Трансформаторы назначение и принцип действия: Трансформаторы. Принцип действия и устройство однофазного трансформатора

Содержание

Трансформаторы масляные


Масляные трансформаторы предназначены для работы с электросетями на крупных производственных комплексах, где требуется преобразование энергии с целью защиты оборудования от резких скачков напряжения. Новейшие масляные устройства отличаются надежностью, стойкостью к перепадам температурных режимов. Масляные трансформаторы предполагают внутреннюю и наружную установку.

Параметры использования и принцип работы

Масляный трансформатор — это агрегат силового типа с масляным охлаждением магнитного провода и обмоток. Во время работы механизма производится нагревание магнитного провода с обмотками из-за потери внутренней энергии. Максимальный нагрев прибора ограничивается с помощью теплоизоляции, срок эксплуатации которой напрямую зависит от предельной температуры. Чем мощнее установка, тем с большими оборотами должна работать охлаждающая система. Охлаждающим средством в трансформаторе является масло, которое к тому же служит изолирующим компонентом.

 .
 Чтобы устройство функционировало без перебоев, ему необходимо создать оптимальные условия:

  • в окружающей среде не должно содержаться взрывоопасных веществ;
  • уровень пыли и других примесей должен соответствовать допустимым нормам.
Кроме этого, при нагреве масло не должно образовывать осадок на обмотках в результате разложения. Иначе нормальный теплообмен будет нарушен.

Конструктивной особенностью масляных трансформаторов является наличие в них специального расширителя, предназначенного для масла, за счет которого происходит возмещение температурных перепадов и всего объема масла.

В маслорасширитель входит воздухоосушитель. Он является своеобразным фильтром, препятствующим попаданию внутрь оборудования инородных тел, всевозможных загрязнений, а также влаги. В конструкции предусмотрена специальная гильза, необходимая для жидкостного термометра, который применяют для точного измерения температуры в верхних слоях масляного носителя.

Достоинства

У масляных трансформаторов немало преимуществ, особенно в сравнении с устройствами сухого охлаждения:
  • защита обмоток от негативных внешних воздействий;
  • способность выдерживать колебания температурного режима от -60 до +40 градусов;
  • низкий уровень реактивного сопротивления;
  • отсутствие необходимости проведения профилактических и ремонтных работ.
Чтобы аппарат служил долго и без проблем, нужно соблюдать правила его эксплуатации. Большое значение имеет качество масла. Коэффициент различных примесей и пыли не должен превышать значения, указанного в инструкции прибора. Вдобавок надо регулярно следить за возможными утечками масла. Также нельзя допускать расположения вблизи трансформатора взрывоопасных элементов, способных повлиять на целостность конструкции.

Торговая сеть “Планета Электрика” имеет в своем ассортименте широкий выбор масляных трансформаторов от известных российских производителей.

Дать определение трансформатора тока. Назначение и принцип действия трансформатора тока

Существует два основных вида тока – постоянный и переменный. Обычная электрическая батарейка, например, дает постоянный ток напряжением 1,5 вольта , а в электросети действует переменный электрический ток с напряжением 220 В. Трансформаторы используются исключительно для преобразования переменного электрического тока. Постоянный ток трансформации не поддается.

Как осуществляется трансформация тока

В простейшем варианте трансформатор состоит из металлического сердечника – например, из Ш-образных пластин, и двух обмоток, первичной и вторичной. Обмотки электрически между собой не связаны, передача электрической энергии осуществляется за счет электромагнитной индукции.

Зачем вообще нужен трансформатор? Он позволяет в необходимых пределах изменять напряжение и силу тока. Например, у вас есть электрическая лампочка на 2,5 В. Ее нельзя напрямую подключить к электросети 220 В, она тут же сгорит. Чтобы она нормально работала, необходимо понизить напряжение с 220 В до 2,5 В – то есть снизить его почти в 100 раз.

Эту задачу и позволяет решить трансформатор. Его первичная обмотка имеет достаточно большое количество витков – например, 1000. Благодаря этому она легко выдерживает напряжение 220 В, включение обмотки в сеть не вызывает короткого замыкания. Поверх первичной обмотки наматывается вторичная, но число ее витков значительно меньше. Если в нашем примере 1000 витков рассчитаны на 220 В, то на 1 виток тогда приходится 0,22 В. Нам нужно 2,5 В. Нетрудно подсчитать, что для нормальной работы лампочки напряжением 2,5 В необходимо намотать вторичную обмотку из 11-12 витков.

Области применения трансформаторов электрического тока

Чтобы передавать электроэнергию на большие расстояния, используются высоковольтные линии электропередач. Передается именно переменный ток, так как при передаче постоянного потери электроэнергии оказываются слишком велики. Потери уменьшаются и с увеличением напряжения, поэтому на магистральных направлениях используется напряжение в сотни тысяч вольт.

Чтобы получить высокое напряжение для передачи на расстояние, а затем вновь преобразовать его в нужное потребителям, и используются трансформаторы. Как правило, это мощные масляные трансформаторы, рассчитанные на высокое напряжение.

Небольшие трансформаторы используются и в радиоэлектронной аппаратуре и бытовой технике, они позволяют понижать напряжение 220 В до более низкого, необходимого для питания электронных компонентов. Иногда трансформаторы используют для гальванической развязки – в этом случае количество витков в первичной и вторичной обмотке одинаково. С вторичной обмотки снимают то же напряжение, которое действует на первичной обмотке, но это уже другая цепь, не имеющая прямой электрической связи с первичной обмоткой.

На сегодняшний день во многих случаях не представляется возможным заменить трансформаторы переменного тока какими-то другими устройствами. Поэтому можно не сомневаться в том, что они будут использоваться еще очень долгое время.

Трансформатор тока
с масляным охлаждением
и фарфоровой покрышкой

Для измерения большого переменного тока, его предварительно уменьшают до удобного значения (обычно до 5А) при помощи трансформаторов тока.

Трансформатором тока, называется такой трансформатор, в котором при нормальных условиях работы выходной сигнал выходной сигнал является током, практически пропорциональным первичному току и при правильном включении сдвинутым относительно него по фазе на угол, близкий к нулю.

Описание трансформаторов тока, марок: ЗНОЛ , НЛЛ , НОЛ , НОЛП , ОМ , Т-0,66 , ТЗЛ , ТЗЛМ , ТЗРЛ , ТЛ , ТЛК , ТЛШ , ТНШ , ТНШЛ , ТОЛ , ТОП , ТПК , ТПЛ , ТПОЛ , ТШЛ .

Схема включения трансформатора тока

Принципиальная схема трансформатора тока.

На схеме:

1 – первичная обмотка трансформатора тока;
2 – вторичная обмотка трансформатора тока;
3 – общий магнитопровод;
4 – токопровод высокого напряжения;
I 1 – ток линии;
Ф 1 – переменный магнитный поток, создаваемый током I 1 ;
I 2 – ток протекающий во вторичной обмотке под действием Ф 1 ;

Ф 2 – переменный магнитный поток, создаваемый током I 2 ;

Первичную обмотку трансформатора тока, имеющую малое число витков, включают последовательно в линию, в которой измеряют или контролируют ток. В цепь вторичной обмотки трансформатора тока включают прибор с малым сопротивлением. Таким прибором может быть амперметр, токовая катушка ваттметра, счетчика, какого либо иного измерительного прибора или реле. Приборы во вторичную цепь включают так, чтобы положительное направление тока в приборе совпадало по направлению с положительным направлением тока в контролируемой цепи.

В трансформаторе тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной на полное рабочее напряжение. Один конец вторичной обмотки обычно заземляется. Поэтому она имеет потенциал, близкий к потенциалу земли.

В цепь вторичной обмотки трансформатора тока можно включать несколько приборов, соединив их последовательно, чтобы через них проходил один и тот же ток. Однако включать в цепь вторичной обмотки трансформатора тока большое число измерительных приборов нежелательно, так как это увеличивает сопротивление нагрузки трансформаторов и снижает точность измерений.

Устройство трансформатора тока

Трансформатор тока имеет сердечник, первичную и вторичную обмотки. Как правило, их изготавливают с таким коэффициентом трансформации, чтобы на вторичной стороне сила тока была стандартной. (1;5 и 10А)

Первичная обмотка трансформатора тока включается в сеть последовательно, поэтому для уменьшения потерь энергии и напряжения сечение проводов первичной обмотки выбирают большим, а число витков – один или несколько. Число витков вторичной обмотки всегда больше числа витков первичной. Сечение обмоточных проводов вторичной обмотки сравнительно небольшое.

Трансформаторы тока по конструктивным признакам разделяют на звеньевые(или восьмерочные), в которых первичная обмотка имеет форму кольца, продетого через сердечник; шинные(или стержневые) – первичной обмоткой служит стержень(или шина), петлевые – первичная обмотка имеет форму вытянутой петли; катушечные – первичная обмотка изготовлена в форме катушки.

Первичные обмотки трансформаторов тока могут быть одно или многовитковыми. При одновитковой обмотке витком служит провод, стержень или шина, проходящая через окно магнитной системы; таким образом создается контур, замкнутый через цепь нагрузки. Примерами такого устройства могут служить встроенные трансформаторы тока, применяемые в силовых трансформаторах и масляных выключателях.

Вторичные обмотки трансформаторов тока охватывают магнитную систему и образуют контур через цепи вторичной нагрузки (приборы электрических измерений и релейной зашиты, сигнализации и т. д.). Вторичные обмотки часто изготовляют с ответвлениями; начала, концы и ответвления обмотки подключены к зажимам клеммного щитка. Первичные обмотки имеют зажимы для включения витков параллельно или последовательно. Такое устройство обмоток позволяет использовать трансформатор тока на разные номинальные вторичные токи.

Назначение трансформатора тока

Трансформаторы тока в зависимости от назначения разделяются на трансформаторы тока для измерений и трансформаторы тока для защиты. Зачастую трансформаторы тока совмещают в себе обе функции и могут использоваться как для измерения, так и для защиты.

Трансформаторы тока для измерений предназначаются для передачи информации измерительным приборам. Они устанавливаются в цепях высокого напряжения или в цепях с большим током, то есть в цепях в которых невозможно прямое включение измерительных приборов. Трансформатор тока для измерения обеспечивает:

  • Преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый для непосредственного измерения с помощью стандартных измерительных приборов;
  • Изолирование измерительных приборов, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

Трансформаторы тока для защиты предназначаются для передачи измерительной информации в устройства защиты и управления. Трансформатор тока для защиты обеспечивает:

  • Преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый для питания устройств защиты;
  • Изолирование реле, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

Трансформатор тока в установке высокого напряжения, необходим даже в тех случаях, когда уменьшения тока для измерительных приборов или реле не требуется.

Иногда нужно узнать – какой ток течет в электрической цепи. Если ток небольшой, для этого можно использовать простой резистор. Если-же ток достигает неприличных величин (к примеру, как в трансформаторах Тесла), приходится искать другие методы измерения. Один из таких методов – использование трансформатора тока.

Что это такое?

Трансформатор тока, для краткости будем называть его ТТ, используется повсеместно. К примеру, в электросчетчиках и на подстанциях. Мы-же будем рассматривать то, как его можно использовать для измерения тока в импульсных источниках питания – сварочных аппаратах, трансформаторах Тесла итп. Стоит сразу обратить внимание, что с помощью ТТ можно измерять только переменный ток, но никак не постоянный!

Итак, ТТ позволяет нам измерять очень большой ток. Чем-же ТТ отличается от обычного трансформатора? А вот ничем! Название придумали из-за области применения и характерной конструкции – катушка на тороидальном сердечнике, через которую пропущен провод.

ТТ преобразует проходящий через него ток в пропорциональное напряжение. К примеру, если через трансформатор проходит 100А, то он выдает 1В, а если проходит 200А, то на выходе мы получим 2В.

Основные соотношения

Проделав нехитрые математические выкладки, можно убедиться, что для токов в обмотках ТТ с очень большим коэффициентом трансформации по напряжению и с короткозамкнутой вторичной обмоткой действует такой закон для тока в обмотках:

Для того, чтобы преобразовать ток в напряжение, используют обычный резистор. Типичная схема включения ТТ:

Напряжение, падающее на резисторе R, согласно закону Ома, равно E=IR. Таким образом, зависимость выходного напряжения ТТ от тока определяется простым выражением:

К примеру, рассмотрим трансформатор Тесла, где через ТТ течет ток в 500А. Если у нас 1 виток в первичной обмотке (да, просто пропущенный через кольцо провод считается за один виток), а во вторичной обмотке — 1000 витков, то ток во вторичной обмотке окажется равным 0.5А. Если мы возьмем сопротивление R1 = 2ом, то при полном токе на нем будет падать 1вольт.

Просто? Еще-бы!

Применения

Раз мы уже знаем, что такое токовый трансформатор, давайте подумаем куда его можно всунуть. Кроме того, что можно измерять большие токи, можно еще строить автогенераторы с обратной связью по току. Практически все DRSSTC являются именно такими. Можно также организовывать защиту от превышения тока, без такой защиты большинство импульсных блоков питания являются ”живыми мертвецами”.

Запаздывание по фазе

Для автогенераторного применения важна еще одна характеристика ТТ – задержка сигнала.

Запаздывание сигнала может произойти из-за таких факторов

    Индукция рассеяния ТТ вместе с выходным резистором образует ФНЧ.

    Межвитковая емкость в ТТ может стать причиной сдвига фазы.

Для анализа обоих этих ситуация, я набросал простую модель в SWCad’е.

Результаты симуляции при к. связи = 1


К. связи = 0.5



Результаты симуляции очень похожи на одиночный трансформатор. Никакого запаздывания нет. Только амплитуда становится немного менее предсказуемая – она определяется произведением коэффициентов связи в обоих трансформаторах.

Вывод – в подавляющем большинстве случаев можно применять несколько ТТ, включенных последовательно.

Прямоугольный выходной сигнал

Часто необходимо получить прямоугольный выходной сигнал из синусоиды, выдаваемой ТТ. Конечно, это можно сделать с помощью компаратора, однако быстродействующие компараторы дороги и требуют особых навыков от разработчика. Проще собрать следующую, уже почти ставшую стандартом, схему:


Для чего такие сложности? Стабилитроны – очень медленные устройства. Для повышения быстродействия ограничителя, к ним добавлены диоды Шоттки. Когда напряжение меняет полярность – диоды Шоттки быстро закрываются и не дают стабилитронам испортить сигнал. Такой ограничитель выдает сигнал +-5 вольт. Замечу, что сигнал нужно обязательно ограничивать симметрично, иначе произойдет сдвиг фазы.

Диодную вилку нельзя поставить сразу после ТТ, потому, как выбросы из силовой части преобразователя попадут в чувствительные цепи управляющей электроники.

Конструкция

Заметьте, что ТТ работает как источник тока, и чем больше витков вы намотаете, тем ближе ТТ будет к идеальному источнику тока и тем точнее будут показания. Также, чем больше витков, тем меньше ток течет через резистор, а значит, уменьшается рассеиваемая на нем мощность. Именно предельная мощность на резисторе обычно является определяющим факторов для количества витков в любительских конструкциях.

Для того, чтобы сделать коэффициент трансформации побольше, первичную обмотку обычно делают всего из одного витка, а во вторичной мотают порядка тысяч.

Проблема насыщения сердечника очень редко проявляется в токовых трансформаторах. Что такое насыщение и как с ним бороться, можно прочитать в статье о .

В качестве проволоки для вторичной обмотки стоит выбирать проволоку с наибольшим возможным сечением – так уменьшается погрешность измерения.

Промышленные ТТ

Естественно, промышленность выпускает громаднейший ассортимент токовых трансформаторов. Они хорошо настроены и могут быть использованы для точных измерений. Естественно, есть проблемы с доставабельностью в неэпических количествах. К примеру, в киеве, несколько ТТ я видел в магазине “радиомаг”

К моему удивлению, материалов по ТТ очень мало. Но википедия, все-же, знает, что это такое.

Привенение ТТ в электросчетчиках. Там-же описывается немного теории.

Для измерения токов в силовых цепях переменного напряжения применяют трансформаторы тока. Они применяются как в цепях до 1000 В так и выше 1000 В. Они имеют стандартные токи вторичной цепи – 1 А или 5 А и измерительные приборы и реле выполняют на этот ток. Вторичная обмотка трансформатора обязательно заземляется, чтоб в случае пробоя изоляции измерительные устройства не оказались под напряжением первичной цепи.

Схема такого трансформатора показана ниже:

Главной особенностью таких устройств является то, что ток, протекающий в первичной цепи абсолютно независим от режимов работы вторичной цепи. Во вторичной цепи трансформатора предохранитель не ставят, так как обрыв вторичной цепи трансформатора тока – это аварийный режим работы. Почему так мы рассмотрим в следующих статьях.


Основные параметры трансформаторов тока

Номинальное напряжение

Это напряжение линейное сети, в которой должен работать трансформатор. Именно это напряжение будет определять изоляцию между обмотками, одна из которых будет находится под высоким потенциалом, а вторая заземлена.

Номинальные токи

Токи, при которых устройство может работать в длительном режиме не перегреваясь. Как правило, такие трансформаторы имеют большой запас по нагреву и могут работать нормально с перегрузкой в 20%.

Коэффициент трансформации

Отношение первичного и вторичного тока определяемый формулой:

Коэффициент трансформации действительный будет иметь отличия от номинального ввиду потерь в трансформаторе.

Токовая погрешность

В процентах имеет вид:


Где I 2 – вторичный, I 1 ‘ — первичный приведенный токи.

Угловая погрешность

В реальном трансформаторе первичная составляющая по фазе сдвинута от вторичной на угол отличный от 180 0 . Для отсчета угловой погрешности вектор вторичной составляющей поворачивают на 180 0 . Угол между вектором первичной составляющей и этим вектором носит название угловой погрешности. Если перевернутый вектор вторичной составляющей опережает первичную – то погрешность будет положительной, если отстает – отрицательной. Измеряется такой вид погрешности в минутах.

Соответственно трансформаторы тока имеют свой класс точности согласно ГОСТ – 0,2;0,5;1;3;10. Класс точности говорит о допустимой погрешности в процентах Z 2 = Z 2н.

Полная погрешность

Определяется в процентах %, и имеет формулу:


Где: I 1 – действующее первичное значение, i 1, i 2 – мгновенные значения первичных и вторичных токов, Т – период частоты напряжения переменного.

Номинальная нагрузка

Нагрузка, определяемая в Омах, при которой трансформатор будет работать в пределах своего класса точности и с cosφ 2н =0,8. Иногда могут применять понятие номинальной мощности Р:

Поскольку значение I 2н строго нормировано, то мощность трансформатора будет зависеть только от нагрузки Z 2н.

Номинальная предельная кратность

Кратность первичного тока к значению его номинальному, при котором погрешность его может достигать примерно 10%. При этом нагрузка и ее коэффициенты мощности должны быть номинальными.

Максимальная кратность вторичного тока

Отношение максимального вторичного тока, к номинальному его значению при действующей вторичной нагрузке равной номинальной. Максимальная кратность определяется насыщением магнитопровода, это когда при дальнейшем увеличении первичного тока, вторичный остается неизменным.

Человечество в значительной мере зависит от тока. Но просто так он не подчиняется, необходимы специальные аппараты. В качестве оного выступает трансформатор тока. Чем он является и каково его предназначение? Каков принцип действия трансформатора тока? И насколько он важен?

Что такое трансформатор тока?

Под ТТ понимают измерительный аппарат, который необходим, чтобы преобразовать ток. Конструктивно в трансформаторе первичная обмотка включена в цепь последовательно, тогда как вторичная имеет измерительные приборы, а также реле защиты и автоматики. ТТ является основным измерительным устройством в электроэнергетике. Обе обмотки находятся в изоляции. Вторичная во время эксплуатации обычно имеет потенциал, который близок к «земле», что достигается путём заземления одного конца.

Благодаря трансформатору можно учитывать и измерять ток высокого напряжения, используя приборы для низкого. В конце сводится всё к измерению первичного, значение которого записывают в амперах. Следует отличать измерительный трансформатор тока от силового. Так, в первом индукция является непостоянной и напрямую зависит от режима эксплуатации. Поэтому и считаются универсальными трансформаторы тока.

Назначение и принцип действия

Как всё происходит? Каков принцип действия трансформатора тока? Через силовую первичную обмотку, которая имеет определённое число витков, протекает напряжение, которое преодолевает полное сопротивление. Вокруг катушки возникает магнитный поток, который может уловить магнитопровод. Его необходимо расположить перпендикулярно относительно направления тока. Таким образом, будет теряться минимум электроэнергии во время её преобразования в электрическую. Пересекая перпендикулярно расположенные витки вторичной обмотки, магнитный поток активирует электродвижущую силу, под влиянием которой и возникает ток, преодолевающий полное сопротивление катушки и выходной нагрузки. Вместе с этим на зажимах 2-й цепи возникает падение напряжения.

Теперь немного о частных случаях:

  • Принцип действия сварочного трансформатора базируется на максимальной отдаче мощности. Его конструкция должна выдерживать высокое напряжение.
  • Принцип действия однофазного трансформатора базируется на магнитном потоке. Так, если замкнуть вторичную обмотку на какое-то сопротивление, то при появлении тока возникнет движущая сила. Если обратить внимание на закон Ленца, то можно сделать заключение, что магнитный поток будет уменьшаться. Но принцип действия однофазного трансформатора предусматривает подведение постоянного тока к первичной обмотке, в результате чего уменьшения магнитного потока не происходит.

Классификация

Все трансформаторы тока (как для измерений, так и для защиты) поддаются классификации по таким признакам:

  • По роду установки.
  • ТТ, предназначенные для работы в воздухе.
  • Трансформаторы тока для функционирования в условиях закрытых помещений.
  • ТТ, предназначенные для встраивания внутрь электрооборудования.

Основные параметры

Трансформаторам тока выдвигают целый ряд требований. Вся необходимая информация должна быть указана в паспорте или приложенной таблице.

Вот их краткий список:

  • Номинальное напряжение может находиться в широком диапазоне.
  • Номинальный первичный ток, который идёт по 1-й обмотке. Указываются значения для длительной работы аппаратуры.
  • Номинальный вторичный ток, проходящий по 2-й обмотке. Его качество обозначается показателем в 1 или 5 ампер.
  • Вторичная нагрузка соответствует сопротивлению во внешней 2-й цепи и выражается в омах.

Ограничения

По термической стойкости:

  • I1т – рассчитан на номинальное напряжение выше 330 кВ.
  • I3т – применяется в диапазоне значений в 110-220 кВ.
  • I4т – используется при напряжении, которое не превышает 35 кВ.

Принцип действия трансформатора может зависеть от материала:

  • При изготовлении токопроводящих частей из алюминия температура не должна превышать 200°С.
  • Если детали, что проводят ток, сделаны из меди или её сплавов и соприкасаются с маслом или органической изоляцией, то ограничение составляет 250°С.


Также существуют требования к механическим нагрузкам, которые должен выдерживать трансформатор тока при скорости ветра в 40 м/с. Принцип действия устройства может немного поменяться из-за конструктивных дополнений:

  • Если ТТ до 35 кВ, то это значение составляет 500 ньютонов.
  • При значениях в 110-220 кВ необходима стойкость в 1000 Н.
  • При превышении 330 кВ требование к механическим нагрузкам возрастает до уровня 1500 ньютонов.

Опасные факторы при работе с трансформатором тока

При работе с ТТ необходимо быть чрезвычайно осторожным, поскольку существуют значительные риски пострадать вплоть до летального исхода. Итак, следует опасаться:

  • Возможности поражения высоковольтным потенциалом, что может случиться в случае повреждения изоляции. Так как магнитопровод трансформатора тока сделан из металла, то он имеет хорошую проводимость и соединяет магнитным путём отделенные обмотки ТТ (первичную и вторичную). Поэтому существует повышенная опасность, что персонал получит электротравмы, или повредится оборудование вследствие дефектов в изоляционном слое. Чтобы избежать таких ситуаций, заземляют один из вторичных выводов трансформатора.


  • Возможность поражения высоковольтным потенциалом из-за разрыва вторичной цепи. Её выводы промаркированы как «И1» и «И2». Чтобы направление, по которому протекает ток, было полярным и совпадало по всем обмоткам, они всегда во время работы трансформатора подключаются на нагрузку. Это необходимо из-за того, что ток, проходящий по первичной обмотке, имеет мощность высокого потенциала, которая передаётся во вторичную цепь с незначительными потерями. При разрыве в таких случаях резко уменьшаются показатели из-за утечки во внешнюю среду. При таких происшествиях значительно ускоряется падение напряжения на данном разорванном участке. Потенциал, который сформировывается на разомкнутых контактах, при прохождении тока достигает нескольких киловольт. Такое значение является опасным для жизни. Поэтому необходимо убеждаться, что все вторичные цепи на трансформаторах тока надежно собраны. А при выходе из строя устанавливаются шунтирующие закоротки. Принцип действия трансформатора не терпит пренебрежения правилами безопасности, и получить электротравму очень легко.


  • Конструкторские решения, которые были использованы в трансформаторах тока. Любой ТТ, как и все электротехнические устройства, должен решать определённые задачи, которые возникают во время эксплуатации электроустановок. Благо, промышленность предлагает значительный ассортимент. Но в некоторых случаях бывает лучше усовершенствовать имеющуюся конструкцию с точки зрения предприятия, чем изготавливать что-то новое, чем многие и пользуются, не имея достаточного опыта. Без знания, что собой представляет принцип действия трансформатора, последствия такого вмешательства могут создать ситуации, опасные для жизни.

Заключение

В рамках статьи мы обсудили назначение и принцип действия трансформатора тока. Как видите, это устройство является очень важным для нормального функционирования общества. Но вместе с этим оно является и довольно опасным, поэтому всегда стоит придерживаться осторожности и без надобности не лезть внутрь аппарата, особенно тогда, когда работают трансформаторы тока. Назначение и принцип действия таких приспособлений были нами рассмотрены настолько, насколько это позволил размер статьи. Однако все самое важное мы изучили.

Трансформаторы, их виды и назначение

Что такое трансформатор
Принцип работы трансформатора
Виды трансформаторов
Режимы работы трансформатора
Уравнения идеального трансформатора
Магнитопровод трансформатора
Обмотка трансформатора
Применение трансформаторов
Схема трансформатора

Что такое трансформатор

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник. Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневыми, броневыми или тороидальными. Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стержневого типа обмотка включается в сердечник. В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть. Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку. Обмотки трансформатора стержневого типа расположены горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Независимо от типа трансформатора, в его состав входят такие три функциональные части: магнитная система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

В начало

Принцип работы трансформатора

В трансформаторе принято выделять первичную и вторичную обмотку. К первичной обмотке напряжение подводится, а от вторичной отводится. Действие трансформатора основано на законе Фарадея (законе электромагнитной индукции): изменяющийся во времени магнитной поток через площадку, ограниченную контуром, создает электродвижущую силу. Справедливо также обратное утверждение: изменяющийся электрический ток индуцирует изменяющееся магнитное поле.

В трансформаторе есть две обмотки: первичная и вторичная. Первичная обмотка получает запитку от внешнего источника, а с вторичной обмотки напряжение снимается. Переменный ток первичной обмотки создает в магнитопроводе переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает ток во вторичной обмотке.

В начало

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены. Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора. Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны, поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения.

Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:
U_2/U_1 =N_2/N_1 , где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке. Если U2 > U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

В начало

Виды трансформаторов

В зависимости от своего применения и характеристик трансформаторы бывают нескольких видов. К примеру, в электрических сетях населенных пунктов, промышленных предприятий применяют трансформаторы силовые, основной задачей которых является понижение напряжения в сети до общепринятого – 220 В.

Если трансформатор предназначен для регулировки тока, он называется трансформатор тока, а если устройство регулирует напряжение – то это трансформатор напряжения. В обычных сетях применяются однофазные трансформаторы, в сетях на три провода (фаза, ноль, заземление) нужен трехфазный трансформатор.

Бытовой трансформатор, 220В предназначается для защиты бытовой техники от перепадов напряжения.

Сварочный трансформатор предназначен для разделения сварочной и силовой сети, для понижения напряжения в сети до нужной для сварки величины.

Масляный трансформатор предназначается для использования в сетях с напряжением выше 6 000 Вольт. Конструкция трансформатора включает в себя: магнитопровод, обмотки, бак, а также крышки с вводами. Магнитопровод состоит из 2 листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга, обмотки, как правило, делают из алюминиевого или медного провода. Регулировка напряжения производится с помощью ответвления, которое соединяется с переключателем.

Существует два вида переключения ответвлений: переключение под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой), а также без нагрузки, после того, как трансформатор отключен от внешней сети (ПБВ, или переключение без возбуждения). Большее распространение получил второй способ регулировки напряжения.

Говоря о видах трансформаторов, нельзя не рассказать об электронном трансформаторе. Электронный трансформатор представляет собой специализированный источник питания, который служит для преобразования напряжения 220В в 12 (24)В, при большой мощности. Электронный трансформатор намного меньше обычного, при тех же самых параметрах нагрузки.

В начало

Уравнения идеального трансформатора

Для того чтобы рассчитать основные характеристики трансформаторов, принято пользоваться простыми уравнениями, которые знает каждый современный школьник. Для этого используют понятие идеального трансформатора. Идеальным трансформатором называется такой трансформатор, в котором нет потерь энергии на нагрев обмоток и вихревые токи. В идеальном трансформаторе энергия первичной цепи превращается полностью в энергию магнитного поля, а затем – в энергию вторичной обмотки. Именно поэтому мы можем написать:
P1= I1*U1 = P2 = I2*U2,
где P1, P2 – мощности электрического тока в первичной и вторичной обмотке соответственно.

В начало

Магнитопровод трансформатора

Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, которые концентрируют в себе магнитное поле трансформатора. Полностью собранная система с деталями, скрепляющими трансформатор в единое целое – это остов трансформатора. Та часть магнитопровода, на которой крепятся обмотки, называется стержнем трансформатора. Часть магнитопровода, которая не несет на себе обмотку и замыкает магнитную цепь, называется ярмом.

В трансформаторе стержни могут располагаться по-разному, поэтому выделяют такие четыре типа магнитопроводов (магнитных систем): плоская магнитная система, пространственная магнитная система, симметричная магнитная система, несимметричная магнитная система.

В начало

Обмотка трансформатора

Теперь поговорим об обмотке трансформатора. Основная часть обмотки – виток, который однократно обхватывает магнитопровод и в котором индуцируется магнитное поле. Под обмоткой понимают сумму витков, ЭДС всей обмотки равна сумме ЭДС в каждом витке.

В силовых трансформаторах обмотка обычно состоит из проводников, имеющих квадратное сечение. Такой проводник по-другому еще называется жилой. Проводник квадратного сечения используется для того, чтобы более эффективно использовать пространство внутри сердечника. В качестве изоляции каждой жилы может использоваться либо бумага, либо эмалевый лак. Две жилы могут быть соединены между собой, и иметь одну изоляцию – такая конструкция называется кабелем.

Обмотки бывают следующих типов: основные, регулирующие и вспомогательные. Основной называется обмотка, к которой подводится или от которой отводится ток (первичная и вторичная обмотка). Обмотка с выводами для регулирования коэффициента трансформации напряжения называется регулирующей.

В начало

Применение трансформаторов

Из курса школьной физики известно, что потери мощности в проводах прямо пропорциональны квадрату силы тока. Поэтому для передачи тока на большие расстояния напряжение повышают, а перед подачей потребителю наоборот, понижают. В первом случае нужны повышающие трансформаторы, а во втором – понижающие. Это основное применение трансформаторов.

Трансформаторы применяются также в схемах питания бытовых приборов. Например, в телевизорах применяют трансформаторы, имеющие несколько обмоток (для питания схем, транзисторов, кинескопа, и т.д.).

В начало

Схема трансформатора

  1. Изоляция трансформатора на основе безматричной вакуумной пропитки и работает в среде с высокой влажностью воздуха и в химически агрессивной атмосфере.
  2. Минимальное выделение энергии горения (например, 43 кг для трансформатора 1600 кВА соответствуют 1,1% веса). Другие изоляционные материалы являются практически негорючими, самозатухающими и не содержат каких-либо токсичных добавок.
  3. Устойчивость трансформатора к загрязнениям благодаря конвекционным самоочищающимся дискам обмотки.
  4. Большая длина утечки по поверхности дисков обмотки, которые создают эффект изоляционных барьеров.
  5. Устойчивость трансформатора к температурной ударной нагрузке даже при крайне низких температурах (-50°С).
  6. Керамические блоки прокладки (без возможности возгорания) между дисками обмотки.
  7. Изоляция проводников стекло-шелк.
  8. Безопасность эксплуатации трансформатора благодаря специальной структуре обмотки Воздействие напряжения на изоляцию никогда не превышает напряжение изоляции (не более 10 В). Частичные разряды в изоляции физически невозможны.
  9. Охлаждение трансформатора обеспечивается вертикальными и горизонтальным каналам охлаждения, а минимальная толщина изоляции обеспечивают возможность работы трансформатора при больших кратковременных перегрузках в защитном корпусе IP 45 без принудительного охлаждения.
  10. Изоляционный цилиндр сделан и практически негорючего и самозатухающего материала, армированного стекловолокном.
  11. Обмотка низкого напряжения из стандартного провода или фольги; в качестве материала обмотки используется медь.
  12. Динамическая устойчивость трансформатора к коротким замыканиям обеспечивается керамическими изоляторами.


В начало

Базовые принципы действия трансформатора – Трансформаторы





Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

  1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
  2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Схематическое устройство трансформатора. 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная

Режим холостого хода

Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток через первичную обмотку невелик. Для трансформатора с сердечником из магнитомягкого материала (например, ферромагнитного материала, например, из трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике на вихревые токи и на гистерезис. Мощность потерь можно вычислить умножив ток холостого хода на напряжение, подаваемое на трансформатор.

Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется сопротивлением индуктивности первичной обмотки, которое пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.

Напряжение на вторичной обмотке в первом приближении определяется законом Фарадея.

Режим короткого замыкания
В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подается переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такой, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчетному) току трансформатора. В таких условиях величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Мощность потерь можно вычислить умножив напряжение короткого замыкания на ток короткого замыкания.

Режим с нагрузкой

При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения.

Схематично, процесс преобразования можно изобразить следующим образом:

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке.

Уравнения идеального трансформатора


Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии:

Где

P1 — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи,
P2 — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.

Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:

Таким образом получаем, что при увеличении напряжения на концах вторичной обмотки U2, уменьшается ток вторичной цепи I2.

Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения. Например, сопротивление Z2 подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет . Данное правило справедливо также и для вторичной цепи: .





трансформатор, режим кз, холостой ход

Всего комментариев: 0


8.5: Трансформаторы – Принцип работы

Трансформатор – это устройство, которое соединяет две электрические цепи через общее магнитное поле. Трансформаторы используются в преобразовании импеданса, преобразовании уровня напряжения, изоляции цепей, преобразовании между режимами несимметричного и дифференциального сигналов и других приложениях. 1 В основе электромагнитного принципа лежит закон Фарадея, в частности, ЭДС трансформатора.

Основные характеристики преобразователя могут быть получены из простого эксперимента, показанного на рисунках \ (\ PageIndex {1} \) и \ (\ PageIndex {2} \).В этом эксперименте две катушки расположены вдоль общей оси. Шаг намотки небольшой, так что все силовые линии магнитного поля проходят по длине катушки, и никакие линии не проходят между обмотками. Чтобы дополнительно сдерживать магнитное поле, мы предполагаем, что обе катушки намотаны на один и тот же сердечник, состоящий из некоторого материала, обладающего высокой проницаемостью. Верхняя катушка имеет \ (N_1 \) витков, а нижняя – \ (N_2 \) витков.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Часть I эксперимента, демонстрирующая соединение электрических цепей с помощью трансформатора.{(1)} \), в котором нижний индекс относится к катушке, а верхний индекс относится к «Части I» этого эксперимента. Источник напряжения создает в катушке ток, который, в свою очередь, создает изменяющееся во времени магнитное поле \ ({\ bf B} \) в сердечнике.

Нижняя катушка имеет \ (N_2 \) витков, намотанных в направлении в противоположном направлении , и разомкнута. Учитывая близко расположенные обмотки и использование сердечника с высокой магнитной проницаемостью, мы предполагаем, что магнитное поле в нижней катушке равно \ ({\ bf B} \), создаваемому в верхней катушке.{(1)} \ end {align} \]

Мы обнаружили, что потенциал в верхней катушке в Части II связан простым образом с потенциалом в нижней катушке в Части I эксперимента. Если бы мы сначала выполнили Часть II, то получили бы тот же результат, но с поменкой местами надстрочных индексов. Следовательно, в целом должно быть верно – независимо от расположения оконечных устройств – что

\ [V_1 = – \ frac {N_1} {N_2} V_2 \]

Это выражение должно быть знакомо из теории элементарных цепей – за исключением, возможно, знака минус.Знак минус – следствие того, что катушки намотаны в разные стороны. Мы можем сделать приведенное выше выражение немного более общим: \ [\ boxed {\ frac {V_1} {V_2} = p \ frac {N_1} {N_2}} \ label {m0031_eTL} \], где \ (p \) определяется как \ (+ 1 \), когда катушки намотаны в одном направлении, и \ (- 1 \), когда катушки намотаны в противоположных направлениях. (Это отличное упражнение, чтобы подтвердить, что это правда, повторив приведенный выше анализ с изменением направления намотки для верхней или нижней катушки, для которого \ (p \) тогда окажется \ (+ 1 \).) Это «закон трансформатора» базовой теории электрических цепей, из которого могут быть получены все другие характеристики трансформаторов как устройств с двумя портами (см. Раздел 8.6). Суммируя:

Отношение напряжений катушек в идеальном трансформаторе равно отношению витков со знаком, определяемым относительным направлением обмоток, согласно уравнению \ ref {m0031_eTL}.

Более знакомая конструкция трансформатора показана на рисунке \ (\ PageIndex {3} \) – катушки намотаны на тороидальном сердечнике, а не на цилиндрическом сердечнике.Зачем это делать? Такое расположение ограничивает магнитное поле, связывающее две катушки с сердечником, в отличие от того, чтобы силовые линии выходили за пределы устройства. Это ограничение важно для предотвращения того, чтобы поля, возникающие вне трансформатора, мешали магнитному полю, соединяющему катушки, что могло бы привести к электромагнитным помехам (EMI) и проблемам электромагнитной совместимости (EMC). Принцип действия во всем остальном тот же.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): трансформатор выполнен в виде катушек с общим тороидальным сердечником.Здесь \ (p = +1 \). (CC BY SA 3.0; BillC)

Авторы и авторство

Трансформатор тока

: принцип работы, назначение, параметры и технические характеристики

В электротехнике величины с большими значениями необходимо вычислять относительно часто. Для решения этой проблемы используются трансформаторы тока, назначение и принцип работы которых позволяют проводить некоторые измерения. По этой причине первичная обмотка устройства последовательно подключается к цепи переменного тока, частоту которой необходимо определить.Первичная и вторичная обмотки имеют определенную пропорцию между токами. Все такие трансформаторы отличаются высокой точностью. Их конструкция включает две или более вторичных обмотки, которые подключены к защитным устройствам, измерительным приборам и приборам учета.

Что такое трансформатор тока?

Трансформатор тока – это электрическое устройство, которое используется для увеличения или уменьшения переменного тока, подаваемого на него. Трансформаторы тока обеспечивают, когда вторичный ток, используемый для расчета, равен основному току электрической сети.Включение в цепь первичной обмотки производится последовательно с токоподводом. Вторичная обмотка в виде измерительных приборов и различных реле подключается к любой нагрузке. Существует пропорциональная зависимость, относящаяся к количеству витков между токами обеих обмоток. Изоляция между обмотками в системах трансформаторов высокого напряжения основана на максимальном рабочем напряжении. Как правило, один из концов вторичной обмотки заземляется, поэтому потенциалы обмотки и земли будут примерно равны.

Что такое трансформатор тока?

Все трансформаторы тока предназначены для выполнения двух основных функций: измерения и защиты. В некоторых устройствах обе функции могут быть совмещены.

Измерительные трансформаторы передают полученную информацию в соответствующие измерительные приборы. Они устанавливаются в цепи высокого напряжения, в которые нельзя напрямую подключать измерительные приборы. Поэтому подключение амперметров, счетчиков, токовых обмоток счетчиков мощности и других приборов учета осуществляется только во вторичной обмотке трансформатора.В результате трансформатор преобразует переменный ток, даже очень высокого значения, в переменный ток с помощью индикаторов, которые лучше всего подходят для использования обычных измерительных приборов. При этом сохраняется разделение измерительных приборов от цепей высокого напряжения и улучшается электрическое состояние обслуживающего персонала.

Защитные трансформаторные устройства в основном передают полученную информацию об измерениях на устройства управления и безопасности. С помощью защитных трансформаторов переменный ток любого значения преобразуется в переменный ток наиболее подходящего значения, обеспечивая устройства релейной защиты максимальной мощностью.

Для чего нужен трансформатор тока?

Трансформаторы тока относятся к группе специальных вспомогательных устройств, используемых в цепях переменного тока вместе с различными измерительными приборами и реле. Такие трансформаторы имеют главную функцию преобразования любого значения тока в наиболее удобные для измерения значения, обеспечивая питание для отключения устройств и обмоток реле. Рабочие по обслуживанию должным образом защищены от поражения электрическим током благодаря изоляции оборудования.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для электрических цепей высокого напряжения, в которых прямое подключение измерительных приборов невозможно. Основное назначение – ретрансляция полученных данных об электрическом токе на измерительные устройства, подключенные к вторичной обмотке.

Трансформаторы

выполняют важную функцию по контролю состояния электрического тока в цепи, к которой они подключены. При подключении к силовому реле проводятся постоянные проверки сети, наличия и состояния заземления.Когда ток достигает аварийного значения, срабатывает система безопасности, которая отключает все используемое оборудование.

Каков принцип работы трансформатора тока?

Принцип действия трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции. С определенным количеством витков напряжение от внешней сети поступает на первичную силовую обмотку и преодолевает ее полное сопротивление. Это приводит к появлению магнитного потока, захваченного магнитной цепью вокруг катушки.Которая перпендикулярна текущему направлению. Благодаря этому при преобразовании будут минимальные потери электрического тока. Поток также варьируется в зависимости от типа магнитного материала.

Принцип работы трансформатора тока

Электродвижущая сила стимулирует магнитный поток на пересечении переключателей вторичной обмотки, расположенных перпендикулярно. Ток возникает под управлением ЭДС, которая требуется для определения полного сопротивления катушки и выходной нагрузки. На источнике вторичной обмотки одновременно наблюдается падение напряжения.

Трансформатор тока Параметры и характеристики:

Каждый трансформатор тока имеет индивидуальные параметры и технические характеристики, определяющие область применения данных устройств.

Технические характеристики трансформатора тока

1. Номинальный ток.

Позволяет аппарату работать без перегрева длительное время. У таких трансформаторов есть значительный запас на нагрев и возможна нормальная работа с перегрузками до 20 процентов.

2.Расчетное напряжение.

Надежность гарантирует нормальную работу трансформатора. Именно этот показатель влияет на качество изоляции между обмотками, одна из которых заземлена под высоким напряжением, а другая.

3. Коэффициент трансформации.

В первичной и вторичной обмотках он описывает соотношение между токами и определяется специальной формулой. Из-за некоторых потерь в процессе фактическое значение может отличаться от номинального.

4.Текущая ошибка.

Это происходит под действием тока намагничивания в трансформаторе. Именно по этому факту абсолютные значения первичного и вторичного тока различаются между собой. Текущее намагничивание создает магнитный поток в сердечнике. Погрешность трансформатора тока также увеличивается с ее ростом.

СИЛОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР и его типы с объяснением принципа действия

(Последнее обновление: 19 августа 2020 г.)

Силовой трансформатор: –

Силовой трансформатор и его типы – Машина, используемая для передачи электрической энергии из одной цепи в другую или в несколько цепей без изменения частоты.Трансформатор имеет первичную и вторичную стороны. Изменяющийся ток, который представляет собой переменный ток в любой катушке трансформатора, создает переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора, который индуцирует изменяющуюся электродвижущую силу ЭДС на любых других катушках, намотанных вокруг того же сердечника. Таким образом, с помощью трансформатора электрическая энергия может передаваться от одной катушки к одной или нескольким катушкам без физического соединения, то есть первичная и вторичная стороны электрически не связаны.

Трансформатор не используется для выработки электроэнергии, но он используется для передачи электрической энергии из одной цепи в другую цепь в несколько цепей. Сторона катушки трансформатора, которая связана со входом переменного тока, называется первичной стороной, в то время как сторона трансформатора, которая связана с выходной нагрузкой, называется вторичной стороной трансформатора, а сердечник трансформатора является электромагнитным устройством. который увеличивается для уменьшения потока напряжения в соответствии с требованиями к выходу.

  • Если на вторичной катушке больше витков, чем на первичной, переменный ток будет иметь более высокое напряжение, чем входное напряжение на первичной стороне. Это известно как повышающий трансформатор.
  • Если на вторичной катушке меньше витков, чем на первичной, выходной переменный ток будет иметь более низкое напряжение, чем входное напряжение на первичной катушке. Это известно как понижающий трансформатор.

Силовые трансформаторы увеличивают или уменьшают линейное напряжение и, если это необходимо для работы интегральной схемы или других специализированных схем, могут помочь с преобразованием напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока.

Общее описание трансформатора

В основном трансформатор – это четырехконтактное устройство, которое используется для преобразования входного переменного напряжения в более высокое или более низкое выходное переменное напряжение. Независимо от уровней напряжения, независимо от того, увеличивается или уменьшается напряжение, он преобразует мощность из одной цепи в другую без изменения частоты. Обычно трансформатор состоит из трех основных компонентов: первичной обмотки, которая действует как вход, вторичной обмотки, вторичной обмотки, которая действует как выход, и железного сердечника, который служит для усиления генерируемого магнитного поля.Если вы откроете или разберете трансформатор, вы обнаружите, что трансформатор не имеет внутренних движущихся частей, и он передает энергию от одной цепи к другой за счет электромагнитной индукции, первичная и вторичная стороны трансформатора остаются полностью изолированными, то есть теперь имеют физическое металлическое соединение.

Для трансформаторов с малой нагрузкой внешнее охлаждение не требуется, но трансформаторы, используемые мощностью 1500 Вт и выше, нуждаются в охлаждении, поэтому, если вы откроете такие стабилизаторы и инверторы, вы найдете маленькие вентиляторы, то есть в двух словах, большой ток или высокий ток. Трансформаторы нагрузки снабжены внешними системами охлаждения, которые включают радиаторы, масляные насосы, вентиляторы, теплообменники и т. д.Вы найдете трансформаторы в деревнях, поселках, городах, на промышленных предприятиях и т. Д., Потому что необходимо изменение напряжения. Силовые трансформаторы определяются как трансформаторы мощностью 500 кВА и более (на рисунке 1 показан типичный силовой трансформатор).

Силовые трансформаторы

используются для передачи электроэнергии между различными цепями, полностью изолированными друг от друга, и это позволяет использовать высокое напряжение для линий передачи, что снижает поток. Более высокое напряжение и более низкий ток уменьшают необходимый размер и стоимость линий передачи и уменьшают неудачи при передаче.

Они не требуют такого внимания, как большинство других устройств; в любом случае внимание и поддержка, в которых они действительно нуждаются, имеют фундаментальное значение. Из-за их непоколебимого качества обслуживание время от времени упускается из виду, что сокращает срок службы администрации, а иногда и вовсе разочаровывает.

Трансформатор Принцип действия

Трансформатор – это электрическое устройство, которое передает электрическую энергию между двумя или более цепями посредством электромагнитной индукции.Переменный ток в одной обмотке трансформатора создает магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует электродвижущую силу или напряжение во второй обмотке. Мощность может передаваться между двумя обмотками через магнитное поле без металлического соединения между двумя цепями. Изменяющийся ток в проводнике создает изменяющееся магнитное поле вокруг проводника. Если вторичная обмотка помещена в это изменяющееся магнитное поле, в этой обмотке будет индуцироваться напряжение.

Трансформатор Передаточное число

Напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, будет иметь величину, которая зависит от ОТНОШЕНИЯ ОБОРОТОВ трансформатора.Т.е. если количество витков вторичной обмотки составляет половину числа витков первичной обмотки, то вторичное напряжение будет составлять половину напряжения на первичной обмотке. Если количество витков вторичной обмотки в два раза больше, чем количество витков первичной обмотки, вторичное напряжение будет в два раза больше первичного напряжения.

Трансформатор Коэффициент мощности

Трансформатор – это пассивный компонент, он не может вырабатывать больше мощности из вторичной обмотки, чем подается на первичную обмотку. Следовательно, если вторичное напряжение больше первичного на определенную величину, вторичный ток будет меньше первичного тока на аналогичную величину.

Принцип работы

Трансформатор – это простое стационарное «без движущихся частей» электромагнитное пассивное электрическое устройство, которое работает по принципу закона индукции Фарадея, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое. Фактически, взаимная индукция между двумя или более обмотками отвечает за действие преобразования в электрическом трансформаторе. Закон электромагнитной индукции Фарадея (второй закон) гласит, что величина ЭДС (E), индуцированная в катушке, равна скорости изменения магнитного потока, который связывается с катушкой , .Магнитосцепление катушки – это произведение количества витков в катушке и магнитного потока, связанного с катушкой.

Как мы уже говорили, трансформатор состоит из трех основных частей:

  • Первичная обмотка трансформатора
  • Вторичная обмотка трансформатора
  • Магнитопровод трансформатора

Тип трансформатора зависит от количества витков на первичной и вторичной стороне.Распознать трансформатор, повышающий он или понижающий, очень просто. Все, что вам нужно, это подсчитать количество витков на первичной стороне, а также на вторичной стороне. Если количество витков на первичной стороне больше, чем количество витков на вторичной стороне, это понижающий трансформатор. С другой стороны, если количество витков на первичной стороне меньше числа витков на вторичной стороне, то это повышающий трансформатор.

Для повышающего трансформатора, витки вторичной стороны> витки первичной стороны

Для понижающего трансформатора Поворот вторичной стороны <Обороты первичной стороны

Утилизация трансформатора

Наиболее широко известным и важным устройством в структуре электрических сил является силовой трансформатор, в то время как трансформаторы обычно используются для передачи энергии.Что трансформаторы используются в многочисленных применениях структуры интенсивности, например, для распределения мощности по всей силовой решетке, распределения мощности и согласования напряжения для передачи мощности в конструкции и обеспечения низкого напряжения для управления машиной.

Виды трансформаторов

Повышающий трансформатор и понижающий трансформатор

Повышающие трансформаторы преобразуют низкое напряжение (LV) и высокий ток с первичной стороны трансформатора в высокое напряжение (HV) и низкие значения тока на вторичной стороне трансформатора.

Понижающие трансформаторы преобразуют высокое напряжение (ВН) и низкий ток с первичной стороны трансформатора в низкое напряжение (НН) и высокое значение тока на вторичной стороне трансформатора.

Трехфазный трансформатор и однофазный трансформатор

Трехфазный трансформатор обычно имеет 3 магнитные цепи, которые чередуются, чтобы обеспечить распределение диэлектрического потока между катушками высокого и низкого напряжения. Однофазное питание может быть получено от трехфазного источника.Трансформаторы не могут преобразовать однофазный источник в трехфазный. Типичный метод преобразования однофазной мощности в трехфазную состоит в использовании устройств, обычно называемых вращающимися или статическими преобразователями фазы.

Однофазный трансформатор содержит 2 обмотки, одна на первичной, а другая на вторичной стороне. Они используются в однофазной системе электроснабжения. Применение трехфазной системы означает использование трех однофазных блоков, соединенных в трехфазную систему.

Преимущества однофазного трансформатора:
  • Простая сеть.
  • Экономично.
  • Самый эффективный источник питания переменного тока мощностью до 1000 Вт.

Ограничения однофазного трансформатора:
  • Питание только однофазной нагрузки.
  • Используется для легких нагрузок и малых электродвигателей.
  • Минимальная мощность передачи.
  • Происходит сбой питания.

Преимущества трехфазного трансформатора:
  • Большие двигатели или тяжелые материалы.
  • Передача энергии на большие расстояния через магнитное поле.
  • Максимальная мощность передачи.
  • Сбой питания не происходит.

Ограничения трехфазного трансформатора:
  • Требуется множество систем охлаждения в зависимости от номинальной мощности трансформатора.
  • Комплексная сеть.

Внутренний трансформатор и наружный трансформатор

Трансформаторы, предназначенные для установки внутри помещений, будут трансформаторами внутри помещений, а трансформаторы, предназначенные для установки снаружи, будут трансформаторами на открытом воздухе.

Внутренние преимущества:
  • Низкие эксплуатационные расходы.
  • Более безопасный вариант по сравнению с масляным трансформатором.
Внутренние ограничения:
  • Более высокий операционный убыток.
  • Шумовое загрязнение.
Преимущества для использования вне помещений:
  • Меньше и эффективнее.
  • Снижение эксплуатационных расходов.
Наружные ограничения:
  • Высокие эксплуатационные расходы.
  • Требовать периодического отбора проб масла.

Трансформатор сухого и масляного охлаждения

В трансформаторе с масляным охлаждением охлаждающей средой является трансформаторное масло, в то время как в трансформаторах сухого типа в качестве охлаждающей среды используется воздух, а не масло.

Коробка передач:

Генераторы, как правило, вырабатывают напряжения в диапазоне 11–25 кВ, который расширяется трансформаторами до основного напряжения передачи. На подстанциях выполняются связи между различными частями каркаса, например, линиями и трансформаторами, и производится замена этих сегментов.Большая мощность передается от производственных станций к подстанциям в куче, например, на 400 кВ и 275 кВ в Великобритании и на 765, 500 и 345 кВ в США.

Системы ассигнований:

Системы присвоения отличаются от систем передачи несколькими различными способами, очень отделенными от их уровней напряжения. Количество ветвей и источников намного выше в дисперсионных системах, а общая структура или география необычны. Линия стана включает в себя понижающий (например, 132/11 кВ) трансформатор с переключением ответвлений под нагрузкой в ​​точке с гибкой массой, обслуживающей различные цепи, длина которых может составлять от двух или трехсот метров до нескольких километров.Последовательность внедрения трехступенчатых трансформаторов, например, 11 кВ / 433 В в Великобритании или 4,16 кВ / 220 В в США, делится по ходу, и от них заказчик получает трехступенчатые четырехпроводные системы, которые выдают 240 В. , или, в США, 110 В, одноступенчатое электроснабжение домов и сравнительные нагрузки .

Фазовый трансформатор –

Трансформатор с фазовым перемещением – это устройство для управления движением силы через явные линии в ошеломляющей организации передачи энергии.

Причины использования фазосдвигающих трансформаторов:
  1. a) Для управления потоком силы между двумя огромными автономными силовыми каркасами.
  2. b) Для изменения жизнеспособного удаления фазы между информационным напряжением и напряжением выхода линии передачи, тем самым контролируя меру динамической силы, которая может течь в линии.

Трансформаторы в энергосистемах (структуры передачи и распределения)

«Передача» намекает на массообмен интенсивностью за счет высоковольтных соединений между фокальным возрастом и фокусами нагрузки.Циркуляция, опять же, отображает движение этой мощности к покупателям методами для систем с более низким напряжением.

Современные трансформаторы, используемые в системах передачи и распределения, имеют исключительно высокий КПД до 90% -99%. Это означает, что они могут посылать до 90% -99% вклада в электрическую живучесть при повышении или понижении напряжения.

Коробка передач:

Генераторы, как правило, вырабатывают напряжения в диапазоне 11–25 кВ, который расширяется трансформаторами до основного напряжения передачи.На подстанциях выполняются связи между различными частями каркаса, например, линиями и трансформаторами, и производится замена этих сегментов. Большая мощность передается от производственных станций к подстанциям в куче, например, на 400 кВ и 275 кВ в Великобритании и на 765, 500 и 345 кВ в США.

Системы ассигнований:

Системы присвоения отличаются от систем передачи несколькими различными способами, очень отделенными от их уровней напряжения.Количество ветвей и источников намного выше в дисперсионных системах, а общая структура или география необычны. Линия стана включает понижающий (например, 132/11 кВ) трансформатор с переключением ответвлений под нагрузкой в ​​точке гибкости массы, обеспечивающий работу различных цепей, длина которых может составлять от двух или трехсот метров до нескольких километров. Последовательность внедрения трехфазных трансформаторов, например, 11 кВ / 433 В в Великобритании или 4,16 кВ / 220 В в США, делится по ходу, и из них предоставляются трехфазные четырехпроводные системы, которые выдают 240 В. , или, в США, 110 В, поставка однофазных электрических сетей в дома и сравнительные нагрузки .

Для передачи и распределения требуется бесчисленное количество трансформаторов различных классов и размеров с широким диапазоном рабочих напряжений. Последний этап изменения сетевого напряжения покупателя (в Европе 400/230 В) завершается транспортным трансформатором. Транспортные трансформаторы, эксплуатируемые и находящиеся в собственности энергораспределительных организаций, должны обеспечивать около 70% электроэнергии низкого напряжения определенным клиентам. Уровни напряжения обозначены:

  • Сверхвысокое напряжение: сеть электропередачи (> 150 кВ) регулярно 220–400 кВ (сверхвысокое напряжение> 400 кВ)
  • Высокое напряжение> 70 кВ до 150 кВ
  • Среднее напряжение> 1 кВ до 70 кВ (регулярно до 36 кВ)
  • Низкое напряжение <1 кВ (например, 110 В, 240 В, 690 В).

Уравнение ЭДС трансформатора

Выведем уравнение для напряжения, числа оборотов и магнитного потока трансформатора.

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

Связь потока представлена ​​законом электромагнитной индукции Фарадея. Выражается как

Вышеприведенное уравнение можно записать как,

Где

Для синусоидальной волны r.Значение ЭДС составляет

.

ЭДС, наведенная в их первичной и вторичной обмотках, выражается как,

Среднеквадратичное напряжение вторичной обмотки составляет

Где φ м – максимальное значение магнитного потока по Веберу (Wb), f – частота в герцах (Гц), а E 1 и E 2 в вольтах.

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

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

Соотношение напряжений и оборотов

Отношение E / T называется вольт на оборот.Первичное и вторичное напряжение на виток рассчитывается по формуле

.

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

Передаточное отношение T 1 / T 2 называется передаточным числом. Передаточное число выражается как

Отношение между витками первичной обмотки и вторичной обмотки, равное наведенному напряжению первичной обмотки и вторичной обмотки, показывает, насколько первичное напряжение упало или увеличилось. Коэффициент трансформации или коэффициент наведенного напряжения называется коэффициентом трансформации и обозначается символом a.Таким образом,

Любое желаемое соотношение напряжений можно получить, изменив количество витков.

Предпочтения:
  • Подходит для приложений с высоким напряжением (более 33 кВ).
  • Высокий уровень защиты.
  • Ограничьте силу несчастья.
  • Практический

Ограничения:
  • Сложены на 24 часа на передающей станции, таким образом, центр, и медная беда случится на весь день.
  • Огромный размер.

Трансформаторы экстраординарные

Измерительные трансформаторы

Измерительный трансформатор – это электрическое устройство, используемое для изменения потока так же, как и уровня напряжения. Время от времени их дополнительно называют ограничивающими трансформаторами. Измерительные трансформаторы обычно используются для надежного отключения дополнительной обмотки, когда основная имеет гибкий ток и высокое напряжение, с тем, чтобы не повредить измерительный прибор или измерители жизнеспособности, связанные с вспомогательной стороной трансформатора.Измерительный трансформатор делится на два типа: трансформатор тока (CT) и трансформатор напряжения (PT)

.

Преимущества измерительных трансформаторов

  1. Большое напряжение и ток системы переменного тока можно измерить с помощью небольшого измерительного прибора, например, 5 А, 110–120 В.
  2. С помощью измерительных трансформаторов можно стандартизировать измерительные приборы. Что приводит к снижению стоимости средств измерений.Более того, поврежденные измерительные приборы можно легко заменить на исправные стандартизованные измерительные приборы.
  3. Измерительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку между силовой цепью высокого напряжения и измерительными приборами. Это снижает требования к электрической изоляции для измерительных приборов и защитных цепей, а также обеспечивает безопасность операторов.
  4. Несколько измерительных приборов могут быть подключены через один преобразователь trans f к электросети .
  5. Из-за низкого уровня напряжения и тока в измерительных и защитных цепях, в измерительных и защитных цепях имеется низкое энергопотребление.

Трансформатор тока (CT)

Трансформатор тока – это измерительный трансформатор, используемый вместе с измерительными или защитными устройствами, в котором вторичный ток пропорционален первичному току (при нормальных условиях эксплуатации) и отличается от него на угол, приблизительно равный нулю.

Трансформаторы тока выполняют следующие функции:

  • Трансформаторы тока питают реле защиты токами, величина которых пропорциональна токам силовых цепей, но в достаточной степени уменьшена по величине.
  • Измерительные устройства нельзя напрямую подключать к источникам большой мощности. Следовательно, трансформаторы тока используются для питания этих устройств токами, величина которых пропорциональна силе.
  • Трансформатор тока
  • А также изолирует измерительные приборы от цепей высокого напряжения.
  • Основной принцип трансформатора тока такой же, как и у силового трансформатора. Как и силовой трансформатор, трансформатор тока также содержит первичную и вторичную обмотки. Когда через первичную обмотку протекает переменный ток, создается переменный магнитный поток, который затем индуцирует переменный ток во вторичной обмотке. В случае трансформаторов тока полное сопротивление нагрузки или «нагрузка» очень мала. Поэтому трансформатор тока работает в условиях короткого замыкания.Кроме того, ток во вторичной обмотке не зависит от полного сопротивления нагрузки, а зависит от тока, протекающего в первичной обмотке.

Трансформаторы напряжения (ПТ)

Трансформатор напряжения дополнительно называется трансформатором напряжения. Первичная емкость трансформатора потенциала (РТ) должна понижать уровень напряжения до защищенного предела или значения отключения. Они используются с вольтметрами, ваттметрами, ваттметрами, измерителями коэффициента мощности, измерителями повторяемости, синхронизирующими устройствами, защитными и управляющими переключениями, а также катушками отключения при пониженном и повышенном напряжении автоматических выключателей.Один трансформатор напряжения может использоваться для различных приборов, если общий ток, требуемый приборами, связанными со вспомогательной обмоткой, не превышает номинальных значений трансформатора.

Автотрансформаторы

Автотрансформатор – это трансформатор, имеющий только одну обмотку, намотанную на многослойный сердечник. Автотрансформаторы менее дорогие и меньше подходят для небольших изменений напряжения, чем стандартные трансформаторы. Автотрансформаторы передают большую часть мощности напрямую через проводное соединение.Кроме того, меньше тока проходит через шунтирующую обмотку, в то время как большая часть тока проходит через последовательную обмотку с более низким напряжением вверху.

В распределительных сетях трансформаторы этого типа имеют два основных применения.

Регулятор представляет собой автотрансформатор с регулируемыми отводами, который, как правило, способен регулировать напряжение на ± 10%.

Обычно автотрансформаторы используются вместо традиционных трансформаторов на ступенчатых батареях и даже трансформаторов подстанции, где относительное изменение напряжения умеренное.

Автотрансформатор

с эквивалентной схемой показан на рисунках а, б ниже

Рисунок а. Автотрансформатор с эквивалентной схемой

𝐼2 = 𝑛1 / 𝑛1 + 𝑛2 * 𝐼1 = 𝐼1 / 𝑏

𝑉2 = 𝑉1 + 𝑛2 / 1 * 𝑉1 = 𝑏𝑉1,

Где, b- Коэффициент изменения напряжения, в единицах и равен

𝑏 = 𝑛1 + 𝑛2 / 𝑛1,

𝑛2 / 𝑛1 = 𝑏 – 1,

Требуемый номинал автотрансформатора зависит от изменения напряжения между первичной и вторичной обмотками.Номинальная мощность каждой обмотки в процентах от нагрузки определяется как:

.

𝑆 = 𝑏 − 1 / 𝑏

Чтобы получить изменение напряжения на 10% (b = 1,1), автотрансформатор должен быть рассчитан только на 9% нагрузки, кВА. Для изменения напряжения 2: 1 (b = 2) автотрансформатор должен быть рассчитан на 50% нагрузки, кВА. Для сравнения: стандартный трансформатор должен иметь номинальную мощность в кВА, равную кВА нагрузки.

Последовательное сопротивление автотрансформатора меньше, чем у эквивалентного стандартного трансформатора. И эквивалентное последовательное сопротивление автотрансформатора определяется как:

𝑍𝑎𝑢𝑡𝑜 = (-1 / 𝑏) 2𝑍

Где, Z – полное сопротивление по всей обмотке

Технические характеристики трансформаторов

Трансформатор охлаждения

Обычно КПД силовых трансформаторов превышает 99%, поэтому входная и выходная мощности практически одинаковы.Из-за небольшой неэффективности внутри трансформатора возникают потери. Эти потери представляют собой потери, такие как потери в проводниках, потери в электротехнической стали из-за изменяющегося потока, который переносится, и потери в металлических стенках резервуара и других металлических конструкциях, вызванные паразитным изменяющимся во времени потоком. Эти потери приводят к повышению температуры, которое необходимо контролировать путем охлаждения. Основными охлаждающими средами трансформаторов являются масло и воздух.

В трансформаторах с масляным охлаждением обмотки и сердечник погружены в маслонаполненный бак.Затем масло циркулирует через радиаторы или другие типы теплообменников, так что конечной охлаждающей средой является окружающий воздух или, возможно, вода для некоторых типов теплообменников. В небольших распределительных трансформаторах поверхность бака, контактирующая с воздухом, обеспечивает достаточную охлаждающую поверхность, поэтому радиаторы не нужны. Некоторое время в этих установках площадь поверхности резервуара увеличивалась с помощью ребер или гофров.

Охлаждающая среда, контактирующая с обмотками и сердечником, должна обеспечивать соответствующую диэлектрическую прочность для предотвращения электрического пробоя или разряда между компонентами при разных уровнях напряжения.По этой причине погружение в масло является обычным явлением в трансформаторах с более высоким напряжением, поскольку масло имеет более высокий пробой, чем воздух. Часто можно полагаться на естественную конвекцию масла через обмотки, приводимую в действие эффектами плавучести, чтобы обеспечить соответствующее охлаждение, так что перекачка не требуется. Воздух является более эффективным охлаждающим средством, если его обдувают вентиляторами через обмотки для агрегатов с воздушным охлаждением.

В некоторых случаях выбор масла или воздуха продиктован соображениями безопасности, такими как возможность возгорания.Для блоков внутри зданий обычно используется воздушное охлаждение из-за снижения опасности возгорания. Хотя трансформаторное масло является горючим, обычно существует небольшая опасность возгорания, поскольку бак трансформатора часто изолирован от внешнего воздуха или поверхность масла покрыта инертным газом, например азотом. Хотя температура воспламенения масел довольно высока, при чрезмерном нагреве или искре внутри резервуара, заполненного маслом, могут выделяться горючие газы.

Окружающая среда также играет большую роль при выборе охлаждающей жидкости.Известно, что минеральное масло, используемое в трансформаторах, наносит вред окружающей среде в случае аварии. Для трансформаторов, таких как те, которые используются в самолетах или поездах, или агрегатах, предназначенных для транспортировки в аварийных ситуациях, предпочтительнее воздушное охлаждение. Для устройств, на которые не накладываются такие ограничения, предпочтительной охлаждающей средой является масло. Обычно трансформаторы с масляным охлаждением используются в бытовых устройствах, от больших генераторов или подстанций до распределительных устройств на телефонных столбах.

Существуют и другие охлаждающие среды, которые находят ограниченное применение в определенных приложениях, например газообразный гексафторид серы, который обычно находится под давлением.Это относительно инертный газ и он имеет более высокую прочность на пробой, чем воздух, он обычно используется в высоковольтных устройствах, где нельзя использовать масло и где воздух не обеспечивает достаточной диэлектрической прочности. Обычно в трансформаторах с масляным охлаждением используется стандартное трансформаторное масло. Тем не менее, есть и другие виды масла, которые также используются для специализированного использования. Например, силиконовое масло. Его можно использовать при более высоких температурах, чем стандартное трансформаторное масло, и с меньшей опасностью возгорания.

Способы охлаждения трансформатора

Трансформаторы сухие

Этот метод можно разделить на два типа:

Air Natural (AN)

Трансформатор с воздушным естественным или воздушным охлаждением обычно используется для трансформаторов малой мощности до 3 МВА.По сути, этот метод использует естественный воздушный поток, окружающий трансформатор, в качестве охлаждающей среды.

Пневматическая форсировка (AF)

Метод естественного воздушного охлаждения подходит для трансформаторов мощностью более 3 МВА. Следовательно, для нагнетания воздуха к сердечнику и обмоткам требуются нагнетатели или вентиляторы, так что горячий воздух получается охлажденным за счет внешнего естественного обычного воздуха. Однако нагнетаемый воздух необходимо фильтровать, чтобы предотвратить скопление частиц пыли в вентиляционных каналах.Этот метод можно использовать для трансформаторов до 15 МВА.

Масляные трансформаторы, как правило, обмотка и сердечник трансформатора погружены в минеральное масло, которое имеет хорошие электроизоляционные свойства, препятствующие прохождению тока через масло, и высокую теплопроводность.

Этот метод можно разделить на четыре типа:

Масло Natural Air Natural (ОНАН)

Этот метод охлаждения может использоваться для трансформаторов мощностью до 30 МВА. В этом методе тепло, выделяемое в сердечнике и обмотке, передается маслу.Нагретое масло движется вверх и течет из верхней части бака трансформатора по принципу конвекции. Тепло от масла будет рассеиваться в атмосфере из-за естественного обтекания трансформатора воздухом. В этом случае масло в трансформаторе будет продолжать циркуляцию из-за естественной конвекции и будет рассеивать тепло в атмосферу за счет естественной теплопроводности.

Масло естественное воздушное принудительное (ONAF)

Обычно этот метод охлаждения трансформатора используется для больших трансформаторов мощностью до 60 МВА.Отвод тепла можно улучшить, направив принудительный воздух на рассеивающую поверхность. Скорость рассеивания тепла выше и больше в методе охлаждения трансформатора ONAF, чем в системе охлаждения ONAN. Таким образом, вентиляторы устанавливаются рядом с радиатором и могут быть снабжены устройством автоматического запуска, которое включается, когда температура превышает определенное значение.

Масло принудительное воздушное нагнетание (OFAF)

Метод масляного принудительного воздушного охлаждения (OFAF) предусмотрен для трансформаторов с более высокими номиналами на подстанциях или электростанциях.В этом методе масло циркулирует с помощью насоса, а затем сжатый воздух принудительно проходит через теплообменник с помощью высокоскоростных вентиляторов. Кроме того, теплообменники могут быть установлены отдельно от бака трансформатора и подключены через трубы сверху и снизу, как показано на рисунке ниже.

Масло с принудительной циркуляцией воды (OFWF)

Мы знаем, что окружающая температура воды намного ниже, чем атмосферного воздуха при тех же погодных условиях.Таким образом, вода может использоваться как лучший теплообменник, чем воздух. Масло принудительно течет через теплообменник с помощью насоса, где тепло рассеивается в воде, которая также вынуждена течь. Нагретая вода отводится на охлаждение в отдельных охладителях. Обычно этот тип охлаждения используется для очень больших трансформаторов с очень высокой номинальной мощностью, превышающей 500 МВА.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Понижающий трансформатор

– принцип работы, уравнение, типы, преимущества и недостатки

Понижающий трансформатор

снижает напряжение и, следовательно, используется почти во всех бытовых электроприборах.Наша сегодняшняя электроника сильно зависит от этого. В этом посте мы постараемся разобраться, что это такое, принцип его работы, уравнение, типы, преимущества и недостатки.

Что такое понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор – это устройство, которое преобразует высокое первичное напряжение в низкое вторичное напряжение. В понижающем трансформаторе первичная обмотка катушки имеет больше витков, чем вторичная обмотка. На рисунке 1 ниже показано изображение обмотки типичного понижающего трансформатора.

Рис. 1. Изображение обмоток понижающего трансформатора

Принцип работы понижающего трансформатора

Трансформатор работает по принципу «закона Фарадея электромагнитной индукции». Взаимная индукция между обмотками отвечает за передачу сигнала в трансформаторе.

Закон Фарадея гласит, что «когда магнитный поток, связывающий цепь, изменяется, в цепи индуцируется электродвижущая сила, пропорциональная скорости изменения магнитной связи».

ЭДС (электродвижущая сила), индуцированная между двумя обмотками, определяется количеством витков в первичной и вторичной обмотках соответственно. Это отношение называется передаточным числом .

Возможность снижения напряжения понижающих трансформаторов зависит от соотношения витков первичной и вторичной обмоток. Поскольку количество обмоток во вторичной обмотке меньше по сравнению с количеством обмоток в первичной обмотке, количество магнитной связи со вторичной обмоткой трансформатора также будет меньше по сравнению с первичной обмоткой.

Соответственно, наведенная ЭДС во вторичной обмотке будет меньше. Из-за этого напряжение на вторичной обмотке снижается по сравнению с первичной обмоткой

Уравнение понижающего трансформатора

Формула, используемая для расчета понижающего трансформатора:

, где

  • Ns = количество витков во вторичной обмотке
  • Np = количество витков первичной обмотки
  • Vs = напряжение вторичной обмотки
  • Vp = напряжение первичной обмотки

Число витков вторичной обмотки всегда должно быть меньше числа витков первичной обмотки трансформатора i.e Np > Ns для работы трансформатора в качестве «понижающего трансформатора».

Поскольку количество витков во вторичной обмотке будет меньше, общая наведенная ЭДС будет и, следовательно, выходное напряжение во вторичной обмотке также будет меньше, чем входное напряжение первичной обмотки.

Давайте разберемся, рассмотрев ситуацию с понижающим трансформатором, в котором количество витков вторичной обмотки [Ns] равно 250, число витков первичной обмотки [Np] составляет 5000, а входное напряжение [Vp] составляет 240. Затем напряжение на вторичной обмотке [Vs] можно рассчитать по формуле:

Купить перестроив уравнение, получим:

Следовательно, напряжение на вторичной обмотке трансформатора составляет 12 В, что меньше, чем на первичной обмотке.Таким образом, трансформатор называется понижающим трансформатором.

Типы понижающих трансформаторов

Понижающие трансформаторы можно разделить на три категории на основе ответвлений во вторичной обмотке. Это:

  • Однофазный понижающий трансформатор
  • Понижающий понижающий трансформатор с центральным отводом
  • Многоканальный понижающий трансформатор

Однофазный понижающий трансформатор

Используется для понижения номинального тока и входного напряжения, и дает низкий выходное напряжение и ток.

Ex: 12 В перем. Тока.

Рис. 2 – Символ и физический вид однофазного понижающего трансформатора

Понижающий понижающий трансформатор с центральным ответвлением

Понижающие трансформаторы этого типа будут иметь одну первичную обмотку и центральное разделение вторичной обмотки. по которому он дает выходное напряжение с центральной пинтой.

Пример: 12в-0-12в.

Рис. 3 – Символ и физический вид понижающего трансформатора с центральным отводом

Многоканальный понижающий трансформатор

Этот тип понижающих трансформаторов имеет несколько ответвлений во вторичной обмотке.Множественные отводы используются для получения желаемого переменного выхода с вторичными обмотками.

Пример: 0-12 В, 0-18 В.

Рис. 4 – Символ и физический вид многозадачного понижающего трансформатора

Применения понижающего трансформатора

Различные применения понижающего трансформатора включают:

  • В основных адаптерах и зарядных устройствах для сотовых телефонов, стереосистемы и проигрыватели компакт-дисков
  • Для понижения уровня напряжения в линии передачи
  • В сварочных аппаратах путем снижения напряжения и увеличения тока.
  • В телевизорах, стабилизаторах напряжения, инверторах и т. Д.

Преимущества понижающего трансформатора

Преимущества понижающего трансформатора следующие:

  • Полезно для понижения напряжения, что упрощает и удешевляет передачу энергии
  • КПД более 99%
  • Обеспечивает различные требования к напряжению
  • Низкая стоимость
  • Высокая надежность
  • Высокая долговечность

Недостатки понижающего трансформатора

Недостатки понижающего трансформатора следующие:

  • Требуется количество отказов при техническом обслуживании, которые могут повредить трансформатор
  • Неустойчивость затрат на сырье
  • Устранение неисправности требует больше времени

Роль понижающего трансформатора в передаче напряжения

Рис.5 – Цепь распределения напряжения с использованием трансформатора

На электростанциях электричество переменного тока генерируется при почти низком пиковом напряжении около 440 В. Обычный конечный пользователь использует напряжение от 220 В до 240 В для дома и бизнеса. Сгенерированное выходное напряжение электростанции передается на повышающий трансформатор, который увеличивает его пиковое напряжение с нескольких сотен вольт до нескольких киловольт.

Выход повышающего трансформатора подается на линию передачи высокого напряжения, которая транспортирует мощность / электричество на большие расстояния.Это сделано для уменьшения падения напряжения. Как только эта мощность достигает точки потребления / конечной подстанции, с помощью понижающего трансформатора она снижается до желаемого значения, то есть 220-240 В.

  Также читают:
  Однопереходный транзистор (UJT) - конструкция, работа, характеристики и применение
Технология сотовой связи для телефонов 5G - рабочая архитектура, характеристики, преимущества и недостатки 

Как это работает Jameco Electronics

Меган Тунг

Трансформаторы – это электрические устройства, состоящие из двух или более катушек провода, которые используются для передачи электрической энергии посредством магнитного поля.Трансформаторы – это очень простые статические электромагнитные пассивные электрические устройства, которые работают по принципу закона индукции Фарадея, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое. Две электрические цепи связаны посредством взаимной индукции, которая представляет собой процесс, с помощью которого катушка с проволокой индуцирует напряжение в другой катушке, расположенной в непосредственной близости. Электрическая энергия более эффективно передается от одной катушки к другой за счет наматывания катушек вокруг сердечника. Уровни напряжения и тока увеличиваются или уменьшаются без изменения частоты.Более высокие напряжения и токи передачи переменного тока могут быть снижены до гораздо более низкого, более безопасного и пригодного для использования уровня напряжения, где его можно использовать для питания электрического оборудования в домах и на рабочих местах.


Трансформатор напряжения
Однофазный трансформатор напряжения состоит из двух электрических катушек с проволокой, первичной обмотки и вторичной обмотки. Первичная обмотка потребляет энергию, а вторичная обмотка передает ее. Две катушки не связаны электрически, а связаны магнитно.Если вторая катушка имеет такое же количество витков, что и первая катушка, электрический ток во второй катушке будет практически такого же размера, как и в первой катушке. Понижающий трансформатор – это когда первая катушка (первичная обмотка) имеет больше витков, чем вторая катушка (вторичная обмотка), поэтому вторичное напряжение меньше первичного напряжения. Повышающий трансформатор – это когда первая катушка имеет меньше витков, чем вторая катушка, в результате чего вторичное напряжение выше первичного.
Трансформатор с железным сердечником
Как упоминалось ранее, катушки намотаны вокруг сердечника. Сердечник может быть изготовлен из нескольких различных материалов. Во-первых, это трансформатор с железным сердечником, в котором в качестве материала сердечника используются пластины из мягкого железа. Железо обладает превосходными магнитными свойствами, что приводит к высокой магнитной связи трансформатора с железным сердечником, поэтому эффективность также высока. В трансформаторе с ферритовым сердечником используется ферритовый сердечник, который имеет высокую магнитную проницаемость и предлагает очень низкие потери в высокочастотных приложениях.Часто трансформаторы с ферритовым сердечником используются в импульсных источниках питания или в приложениях, связанных с радиочастотами. В трансформаторе с тороидальным сердечником используется материал сердечника тороидальной формы (кольцевой или кольцевой), такой как железный сердечник или ферритовый сердечник. Форма кольца обеспечивает очень низкую индуктивность рассеяния. В трансформаторе с воздушным сердечником потокосцепление полностью выполнено с использованием воздуха; однако они создают низкую взаимную индуктивность по сравнению с трансформатором с физическим сердечником.

Вам также может быть интересно прочитать: Что такое переменный ток


Меган Тунг проходит летнюю стажировку в Jameco Electronics , посещает Калифорнийский университет , Санта-Барбара (UCSB). Ее интересы включают фотографию, музыку, бизнес и инженерное дело.

Фото: Учебники по электронике

Основные операции трансформатора

  • Изучив этот раздел, вы сможете описать:
  • • Принцип работы трансформатора.
  • • Передаточное число.
  • • Коэффициент мощности.
  • • Коэффициент трансформации.
  • • Потери в трансформаторе: медь, гистерезис и вихревые токи.
  • • КПД трансформатора и ток холостого хода.

Трансформаторы.

Трансформатор использует принципы электромагнетизма для переключения одного уровня переменного напряжения на другой. Работа Фарадея в 19 веке показала, что изменяющийся ток в проводнике (например, первичной обмотке трансформатора) создает изменяющееся магнитное поле вокруг проводника.Если в это изменяющееся магнитное поле поместить другой проводник (вторичная обмотка), в этой обмотке будет индуцироваться напряжение.

Передаточное число.

Фарадей также рассчитал, что напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, будет иметь величину, которая зависит от ОТНОШЕНИЯ ОБОРОТОВ трансформатора. т.е. если вторичная обмотка имеет половину числа витков первичной обмотки, то вторичное напряжение будет вдвое меньше напряжения на первичной обмотке. Аналогичным образом, если вторичная обмотка имеет в два раза больше витков первичной обмотки, вторичное напряжение будет вдвое больше первичного напряжения.

Коэффициент мощности.

Поскольку трансформатор является пассивным компонентом (у него нет внешнего источника питания), он не может выдавать больше мощности из вторичной обмотки, чем подается на первичную обмотку. Следовательно, если вторичное напряжение больше, чем первичное напряжение на определенную величину, вторичный ток будет меньше, чем первичный ток на аналогичную величину, то есть если напряжение удвоится, ток будет уменьшен вдвое.

Рис. 11.1.1 Основные операции трансформатора.

Коэффициент трансформации.

Функционирование базового трансформатора

можно описать двумя формулами, связывающими коэффициент трансформации с числом витков обмоток трансформатора.

  • В P = первичное напряжение.
  • I P = первичный ток.
  • В S = вторичное напряжение.
  • I S = вторичный ток.
  • N P = количество витков в первичной обмотке.
  • N S = количество витков вторичной обмотки.

Потери трансформатора.

Формулы на рис. 11.1.1 относятся к идеальному трансформатору, то есть трансформатору без потерь мощности, в котором первичный вольт-ампер = вторичный вольт-ампер.

Хотя практические трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективными, некоторые потери будут возникать, потому что не весь магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, будет связываться со вторичной обмоткой. Потери мощности, возникающие в трансформаторе, бывают трех типов;

1.Медные потери.

Эти потери также можно назвать потерями в обмотке или потерями I2R, поскольку они могут возникать в обмотках, сделанных не из меди, а из других металлов. Потери проявляются в виде тепла, выделяемого в обмотках (медных) проводов, поскольку они рассеивают мощность из-за сопротивления провода.

Потери мощности в обмотке трансформатора можно рассчитать, используя ток в обмотке и ее сопротивление в формуле для мощности P = I 2 R. Эта формула является причиной того, что потери в меди иногда называют I 2 R убытки.Чтобы свести к минимуму потери, сопротивление обмотки должно быть низким с использованием провода подходящей площади сечения и низкого удельного сопротивления.

2. Гистерезисные потери.

Каждый раз, когда переменный ток меняет направление на противоположное (один раз в каждом цикле), крошечные «магнитные домены» в материале сердечника меняются местами. Это физические изменения в основном материале, отнимающие некоторую энергию. Количество используемой энергии зависит от «сопротивления» материала сердечника; в больших сердечниках силовых трансформаторов, где потери на гистерезис могут быть проблемой, они в значительной степени решаются за счет использования специальной стали с низким сопротивлением “ориентированной зернистостью” в качестве материала сердечника.

3. Вихретоковые потери.

Поскольку железный или стальной сердечник является электрическим проводником, а также магнитной цепью, изменяющийся ток в первичной обмотке будет иметь тенденцию создавать ЭДС внутри сердечника, а также во вторичной обмотке. Токи, индуцируемые в сердечнике, будут противодействовать изменениям магнитного поля, происходящим в сердечнике. По этой причине эти вихревые токи должны быть как можно меньше. Это достигается разделением металлического сердечника на тонкие листы или «ламинаты», каждый из которых изолирован друг от друга изолирующим слоем лака или оксида.Ламинированные сердечники значительно уменьшают образование вихревых токов, не влияя на магнитные свойства сердечника.

Ферритовые сердечники.

В высокочастотных трансформаторах потери на вихревые токи уменьшаются за счет использования сердечника из керамического материала, содержащего большую часть мельчайших металлических частиц, железной пыли или марганцево-цинкового сплава. Керамика изолирует металлические частицы друг от друга, давая аналогичный эффект ламинатам и лучше работая на высоких частотах.

Благодаря способам уменьшения потерь, описанным выше, практические трансформаторы по своим характеристикам почти полностью приближаются к идеальным.В мощных силовых трансформаторах может быть достигнут КПД около 98%. Поэтому для большинства практических расчетов можно предположить, что трансформатор «идеален», если не указаны его потери. Фактические вторичные напряжения в практическом трансформаторе будут лишь немного меньше, чем рассчитанные с использованием теоретического коэффициента трансформации.

Ток выключения.

Поскольку трансформатор работает почти идеально, мощность как в первичной, так и во вторичной обмотках одинакова, поэтому, когда на вторичную обмотку не подается нагрузка, вторичный ток не течет, а мощность во вторичной обмотке равна нулю (V x I = 0).Следовательно, несмотря на то, что к первичной обмотке приложено напряжение, ток не будет течь, поскольку мощность в первичной обмотке также должна быть равна нулю. В практических трансформаторах «ток холостого хода» в первичной обмотке на самом деле очень низкий.

Вольт на оборот.

Трансформатор с первичной обмоткой на 1000 витков и вторичной обмоткой на 100 витков имеет соотношение витков 1000: 100 или 10: 1. Следовательно, 100 вольт, приложенное к первичной обмотке, создаст вторичное напряжение 10 вольт.

Другой способ измерения напряжения трансформатора – вольт / виток; если 100 вольт, приложенное к 1000 витков первичной обмотки, дает 100/1000 = 0.1 вольт на виток, тогда каждый отдельный виток 100-витковой вторичной обмотки будет производить 0,1 В, поэтому общее вторичное напряжение будет 100 × 0,1 В = 10 В.

Тот же метод можно использовать для определения значений напряжения, возникающего на отдельных ответвлениях автотрансформатора, если известно количество витков на ответвление.

Просто разделите общее напряжение всей обмотки на общее количество витков и умножьте этот результат на количество витков в конкретном ответвлении.

% PDF-1.5 % 4 0 obj > эндобдж xref 4 164 0000000016 00000 н. 0000004028 00000 н. 0000004124 00000 п. 0000005180 00000 н. 0000005709 00000 п. 0000006090 00000 н. 0000006413 00000 н. 0000006448 00000 н. 0000010976 00000 п. 0000015379 00000 п. 0000015556 00000 п. 0000015715 00000 п. 0000015896 00000 п. 0000018193 00000 п. 0000018321 00000 п. 0000018480 00000 п. 0000019066 00000 п. 0000019285 00000 п. 0000021996 00000 п. 0000022135 00000 п. 0000022520 00000 н. 0000025560 00000 п. 0000029411 00000 п. 0000029540 00000 п. 0000029669 00000 н. 0000029798 00000 п. 0000033778 00000 п. 0000037376 00000 п. 0000040024 00000 п. 0000040137 00000 п. 0000040252 00000 п. 0000040282 00000 п. 0000040355 00000 п. 0000041866 00000 п. 0000042191 00000 п. 0000042254 00000 п. 0000042368 00000 п. 0000042398 00000 п. 0000042471 00000 п. 0000043821 00000 п. 0000044149 00000 п. 0000044212 00000 п. 0000044326 00000 п. 0000044356 00000 п. 0000044429 00000 п. 0000060792 00000 п. 0000061118 00000 п. 0000061181 00000 п. 0000061295 00000 п. 0000061408 00000 п. 0000061519 00000 п. 0000061588 00000 п. 0000061667 00000 п. 0000064409 00000 п. 0000064692 00000 н. 0000065012 00000 п. 0000065037 00000 п. 0000065492 00000 п. 0000065561 00000 п. 0000065640 00000 п. 0000067692 00000 п. 0000067952 00000 п. 0000068110 00000 п. 0000068135 00000 п. 0000068434 00000 п. 0000068503 00000 п. 0000068582 00000 п. 0000074293 00000 п. 0000074559 00000 п. 0000074717 00000 п. 0000074742 00000 п. 0000075045 00000 п. 0000075070 00000 п. 0000075373 00000 п. 0000075398 00000 п. 0000075701 00000 п. 0000079215 00000 п. 0000079578 00000 п. 0000080030 00000 п. 0000081821 00000 п. 0000082141 00000 п. 0000082503 00000 п. 0000084967 00000 п. 0000085316 00000 п. 0000085700 00000 п. 0000085812 00000 п. 0000087138 00000 п. 0000087454 00000 п. 0000087536 00000 п. 0000087861 00000 п. 0000088148 00000 п. 0000088263 00000 п. 0000088345 00000 п. 0000088439 00000 п. 0000092835 00000 п. 0000093356 00000 п. 0000093938 00000 п. 0000094751 00000 п. 0000095049 00000 п. 0000095380 00000 п. 0000095464 00000 п. 0000098363 00000 п. 0000098756 00000 п. 0000099139 00000 н. 0000118932 00000 н. 0000120196 00000 н. 0000121460 00000 н. 0000122244 00000 н. 0000123028 00000 н. 0000123812 00000 н. 0000124596 00000 н. 0000125380 00000 н. 0000126164 00000 н. 0000126948 00000 н. 0000126984 00000 н. 0000127371 00000 н. 0000127468 00000 н. 0000127614 00000 н. 0000127688 00000 н. 0000128045 00000 н. 0000128119 00000 н. 0000128150 00000 н. 0000128224 00000 н.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *