    Типы трансформаторов

    Хотя трансформатор является статическим электрическим компонентом, он стал важным элементом эффективности современных электрических, а также электронных устройств.По этой причине сегодня на рынке доступно несколько разновидностей трансформаторов. Давайте взглянем на несколько типов трансформаторов.

    Силовой трансформатор

    Силовой трансформатор – один из наиболее распространенных типов трансформаторов, с которыми можно встретиться в повседневной жизни. Силовой трансформатор, который преобразует поступающую электроэнергию в более или менее высокое напряжение для определенной цели, является ключевым компонентом электросети. Эти трансформаторы подключают понижающие и повышающие напряжения в распределительных сетях без каких-либо изменений частоты во время передачи энергии.В электронной системе силовой трансформатор предлагает ряд источников переменного тока с различным напряжением и соответствующими значениями тока от электросети общего пользования.

    Трансформатор корпусного типа

    Трансформатор оболочечного типа используется в нескольких электрических устройствах повседневного использования, таких как телевидение, радио и т. Д. Этот трансформатор имеет прямоугольную форму и состоит из трех основных компонентов: одного сердечника и двух обмоток. Первичная и вторичная обмотки этого трансформатора намотаны на одну ветвь сердечника, образуя концентрические цилиндры катушек, что отличает его от других трансформаторов.Эта конфигурация предлагает значительное снижение потерь магнитного потока во время работы трансформатора. Трансформаторы такого типа часто имеют ламинат и не содержат масла для изоляции.

    Трансформатор с сердечником

    Трансформатор с сердечником – это трансформатор, который имеет две обмотки, отдельно намотанные на два или три плеча сердечника. В отличие от трансформатора с оболочкой, между первичной и вторичной обмотками трансформатора с сердечником имеется значительный зазор.Пластины нарезаются на кусочки L-образной формы, и их поочередно укладывают друг на друга, чтобы исключить высокое сопротивление в местах соединения пластин друг с другом. Чтобы ограничить поток утечки, первичная и вторичная обмотки чередуются, при этом половина каждой обмотки расположена рядом или концентрически на плече сердечника. Первичная и вторичная обмотки разделены на концах сердечника для простоты использования. Между сердечником и нижней обмоткой находится изоляционный слой, защищающий трансформатор от короткого замыкания.Для трансформатора с сердечником требуется больше медных проводников, чем для трансформатора с корпусом, поскольку обмотка расположена на отдельных ветвях или ветвях трансформатора с сердечником.

    Тороидальный трансформатор

    Тороидальные трансформаторы используются в тех электронных или электрических устройствах, в которых пространство является важным атрибутом. Тороидальные трансформаторы – это силовые трансформаторы с тороидальным сердечником, на который намотаны первичная и вторичная обмотки. Как следует из названия, они выглядят как электрический компонент в форме пончика.Когда ток проходит через первичную катушку, он вызывает электродвижущую силу (ЭДС) во вторичной обмотке, которая передает мощность от первичной катушки ко вторичной катушке. Отличительная структура тороидального трансформатора позволяет использовать более короткие катушки, что снижает резистивные потери и потери в обмотке и повышает общий КПД. Тороидальные силовые трансформаторы особенно хорошо подходят для жизненно важного медицинского оборудования и устройств, поскольку исключительная эффективность имеет решающее значение в медицинских системах, требующих низких токов утечки, бесшумной работы и долговременной надежности.Поскольку эти трансформаторы малы и легки, их можно легко интегрировать в медицинские приборы, где габариты и вес являются важными факторами конструкции.

    Автотрансформаторы

    Автотрансформатор, в основном используемый в диапазоне низкого напряжения, представляет собой тип трансформатора, который содержит только одну обмотку. Приставка «авто» относится к одиночной катушке, функционирующей независимо (по-гречески «я»), а не к какой-либо механической системе. Автотрансформатор похож на двухобмоточный трансформатор, но первичная и вторичная обмотки соединены по-разному.Автотрансформатор работает по тому же принципу, что и двухобмоточный трансформатор. Он работает на основе закона электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что каждый раз, когда магнитное поле и проводники сближаются, в проводниках индуцируется ЭДС. Это трансформатор с некоторыми общими витками между первичной и вторичной обмотками. «Общее сечение» относится к части обмотки, которая используется как первичной, так и вторичной обмотками. «Последовательная секция» относится к части обмотки, которая не используется как первичной, так и вторичной обмоткой.Две клеммы подключены к первичному напряжению. Вторичное напряжение генерируется двумя выводами, один из которых часто используется совместно с выводом первичного напряжения.

    Распределительный трансформатор

    Распределительный трансформатор, также известный как служебный трансформатор, используется в качестве устройства окончательного преобразования в распределительной сети с основной функцией преобразования высокого напряжения в напряжение, подходящее для конечного использования, то есть 240 В или 440 В. Эти трансформаторы бывают нескольких размеров и могут быть разделены на категории в зависимости от нескольких факторов, включая количество фаз, место установки, класс напряжения, тип изоляции и базовый уровень импульсной изоляции.Обычно они устанавливаются там, где высоковольтная линия на тысячи вольт встречается с опорой электросети, обеспечивающей источник питания 240 В или 440 В для бытового или промышленного использования, соответственно.

    Измерительный трансформатор

    Измерительный трансформатор – это устройство, которое используется вместе с измерительными приборами для эффективного измерения высокого напряжения, тока, мощности, энергии или коэффициента мощности. Другими словами, измерительные трансформаторы – это понижающие трансформаторы с реле защиты.Они используются для расширения диапазона амперметров или вольтметров переменного тока. Измерительные трансформаторы в основном бывают двух типов: трансформатор тока и трансформатор напряжения (напряжения). Трансформатор тока (CT) – это устройство для измерения тока, которое производит ток низкого уровня во вторичной обмотке, пропорциональный току высокого уровня в первичной обмотке. Поскольку первичная обмотка соединена последовательно с токоведущим проводом, питающим нагрузку, трансформатор тока часто называют «последовательным трансформатором».Напротив, трансформаторы напряжения или напряжения подключены параллельно и функционируют как небольшая нагрузка для контролируемого источника, сохраняя при этом точное соотношение напряжений и фазовое соотношение для обеспечения точного измерения, подключенного к вторичной обмотке.

    Однофазный трансформатор

    В однофазном трансформаторе задействованы только одна первичная и одна вторичная обмотки, которые преобразуют однофазный вход переменного тока в однофазный выход переменного тока с более высоким или более низким напряжением; однако вход и выход остаются в противофазе.Эти трансформаторы часто используются для питания освещения жилых помещений, розеток, систем кондиционирования и нагревательных элементов. Однофазные трансформаторы можно сделать еще более эффективными, если разделить первичную и вторичную обмотки пополам и соединить их последовательно или параллельно.

    Трансформатор трехфазный

    Трехфазный трансформатор состоит из трех первичных и трех вторичных обмоток, намотанных на один сердечник. Поскольку трехфазное распределение энергии более эффективно для передачи электричества в отдаленные места, трехфазные трансформаторы используются чаще, чем однофазные трансформаторы.Тем не менее, три однофазных трансформатора могут быть соединены вместе, чтобы сформировать трехфазный трансформатор. Существует две конфигурации подключения для трехфазного питания: конфигурация треугольником и конфигурация звезды (звезда- «Y»). Три проводника в треугольном соединении соединены встык друг с другом по треугольнику или треугольнику. В звездообразной конфигурации все проводники исходят из центра, что указывает на то, что все они соединены в одном месте. При одинаковом напряжении в трехфазной системе используется меньше проводников, чем в эквивалентных однофазных, двухфазных системах или системах постоянного тока.Три провода цепи в трехфазной системе несут три переменных тока (одинаковой частоты), которые достигают своих мгновенных пиковых значений в разное время.

    Импульсный трансформатор

    В области электроники импульсный трансформатор часто используется для генерации и передачи высокоскоростных электрических импульсов постоянной амплитуды. Импульсный трансформатор – это устройство, которое преобразует напряжение и ток импульсного сигнала с сохранением исходной формы импульса на выходе.Импульсные трансформаторы подразделяются на два основных типа в зависимости от их применения: силовые импульсные трансформаторы и сигнальные импульсные трансформаторы. Для изменения уровня мощности напряжения из одного диапазона в другой используются силовые импульсные трансформаторы. Основная конструкция этих трансформаторов может быть однофазной или трехфазной или может изменяться в зависимости от соединенной обмотки. Трансформаторы импульсных сигналов используются для передачи данных от одного типа цепи к другому посредством электромагнитной индукции. В результате они обычно используются для увеличения или уменьшения напряжения от одной поверхности силового трансформатора к другой.

    Аудио трансформаторы

    Звуковой преобразователь – это электромагнитное устройство, которое изолирует входную цепь от выходной цепи, а также фильтрует проходящий через нее сигнал. Он называется аудиопреобразователем, потому что он предназначен для преобразования сигналов, частотный спектр которых находится в слышимом диапазоне, то есть от 20 Гц до 20 кГц. Поскольку аудиопреобразователи работают в диапазоне звуковых сигналов, где имеется много шума от таких вещей, как сетевое питание и инвертирующие источники питания в окружающей среде, они обычно имеют магнитное экранирование для защиты своих цепей от помех.Аудиотрансформаторы доступны как в повышающей, так и в понижающей конфигурациях, но вместо того, чтобы быть настроенными на создание определенного выходного напряжения, они в основном используются для согласования импеданса. Аудиопреобразователи выполняют несколько функций в аудиоустройствах; например, увеличение выходного уровня микрофона, уменьшение выходного уровня инструментов в соответствии с микрофоном и т. д.

    Потери в трансформаторе

    «Потери» в любом электрическом устройстве можно определить как разницу между входной и выходной мощностью.Теоретически идеальный трансформатор не имеет потерь мощности или энергии; однако трансформатор, будучи статической машиной, имеет некоторые потери энергии. Эти потери можно разделить на следующие категории:

    Потери в сердечнике или потеря в железе

    Потери в стали в основном вызваны переменным магнитным потоком в сердечнике трансформатора. Этот тип потерь в основном определяется магнитными характеристиками материала сердечника трансформатора, и его можно дополнительно классифицировать как:

    • Гистерезисные потери: Инверсия магнетизма в сердечнике трансформатора вызывает гистерезисные потери.{1.6} {ƒV} Вт
      Где {W} _ {h} – потери на гистерезис, η – коэффициент Стейнмеца материала, {B} _ {max} – максимальная плотность магнитного потока, ƒ – функция реверсирования магнитного поля, и V – объем ядра.
    • Потери на вихревые токи: Первичная обмотка трансформатора принимает переменный ток, который создает переменный магнитный поток. Этот поток вызывает наведенную ЭДС во вторичной обмотке. Тем не менее, часть этого потока поглощается другими проводящими частями, такими как стальной сердечник, железный корпус или трансформатор, что приводит к наведенной ЭДС и небольшому циркулирующему вихревому току в этих частях.Эта потеря магнитного потока известна как потеря на вихревые токи. {2} {RT}

      Где Q – рассеиваемое тепло, I – ток, R – сопротивление, а T – время.

      Трансформатор

      – его работа, конструкция, типы и использование

      Они являются неотъемлемой частью электрической системы, и их применение можно наблюдать практически во всех областях электротехники, от систем электроснабжения до обычных бытовых приборов.

      С развитием источников питания переменного тока возникла потребность в трансформаторах. Раньше передача электроэнергии постоянного тока приводила к большим потерям и низкой эффективности.

      Мы только что выпустили нашу серию видеоблогов Power Systems Engineering Vlog , и в этой серии мы поговорим о всевозможных различных исследованиях и комментариях по разработке энергетических систем. Мы рассмотрим различные блоги, написанные AllumiaX. Это весело, это весело, по сути, это видеоблог, и мы надеемся, что вы, , присоединитесь к нам, , и получите от этого пользу.

      Однако, увеличив напряжение передачи с помощью трансформатора, эта проблема была решена. Повышение напряжения сопровождается уменьшением тока, чтобы поддерживать постоянную мощность в трансформаторе.

      А поскольку потери мощности прямо пропорциональны квадрату тока, это приводит к уменьшению тока в 10 раз, следовательно, к снижению потерь в 100 раз. Действительно, без трансформаторов мы не смогли бы использовать электрические власть в том виде, в котором мы ее используем сейчас.

      Вот почему мы генерируем электроэнергию с напряжением от 11 до 25 кВ, а затем повышаем его до 132 220 или 500 кВ для передачи с минимальными потерями, а затем мы понижаем напряжение для безопасного использования в жилых и коммерческих помещениях.

      Конструкция трансформатора

      Трансформатор состоит в основном из сердечника, обмоток и бака, однако в некоторых трансформаторах также присутствуют проходные изоляторы, сапуны, радиаторы и расширители.

      Сердечник: Сердечник трансформатора изготовлен из мягкого железа или кремнистой стали, что обеспечивает путь с низким сопротивлением (силовые линии магнитного поля могут легко проходить через них).

      Сердечники трансформатора ламинированы для уменьшения потерь на вихревые токи, обычно 2 пластин.Толщиной от 5 мм до 5 мм и изолированы друг от друга и обмоток покрытием из оксида, фосфата или лака. Ядро состоит из пластин различной формы, таких как E, L, I, C и U.

      В трансформаторах оболочечного типа сердечник окружает или покрывает обмотки, как оболочка.

      В трансформаторах с сердечником обмотки намотаны вокруг двух концов или прямоугольников сердечника.

      Обмоток:

      Однофазный двухобмоточный трансформатор обычно имеет 2 обмотки, первичная и вторичная обмотки, которые сделаны из высококачественной многожильной меди.Обмотки намотаны на сердечник и полностью не имеют электрического контакта друг с другом.

      Их также можно назвать обмотками высокого и низкого напряжения соответственно, причем обмотка высокого напряжения имеет большую изоляцию, чем обмотка низкого напряжения.

      Принцип работы:

      Основной принцип работы трансформатора – это работа взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками, которые связаны общим магнитным потоком через сердечник трансформатора.Сердечник обеспечивает путь для прохождения магнитного потока с низким сопротивлением.

      Трансформатор имеет первичную и вторичную обмотки, как описано выше. Обмотка, подключенная к источнику, может рассматриваться как первичная обмотка, а ток, который она проводит, может иметь собственное магнитное поле.

      Это магнитное поле создается поперек сердечника и меняет направление из-за переменных токов, и теперь согласно закону электромагнитной индукции Фарадея:

      Скорость изменения магнитной связи во времени прямо пропорциональна ЭДС, индуцированной в проводнике или катушке

      Это изменение магнитного поля индуцирует на вторичной обмотке напряжение, пропорциональное количеству витков на обмотках.Это можно понять с помощью следующего уравнения:

      Коэффициент трансформации трансформатора:

      Обе обмотки трансформатора, т.е. первичный и вторичный имеют определенное количество витков. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки известно как отношение витков.

      Где:

      N P = Количество витков первичной обмотки

      N S = витков вторичной обмотки

      Идеальный трансформатор:

      Идеальный трансформатор – это трансформатор, который дает выходную мощность, точно равную входной мощности.Это означает, что у него нет никаких потерь.

      Идеальных трансформаторов не существует, и они используются только для упрощения расчетов трансформаторов. Их соотношение напряжений можно смоделировать с помощью этих простых уравнений:

      Где:

      В P = Напряжение первичной стороны

      В S = Напряжение вторичной обмотки

      А мощность определяется по формуле:

      и

      или

      Где:

      Другими словами, идеальный трансформатор будет иметь 100% КПД без потерь мощности.

      Мы можем предположить, что идеальный трансформатор будет иметь нулевое сопротивление обмотки, отсутствие потока утечки и потерь в меди или сердечнике.

      Схема эквивалента идеального трансформатора:

      Эквивалентная схема идеального трансформатора не будет моделировать какое-либо сопротивление или какое-либо реактивное сопротивление, потому что все типы имеющихся потерь считаются несуществующими. Итак, мы получаем очень упрощенную принципиальную схему.

      Чем идеальный трансформатор отличается от настоящего трансформатора?

      На самом деле у нас есть трансформаторы, которые состоят из некоторых потерь мощности; следовательно, выходная мощность никогда не равна входной мощности трансформатора.

      Настоящие трансформаторы будут иметь некоторое значение сопротивления обмотки, будут иметь поток утечки, а также будут иметь потери в меди и сердечнике, которые мы обсудим ниже.

      Ток намагничивания:

      Это ток, необходимый для создания магнитного потока в сердечнике трансформатора (или его намагничивания).

      Можно заметить, что когда на трансформатор подается переменный ток при размыкании цепи во вторичной обмотке, небольшой ток по-прежнему будет течь через первичную обмотку.

      Этот ток состоит из тока намагничивания (i m ) и тока потерь в сердечнике (i h + e ).

      Некоторые важные моменты относительно тока намагничивания:

      1. Он не является чисто синусоидальным и будет иметь более высокочастотные компоненты, когда ядро ​​начнет насыщаться.
      2. Когда сердечник достигает максимального магнитного потока, для небольшого увеличения притока потребуется очень высокий ток намагничивания.

      Ток потерь в сердечнике компенсирует гистерезис и потери на вихревые токи в сердечнике.

      Сумма тока намагничивания и тока потерь в сердечнике называется током возбуждения трансформатора.

      Потери:

      Трансформатор является статическим устройством и не имеет вращающейся части, поэтому он не имеет вращательных потерь. Однако он имеет следующие электрические потери:

      1. Потери в сердечнике или в железе
      2. Потери меди

      Потери в сердечнике:

      Потери в сердечнике называются потерями в сердечнике, потому что они связаны или являются следствием стального сердечника трансформатора.

      Их можно разбить на 2 части.

      1. Гистерезис потери
      2. Потери на вихревые токи

      Гистерезис потери:

      Можно считать, что любой ферромагнитный материал имеет множество небольших магнитных доменов (маленьких постоянных магнитов), которые указывают в случайных направлениях. Когда к железу прикладывают внешнее магнитное поле, эти домены выстраиваются в направлении поля.

      Однако, когда переменный ток меняет свое направление, магнитное поле также меняет свое направление, и магнитные домены также должны менять свое направление в соответствии с магнитным полем.

      Некоторые магнитные домены выровняются, но некоторым потребуется дополнительная энергия для их выравнивания. Эта энергия, необходимая для переориентации магнитных доменов во время каждого цикла переменного тока, известна как потеря гистерезиса.

      Потери на вихревых токах:

      Переменный поток в сердечнике трансформатора соединяется со вторичными обмотками и наводит на них напряжение согласно закону Фарадея.

      Также вероятно, что этот переменный поток будет связываться с другими проводящими частями трансформатора, такими как железный сердечник и железный кожух или корпус.

      Этот переменный поток затем будет индуцировать локализованные напряжения в этих частях, что затем приведет к возникновению вихрей тока, протекающих внутри них. Эти токи известны как вихревые токи.

      Эти токи вызывают потери энергии из-за удельного сопротивления сердечника или проводящей части, на которой они возникают, следовательно, энергия рассеивается в виде тепла.

      Гистерезисные потери и потери на вихревые токи приводят к нагреву сердечника трансформатора.

      Потери меди:

      Первичная и вторичная обмотки трансформатора всегда будут иметь некоторое собственное сопротивление, и прохождение тока через это сопротивление всегда будет приводить к потерям энергии.

      Поскольку обмотки изготовлены из меди, потери энергии или тепла в них известны как потери в меди.

      Потери меди можно определить по:

      Итак, чем больше величина тока, тем больше будут потери в меди. Вот почему эти потери также известны как переменные потери, поскольку они зависят от нагрузки.

      Реактивное сопротивление утечки:

      Первичная и вторичная обмотки создают свой собственный поток, который связан друг с другом, это называется взаимным потоком.

      Однако не весь магнитный поток между первичной и вторичной обмотками связан.

      Некоторый поток, создаваемый первичной обмоткой, не будет связан с вторичной обмоткой, в то время как некоторое количество потока, создаваемого вторичной обмоткой, не будет связываться с первичной обмоткой.

      Этот поток, который соединяется только с одной из обмоток вместо соединения с обеими, известен как поток утечки.

      Обмотки являются индуктивными по своей природе, этот поток рассеяния будет создавать в обмотках самореактивное сопротивление или импеданс, который известен как реактивное сопротивление рассеяния.

      Это реактивное сопротивление утечки вызовет падение напряжения в первичной и вторичной обмотках.

      Схема эквивалента трансформатора

      :

      Эквивалентная схема трансформатора – это упрощенное представление трансформатора, состоящего из сопротивлений и реактивных сопротивлений.

      Эквивалентная схема помогает нам в выполнении расчетов трансформатора, так как анализ основной схемы теперь может быть применен к трансформатору.

      Резистор R

      P и резистор R S :

      Эти резисторы моделируют резистивные потери в меди в трансформаторе, и их легко представить.

      X M :

      Как мы уже упоминали ранее, ток возбуждения или ток холостого хода равен сумме тока намагничивания и тока потерь в сердечнике.

      Таким образом, ток намагничивания можно смоделировать реактивным сопротивлением X M , подключенным к первичному источнику напряжения.

      R C :

      Потери в сердечнике, состоящие из потерь на вихревые токи и гистерезисных потерь, можно смоделировать с помощью сопротивления R C , подключенного к первичному источнику напряжения

      Xm и Rc известны как ветви возбуждения.

      X P и X S :

      X p – реактивное сопротивление рассеяния на первичной обмотке, а X S – реактивное сопротивление рассеяния на вторичной обмотке.

      Для первичной и вторичной сторон:

      Приведенная выше эквивалентная схема является точным представлением трансформатора. Однако для решения практических схем трансформатора необходимо преобразовать всю схему на один уровень напряжения.

      Это делается путем привязки цепи к ее первичной или вторичной стороне.

      На первичную сторону:

      Чтобы отнести или преобразовать схему к первичной стороне, мы сначала находим значение константы «а».

      Где a = N p N s

      Теперь, когда мы нашли «a», мы можем преобразовать сопротивление вторичной стороны Rs и реактивное сопротивление Xs в первичную сторону, умножив их оба на 2 .

      R S = R S 907 10 x a 2

      X S = X S 907 10 x a 2

      Вторичное напряжение Vs умножается на «a», а вторичный ток Is делится на «a».

      На вторичную сторону:

      Учитывая значение константы «a», мы делим значения сопротивления первичной стороны и реактивного сопротивления на 2 .

      То же самое будет сделано для X M и R C .

      R P = R P a 2

      X P = X P a 2

      R C = R C a 2

      X M = X M a 2

      Первичный ток умножается на «а», а первичное напряжение делится на «а».

      После того, как мы отнесли наши значения к одной конкретной стороне, первичной или вторичной, мы можем переместить ветвь возбуждения на передний план и последовательно сложить сопротивления и реактивные сопротивления, как показано на принципиальных схемах.

      Эффективность:

      КПД трансформатора – это отношение выходной мощности трансформатора к входной мощности.

      Выдается

      η = P ВЫХ P ВЫХ + P ПОТЕРЯ X 100%

      Где:

      Так как выходная мощность всегда будет меньше входной, КПД трансформатора всегда будет в пределах 0–100%, в то время как идеальный трансформатор будет иметь КПД 100%.

      Чтобы рассчитать КПД трансформатора по эквивалентной схеме, мы просто добавляем потери в меди и потери в сердечнике к уравнению КПД, чтобы получить следующее уравнение:

      η = P ВЫХ P ВЫХ + P cu + P сердечник X 100%

      Регулировка напряжения:

      Также важно знать, что, поскольку трансформатор имеет последовательные сопротивления внутри, на нем также будут падать напряжения.Это приведет к изменению выходного напряжения с изменяющейся нагрузкой, даже если входное напряжение остается постоянным.

      Величина, которая сравнивает выходное напряжение без нагрузки с выходным напряжением при полной нагрузке, называется регулировкой напряжения.

      Его можно рассчитать по следующей формуле:

      VR = V S.NL V S.FL V S.FL X 100%

      Где:

      В S.NL = выходное напряжение без нагрузки

      В S.FL = Выходное напряжение при полной нагрузке

      Следует отметить, что идеальный трансформатор будет иметь регулировку напряжения 0%.

      Типы трансформаторов и их применение

      Привет! По соответствующей теме мы ранее писали в блоге о типах трансформаторов . Если это вас заинтересует, ознакомьтесь с ним и дайте нам знать, что вы думаете

      Повышающий трансформатор:

      Эти трансформаторы увеличивают нижний уровень напряжения на первичной стороне до более высокого значения на вторичной стороне.В этом случае вторичная обмотка имеет большее количество витков, чем первичная.

      Они в основном используются на генерирующих станциях, где генерируемое напряжение около 11 кВ повышается до 132 кВ или более для передачи.

      Понижающий трансформатор:

      Понижающие трансформаторы понижают высокое напряжение на первичной стороне до более низкого значения на вторичной стороне. В этом случае первичная обмотка имеет большее количество витков.

      Понижающие трансформаторы используются на сетевых станциях для снижения высоких напряжений передачи до подходящего более низкого значения для распределения и использования.Их также можно найти на наших зарядных устройствах для мобильных устройств.

      Другие типы включают силовые трансформаторы, распределительные трансформаторы, трансформаторы с сердечником, одно- и трехфазные трансформаторы, внутренние и внешние трансформаторы. Вы можете проверить наш предыдущий блог, посвященный типам трансформаторов и их применению.

      Ограничения трансформатора:

      Здесь также важно отметить, что трансформатор будет работать только от переменного тока. Это связано с тем, что постоянный ток (DC) будет создавать постоянное магнитное поле вместо изменяющегося магнитного поля, и, следовательно, во вторичной обмотке не будет индуцироваться ЭДС.

      На этом мы завершаем нашу тему о трансформаторах. Мы надеемся, что этот блог был полезен и дал вам ценную информацию по этой теме. Не стесняйтесь предлагать или задавать любые вопросы, которые могут у вас возникнуть, в разделе комментариев ниже. Спасибо.

      НАЗНАЧЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА

      Какова цель трансформатора ? Это стандартное электрическое устройство, которое встречается где угодно. От небольших домов до крупных объектов электричество невозможно использовать без трансформатора.

      Функции и роли трансформаторов

      Трансформатор – это электромагнитное устройство. Он работает по принципу электромагнитной индукции, чтобы преобразовать переменный ток в этом напряжении в другой переменный ток в другом напряжении с постоянной частотой.

      Роли трансформатора

      Трансформатор может изменять переменное напряжение, увеличивать или уменьшать напряжение, обеспечивая выходное напряжение, соответствующее потребностям.Эти виды использования могут передавать электричество на большие расстояния или использовать их в домах или на фабриках.

      Трансформаторы играют важную роль в передаче электроэнергии.

      Более конкретные

      • Роль трансформатора , который преобразует напряжение для желаемой цели, например, из линии среднего напряжения 10 кВ в низкое напряжение 220 В или 400 В, используемое в жилых помещениях или на электростанциях.
      • Роль трансформатора . обычно преобразует среднее напряжение от источника (от 10 кВ до 50 кВ) в высокое напряжение (от 110 кВ до 500 кВ или выше) перед его передачей в линию высокого напряжения.При передаче электроэнергии на большие расстояния, чем выше напряжение, тем меньше потери.

      Есть трансформаторы меньшей мощности. Если требуется стабилизировать напряжение в помещении, можно использовать трансформатор-стабилизатор напряжения, зарядные устройства для низковольтного электрооборудования (от 230 В до 24 В, 12 В, 3 В)

      Принцип работы трансформатора

      Работа трансформатора зависит от двух физических явлений:

      • Электрический ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле.
      • Изменение потока в катушке создает индуцированное напряжение (называемое электрической индукцией).

      Трансформатор играет роль , когда ток генерируется в первичной обмотке, соединенной с первичным напряжением, и имеет переменное магнитное поле в железном сердечнике. Во вторичной цепи изменяющееся магнитное поле создает вторичное напряжение (это напряжение отличается от входного напряжения из-за изменения). Таким образом, первичное напряжение может быть изменено на вторичное через магнитное поле.Отношение витков вокруг двух железных сердечников пропорционально напряжению в этих сердечниках.

      Когда NP, UP, IP, ΦP и NS, US, IS, ΦS – это количество витков, напряжения, тока и магнитного потока в первичной и вторичной (первичной и вторичной) цепях соответственно, согласно закону Фарадея, мы имеем:

      Для простого примера трансформатор мощностью 400 Вт, коэффициент трансформации 100: 5

      • Первичная сторона 80 В, 5 А, 200 витков

      • Вторичная обмотка 4 В, 100 А, 10 витков

      Принцип работы однофазного трансформатора

      Трансформаторы

      – одно из широко используемых электрических устройств во всем мире.Эти устройства преобразуют более высокое напряжение в более низкое, что делает их идеальными для домашнего использования. Трансформаторы передают электрическую энергию между цепями, не изменяя их частоту. В электрических проектах используются различные типы трансформаторов. Хотя эти устройства различаются по конструкции, все они следуют основному принципу клетки Фарадея. В этом посте обсуждается одна такая важная разновидность трансформатора – однофазный трансформатор и его рабочий механизм.

      Основные сведения об однофазном трансформаторе

      Однофазный силовой трансформатор – это устройство, использующее однофазный переменный ток.Это означает, что трансформатор зависит от цикла напряжения, который работает с интегрированной временной фазой. Эти трансформаторы используются для понижения электрических сигналов на большие расстояния до уровней мощности, которые используются в легкой коммерции, а также в жилых помещениях.

      Изменение тока определяется соотношением первичных обмоток (вход) и вторичных обмоток (выход). Многие однофазные трансформаторы позволяют регулировать передаточные числа, однако другие имеют фиксированное передаточное число 1: 1, которое можно использовать для изоляции цепей.

      Максимальное напряжение в однофазных трансформаторах зависит от промышленных норм и инженерной инфраструктуры.

      Введение в принцип работы однофазного трансформатора

      Как работает однофазный трансформатор? Читайте ниже, чтобы узнать больше:

      • Однофазный трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток. Эти обмотки имеют изолированные провода, намотанные на один стальной сердечник.
      • Первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, а вторичная обмотка подключена к нагрузке.Железный сердечник связывает поток в обеих обмотках.
      • Первичная обмотка при включении создает электромагнитное поле, которое разрушается в железном сердечнике. Это электромагнитное поле индуцирует мощность на нагрузке, подключенной ко вторичной обмотке.
      • Коллапс и накопление энергии известны как магнитный поток. Этот поток возникает шесть раз в секунду (60 Гц) в цепи переменного тока.
      • Величину напряжения и силы тока между нагрузкой и источником можно изменить путем изменения обмоток на первичной и вторичной обмотках.
      • Если напряжение увеличивается в n раз по сравнению с исходным значением трансформатора, ток во вторичной катушке уменьшится до 1 / n-го значения тока в первичной катушке.
      • Значения
      • RMS рассчитываются как:

      Первичная наведенная ЭДС E1 = 4,44 ф N1 φм вольт

      Вторичная наведенная ЭДС E2 = 4,44 ф N2 φм вольт.

      Рекомендации, которые следует учитывать при выборе однофазного трансформатора

      При выборе однофазного трансформатора необходимо учитывать следующие факторы:

      • Диапазон рабочих частот
      • Номинальное первичное и вторичное напряжение
      • Номинальная мощность
      • Номинальный ток вторичной обмотки
      • Рабочая температура

      Понимание принципа работы однофазного трансформатора Последнее изменение: 14 января 2020 г., gt stepp

      О gt stepp

      GT Stepp – инженер-электрик с более чем 20-летним опытом работы, опытный в исследованиях, оценке, тестировании и поддержке различных технологий.

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *