Устройство понижающего трансформатора: Принцип работы понижающего трансформатора напряжения и его устройство

Принцип работы понижающего трансформатора напряжения и его устройство

24 апреля 2020 1954

Большинство электрических инструментов, приборов, оборудования работает от сетевого напряжения переменного тока, равного 220 В. Но для низковольтных электропотребителей – галогенных осветительных приборов, низковольтных обогревателей, светодиодных светильников и других – его значение снижают до определенной величины. Для решения этой задачи применяются аппараты без подвижных компонентов – понижающие трансформаторы, которые понижают величину напряжения до нужного значения, оставляя частоту неизменной. Различные модели этих аппаратов могут использоваться в энергетической отрасли, промышленности, а также в быту для получения значения напряжения, безопасного для пользователя.

Устройство и принцип работы понижающего трансформатора

В состав аппарата входит ферромагнитный сердечник с двумя обмотками – первичной и вторичной. На обмотки наматываются проводники, каждый слой которых изолируется кабельной бумагой. Поперечное сечение проводника может быть круглым или прямоугольным (шина).

Первичная и вторичная обмотки между собой электрически не контактируют. Отсутствие электроконтакта обеспечивают изоляционные прокладки, изготовленные из электрокартона или других изоляторов. Большинство аппаратов со всеми компонентами заключается в защитный корпус.

Принцип действия:

• На первичную обмотку, имеющую большее количество витков по сравнению с вторичной, поступает сетевой ток. Он образует магнитное поле, пересекающее вторичную обмотку.
• Во вторичной обмотке образуется ЭДС, под воздействием которой генерируется выходное напряжение со значением, необходимым для электропитания электронных приборов. Отношение входного (высокого, ВН) напряжения к выходному (низкому, НН) равно отношению количества витков первичной обмотки к числу витков вторичной. Конструкция понижающего трансформатора может предусматривать одновременное подключение нескольких низковольтных потребителей.
• В ходе трансформации происходят потери мощности, равные примерно 3 %.

Понижающие трансформаторы не меняют частоту тока. Для ее изменения, в том числе для получения постоянного тока, в схему включают выпрямители. Чаще всего они представляют собой диодные мосты. Современные приборы могут дополняться другими полупроводниковыми и интегральными схемами, которые улучшают эксплуатационные характеристики аппаратов.

Чтобы определить, какой перед вами трансформатор – понижающий или повышающий, необходимо посмотреть маркировки обмоток. В понижающем аппарате первичной является высоковольтная обмотка, которая маркируется буквой «Н», вторичной – низковольтная обмотка, обозначаемая буквой «Х». В повышающем устройстве первичной является низковольтная обмотка «Х», вторичной – высоковольтная «Н».

Виды понижающих трансформаторов

В зависимости от конструктивных особенностей и принципа действия выделяют следующие типы устройств:

• Стержневые. Эти модели, в которых обмотки располагаются вокруг сердечников магнитопровода, обладают средней или высокой мощностью. Стержневые понижающие трансформаторы имеют простую конструкцию, их обмотки легко изолировать, обслуживать и осуществлять ремонт. Их разновидность – броневые аппараты, в которых обмотки «броней» охватывают магнитопровод. Это простой и дешевый аппарат, но его трудно обслуживать и ремонтировать.
• Тороидальные. Сердечник в таких аппаратах имеет форму тора. Тороидальные модели применяются в маломощных радиоэлектронных устройствах. Они легкие, имеют небольшие размеры, позволяют достигать высокой плотности тока. Ток намагничивания – минимальный. Аппараты могут выдерживать достаточно высокие температуры.
• Многообмоточные. Имеют две или более вторичных обмоток. Позволяют получать несколько значений выходного напряжения, то есть обеспечивают питание нескольких потребителей.

По роду тока, с которым работают трансформаторы, их разделяют на:

• Однофазные. Наиболее распространенный тип, имеющий профессиональное и бытовое применение. Фазный и нулевой провода электропроводки подсоединяются к первичной обмотке.
• Трехфазные. Востребованы в энергетике, на производственных предприятиях, реже – в бытовых условиях. Служат для трансформации трехфазного напряжения.

Для чего нужен понижающий трансформатор

Разнообразие конструкций, имеющихся в продаже, позволяет выбрать оптимальную модель для конкретной области применения:

• В энергетической индустрии используют понижающие аппараты высокой мощности – до 1000 МВА. Выпускаемые модели – 765/220 кВ, 410/220 кВ, 220/110 кВ.
• Для адаптации высокого напряжения к параметрам бытовой электросети используют малые распределительные трансформаторы, мощность которых достигает 1-5 МВА. На стороне высокого напряжения могут быть предусмотрены значения 10, 20, 35 кВ, на низкой – 400 или 230 В.
• Для бытовой техники обычно применяют трансформаторы, изменяющие напряжение с 220-230 В до 42, 36, 12 В. Конкретная величина Uвых определяется требованиями потребителя.

При подборе оптимальных устройств учитывают суммарную мощность потребителей, напряжение на входе и выходе, необходимость (или ее отсутствие) изменения частоты, габариты и массу.

Оцените статью:

Нет времени читать? Заберите к себе и прочтите позже

Смотрите также:

Специфика питания компьютерных сетей

4 февраля 2019

Наличие в качестве нагрузки большого количества потребителей с импульсными источниками питания (компьютеры, мониторы, серверы, копировальные аппараты и т.д.) приводит к появлению нелинейного, импульсного тока нагрузки и как следствие возникает ряд проблем связанных с электроснабжением данного объекта.

Читать полностью

Устройство грозозащиты коттеджа

4 марта 2019

Устройство грозозащиты силовой сети коттеджа.

Читать полностью

Защита электрооборудования от импульсных перенапряжений

14 января 2019

Перенапряжением, в том числе импульсным перенапряжением, называется любое превышение напряжения относительно максимально допустимого для данной сети.

К этому виду сетевых помех относятся как перенапряжения связанные с перекосом фаз достаточно большой длительности, так и перенапряжения, вызванные грозовыми разрядами с длительностью от десятков до сотен микросекунд. Методы и средства борьбы зависят от длительности и амплитуды перенапряжений. В этом отношении импульсные перенапряжения можно выделить в отдельную группу.

Читать полностью

Понижающий трансформатор: устройство, принцип действия, разновидности

В силу ряда причин электрический ток, транспортируемый по проводам высоковольтных ЛЭП, не может быть использован напрямую. Главная из этих причин – высокое напряжение, достигающее десятков, а то и сотен киловольт. Поэтому перед подачей электроэнергии потребителям используют понижающий трансформатор, преобразующий напряжение 380 вольт в привычные нам 220 вольт.

Во многих случаях даже это напряжение слишком высокое для питания современной электротехники. Данную проблему решают путем повторного понижения напряжения, часто с выпрямлением тока. До недавнего времени каждый бытовой прибор был оборудован собственным понижающим трансформатором. Сегодня уже существуют бестрансформаторные блоки питания, но они не могут в полной мере заменить трансформаторы из-за малой выходной мощности. В электротехнике понижающий трансформатор еще долго будет востребован.

Конструкция и принцип действия

Устройство всех типов (за исключением электронных трансформаторов) мало чем отличается. Главными рабочими элементами понижающих аппаратов являются магнитопроводы и катушки. Различия наблюдаются в конфигурации сердечников и в способах соединения обмоток.

Рис. 1. Схематичное изображение понижающего устройства

Геометрические формы ферромагнетиков производитель выбирает исходя из целесообразности производства. Тип остова существенно не влияет на трансформацию. Критерии преобразования тока больше зависят от состава ферромагнетика и параметров обмоток.

Магнитная система понижающего трансформатора может иметь разные формы, определяемые способом расположения стержней:

• плоскую;
• пространственную;
• симметрическую форму;
• несимметрическую.

Напомним вкратце принцип действия понижающих трансформаторов.

Переменным током, попадающим на первичную катушку, возбуждается электромагнитная индукция. Переменное электромагнитное поле распространяется по всему магнитопроводу. Во вторичной катушке силами переменных магнитных полей возбуждается ЭДС.

Величина электродвижущей силы (а значит и разница потенциалов между катушками) определяется соотношением: U₂/U₁ = W₂/W₁ = k , где U – напряжение, аW – количество витков. Коэффициент трансформации k находится в пределах от 0 до 1. Чем ближе к нулю находится значение

k, тем меньшее значение выходных напряжений. Конфигурация сердечника не влияет на работу трансформатора.

Напоследок заметим, что понижающий прибор легко превратить в повышающий трансформатор. Для этого достаточно изменить способ подключения понижающего аппарата: поменять местами первичную и вторичную катушки.Разумеется, нельзя вторичную катушку рассчитанную на 12 В подключать к сети на 220 В. 

Назначение

Основное применение понижающего трансформатора – получение низкого напряжения для питания электрического прибора. Очень часто эти устройства являются главным элементом схем блоков питания бытовых электрических приборов. Так как большинство бытовой электроники потребляет постоянный ток, то после понижения напряжения до приемлемого уровня, полученную электрическую синусоиду еще и выпрямляют.

С целью повышения качества электрического питания применяют стабилизирующие и фильтрующие схемы, отсекающие нежелательные искажения. В ряде случаев в бытовой технике используется переменное напряжение, преобразованное понижающим трансформатором, без выпрямления тока.

Для получения пониженного импульсного напряжения существуют модели импульсных трансформаторов. На выходе этих устройств изменяется не только амплитуда колебаний, но и форма кривой.

Разновидности

Производители поставляют на рынок множество различных моделей. Среди них различают конструкции однофазных трансформаторов броневого типа (рис. 2), модели с сердечниками стержневого или тороидального типа (рис. 3).

Рис. 2. Конструкция броневого типаРис. 3. Тороидальный понижающий трансформатор

В трехфазных конструкциях (рис. 4) один из выводов первичной обмотки подключается к фазе, а другие соединены звездой или треугольником. Аналогичным образом соединяются выводы вторичных обмоток. Такие же схемы применяются для соединения обмоток промышленных силовых трансформаторов.

Рис. 4. Трехфазный понижающий трансформатор

Существуют многообмоточные конструкции, имеющие боле двух вторичных обмоток, с которых можно снимать напряжения различной величины. Это удобно для питания устройств, цепи которых требуют нескольких, различающихся по величине напряжений.

Отдельно упомянем конструкции электронных понижающих моделей, набирающие популярность сегодня (см. рис. 5). К классу трансформаторных устройств их можно отнести весьма условно, так как принцип преобразования переменных напряжений кардинально отличается от классической трансформации. В этих электронных устройствах ток сначала выпрямляется, проходя через диодный мост, потом снова преобразуется в переменное напряжение, но уже с другой частотой.

Рис. 5. Электронный понижающий трансформатор

Зависимость частоты от нагрузки и ограниченная мощность являются недостатком трансформаторов электронного типа. Главное их достоинство – экономичность. Они работают только при подключении нагрузки, все остальное время находятся в режиме ожидания. Данное свойство полезно, например, для питания систем светодиодного освещения.

Разновидности по признакам применения:

• ТСЗИ – трехфазные конструкции в специальном защитном кожухе;
• OCM – конструкции для систем сигнализации и освещения. Монтируются на дин-рейку;   
• TTп, TC-180, ЯTП – применяются для бытовых нужд. Рассчитаны на небольшие нагрузки;  
• OCOB, OCO – модели, применяемые для работы в бытовых сетях.

Технические характеристики

Понижающие трансформаторы характеризуются следующими важными показателями:

• величиной входного напряжения;
• коэффициентом трансформации;
• параметрами выходного тока;
• мощностью устройства;
• частотой.

Такие технические характеристики как габариты, тип системы охлаждения, вес устройств учитываются исходя из конкретных условий применения. Основные данные о трансформаторе указываются на корпусе или в паспорте изделия.

Как выбрать?

Критериев выбора может быть несколько, исходя из условий эксплуатации и назначения прибора. Главные же критерии – это параметры выходного тока. Именно от этих параметров зависит стабильность и корректность работы подключаемых электротехнических устройств.

Если мы выбираем понижающий трансформатор для бытовой техники – первичная катушка должна быть рассчитана на сетевое напряжение дома. Для однофазных конструкций это, как правило, 220 В. Трехфазные модели подключаются к сети, напряжением 380 В.

Тип сердечника, его конфигурация не имеет особого значения. Выбор по этому параметру осуществляйте исходя из требований по размеру или предпочтений к форме устройства.

Важно правильно подобрать выходную мощность. Особенное внимание обращайте на то, чтобы мощность нагрузки не превышала возможностей трансформатора. Иначе обмотки будут перегреваться, а если мощности не хватит, то подключаемый электроприбор вообще не будет работать.

Превышать запас мощности также не желательно из-за перерасхода электроэнергии. К тому же, изделие будет иметь большие габариты, соответственно больший вес, а значит и стоимость его будет выше. Однако, если вы планируете подключать к одному трансформатору несколько устройств, тогда запас мощности оправдан.

Если вы планируете использовать трансформатор в качестве переносного источника тока – обратите внимание на модели с защитным кожухом (рис. 7). Среди этих моделей можно встретить изделия с регулируемым выходным напряжением.

Переносные трансформаторы

Для оборудования светодиодного освещения приобретите экономичный электронный трансформатор. Существуют изделия, выдающие на выходе постоянный ток, необходимый для питания светодиодов.

Правильный выбор понижающих устройств обеспечит вам бесперебойную и безопасную эксплуатацию бытовой техники.

Список использованной литературы

• Кислицын А.Л. «Трансформаторы» 2001
• Брандина Е.П. «Электрические машины» 2004
• Кацман М. М. «Электрические машины и трансформаторы.»  1971

Понижающий трансформатор. Как работает, для чего нужен, схема,

Сетевые трансформаторыСетевые трансформаторы, Устройство трансформаторов4 комментария к записи Как работает понижающий трансформатор

Содержание:

Понижающий трансформатор — это обычный трансформатор который работает по тем же принципам и только нужен для преобразования определенное переменного напряжения с большого значения в меньшее.

То есть если определенному устройству необходимо напряжение 12 Вольт, а с розетки подается стандартно 220 Вольт, нужно использовать понижающий трансформатор.

назначение понижающего тр-ра

Используется понижающий трансформатор так же в различных отраслях энергетики, электротехники.

схема понижающего трансформатора с 220 В на 12 В

ТН включается параллельно нагрузке.

Как определить поинжающий трансформатор

Задача понижающего трансформатора состоит в изменении входного напряжения с заданным коэффициентом.

Как определить этот коэффициент?

В простейшем случае он численно равен отношению количества витков в обмотках.

Говорят о понижающем трансформаторе, когда количество витков первичной (сетевой) обмотки меньше, чем у вторичной. Тогда на выходе напряжение также будет меньше. У повышающего, наоборот, количество витков вторичной (нагрузочной) обмотки превосходит количество первичной.

Обратите внимание!

В более общем случае устройство может иметь не две, а более обмоток. Для каждой из обмоток будет иметься свой коэффициент трансформации, причем часть обмоток будут понижающими, а часть –повышающими.

Любой трансформатор напряжения обратим, то есть, подав на любую из вторичных обмоток переменное напряжение, получим его и на выходе первичной, с тем же коэффициентом преобразования (трансформации).

Определение коэффициента трансформации производится по формуле:

N=U1/U2.

Как уже говорилось, коэффициент трансформации определяется отношением количества витков. Это справедливо только для режимов холостого хода, когда сопротивления проводов обмоток не вносят потерь. Ток, который протекает в обмотках, создает на их сопротивлении падение напряжения, которое вычитается из ЭДС ненагруженного преобразователя.

Таким образом, при увеличении нагрузки коэффициент трансформации падает. Аналогичная ситуация возникает для обмоток, выполненных проводами различного сечения.

Например.

Имеем понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации, равным 10, на двух вторичных обмотках, но одна из которых выполнена проводом, сечением в два раза меньше. При одинаковых нагрузках напряжение на той обмотке, где использовался более тонкий провод, будет ниже на величину падения напряжения на сопротивлении обмоточного провода.

Существуют различные типы понижающих трансформаторов. Они могут быть одно-, двух- или трехфазными, что позволяет использовать их в различных областях энергетики. Конструкция этих устройств включает в себя две обмотки и шихтованный сердечник, для изготовления которого используется электротехническая сталь. 

У трансформатора может быть и одна обмотка.

В таком случае он называется автотрансформатором. Обмотка в таком случае имеет как минимум три вывода. К одной из пары выводов подключается входное напряжение.

Выходное напряжение снимается с одного из входных и оставшегося свободным.

Автотрансформатор также может быть повышающим и понижающим.

автотрансформатор

В чем основное различие между повышающим и понижающим трансформатором

При наличии огромного количества электроприборов и электроники нередко возникает необходимость использования электрического трансформатора.

Это электромагнитное устройство позволяет изменить значение тока благодаря явлению самоиндукции. Корень «трансформ», собственно, и означает «изменение».

Использование трансформаторов в быту и в производстве связано с особенностями оборудования. Обычно это устройства иностранного производства, например, произведенные в Азии и Америке, где стандартная электросеть выдает отличные от российских стандартов значения тока. Трансформатор позволяет защитить электрооборудования от выхода из строя или просто обеспечить необходимое питание для его эффективной работы.

Понижающими называются трансформаторы, преобразующие ток с больших значений на меньшие – например, с 220 до 110 В.

Повышающими трансформаторами называют устройства с обратным эффектом: протекающий по ним ток за счет индукции в катушках изменяется с меньших на большие значения.

Например, повысить напряжение с 35 кВольт на 110 кВ для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Таким образом, становится понятно, какой трансформатор нужно выбирать для тех или иных целей. Отдельно можно рассматривать регулируемые модели, в которых доступна функция быстрого переключения с повышения на повышение вольтажа. Универсальные трансформирующие приборы несколько дороже по цене, но и удобнее.

Понижающий трансформаторы часто применяют трехфазные трансформаторы для снабжения электроэнергией промышленные предприятия и жилые дома.

Маркировка понижающих трансформаторов зависит от его свойств

Основными свойствами понижающих трансформаторов являются:

• Мощность.
• Напряжение выхода.
• Частота.
• Габаритные размеры.
• Масса.

Частота тока для разных моделей трансформаторов будет одинаковой, в отличие от других перечисленных характеристик.

Габаритные размеры и масса будут больше при повышении мощности модели. Максимальная величина мощности у промышленных образцов понижающих трансформаторов, так же как габаритные размеры и масса.

Напряжение на выходе вторичных обмоток может быть различным, и зависит от назначения прибора.

Модели трансформаторов для бытовых нужд имеют малые габариты и вес.

Их легко устанавливать и перевозить.

Например понижающий трансформатор ТАН

ТАН понижающий трансформатор

Обмотки трансформатора

Обмотки находятся на магнитопроводе прибора. Ближе к сердечнику как правило, располагают низковольтную обмотку, так как ее легче изолировать. Между обмотками укладывают изоляционные прокладки и другие диэлектрики, например электротехнический картон.

Первичная обмотка соединяется с сетью питания переменного напряжения. Вторичная обмотка выдает низкое напряжение и подключается к потребителям электроэнергии.  К одному трансформатору можно подключать сразу несколько бытовых устройств.

Для намотки катушек применяют изолированные провода, с изоляцией каждого слоя кабельной бумагой

Проводники бывают различных форм сечения:

• Круглая.
• Прямоугольная (шина).

По способу намотки обмотки делят:

• Концентрические, на стержне.
• Дисковые, намотанные чередованием.

Применение понижающих трансформаторов заключается в их достоинствах:

• необходимостью уменьшения рабочего напряжения до 12 вольт для создания безопасности человека.
• Другой причиной применения низкого напряжения является нетребовательность трансформаторов к значению входного напряжения, так как они могут функционировать, например, при 110 В, при этом обеспечивая стабильное напряжение на выходе.
• Компактные размеры.
• Малая масса.
• Удобство транспортировки и монтажа.
• Отсутствие помех.
• Плавная регулировка напряжения.
• Незначительный нагрев.

Недостатки

• Недолгий срок службы.
• Незначительная мощность.
• Высокая цена.

Трансформатора 220 на 12 вольт

Без этого электротехнического устройства потребители электроэнергии не смогли бы заряжать автомобильные аккумуляторы, подключать энергосберегающие источники света.

Электротехническое изделие понижает стационарное напряжение до требуемого уровня. Прибор изготовлен на базе электромагнитной индукции.

Понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт покупают водители, дачники, владельцы загородных домов, коттеджей для устройства внутридомовой низковольтной осветительной сети.

Продается в специализированных стационарных торговых предприятиях, интернет-магазинах.

Как подключить понижающий трансформатор

Как выбрать понижающие трансформаторы

При выборе конкретного устройства, рекомендуется воспользоваться следующими критериями выбора:

• Величина напряжения на входе. На корпусе устройства обычно есть маркировка входного напряжения 220, либо 380 вольт. Для бытовой сети подходит модель на 220 В.
• Величина напряжения выхода. Зависит от назначения и применения устройства. Обычно это 12 или 36 вольт, о чем также должна быть маркировка.
• Мощность устройства. Чтобы правильно подобрать стабилизатор по мощности, нужно сложить мощности всех планируемых к подключению потребителей, и добавить резервное значение 20%.

Видео: Понижающий трансформатор 220-110В 1500Вт . Как выбрать понижающий трансформатор

Эксплуатация и ремонт

Основным условием правильной и надежной эксплуатации понижающего трансформатора является специально оборудованное место для его монтажа и функционирования.

Понижающие трансформаторы необходимо содержать в чистоте, сухом виде, защищать от пыли и влаги. В домашних бытовых условиях для трансформатора используют специальный шкаф или металлический корпус.

Заземление для понижающего трансформатора является обязательным условием.

Трансформатор требует периодического обслуживания и ухода, в зависимости от выполняемых им задач и условий эксплуатации.

Чаще всего обслуживание включает в себя следующие работы:

• Наружный осмотр, очистка от пыли и грязи.
• Осмотр деталей уплотнения, колец, прокладок, подтяжка клемм.
• Проверка изоляции на пробой.

В трансформаторе могут появиться неисправности и повреждения обмоток в виде трещин секций катушек. При этом не требуется демонтировать трансформатор. На поврежденную изоляцию накладывают лакоткань. При серьезных неисправностях, связанных с обрывом или коротким замыканием, осуществляют снятие трансформатора и его ремонт в электромастерской.

В основном трансформаторы применяются в блоках питания.

Диагностика начинается с визуального осмотра. Первоначальная диагностика включает в себя осмотр выводов трансформатора, его катушек на предмет обугливаний, целостность магнитопровода.

Намотка и изготовление самого трансформатора с нуля — сложная задача и под силу не каждому. Поэтому за основу берется уже готовый и модернизируется путем изменения количества витков вторичной обмотки.

Основные неисправности трансформатора:

1. Обрыв выводов.
2. Повреждение магнитопровода.
3. Нарушение изоляции.
4. Сгорание при КЗ.

Найти такие трансформаторы их можно практически во всех блоках питания, которые понижают входящее напряжение с 220 Вольт до выходящего в 5-30 Вольт.

Первым делом проверяется первичная обмотка, на которую подается напряжение в 220 Вольт. Признаки неисправности первичной обмотки:

1. малейшая видимость дыма;
2. запах гари;
3. треск.

В этом случае следует сразу прекращать эксперимент.

Если же все нормально, можно переходить к измерению на вторичных обмотках. Прикасаться к ним можно только контактами тестера (щупами). Если полученные результаты меньше контрольных минимум на 20%, значит обмотка неисправна.

К сожалению, протестировать такой токовый блок можно только в тех случаях, если имеется полностью аналогичный и гарантированно рабочий блок, так как именно с него и будут собираться контрольные данные.

Можно сравнить сопротиволение обмоток известного трансформатора с справочными данными на нашем сайте — transformator220.ru.

Также следует помнить, что при работе с показателями порядка 10 Ом некоторые тестеры могут искажать результаты.

Короткое замыкание (КЗ) обмоток трансформатра

При пробитой изоляции происходит контакт между витками обмоток или на корпус. Определить эту неисправность достаточно сложно. Для этого необходимо произвести следующие действия:

1. Включить прибор в режим измерения сопротивления.
2. Один щуп должен быть на корпусе, а другой нужно присоединить к каждому выводу трансформатора поочередно.
3. Прибор должен во всех случаях прозвонок показывать бесконечность, что свидетельствует об отсутствии КЗ на корпус.
4. При любых показаниях прибора пробой на корпус существует, и нужно полностью разбирать трансформатор и даже разматывать его обмотки для выяснения причины.

Рекомендуемое Вам:

• Как проверить импульсный трансформатор тестером-мультимеитром

Понижающие трансформаторы. Виды и работа. Особенности

Большинство электрических бытовых устройств работает от сети питания 220 В. Иногда необходимо понизить это напряжение до определенного значения, чтобы подключить низковольтные потребители нагрузки. Такими потребителями могут быть галогенные светильники, низковольтные нагреватели, светодиодные ленты и множество других.

Такое снижение напряжение могут выполнить понижающие трансформаторы, которые приобретают в магазине, или изготавливают самостоятельно. Такие трансформаторы популярны в электротехнике и радиоэлектронике, а также в бытовых условиях.

Основной частью трансформатора выступает ферромагнитный сердечник, на котором расположены две обмотки, намотанные медным проводником. Эти обмотки разделяют на первичную и вторичную, в зависимости от принципа действия. На первичную обмотку подается сетевое напряжение, а с вторичной – снимается пониженное напряжение для потребителей нагрузки.

Обмотки связаны между собой переменным магнитным потоком, который наводится в ферромагнитном сердечнике. Между обмотками нет электрического контакта. Первичная обмотка имеет большее количество витков, чем вторичная. Поэтому напряжение на выходе понижено.

Обычно понижающие трансформаторы со всеми элементами находятся в корпусе. Однако не все модели его имеют. Это зависит от фирмы изготовителя, а также назначения трансформатора.

Обозначение на схеме

Принцип действия

Работу понижающего трансформатора можно описать следующим образом. Действие трансформатора основывается на принципе электромагнитной индукции. Напряжение, подключенное на первичную обмотку, образует в ней магнитное поле, которое пересекает витки вторичной обмотки. В ней образуется электродвижущая сила, под действием которой возникает напряжение, отличное от входного напряжения.

Разница в количестве витков первичной и вторичной обмоток определяет разницу между входным и выходным напряжением понижающего трансформатора. В процессе функционирования трансформатора возникают некоторые потери электроэнергии, которые неизбежны, и составляют около 3% мощности.

Чтобы вычислить точные величины параметров трансформатора, нужно сделать определенные расчеты его конструкции. Электродвижущая сила может возникать при подключении трансформатора только к переменному току. Поэтому большинство бытовых электрических устройств работает от сети переменного тока.

Понижающие трансформаторы входят в состав многих блоков питания, стабилизаторов и других подобных устройств. Некоторые модели трансформаторов могут содержать несколько выводов на вторичной обмотке для разных групп соединений. Такие виды приборов стали популярными, так как являются универсальными, и обладают многофункциональностью.

Разновидности

Понижающие трансформаторы имеют различные исполнения, в зависимости от конструкции и принципа действия:

• Тороидальные. Такой вариант модели трансформатора (рисунок «а») также применяется для незначительных мощностей, имеет сердечник формы в виде тора. Он отличается от других моделей малым весом и габаритами. Применяется в радиоэлектронных устройствах. Его конструкция позволяет достичь более высокой плотности тока, так как обмотка хорошо охлаждается на всем сердечнике, показатели тока намагничивания самые низкие.
• Стержневые. На рисунке «б» изображен стержневой вид трансформатора, в конструкции которого обмотки охватывают сердечники магнитопровода. Такие модели чаще всего выполняют для средней и большой мощности приборов. Их устройство довольно простое и дает возможность легче изолировать и ремонтировать обмотки. Их преимуществом является хорошее охлаждение, вследствие чего требуется меньше проводников для обмоток.
• Броневые. В этом виде трансформатора (рисунок «в») магнитопровод охватывает обмотки в виде брони. Остальные параметры идентичны стержневому виду, за исключением того, что броневые трансформаторы в основном выполняют маломощными, так как они имеют меньший вес и цену в сравнении с предыдущим вариантом, из-за простой сборки и меньшего количества катушек.
• Многообмоточные. Наиболее популярными являются двухобмоточные 1-фазные понижающие трансформаторы.

Для получения нескольких различных величин напряжений от одного трансформатора применяют несколько вторичных обмоток на сердечнике. Эти обмотки разные по числу витков и выдаваемому напряжению.

• Трехфазные. Такая модель применяется для понижения напряжения трехфазной сети. Такие понижающие трансформаторы применяются не только в промышленности, но и для бытовых нужд.

Они могут быть изготовлены из 3-х однофазных трансформаторов на общем сердечнике. Магнитные потоки всех фаз в сумме равны нулю. Промышленные образцы проходят испытания по определенным параметрам. Результаты испытаний сравнивают с документацией. Если нет соответствия, то трансформатор подлежит выбраковке. 3-фазный трансформатор имеет соединение обмоток по схеме треугольника или звезды. Схема звезды характерна общим узлом выводов всех фаз. Соединение треугольником выполняется последовательной схемой фаз в кольцо.

• Однофазные. Такие трансформаторы имеют подключение питания от однофазной сети, фаза и ноль поступают на одну первичную обмотку. Принцип их работы аналогичен всем остальным видам трансформаторов. Это наиболее популярный вид устройств.

Основные свойства

Маркировка трансформаторов зависит от его свойств. Основными свойствами понижающих трансформаторов являются:

• Мощность.
• Напряжение выхода.
• Частота.
• Габаритные размеры.
• Масса.

Частота тока для разных моделей трансформаторов будет одинаковой, в отличие от других перечисленных характеристик. Габаритные размеры и масса будут больше при повышении мощности модели. Максимальная величина мощности у промышленных образцов понижающих трансформаторов, так же как габаритные размеры и масса.

Напряжение на выходе вторичных обмоток может быть различным, и зависит от назначения прибора. Модели трансформаторов для бытовых нужд имеют малые габариты и вес. Их легко устанавливать и перевозить.

Обмотки трансформатора

Обмотки находятся на магнитопроводе прибора. Ближе к сердечнику располагают низковольтную обмотку, так как ее легче изолировать. Между обмотками укладывают изоляционные прокладки и другие диэлектрики, например электротехнический картон.

Первичная обмотка соединяется с сетью питания переменного напряжения. Вторичная обмотка выдает низкое напряжение и подключается к потребителям электроэнергии.  К одному трансформатору можно подключать сразу несколько бытовых устройств.

Для намотки катушек применяют изолированные провода, с изоляцией каждого слоя кабельной бумагой. Проводники бывают различных форм сечения:

• Круглая.
• Прямоугольная (шина).

По способу намотки обмотки делят:

• Концентрические, на стержне.
• Дисковые, намотанные чередованием.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Применение понижающих трансформаторов, как в промышленности, так и в домашних условиях можно объяснить необходимостью уменьшения рабочего напряжения до 12 вольт для создания безопасности человека.
• Другой причиной применения низкого напряжения является нетребовательность трансформаторов к значению входного напряжения, так как они могут функционировать, например, при 110 В, при этом обеспечивая стабильное напряжение на выходе.
• Компактные размеры.
• Малая масса.
• Удобство транспортировки и монтажа.
• Отсутствие помех.
• Плавная регулировка напряжения.
• Незначительный нагрев.

Недостатки

• Недолгий срок службы.
• Незначительная мощность.
• Высокая цена.

Как выбрать понижающие трансформаторы

При выборе конкретного устройства, рекомендуется воспользоваться следующими критериями выбора:

• Величина напряжения на входе. На корпусе устройства обычно есть маркировка входного напряжения 220, либо 380 вольт. Для бытовой сети подходит модель на 220 В.
• Величина напряжения выхода. Зависит от назначения и применения устройства. Обычно это 12 или 36 вольт, о чем также должна быть маркировка.
• Мощность устройства. Чтобы правильно подобрать стабилизатор по мощности, нужно сложить мощности всех планируемых к подключению потребителей, и добавить резервное значение 20%.

Эксплуатация и ремонт

Основным условием правильной и надежной эксплуатации понижающего трансформатора является специально оборудованное место для его монтажа и функционирования.

Понижающие трансформаторы необходимо содержать в чистоте, сухом виде, защищать от пыли и влаги. В домашних бытовых условиях для трансформатора используют специальный шкаф или металлический корпус. Заземление для понижающего трансформатора является обязательным условием.

Трансформатор требует периодического обслуживания и ухода, в зависимости от выполняемых им задач и условий эксплуатации.

Чаще всего обслуживание включает в себя следующие работы:

• Наружный осмотр, очистка от пыли и грязи.
• Осмотр деталей уплотнения, колец, прокладок, подтяжка клемм.
• Проверка изоляции на пробой.

В трансформаторе могут появиться неисправности и повреждения обмоток в виде трещин секций катушек. При этом не требуется демонтировать трансформатор. На поврежденную изоляцию накладывают лакоткань. При серьезных неисправностях, связанных с обрывом или коротким замыканием, осуществляют снятие трансформатора и его ремонт в электромастерской.

Похожие темы:

• Автотрансформаторы (ЛАТР). Типы и работа. Применение
• Силовые трансформаторы. Виды и устройство. Работа и применение
• Импульсные трансформаторы. Виды и особенности. Применение

Что такое понижающий трансформатор – для чего применяется и как подобрать нужный трансформатор

Понижающие трансформаторы представляют собой механизмы, регулирующие интенсивность электрического тока. Суть работы заключается в том, что поступающий ток обладает большей интенсивностью, чем выходящий. Именно поэтому данные конструкции можно чаще всего встретить в линиях электропередач и, конечно же, в бытовых условиях. Подробнее о понижающем трансформаторе тока читайте далее.

Краткое содержимое статьи:

Характеристики трансформатора

Конструкция ящика с трансформатором может быть самой разнообразной. Главным элементом механизма является ферромагнитный сердечник, обмотки которого обрамлены специальным проводником из меди. Первичная часть обмотки контролирует напряжение в сети, вторичная же занимается снятием сниженного напряжения.

Сердечник излучает переменный ток, который создает связь между двумя существующими обмотками. Обмотки не связаны друг с другом электрическим током. К слову, способность снижать напряжение возникает благодаря различию в количестве завитков между этими составляющими.

Чаще всего эти элементы защищены специальным корпусом, однако особенности строения и разновидностей допускают различные вариации.

Виды понижающих трансформаторов

• Однофазные модели являются самыми популярными, подключаются к одноименной сети.
• К трехфазным относятся понижающие трансформаторы 380 В, которые снижают уровень напряжения до нужного уровня.
• Многообмотчатый тип содержит более двух обмоток.
• Броневой типаж не отличается большой мощностью. Обрамлен магнитоприводом.
• Тороидальный типаж является излюбленным для мастеров радиоэлектроники. Является достаточно миниатюрным, но мощным.
• Стержневые трансформаторы не отличаются витиеватостью конструкций и отлично справляются со средним и высоким напряжением.

Функции трансформаторов

Итак, зачем же нужны понижающие трансформаторы? Начнем с того, что очень часто этот механизм регулирует силу напряжения в сети в промышленных зданиях.

Так, понижающий трансформатор 220 В нашел широкое применение в промышленности и домашнем хозяйстве. Кроме бытового значения, данные конструкции снижают напряжение в линиях электропередач и регулируют работу тока.

Обмотки и их свойства

Между обмотками существуют специальные прокладки, ограничивающие поступление тока и его движение между двумя элементами. Катушки обмотаны изолированными проводами, обмотанными слоями бумаги. Проводящие части могут иметь круглую или прямоугольную форму. Могут иметь дисковый или стержневой тип обматывания.

Как выбрать понижающий трансформатор?

Существует масса разновидностей и типажей трансформаторов, однако при их выборе следует отдавать внимание ниже указанным характеристикам:

• Параметр входящего напряжения, параметр которого обычно промаркирован на корпусе изделия. Для бытовых целей используется трансформатор 220 В.
• Маркировка на корпусе устройства также должна свидетельствовать о величине выходящей энергии. Для того, чтобы ознакомиться подробнее с особенностями корпуса и маркировки, рекомендуем ознакомиться с фото понижающих трансформаторов на просторах Сети.
• Сделайте следующие расчеты для правильного подбора характеристик мощности. Сложите величину энергии всех устройств, которые будут подключены к устройству и прибавьте еще 20%.

Плюсы и минусы трансформаторов

Данная техника имеет свои преимущества и недостатки. При выборе определенных моделей нужно учитывать все нюансы. Начнем с плюсов:

• Безопасность человека дома и в условиях промышленности гарантируется данным механизмом, который снижает уровень интенсивности электрического тока до 12 В, тем самым гарантируя сохранение жизни и здоровья.
• Входящее напряжение имеет не слишком большое значение, поскольку выходящий ток имеет стабильные характеристики.
• Компактность и миниатюрность коробки.
• Простота в перемещении и установке.
• Слабый нагрев корпуса.
• Аккуратная регуляция напряжения.

Перейдем к слабым сторонам механизма:

• Не слишком долгое время служения.
• Высокая стоимость.
• Недостаточная мощность.

Как подключить понижающий трансформатор

Внутренние составляющие трансформатора должны надежно защищаться от агрессивных условий внешней среды, поэтому их необходимо спрятать в шкафчик или коробку.

Обязательным условием является простота доступа к «внутренностям» коробки. С помощью медной проводки заземлите коробку, сечение которого должно достигать более трех миллиметров.

Обязательно оформите ее таким образом, чтобы исключить возможность соприкосновения с оголенными проводами!

Не забывайте время от времени проверять эффективность и исправность трансформатора и в обязательном порядке обращайтесь к мастерам при обнаружении неисправности.

Фото понижающего трансформатора

Вам понравилась статья? Поделитесь 😉

 

Повышающий и понижающий трансформатор

В быту и на производстве используется огромное количество различных электронных устройств, приборов и оборудования. Довольно часто для их нормальной эксплуатации требуется повышающий и понижающий трансформатор. Каждый из них работает на основе самоиндукции, позволяющей изменять ток в ту или иную сторону. Само название трансформатора означает изменение или преобразование. Они применяются в основном совместно с электроникой зарубежного производства, рассчитанной на токи, отличающиеся от отечественных стандартов. Кроме того, трансформаторы обеспечивают защиту электрооборудования и оптимизируют его питание, делая работу максимально эффективной.

Содержание

Функции и работа трансформаторов

В электронике трансформаторы являются незаменимыми устройствами. Однако, для их наиболее эффективной работы, необходимо хорошо представлять себе, что понижает или повышает трансформатор. В зависимости от потребностей, они повышают или, наоборот, понижают величину потенциала в цепочках с переменным током.

С появлением отличающихся трансформаторных устройств стала возможной доставка электричества на значительные дистанции. Заметно снижаются потери на проводах ЛЭП, когда переменное напряжение повышается, а ток – понижается. Это происходит на всей протяженности проводников, соединяющих электростанцию с подключенными потребителями. На каждом конце таких линий напряжения снижаются до безопасного уровня, облегчая работу используемого оборудования.

Какой трансформатор называют повышающим, а какой понижающим, и какая между ними разница

Если отвечать коротко, то прибор выдающий более высокий потенциал, в сравнении со входом, считается повышающим. Если же происходит обратный процесс, и потенциал на выходе меньше, чем на входе, такое устройство будет понижающим. В первом случае вторичная обмотка обладает большим количеством витков, чем на первичная, а во втором, наоборот, в работе применяется вторичная обмотка с меньшим количеством витков. Этим они кардинально отличаются друг от друга.

Можно ли понижающий трансформатор использовать как повышающий

Да, можно. Поскольку для перемены функций достаточно изменить схему соединения обмоток с источником потенциала и нагрузкой. Соответственно, изменится и функциональность понижающего трансформатора.

На практике, с целью повышения эффективности устройства, индуктивность всех обмоток рассчитывается для точных рабочих значений тока и напряжения. Эти показатели должны обязательно сохраняться в исходном состоянии, когда повышающий и понижающий трансформатор изменяют свои функции на противоположные.

Как определить принадлежность той или иной обмотки

Конструктивно, трансформаторы выполнены по такому принципу, что невозможно сразу определить их различия, то есть, какие провода называется и фактически являются первичной, а которые из них – вторичной обмоткой. Поэтому, чтобы не запутаться, применяется маркировка. Для высоковольтной обмотки предусмотрен символ «Н», в понижающих устройствах она служит первичной, а в повышающих – вторичной обмоткой. Обмотка с низким вольтажом маркируется символом «Х».

Для того чтобы понять особенности, отличие и принцип действия каждого из этих устройств, их следует рассмотреть более подробно.

Общее устройство и функционирование трансформаторов понижающего типа

Трансформаторы выполняют преобразование более высокого входящего напряжения в низкую характеристику напряжения на выходе, то есть позволяют понизить большие токи до требуемых значений. При необходимости такой прибор может использоваться как повышающий.

Принцип действия этих приборов определяется законом электромагнитной индукции. Стандартная конструкция состоит из двух обмоток и сердечника. Первичная обмотка соединяется с источником питания, после чего вокруг сердечника происходит генерация магнитного поля. Под его воздействием во вторичной обмотке возникает электрический ток с определенными заданными параметрами напряжения.

Выходная мощность определяется по количественному соотношению витков в каждой катушке. Изменяя этот показатель можно управлять характеристиками выходного напряжения и получать требуемый ток для бытового и промышленного оборудования.

С помощью лишь одних трансформаторов невозможно изменить частоту электрического тока. Для этого конструкция понижающего аппарата дополняется выпрямителем, изменяющим частоту тока в диапазоне требуемых значений. Современные приборы дополняются полупроводниками и интегральными схемами с конденсаторами, резисторами, микросхемами и другими компонентами. В результате, получается устройство с незначительными размерами и массой, но достаточно высоким уровнем КПД, работающее на понижение напряжения.

Такие трансформаторы функционируют очень тихо и не подвержены сильному нагреву. Мощность выходного тока может выставляться путем регулировок и отличаться в каждом случае. Все устройства нового типа оборудованы защитой от коротких замыканий.

Понижающий трансформатор отличается простой и надежной схемой, широко применяются на подстанциях между отрезками линий электропередачи. Они выполняют понижение сетевого тока с 380 до 220 вольт. Подобные устройства относятся к промышленным. Используемые в быту, отличаются более низкими мощностями. Принимая на первичную обмотку входа 220 В, они затем выдают пониженное напряжение от 12 до 42 вольт в соответствии с подключенными потребителями. Коэффициент трансформации понижающих устройств всегда ниже единицы. Для того чтобы его определить, нужно знать соотношение между количеством витков в первичной и вторичной обмотке.

Особенности повышающего трансформатора

Повышающие трансформаторные устройства, как их называют специалисты, также используются в быту и на производстве. В основном их назначение – работа по своему профилю на проходных электростанциях. Они должны повысить ток в соответствии с нормативными показателями, поскольку в процессе транспортировки происходит постепенное снижение высокого напряжения в ЛЭП. В конце пути следования электростанция с помощью повышающего трансформатора напряжение поднимается до нормативных 220 В и поставляется в бытовые сети, а 380 В – в промышленные.

Работа трансформатора повышающего типа осуществляется по следующей схеме, включающей в себя несколько этапов:

• Вначале на электростанции производится электрический ток напряжением 12 киловольт (кВ).
• Далее по ЛЭП оно поступает на повышающую подстанцию и попадает в повышающий трансформатор, преобразующий это напряжение до 400 кВ. Отсюда ток поступает в высоковольтную ЛЭП и уже по ней приходит на понижающую подстанцию, где его напряжение вновь становится 12 кВ.
• На последнем этапе ток оказывается в низковольтной линии, в конце которой установлен еще один трансформатор понижающего действия. Здесь напряжение окончательно принимает рабочее значение 220 или 380 В и в таком виде поступает в бытовую или промышленную сеть.

Принцип работы повышающего трансформатора также основан на электромагнитной индукции. Основная конструкция состоит их двух катушек с разным количеством витков и изолированного сердечника.

Низкое переменное напряжение поступает в первичную обмотку и вызывает появление магнитного поля, возрастающего при оптимально подобранном соотношении обмоток. Под его влиянием во вторичной обмотке образуется электрический ток с повышенными показателями – 220 В и более. В случае необходимости изменения частоты, в цепочку дополнительно устанавливается преобразователь, способный выдавать постоянный ток для определенных видов оборудования.

Что такое понижающий трансформатор

– Реклама –

Трансформатор — это пассивное устройство, которое преобразует уровень напряжения либо с высокого на низкий, либо с низкого на высокий. Трансформатор, который преобразует мощность высокого напряжения в мощность низкого напряжения, называется понижающим трансформатором, а тот, который преобразует низкое напряжение в высокое, называется повышающим трансформатором.

Трансформатор работает по принципу взаимной индукции, также известному как закон электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому величина напряжения прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Чтобы получить более полное представление о работе трансформатора, давайте разберемся в его основах.

Взаимная индукция

– Реклама –

Это означает, что ток индуцируется в катушке, когда она проходит рядом с катушкой с током, имеющей переменный магнитный поток. Этот индуцированный ток прямо пропорционален скорости изменения тока.

Закон Фарадея

В соответствии с законом Фарадея любое изменение магнитного поля вблизи катушки или проводника приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС), которая индуцируется внутри катушки из-за изменения магнитного потока.

Конструкция

Трансформатор состоит из следующих основных частей:

Сердечник

Катушки, намотанные на определенный материал, вместе образуют сердечник трансформатора. Эти сердечники изготовлены из материала с очень высокой проницаемостью, способного выдерживать флюс. Сердечник трансформатора действует как путь или канал для легкого прохождения магнитного потока. Эти сердечники изготовлены из ферромагнитных материалов с высокой проницаемостью, таких как железо.

В трансформаторах мы используем тонкие листы металлического железа вместо одного цельного сердечника, потому что один сплошной сердечник вызывает большее образование вихревых токов, что снижает эффективность трансформатора.

Обмотка

Трансформаторы напряжения намотаны проводами, называемыми катушками. Здесь мы используем провода с меньшим сопротивлением и хорошей проводимостью, что необходимо для получения хорошего КПД трансформатора. Как правило, медь используется в обмотке трансформатора, так как она имеет хорошую электропроводность и очень низкое сопротивление по сравнению с другими. Это также не дорого, как золото, серебро и платина.

Рабочий

Трансформатор работает по принципу взаимной индукции. Таким образом, при изменении тока одной катушки электрический ток также индуцируется в другой катушке, находящейся рядом с ней.

Каждый трансформатор состоит из двух катушек или обмоток: первичной и вторичной. Первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, а вторичная к нагрузке. При подаче переменного тока на первичную обмотку катушки возникает магнитный поток. Через сердечник трансформатора магнитное поле завершает свой путь. Когда вторичная обмотка соприкасается с этим магнитным потоком, на ней индуцируется ЭДС. Сила создаваемой ЭДС зависит от количества витков в обмотке вторичной катушки.

N1>N2

где, N1 = количество витков в 1-й катушке

N2 = количество витков во 2-й катушке

Соотношение между напряжением и количеством витков в катушке:

Vp / Vs = Np/Ns

где, Vp = напряжение в первичной обмотке

Vs = напряжение во вторичной обмотке

Np = количество витков в первичной обмотке

Ns = количество витков во вторичной обмотке

Понижающий трансформатор

Что такое понижающий трансформатор?

Трансформатор, который имеет большее число витков в первичной обмотке и меньшее число во вторичной обмотке, называется понижающим трансформатором. Итак, как мы можем видеть из предыдущего уравнения для отношения между количеством витков в обмотке и напряжением, если количество витков в первичной обмотке больше, чем количество витков во вторичной, то ЭДС, генерируемая во вторичной обмотке, меньше, чем первичная. вход.

Следовательно, мы получаем более низкое напряжение во вторичной обмотке понижающего трансформатора напряжения. Как видно из названия, понижающий трансформатор используется для преобразования мощности более высокого напряжения в мощность более низкого напряжения.

Теперь давайте разберем описанный выше процесс на примере. Предположим, у нас есть источник переменного тока, который может производить 210 В. Если мы используем трансформатор, имеющий Np (количество витков в первичной обмотке) = 20000 и Ns (количество витков во вторичной обмотке) = 100, тогда Vs (напряжение на вторичной обмотке ) определяется как

Vs = (Vp * Ns)/Np

Подставьте приведенные выше значения в это уравнение для расчета напряжения на вторичной обмотке. Я оставил эту работу для вас. Укажите правильное значение в комментариях.

Типы понижающих трансформаторов

1. Однофазные понижающие трансформаторы
2. Понижающие трансформаторы средней фазы
3. Понижающие трансформаторы с несколькими ответвлениями

Применение понижающего трансформатора

Понижающие трансформаторы используются в адаптерах питания и выпрямителях для эффективного снижения напряжения. Они также используются в электронных SMPS.

Другие области применения включают:

• Линии электропередач
• Сварочные аппараты
• Стабилизаторы и инверторы напряжения

Преимущества понижающих трансформаторов

• Понижающие трансформаторы очень эффективны и могут обеспечить требуемую мощность с КПД до 99 процентов.
• Мы можем легко получить желаемое выходное напряжение без больших потерь мощности.
• Они дешевле и надежнее.
• Их можно использовать для подачи больших токов и низких напряжений.

---

 

Что такое понижающий трансформатор?

Загрузите эту статью в формате PDF.

Трансформаторы представляют собой статические электрические устройства без движущихся частей, преобразующие электрическую мощность от одного значения напряжения и тока к другому. Частота электрического тока остается постоянной.

Трансформаторы классифицируются по их функции: повышающей или понижающей. Повышающие трансформаторы увеличивают напряжение входящего тока, а понижающие трансформаторы уменьшают напряжение входящего тока. Входящее напряжение называется первичным напряжением, а исходящий поток — вторичным.

Как правило, повышающие трансформаторы располагаются на электростанциях и повышают напряжение, поступающее от электростанции в дальние распределительные сети. С другой стороны, понижающие трансформаторы снижают напряжение потоков электроэнергии, поступающих на местный уровень распределения. Дальний поток сначала понижается до уровня, приемлемого для локальной раздачи, а затем снова понижается в каждом узле-потребителе (жилые дома и офисы).

Необходимость трансформеров

При передаче электроэнергии как на большие, так и на короткие расстояния в системе возникают внутренние потери. Эти потери имеют большую величину, когда ток выше (при более низком напряжении), чем при низком токе. По этой причине для передачи на большие расстояния необходимо, чтобы электричество имело высокое напряжение и малую силу тока. Однако высокое напряжение небезопасно для потребителей и не подходит для большинства электроприборов. Бытовые электроприборы обычно рассчитаны на 220 В.

Трансформаторы преобразуют электричество между высоким напряжением и малым током, необходимым для распределения на большие расстояния, и низковольтным, сильным током, необходимым для использования потребителем.

Кроме того, линии электропередачи обычно изготавливаются из меди, чтобы минимизировать потери, связанные с передачей. Медь имеет самое низкое электрическое сопротивление среди всех проводящих материалов.

Применение понижающего трансформатора

Электростанции производят электроэнергию напряжением 20 кВ, которое затем повышается до 440 кВ для распределения на большие расстояния. При поступлении на местную распределительную станцию ​​напряжение снижается до 11 кВ с помощью понижающего трансформатора. Отсюда для распределения к отдельным потребителям еще один понижающий трансформатор снижает напряжение до стандартных 220 В, пригодных для использования потребителями.

Бытовое напряжение в большинстве районов составляет 220 В. Однако бытовые розетки работают при напряжении 110 или 120 В в США и соседних странах. Подключение устройства на 220 В к розетке на 110 В может повредить устройство. К счастью, недорогие переходники (рис. 1) вполне доступны для полного решения проблемы. Они продаются менее чем за 20 долларов в большинстве магазинов электроники. На многих из этих устройств европейского производства прямо указано, что их можно использовать в Соединенных Штатах.

Работа трансформатора

Трансформаторы работают по принципу взаимной индукции. Изменяющееся магнитное поле в одном витке провода индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) в соседнем витке провода, индуктивно связанном с первым. Проще говоря, трансформатор состоит из двух катушек провода с высокой взаимной индуктивностью. Эти катушки электрически разделены, но имеют общую магнитную цепь (рис. 2).

У понижающего трансформатора вторая катушка имеет меньше витков, чем первая, что позволяет снизить напряжение в выходящем электрическом потоке.

Первичная обмотка, представляющая собой первый набор катушек, подключается к источнику переменного тока или к источнику первичного напряжения. Вторичная обмотка подключается к нагрузке или отводу вторичного напряжения, распределяя электроэнергию от трансформатора.

Переменный ток, протекающий при первичном напряжении, создает переменный магнитный поток. Это индуцирует аналогичный ток во вторичной катушке, создавая вторичное напряжение. Здесь уменьшенное количество витков во вторичной катушке эффективно снижает результирующее напряжение, следовательно, «снижает» напряжение до более низкого значения при сохранении постоянной частоты.

Обратите внимание, что при уменьшении напряжения ток увеличивается, чтобы частота оставалась постоянной. По этой причине вторичная обмотка понижающих трансформаторов обычно имеет провод для вторичной обмотки большего сечения, чем для первичной обмотки. Поскольку ток первичного напряжения мал, проводка первичной катушки не требует слишком толстого провода. И наоборот, увеличение тока, протекающего через вторичную обмотку, требует увеличения толщины провода. Если провод во вторичной обмотке слишком тонкий, он расплавится из-за накопления резистивного тепла, что приведет к катастрофическому отказу.

Изменение направления потока

Можно использовать как повышающий, так и понижающий трансформаторы в обратном направлении. Путем переключения притока и оттока направление электрического потока меняется на противоположное. Таким образом, повышающий трансформатор может выполнять функцию понижающего трансформатора и наоборот.

Вопросы производства

Трансформаторы являются дорогостоящим, но важным элементом цепочки поставок электроэнергии. Для приобретения трансформаторов необходимы большие капитальные затраты, и ожидается, что их хватит на весь прогнозируемый срок службы. Однако в действительности эти трансформаторы обычно выходят из строя примерно на полпути ожидаемого срока службы. Обмотки, переключатели ответвлений и втулки в плохом состоянии часто являются основной причиной.

Однако виноваты не только неадекватные планы обслуживания. Трансформаторы часто не соответствуют условиям их предполагаемого использования, что создает ненужную нагрузку на устройство после его использования. Несмотря на то, что трансформаторы полностью статичны и не имеют движущихся частей, сила тока, протекающего через проволочные катушки, вызывает износ самих катушек. То же самое относится к переключателям ответвлений и втулкам. Со временем целостность этих материалов нарушается либо незначительно, либо катастрофически.

Чтобы предотвратить этот преждевременный отказ, трансформаторы должны быть выбраны с осторожностью. После установки, ввод в эксплуатацию также должен быть выполнен с осторожностью. Условия эксплуатации должны тщательно контролироваться, а планы технического обслуживания должны выполняться регулярно и тщательно. При соблюдении этих условий трансформаторы, вероятно, будут обеспечивать оптимальную производительность в течение всего прогнозируемого срока службы.

Сердечник

Кроме того, будьте благоразумны при выборе марки материала, используемого для сердечника трансформатора. Хотя материал более высокого качества, как правило, дороже, он обычно обеспечивает более длительный ожидаемый срок службы. Подберите марку материала в соответствии с нормальными условиями использования и желаемым сроком службы трансформатора.

Обмотки

Тщательно выбирайте металл, используемый в обмотках трансформатора. Цель здесь состоит в том, чтобы свести к минимуму сопротивление в проводах при максимальной электрической проводимости. Медь, как правило, является лучшим выбором в этом случае, хотя обычно она дороже, чем алюминий, который является альтернативой.

В долгосрочной перспективе медь, как правило, является наиболее экономичным вариантом, поскольку она обеспечивает меньшее сопротивление электрическому току, чем альтернативные материалы. Это уменьшенное сопротивление приводит к меньшим потерям электроэнергии, повышая долгосрочную эффективность оборудования. Дополнительным преимуществом является снижение накопления тепла в системе, поскольку электрическое сопротивление генерирует тепло при использовании альтернативных материалов.

Важно понимать физическое расположение катушек. Такое расположение должно соответствовать ожидаемым условиям эксплуатации.

Изоляция

Изоляция имеет решающее значение для правильной работы трансформатора, а также для безопасности персонала на объекте. Сопоставьте это с ожидаемыми условиями эксплуатации, обеспечив оптимальный выбор изоляционного материала и конфигурации.

Заключение

Трансформаторы необходимы для эффективного функционирования национальной энергосистемы. Эти устройства позволяют преобразовывать электроэнергию с правильным соотношением напряжения к току как для передачи на большие расстояния, так и для местного распределения. Из-за их стоимости трансформатор следует выбирать с осторожностью. Правильная эксплуатация и надлежащее техническое обслуживание продлевают ожидаемый срок службы трансформаторного блока.

Киран Давар — младший инженер-электрик в компании Nicore India Pvt. ООО

Повышающие и понижающие трансформаторы | Трансформаторы

До сих пор мы наблюдали моделирование трансформаторов, в которых первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, что давало примерно одинаковые уровни напряжения и тока в обеих цепях. Однако равенство напряжения и тока между первичной и вторичной сторонами трансформатора не является нормой для всех трансформаторов.

Если индуктивности двух обмоток не равны, происходит нечто интересное:

 

трансформатор
 v1 1 0 ac 10 грех
 rbogus1 1 2 1e-12
 rbogus2 5 0 9e12
 л1 2 0 10000
 л2 3 5 100
 к л1 л2 0,999
 vi1 3 4 ac 0
 rload 4 5 1k
 .ac лин 1 60 60
 .print переменный v (2,0) я (v1)
 .print ac v(3,5) i(vi1)
 .конец
 

частота v(2) i(v1)
6.000Э+01 1.000Э+01 9.975Э-05 Первичная обмотка
частота v(3,5) i(vi1)
6. 000E+01 9.962Э-01 9.962Э-04 Вторичная обмотка
 

 

Обратите внимание, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше первичного напряжения (0,9962 вольта по сравнению с 10 вольтами), а вторичный ток примерно в десять раз больше (0,9962 мА по сравнению с 0,09975 мА).

Здесь у нас есть устройство, которое понижает напряжение вниз в десять раз, а ток увеличивает в десять раз: : коэффициент вторичного напряжения и 1:10 первичный: коэффициент вторичного тока.

 

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы?

Это действительно очень полезное устройство. С его помощью мы можем легко умножать или делить напряжение и ток в цепях переменного тока. Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния практической реальностью, поскольку напряжение переменного тока можно «увеличить», а ток «понизить» для уменьшения потерь мощности на сопротивление проводов вдоль линий электропередач, соединяющих генерирующие станции с нагрузками.

На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузке) уровни напряжения снижаются с помощью трансформаторов для более безопасной работы и менее дорогого оборудования.

Трансформатор, повышающий напряжение от первичной обмотки к вторичной (больше витков вторичной обмотки, чем витков первичной обмотки), называется повышающим трансформатором .

И наоборот, трансформатор, предназначенный для противоположного действия, называется понижающим трансформатором .

Давайте еще раз взглянем на фотографию, показанную в предыдущем разделе:

 

Поперечное сечение трансформатора, показывающее первичную и вторичную обмотки, имеет высоту несколько дюймов (примерно 10 см).

 

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое количество витков первичной обмотки и малое количество витков вторичной. В качестве понижающего устройства этот трансформатор преобразует низковольтную слаботочную мощность в низковольтную сильноточную.

Использование провода большего сечения во вторичной обмотке необходимо из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть изготовлена ​​из провода меньшего сечения.

 

Реверсивность работы трансформатора

Если вам интересно, можно использовать любой из этих типов трансформаторов в обратном направлении (запитывая вторичную обмотку от источника переменного тока и позволяя первичной обмотке питать нагрузку), чтобы выполнить противоположное Функция: повышение может функционировать как понижение и наоборот.

Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы индуктивности отдельных обмоток были спроектированы для определенных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор будет использоваться «наоборот», как это он должен быть использован в пределах первоначальных расчетных параметров напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы он не оказался неэффективным (или чтобы он не был поврежден чрезмерным напряжением или током!).

 

Маркировка конструкции трансформатора

Трансформаторы часто конструируются таким образом, что неясно, какие провода ведут к первичной обмотке, а какие к вторичной. Одним из соглашений, используемых в электроэнергетике для облегчения путаницы, является использование обозначений «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем блоке; вторичная обмотка в повышающем) и «X». обозначения обмотки низшего напряжения.

Следовательно, простой силовой трансформатор будет иметь провода с маркировкой «H ₁ », «H ₂ », «X ₁ », и «X ₂ ». Обычно это важно для нумерации проводов (H ₁ по сравнению с H ₂ и т. д.), которую мы рассмотрим чуть позже в этой главе.

 

Практическая значимость повышающих и понижающих трансформаторов

Тот факт, что напряжение и ток «ступенчато» меняются в противоположных направлениях (один вверх, другой вниз), имеет смысл, если вспомнить, что мощность равна напряжению тока, и понять, что трансформаторы не могут производит мощность , только преобразуйте ее.

Любое устройство, которое могло бы производить больше энергии, чем оно потребляло, нарушило бы Закон сохранения энергии в физике, а именно то, что энергия не может быть создана или уничтожена, только преобразована. Как и в случае с первым примером трансформатора, который мы рассмотрели, эффективность передачи мощности от первичной обмотки к вторичной стороне устройства очень высока.

Практическая значимость этого становится более очевидной при рассмотрении альтернативы: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения в ток можно было достичь только за счет использования моторно-генераторных установок.

На чертеже двигателя/генератора показан основной принцип работы: (рисунок ниже)

 

=

Двигатель-генератор иллюстрирует основной принцип работы трансформатора.

 

В такой машине двигатель механически соединен с генератором, предназначенным для выработки требуемых уровней напряжения и тока при скорости вращения двигателя.

Хотя и двигатели, и генераторы являются довольно эффективными устройствами, использование обоих таким образом усугубляет их неэффективность, так что общий КПД находится в диапазоне 90% или меньше. Кроме того, поскольку двигатель-генераторные установки, очевидно, требуют движущихся частей, механический износ и балансировка являются факторами, влияющими как на срок службы, так и на производительность.

Трансформаторы, с другой стороны, способны преобразовывать уровни переменного напряжения и тока с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради следует отметить, что моторно-генераторные установки не обязательно устарели благодаря трансформаторам за 9 лет.0120 все приложения.

Несмотря на то, что трансформаторы явно превосходят электродвигатели/генераторы в отношении преобразования переменного напряжения и уровня тока, они не могут преобразовывать одну частоту переменного тока в другую или (сами по себе) преобразовывать постоянный ток в переменный или наоборот.

Моторно-генераторные установки могут выполнять все эти функции с относительной простотой, хотя и с уже описанными ограничениями эффективности и механическими факторами.

Моторно-генераторные установки также обладают уникальным свойством накопления кинетической энергии: то есть, если по какой-либо причине питание двигателя на мгновение прервется, его угловой момент (инерция этой вращающейся массы) будет поддерживать вращение генератора в течение короткое время, что изолирует любые нагрузки, питаемые от генератора, от «сбоев» в основной энергосистеме.

 

Анализ работы повышающего и понижающего трансформатора

При внимательном рассмотрении чисел в анализе SPICE мы должны увидеть соответствие между коэффициентом трансформации трансформатора и двумя индуктивностями. Обратите внимание, что первичная катушка индуктивности (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичная катушка индуктивности (10000 Гн против 100 Гн), и что измеренный коэффициент понижения напряжения составляет 10:1.

Обмотка с большей индуктивностью будет иметь более высокую напряжение и меньший ток, чем другие.

Поскольку две катушки индуктивности намотаны вокруг одного и того же материала сердечника в трансформаторе (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на индуктивность двух катушек, одинаковы, за исключением количества витков в каждой катушке.

Если мы еще раз посмотрим на нашу формулу индуктивности, то увидим, что индуктивность пропорциональна квадрату числа витков катушки: последний пример схемы трансформатора SPICE — с коэффициентом индуктивности 100: 1 — должен иметь коэффициент витка катушки 10: 1, поскольку 10 в квадрате равно 100.

Получается то же соотношение, которое мы нашли между первичным и вторичным напряжением и током (10:1), поэтому мы можем сказать, что, как правило, коэффициент трансформации напряжения и тока равен отношению витков обмотки между первичным и вторичный.

 

Понижающий трансформатор: (много витков :мало витков).

 

Повышающий/понижающий эффект передаточного отношения витка катушки в трансформаторе аналогичен передаточному числу зубьев в механических зубчатых передачах, преобразовывая значения скорости и крутящего момента почти таким же образом:

 

Редуктор крутящего момента понижает крутящий момент при увеличении скорости.

 

Повышающие и понижающие трансформаторы для целей распределения электроэнергии могут быть гигантскими по сравнению с силовыми трансформаторами, показанными ранее, некоторые устройства высотой с дом. На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около двенадцати футов:

 

Трансформатор подстанции.

 

ОБЗОР:

• Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношением витков первичного и вторичного проводов.

• Трансформатор, предназначенный для повышения напряжения от первичной обмотки к вторичной, называется повышающим трансформатором . Трансформатор, предназначенный для понижения напряжения с первичной обмотки на вторичную, называется понижающим трансформатором .
• Коэффициент трансформации трансформатора будет равен квадратному корню из отношения его первичной и вторичной индуктивностей (L).

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Повышающие, понижающие и изолирующие трансформаторы Рабочий лист

Понижающий трансформатор: работа, области применения и характеристики

Трансформатор представляет собой статическое устройство без движущихся частей, которое преобразует электрическую энергию из одной цепи в другую с изменениями напряжения и тока и без изменения частоты. Существует два типа трансформаторов, классифицируемых по их функциям: повышающий трансформатор и понижающий трансформатор.

[adsense1]

Повышающий трансформатор — это устройство, которое преобразует низкое первичное напряжение в высокое вторичное, т. е. повышает входное напряжение. С другой стороны, понижающий трансформатор понижает входное напряжение, т. е. вторичное напряжение меньше первичного.

На следующих изображениях показана простая демонстрация использования трансформаторов (как повышающих, так и понижающих трансформаторов) в типичной системе передачи.

Схема

Применение понижающего трансформатора в режиме реального времени

Напряжение электростанции или подстанции составляет около 20 кВ. Для передачи этого напряжения на большие расстояния его повышают до 440 кВ с помощью повышающего трансформатора. Затем это напряжение с повышенным уровнем передается на распределительную станцию.

[adsense2]

На распределительной станции напряжение 440 кВ снижается до 11 кВ с помощью понижающего трансформатора. Затем напряжение с пониженным уровнем подготавливается для использования потребителем.

Прежде чем перейти к деталям понижающего трансформатора, мы сначала рассмотрим принцип работы трансформатора в целом.

Читайте также Введение в трансформаторы

Принцип работы трансформатора

Электрический трансформатор работает по принципу взаимной индукции, который гласит, что равномерное изменение тока в катушке индуцирует ЭДС в другой катушка индуктивно связана с первой катушкой.

В своей базовой форме трансформатор состоит из двух катушек с высокой взаимной индуктивностью, которые электрически разделены, но имеют общую магнитную цепь. На следующем изображении показана базовая конструкция Transformer.

Как работает трансформатор?

Первый набор катушек, который называется первичной катушкой или первичной обмоткой, подключается к источнику переменного напряжения, называемому первичным напряжением.

Другая катушка, называемая вторичной катушкой или вторичной обмоткой, подключается к нагрузке, и нагрузка потребляет результирующее переменное напряжение (повышенное или пониженное напряжение).

Переменное напряжение на входе возбуждает первичную обмотку, по обмотке циркулирует переменный ток. Переменный ток приведет к переменному магнитному потоку, который проходит через железный магнитный сердечник и завершает свой путь.

Поскольку вторичная обмотка также связана с переменным магнитным потоком, согласно закону Фарадея во вторичной обмотке индуцируется ЭДС. Сила напряжения на вторичной обмотке зависит от количества обмоток, через которые проходит поток.

Таким образом, без электрического контакта переменное напряжение в первичной обмотке передается на вторичную обмотку.

ПРИМЕЧАНИЕ: В зависимости от конструкции трансформатора напряжение на вторичной обмотке трансформатора может быть равным, выше или ниже, чем на первичной обмотке трансформатора, но период напряжения, т. е. его частота, не сдача.

    

Связь между напряжением и оборотами

Пусть N _P — количество витков катушки в первичной обмотке, а N _S — количество витков катушки во вторичной обмотке.

Если переменное напряжение на первичной стороне трансформатора составляет В _P , а переменное напряжение на вторичной стороне трансформатора составляет В _S , то соотношение между напряжениями на первичной и вторичной обмотках и числом витков катушка в первичной и вторичной задается следующим образом.

V _P /V _S = N _P /N _S

Понижающий трансформатор

низкое напряжение на вторичной стороне.

Если говорить об обмотках катушек, то первичная обмотка понижающего трансформатора имеет больше витков, чем вторичная обмотка. На следующем изображении показан типичный понижающий трансформатор.

Пример понижающего трансформатора

Например, рассмотрим следующую ситуацию. Число витков в первичной обмотке трансформатора 3000, во вторичной обмотке 150. Если переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора равно 240 В, то напряжение на вторичной обмотке трансформатора можно рассчитать по формуле уравнение.

V _P /V _S = N _P /N _S

Здесь, N _P – витки первичной обмотки = 30000

N _S – витки вторичной обмотки = 150

В _P – напряжение на первичной обмотке трансформатора = 240В

В _{S 9028 – напряжение на вторичной трансформатора =?}

Используя приведенное выше уравнение, V _S = (V _P * N _S )/N _P = 240*150/3000 = 12 В

Следовательно, напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно 12В, что меньше, чем на первичке. Таким образом, трансформатор в этой теме является понижающим трансформатором.

          Прочтите этот интересный пост о ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Мощность понижающего трансформатора

Мощность трансформатора измеряется произведением напряжения и силы тока. Мощность в трансформаторе измеряется в вольтах – амперах ВА (или киловольтах – амперах кВА для больших трансформаторов).

В идеале мощность любого трансформатора постоянна, т. е. мощность, доступная на вторичной обмотке трансформатора, такая же, как и мощность на первичной обмотке трансформатора.

Это применимо даже к понижающему трансформатору. Но поскольку напряжение на вторичной обмотке понижающего трансформатора меньше, чем на первичной, ток на вторичной обмотке будет увеличен, чтобы сбалансировать общую мощность в трансформаторе.

Связь тока и напряжения в понижающем трансформаторе

Теперь посмотрим, как это работает. Пусть V _P — напряжение на первичной обмотке, I _P — ток на первичной обмотке, а P _P — мощность на первичной обмотке трансформатора.

Мы знаем, что мощность можно рассчитать, просто перемножив напряжение и силу тока. Следовательно, мощность на первичной стороне трансформатора определяется как

P _P = V _P * I _P

. S — ток во вторичной обмотке, а P _S — мощность во вторичной обмотке трансформатора.

Мощность на вторичной обмотке трансформатора определяется как

P _S = V _S * I _S

Поскольку мощность в трансформаторе постоянна, P _P = P _S .

Это означает, что V _P * I _P = V _S * I _S

AS V _S меньше V _P в AST AST STEP, IS DARSTING, IS , IS , IS , IS , IS . должно быть больше I _P . Следовательно, выходное напряжение в понижающем трансформаторе меньше, чем у первичного напряжения, а выходной ток больше, чем входной ток.

Исходя из приведенного выше анализа, мы можем определить понижающий трансформатор как устройство, которое преобразует переменный источник высокого напряжения и слабого тока в переменный источник низкого напряжения и сильного тока.

ПРИМЕЧАНИЕ. Приведенный выше расчет мощности предназначен для идеального трансформатора, в котором отсутствуют потери. На практике будут потери в виде потерь в железе и меди, которые следует учитывать (хотя потери и невелики).

Где используется понижающий трансформатор?

• Все уличные трансформаторы, которые мы видим возле своих домов, – это понижающие трансформаторы. Они берут переменное напряжение 11 кВ на первичной обмотке и преобразуют его в 230 В для подачи в наши дома.
• До широкого использования импульсных источников питания почти во всех настенных адаптерах низкого напряжения использовались понижающие трансформаторы.

Понижающий трансформатор: все, что вам нужно знать

Трансформаторы представляют собой электростатические электрические устройства без движущихся частей, которые преобразуют электрическую энергию от одного значения напряжения и тока к другому. Частота тока остается постоянной.

Трансформаторы классифицируются по их функции, т.е. повышающие или понижающие. Повышающий трансформатор увеличивает напряжение входного тока, а понижающий трансформатор снижает напряжение входного тока. Входное напряжение называется первичным напряжением, а выходной поток называется вторичным напряжением.

Как правило, повышающий трансформатор располагается на электростанции и повышает напряжение, поступающее от электростанции в распределительную сеть дальнего следования. С другой стороны, понижающий трансформатор снижает напряжение потока мощности, поступающего на местный уровень распределения. Сначала сократите междугородний трафик до уровня, приемлемого для локальной раздачи, затем снова сократите междугородний трафик на каждом узле-потребителе (жилом и офисном).

Как работают трансформеры?

Трансформаторы работают по принципу взаимной индуктивности. Изменение магнитного поля в одной проволочной петле индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) в соседней проволочной петле, которая индуктивно связана с первой катушкой. Проще говоря, трансформатор состоит из двух катушек с высокой взаимной индуктивностью. Катушки электрически разделены и имеют общую магнитную цепь.

Рисунок: Понижающий трансформатор имеет больше первичных обмоток, чем вторичных

Для понижающего трансформатора вторая катушка имеет меньше витков, чем первая, что позволяет уменьшить напряжение в выходном токе.

Первичная обмотка представляет собой первый набор катушек и подключена к источнику переменного напряжения или вводу первичного напряжения. Вторичная обмотка подключается к нагрузке или вторичное напряжение вытекает, распределяя мощность из трансформатора.

Переменный ток, протекающий при первичном напряжении, создает переменный магнитный поток. Это индуцирует аналогичный ток во вторичной катушке, создавая вторичное напряжение. Здесь уменьшение количества витков во вторичной обмотке эффективно снижает результирующее напряжение, тем самым «снижая» напряжение до более низкого значения при сохранении постоянной частоты.

Обратите внимание, что при снижении напряжения ток увеличивается, а частота остается постоянной. Поэтому вторичная обмотка понижающего трансформатора обычно имеет провод большего сечения, чем вторичная обмотка. Поскольку первичное напряжение слаботочное, проводка первичной катушки не требует слишком толстого провода. И наоборот, ток, протекающий через вторичную катушку, увеличивается, и толщину провода необходимо увеличивать. Если провода во вторичной обмотке слишком тонкие, провода могут расплавиться из-за накопления резистивного тепла, что приведет к катастрофическому отказу.

Понижающий трансформатор Принцип работы

Понижающий трансформатор — это трансформатор, который преобразует более высокое напряжение на входе в относительно низкое идеальное напряжение на выходе для достижения цели понижения. Понижающий трансформатор является очень важным элементом оборудования в системе передачи и преобразования электроэнергии. Его нормальная работа связана не только с его собственной безопасностью и надежным электроснабжением пользователей, но и напрямую влияет на стабильность энергосистемы. Конфигурация защиты понижающего трансформатора должна отвечать требованиям, что ни при каких обстоятельствах трансформатор не может быть сожжен, что расширит аварийность и повлияет на устойчивость энергосистемы.

Принцип работы понижающего трансформатора основан на принципе электромагнитной индукции. Теперь в качестве примера используется однофазный двухобмоточный трансформатор, иллюстрирующий его основной принцип работы: когда напряжение подается на первичную боковую обмотку, ток, протекающий в железном сердечнике, создает переменные магнитные потоки, которые обычно известны как основной магнитный поток. Основной магнитный поток будет проходить через первичную и вторичную обмотки, и в обмотках будет создаваться наведенная ЭДС. В это время, если вторичная сторона подключена к нагрузке, ток будет вытекать для выработки электроэнергии. Под его действием обмотки с обеих сторон индуцируют потенциалы Э1, Э2 соответственно, и формула для наведенного потенциала: Е=4,44fНм

В формуле:

E — действующее значение наведенного потенциала,

f — частота,

N — число витков

Максимальное значение основного магнитного потока обусловлено разностью число витков вторичной обмотки и первичной обмотки, а также величины наведенных потенциалов Е1 и Е2 также различны. Когда падение напряжения на внутреннем импедансе не учитывается, величина напряжения также отличается.

Когда вторичная сторона трансформатора не имеет нагрузки, первичная сторона протекает только через ток основного магнитного потока, который называется током возбуждения. Когда вторичная сторона нагружена и протекает ток нагрузки, в железном сердечнике также создается магнитный поток, стремящийся изменить основной магнитный поток, но когда первичное напряжение остается неизменным, основной магнитный поток неизменен, а первичная сторона будет протекать через две части тока, часть тока возбуждения используется для баланса, поэтому эта часть тока изменяется при изменении. Когда ток умножается на количество витков, это магнитный потенциал.

Трансформатор может преобразовывать мощность переменного тока одного напряжения в другое напряжение той же частоты. Основными элементами трансформатора напряжения являются железный сердечник и две обмотки, насаженные на железный сердечник. Катушка, подключенная к источнику питания, получает энергию переменного тока, называемую первичной обмоткой Катушка, подключенная к нагрузке, отдает энергию переменного тока, называемую вторичной обмоткой Вектор напряжения вторичной обмотки первичной обмотки U1 Вектор напряжения U2 Вектор тока I1 Фаза тока Количество I2 вектор электродвижущей силы E1 вектор электродвижущей силы E2 количество витков N1 количество витков N2 одновременно связан один раз, вектор магнитного потока вторичной обмотки равен φm, а магнитный поток называется основным магнитным потоком.

Можно ли использовать понижающий трансформатор в качестве повышающего?

Трансформатор представляет собой обычное электрическое устройство, которое можно использовать для преобразования переменного напряжения определенного значения в переменное напряжение другого значения той же частоты. Повышающий трансформатор – это трансформатор, используемый для преобразования переменного напряжения с низким значением в другое переменное напряжение с более высоким значением той же частоты, в то время как понижающий трансформатор преобразует более высокое напряжение на входе источника питания в более низкое идеальное. напряжение для нагрузки. Принцип действия трансформатора заключается в передаче мощности посредством электромагнитного преобразования и выполнении роли электрической изоляции, как показано на рисунке ниже.

I1 (I2), U1 (U2) и W1 (W2) – ток, напряжение и витки первичной (вторичной) обмотки соответственно, и их количественное соотношение U1/U2=W1/W2= И2/И1. Φ – это линия магнитного поля, создаваемая электромагнитной индукцией, физическая сущность, в которой она расположена в железном сердечнике, и это магнитная цепь трансформатора.

В понижающем трансформаторе первичная обмотка имеет высокое напряжение и ток мал, но поскольку Φ необходимо генерировать за счет электромагнитной индукции, необходимо учитывать потери, поэтому напряжение первичной обмотки должно составлять 5% от потери, такие как напряжение 10 кВ, что на самом деле составляет 10,5 кВ; Вторичная обмотка имеет низкое напряжение и относительно большой ток. Необходимо учитывать саму обмотку и падение напряжения, достигающее конца нагрузки (электрооборудование). Следовательно, напряжение вторичной обмотки также должно быть зарезервировано с запасом около 5%. Напряжение 380 В на самом деле составляет 400 В на стороне низкого напряжения трансформатора.

Затем, если понижающий трансформатор используется в качестве повышающего трансформатора, сторона низкого напряжения должна генерировать электромагнитную индукцию, а сторона высокого напряжения используется в качестве источника питания нагрузки, оба из которых необходимо учитывать соответствующие потери. Если оба зарезервированы 5%, это может быть просто достигнуто, а выходное напряжение инвертора имеет большой регулируемый диапазон, который может удовлетворить требования.

То есть теоретически понижающий трансформатор можно использовать как повышающий.

Однако в процессе практической эксплуатации понижающий трансформатор отличается от повышающего трансформатора конструкцией и защитой. Если понижающий трансформатор используется в качестве повышающего в течение длительного времени, это повлияет на его стабильность и срок службы. Кроме того, в действующих политиках и нормативных документах, как правило, требуется, чтобы проекты электросетей собственной генерации и собственного потребления превышали 50% вырабатываемой мощности, а мощность присоединения не превышала 25% мощности. трансформатор верхнего уровня.

Ненормальная работа понижающего трансформатора

Ненормальная ситуация с трансформатором неизбежна. Если мы сможем найти его вовремя и принять разумные контрмеры, количество несчастных случаев может быть значительно снижено. Общие ненормальные явления трансформаторов в основном включают:

Повышенное гудение или ненормальный тон;

Значительное или быстрое повышение температуры;

Уровень масла в трансформаторе или вводе ниже или выше допустимого значения, цвет масла меняется, тест не пройден;

На корпусе появляются трещины, следы разряда или звуки разряда;

Перегрев винтов корпуса или клеммных колодок;

Действие по защите от легких газов.

Ниже приводится описание причин и решений некоторых распространенных нештатных ситуаций:

1. При ненормальном повышении температуры трансформатора

Проверьте состояние нагрузки трансформатора и сбалансированность трехфазной нагрузки. При возникновении перегрузки уменьшите выходную мощность и ограничьте нагрузку.

Проверить, связан ли радиатор с температурой деревянного корпуса: нормально ли работает кулер; исправно ли вентиляционное устройство воздухоохладителя; если двигатель вентилятора не работает, проверьте, не перегорели ли различные силовые предохранители, соответствующие неисправному вентилятору, сработало ли тепловое реле, исправен ли контакт выключателя, отключена ли вторичная цепь и т. д.

2. Проверить термометры трансформатора

Проверьте, нет ли утечек масла или других причин, из-за которых уровень масла слишком низок, чтобы вызвать повышение температуры; после проверки того, что охлаждающее устройство и устройство измерения температуры находятся в хорошем состоянии, а температура масла продолжает повышаться после снижения нагрузки, следует немедленно остановить трансформатор.

3. Уровень масла падает

Если уровень масла падает медленно, проверьте, нет ли утечек масла или падения уровня масла из-за низкой температуры; если уровень масла быстро падает, деактивируйте защиту от газа, немедленно попытайтесь предотвратить утечку масла и сообщите обслуживающему персоналу о необходимости устранения или закачки масла.

4. Отработка действий по защите от легких газов

Должны быть установлены резервные трансформаторы; те, у кого нет резервных трансформаторов, должны обратить пристальное внимание на работу трансформаторов, и в это время категорически запрещается отключаться от защиты от тяжелых газов.

Отбор проб газа и нефти в газе для анализа; проверьте, есть ли газ в газовом реле трансформатора, чтобы определить, сработала ли защита. Защитная нажимная пластина должна быть помещена в сигнал перед проверкой и включена после отбора проб. Если есть внутренняя неисправность, трансформатор должен быть остановлен, если это воздух, вентиляционный клапан газового реле должен быть открыт, чтобы выпустить воздух. Если деревянный корпус газовой защиты неисправен, неисправен или плоха изоляция вторичной цепи, отключающее реле II должно быть отключено.

5. Эксплуатация трансформатора при перегрузке

Перед эксплуатацией при перегрузке проверьте трансформатор на наличие серьезных дефектов (таких как ненормальная система охлаждения, серьезная утечка масла, локальный перегрев, ненормальные результаты анализа растворенного газа в масле и т. д.) или изоляцию. слабый, и в этой ситуации трансформатор не может работать в условиях перегрузки.

При перегрузке трансформатора следует немедленно включить резервный охладитель и следить за температурой верхнего слоя трансформатора, температурой окружающей среды и временем. И записывайте время перегрузки и кратность перегрузки, кратность перегрузки во время нормальной работы с перегрузкой.

Приложение для понижающего трансформатора

Электростанция вырабатывает 20 кВ электроэнергии, которая затем повышается до 440 кВ для распределения на большие расстояния. При поступлении на местную подстанцию ​​напряжение снижается до 11 кВ с помощью понижающего трансформатора. Отсюда для распределения между отдельными потребителями еще один понижающий трансформатор снижает напряжение до стандартных 220 В, пригодных для использования потребителями.

В большинстве районов бытовое напряжение составляет 220 В. Однако в США и соседних странах бытовые розетки работают на 110 или 120 В. Подключение оборудования на 220 В к розетке на 110 В может привести к повреждению оборудования. К счастью, недорогие адаптеры (рис. 1) просты в использовании и могут полностью решить эту проблему. Их можно найти менее чем за 20 долларов в большинстве магазинов электроники. На многих из этих устройств европейского производства четко указано, что их можно использовать в Соединенных Штатах.

Это типичный адаптер повышающего трансформатора, работающий от 110 В до 220 В.

Меры предосторожности при покупке

Трансформаторы являются дорогостоящим, но важным компонентом цепи электропитания. Покупка трансформаторов требует значительных капитальных затрат, и ожидается, что они прослужат в течение всего запланированного срока службы. На практике, однако, эти трансформаторы обычно выходят из строя примерно на половину ожидаемого срока службы. Обмотки, переключатели ответвлений и вводы в эксплуатации часто являются основной причиной.

Однако неадекватное планирование технического обслуживания — не единственная причина. Трансформаторы часто не соответствуют ожидаемым условиям использования, что вызывает ненужную нагрузку на оборудование после использования. Даже если трансформатор полностью неподвижен, без движущихся частей, сила тока, протекающего через катушку, приведет к износу самой катушки. То же самое касается переключателей ответвлений и втулок. Со временем целостность этих материалов может быть нарушена незначительно или катастрофически.

Во избежание таких преждевременных отказов необходимо тщательно выбирать трансформаторы. После установки, ввод в эксплуатацию также должен быть выполнен с большой осторожностью. Условия эксплуатации должны строго контролироваться, а планы технического обслуживания должны выполняться регулярно и тщательно. При соблюдении этих условий трансформатор, вероятно, будет обеспечивать оптимальные рабочие характеристики в течение всего прогнозируемого срока службы.

Сердечник

Кроме того, следует соблюдать осторожность при выборе марки материала для сердечника трансформатора. Хотя материалы более высокого качества, как правило, дороже, они обычно обеспечивают более длительный срок службы. Подбирайте сорта материалов к нормальным условиям эксплуатации и ожидаемому сроку службы трансформатора.

Обмотка

Тщательно выбирайте тип металла, используемого в обмотках трансформатора. Цель здесь состоит в том, чтобы минимизировать сопротивление в проводе при максимальной проводимости. В этом случае медь обычно является лучшим выбором, хотя медь обычно дороже алюминия, который является заменителем.

Медь часто является наиболее экономичным выбором в долгосрочной перспективе, поскольку она имеет меньшее сопротивление току, чем альтернативные материалы. Это уменьшенное сопротивление приводит к меньшим потерям мощности, повышая долгосрочную эффективность устройства. Еще одним преимуществом является уменьшение накопления тепла в системе, поскольку резисторы выделяют тепло при использовании альтернативных материалов. Важно понимать физическое расположение катушек.

Изоляция

Изоляция имеет решающее значение для правильной работы трансформатора и безопасности персонала на месте. Сопоставьте его с ожидаемыми условиями эксплуатации, чтобы обеспечить наилучший выбор изоляционного материала и конфигурации.

Заключение

Трансформаторы имеют решающее значение для эффективной работы национальной энергосистемы. Эти устройства позволяют преобразовывать электрическую энергию в правильное отношение напряжения к току для передачи на большие расстояния и местного распределения. Из-за их стоимости трансформаторы следует выбирать тщательно. Надлежащая эксплуатация и надлежащее техническое обслуживание могут продлить ожидаемый срок службы трансформаторной установки.

Связанный: 

Повышающий трансформатор: все, что вам нужно знать

Силовой трансформатор: базовое руководство по электронике

Все, что вам нужно знать о повышающих и понижающих трансформаторах

Рисунок 1: Трансформатор

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

Содержание

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

• Автотрансформатор

• Постоянное напряжение

• Трансформатор тока

• Трансформатор безопасности

• Однофазные трансформаторы

• Трехфазные трансформаторы

• Трансформаторы напряжения

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы?

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

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

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

Принцип работы трансформатора

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

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

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

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

В1/В2 = Н1/Н2 = И2/И1

• V1: Напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора
• V2: Напряжение вторичной (нагрузочной) обмотки трансформатора
• N1: Количество витков в первичной обмотке
• N2: Число витков вторичной обмотки
• I2: Ток, протекающий через вторичные обмотки
• I1: Ток, протекающий через первичные обмотки

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

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

Принцип действия повышающего трансформатора

Повышающий трансформатор повышает напряжение на вторичной обмотке относительно первичной. Согласно уравнению преобразования напряжения, чтобы V2 было больше, чем V1, значение N2 должно быть больше, чем N1 (см. рис. 3). Следовательно, в повышающем трансформаторе

• Н2 > Н1
• В2 > В1
• I2 < I1

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

Пример

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

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

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

Преимущества повышающего трансформатора

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

Недостатки повышающего трансформатора

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

Принцип работы понижающего трансформатора

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

• Н2 < Н1
• В2 < В1
• I2 > I1

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

Пример

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

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

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

Преимущества понижающего трансформатора

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

Недостатки понижающего трансформатора

• Требует тщательного обслуживания
• Работает только с AC

Реверсивность работы трансформатора

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

Применение повышающих трансформаторов

• Повышающие трансформаторы с первичными боковыми обмотками из толстого изолированного медного провода, повышающие напряжение до 11000 вольт и более, необходимы для пользователей с особыми требованиями к питанию, например, для работы рентгеновских аппаратов, микроволновых печей и электростанций.
• Трансформаторы повышающие применяются для распределения электрической энергии в линиях электропередач большой мощности.
• Эти трансформаторы используются для усиления электронных устройств.

Применение понижающих трансформаторов

Понижающие трансформаторы обычно используются в:

• Обычное домашнее оборудование, такое как компакт-диски, телевизор и дверные звонки.
• Стабилизаторы напряжения
• Инверторы
• Сети распределения электроэнергии
• Зарядка мобильного телефона
• Линии электропередачи

Рисунок 3: Повышающий высоковольтный трансформатор

Часто задаваемые вопросы

Каков основной научный принцип работы трансформатора?

Трансформатор работает по принципу взаимной индукции, согласно которому катушка с током создает пропорциональное магнитное поле и наоборот.

Требуется ли трансформатор другого типа для повышения или понижения мощности?

Один и тот же тип трансформатора может использоваться для любой цели.