Применение трансформатора – Трансформатор — Википедия

Виды и применение трансформаторов

МОУ Средняя общеобразовательная школа №16

Реферат на тему

«Трансформатор»

Выполнила

Ученица 11А класса

Зуева Катя

Проверила

Ващенко Т.К

Берёзовский 2010г.

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока (ГОСТ Р52002-2003).

Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

История

Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.

Столетов Александр Григорьевич (профессор МУ)сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (80-е).Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.

В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку. Она явилась прообразом трансформатора.30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон.

Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока, построил первый трёхфазный асинхронный двигатель и первый трёхфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 КВт при напряжении 95 В.

1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.

Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.

Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4.Существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Трансформа́тор то́ка — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации.

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.

Основные части конструкции трансформатора

Стержневой тип трёхфазных трансформаторов

Броневой тип трёхфазных трансформаторов

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между двумя различными базовыми концепциями:

· Стержневой

· Броневой

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Основными частями конструкции трансформатора являются:

– магнитная система (магнитопровод)

– обмотки

– система охлаждения

Магнитная система (магнитопровод) трансформатора — комплект элементов (чаще всего пластин) электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, собранных в определённой геометрической форме, предназначенный для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора. Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется — стержень.Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, называется — ярмо.

mirznanii.com

Применение трансформаторов |

В электросетях

Применение трансформаторов при передаче электроэнергии на большие расстояния помогает контролировать возникающие большие напряжения. Трансформаторы позволяют повысить уровень безопасности и снизить объемы используемой изоляции. Для преобразования напряжения используют трехфазные трансформаторы (в соответствии с тремя фазами электрической сети) либо в комплекс однофазных трансформаторов, объединенных по схеме «звезда» или «треугольник». Для желающих трансформатор купить, пройдите по ссылке.
В источниках питания

Трансформаторы широко применяются в источниках питания электроприборов для преобразования необходимого для питания напряжения из напряжения электросети. В современных блоках питания используется схема, согласно которой переменное напряжение сети сначала выпрямляют, после чего преобразуют в высокочастотные импульсы. Импульсный трансформатор преобразует импульсы во все нужные напряжения. Это позволяет значительно уменьшить массу блока питания.

Разделительные трансформаторы

Такие трансформаторы используются в электросетях для устранения угрозы поражения электрическим током (при одновременном касании человеком фазового провода или корпуса прибора с плохой изоляцией и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь). Прибор, включенный в сеть через трансформатор, безопасен, поскольку вторичная цепь трансформатора контакта с «землёй» не имеет.

Импульсные трансформаторы

Импульсные трансформаторы обеспечивают неискаженную передачу формы трансформируемых импульсов напряжения (в основном прямоугольного электрического импульса).

Измерительные трансформаторы

Применяют для измерения переменных напряжений и токов (очень больших или очень маленьких) в цепях релейной защиты и автоматики.

Измерительно-силовые трансформаторы

Этот тип трансформаторов широко используется в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до 1 мегаватта) для стабилизации выходного напряжения генератора. Трансформаторы представляют собой измерительные трансформаторы тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. С вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. Для трехфазных генераторов соответственно применяется трёхфазный трансформатор.

Согласующие трансформаторы

Согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадам электронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление, а также в высокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.

Фазоинвертирующие трансформаторы

Фазоинвертирующий трансформатор необходим в ламповых усилителях с двухтактным выходным каскадом – для подачи противоположных по полярности сигналов на базы двух транзисторов каскада.

Капитальный ремонт электродвигателей в Москве ООО Виток.

www.vitok-energo.ru

Виды трансформаторов – Трансформаторы

   Силовой трансформатор . 
   Силовой трансформатор — это трансформатор, который преобразует электроэнергию в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

   Автотрансформатор . 
   Автотрансформатор — трансформатор, где первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4 . Существенным плюсом является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

   Трансформатор тока . 
   Трансформатор тока — трансформатор , первичная обмотка которого подключена к источнику тока .Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации.

   Трансформатор напряжения . 
   Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения . Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА (релейная защита и автоматика) . Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

   Импульсный трансформатор . 
   Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

   Разделительный трансформатор . 
   Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или не токоведущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

   Пик-трансформатор . 
   Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

ukrelektrik.com

Виды и применение трансформаторов – часть 2

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют: Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня

Основным элементом обмотки является виток — электрический проводник, или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.

Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Проводник обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства (для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При увеличении площади проводника проводник может быть разделён на два и более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы называется жилой.

Транспонированный кабель применяемый в обмотке трансформатора

Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем.Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный кабель. Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с постоянным шагом и применения общей внешней изоляции[9].

Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения требуемой общей толщины.

Дисковая обмотка

Обмотки разделяют по:

1. Назначению

– Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.

– Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.

– Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.

2. Исполнению

– Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.

– Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.

– Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.

– Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Бак в первую очередь представляет собой резервуар для масла, а также обеспечивает физическую защиту для активного компонента. Он также служит в качестве опорной конструкции для вспомогательных устройств и аппаратуры управления.

Перед заполнением маслом бака с активным компонентом внутри из него выкачивается весь воздух, который может подвергнуть опасности диэлектрическую прочность изоляции трансформатора (поэтому бак предназначен для выдерживания давления атмосферы с минимальной деформацией).

Ещё одним явлением, учитываемым при проектировании баков, является совпадение звуковых частот, вырабатываемых сердечником трансформатора, и частот резонанса деталей бака, что может усилить шум, излучаемый в окружающую среду.

Конструкция бака допускает температурно-зависимое расширение масла. Чаще всего устанавливается отдельный расширительный бачок, который также называется расширителем.

При увеличении номинальной мощности трансформатора воздействие больших токов внутри и снаружи трансформатора оказывает влияние на конструкцию. То же самое происходит с магнитным потоком рассеяния внутри бака. Вставки из немагнитного материала вокруг сильноточных проходных изоляторов снижают риск перегрева. Внутренняя облицовка бака из высокопроводящих щитков не допускает попадания потока через стенки бака. С другой стороны, материал с низким магнитным сопротивлением поглощает поток перед его прохождением через стенки бака.

Обозначение на схемах

На схемах трансформатор обозначается следующим образом:

Центральная толстая линия соответствует сердечнику, 1 — первичная обмотка (обычно слева), 2,3 — вторичные обмотки

Число полуокружностей в очень грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности).

При обозначении трансформатора жирной точкой около вывода могут быть указаны начала катушек (не менее чем на двух катушках, знаки мгновенно действующей ЭДС на этих выводах одинаковы). Применяется при обозначении промежуточных трансформаторов в усилительных (преобразовательных) каскадах для подчёркивание син- или противофазности, а также в случае нескольких (первичных или вторичных) обмоток, если соблюдение «полярности» их подключения необходимо для работы остальной части схемы. Если начала обмоток не указаны явно, то предполагается, что все они направлены в одну сторону (после конца одной обмотки — начало следующей).В схемах трёхфазных трансформаторах «обмотки» располагают перпендикулярно «сердечнику» (Ш-образно, вторичные обмотки напротив соответствующих первичных), начала всех обмоток направлены в сторону «сердечника».

Применение трансформаторов

Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

Несмотря на высокий КПД трансформатора (свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности (до 16000 кВт). Применение в источниках электропитания.

Компактный сетевой трансформатор

Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до 30 киловольт (для питания анода кинескопа). В блоке питания персонального компьютера обычно также применяется импульсный трансформатор, на первичную обмотку которого подаётся переменное напряжение прямоугольной (чаще всего) формы с выхода инвертора. Система управления с помощью ШИМ позволяет стабилизировать напряжение на выходе источника электропитания. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины, зачастую содержат трансформаторы с несколькоми вторичными обмотками.

mirznanii.com

Трансформатор тока: применение и виды

В этой статье мы поговорим о преобразователях одного напряжения в другое. Само слово трансформатор происходит от латинского слова transformo, что значит преобразовывать, изменять или переделывать, сохранив суть. Так ли это на самом деле? Недаром ли говорят, что этот трансформатор является таким же чудом света, как египетские пирамиды, висячие сады Семирамиды? Одним словом, живым памятником творения рук человека.

Что такое трансформатор тока

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое служит для передачи энергии между двумя или более системами на основе закона электромагнитной индукции. Именно такое определение трансформатору даёт нормативная документация.

Идея состоит в том, чтобы подключить первую схему к первичной обмотке, состоящую из множества витков проволоки, создающих концентрированную зону с сильным магнитным полем внутри катушки. Затем разместить вторичную обмотку (или несколько), чтобы максимально возможное количество линий магнитного поля от первичной проходило через вторичную.

Это делают путем намотки первичной и вторичной обмотки в одно и то же пространство, но часто более удобным способом является использование магнитного сердечника из материала с высокой магнитной проницаемостью и малой магнитной силой. Линии магнитного поля хорошо проходят через материалы с высокой магнитной проводимостью – медь, алюминий.

Напряжение, приложенное к первичной обмотке, по закону Фарадея, будет увеличивать ток и создавать нарастающее магнитное поле. Согласно закону Фарадея, возникает обратное напряжение, равное скорости изменения магнитного потока, умноженного на количество витков в первичной. Скорость увеличения тока будет корректироваться до тех пор, пока это обратное напряжение не будет в равновесии с приложенным напряжением.

При этом вокруг первичной обмотки возникает магнитный поток, пересекающий витки вторичной обмотки. Изменяющийся магнитный поток во вторичной обмотке также индуцирует напряжение. Если количество витков в обмотках различно, то получится преобразование напряжения, чему соответствует само название «трансформатор». От меньшего или большего количества витков зависит какой, по сути, трансформатор: повышающий или понижающий.

Трансформаторы используют переменное электромагнитное поле для изменения напряжения питания. Они работают только с переменным током. Ток переменного значения легче генерировать и использовать в электродвигателях. Электричество наиболее эффективно передается при высоком напряжении, но для безопасного и эффективного использования оно должно иметь относительно низкое напряжение.

Простота генерации, трансформации и использования переменного напряжения – это то, почему переменный ток был принят в начале истории электроснабжения. Однако более эффективно передавать постоянный ток, поскольку потери ниже из-за постоянного высокого напряжения и уменьшения излучения энергии электромагнитного поля.

На практике используются только трансформаторы переменного тока, где входное напряжение постоянно меняет направление, и ток никогда не имеет возможности слишком сильно нарастать, чтобы не было перегрева и возгорания. Это электрическая машина, которая работает по принципу индукции и используется для преобразования компонентов электрической энергии на один набор проводов в другой набор, сохраняя при этом одну и ту же энергию на обоих концах.

Трансформатор переменного тока для преобразования постоянного тока, естественно, не предназначен. В противном случае это приведет к перегреву проводника. Устройства способны работать исключительно с переменным, импульсным и пульсирующим током.

Трансформатор постоянного тока не существует в виде традиционного устройства, работающего по принципу индукции Фарадея. Однако при моделировании силовых электронных преобразователей в модели стационарного контура иногда он используется.

Выбор трансформаторов

Основные компоненты

Существующие сегодня виды трансформаторов тока обладают определенными общими характеристиками. Все разновидности представленного оборудования имеют в своем составе три обязательных компонента – то, из чего состоит трансформатор. К ним относятся:

• Сердечник трансформатора (магнитопровод), набираемый из листов электротехнической стали толщиной 0 5 мм или 0 35 мм;
• Охлаждающая система. Чем больше мощность устройства, тем интенсивнее должна быть система охлаждения;
• Обмотки трансформатора, изготавливаемые из меди или алюминия.

Трансформаторные обмотки состоят из обмоточного провода и изоляционных деталей.

Чтобы использовать устройство, необходимо:

• Подготовить место для установки. Оно должно быть изолировано от публики ограждением или находиться в отдельно стоящем здании;
• Разместить и надежно подключить его к хорошо спроектированной сетке заземления;
• Подключить его к линиям высокого и низкого напряжения согласно нормам безопасности;
• Опробовать работу установленного устройства.

Это важно! Материал сердечника является ключевым моментом для процесса индукции и обмена накопленной энергией между электрическим и магнитным полями. Слабый магнитный поток первичной обмотки способен возбуждать (индуцировать) плотность магнитного потока в материале примерно в тысячу раз сильнее, чем в воздухе, и именно это позволяет преобразовывать энергию между электрическим и магнитным полями. Вот почему железный сердечник используется во всех электрических машинах.

Классификация и разновидности

Различают следующие типы трансформаторов:

1. В зависимости от числа фаз:

• однофазные, применяемые для однофазных нагрузок;
• трехфазные, используемые для трехфазной системы повышения и понижения напряжения.

1. В соответствии с режимом охлаждения:

• сухого типа с воздушным охлаждением;
• с масляным охлаждением компонентов.

3. По назначению:

• для линий передачи и распределения напряжения;
• для подключения измерительного прибора (например, электросчётчика) и релейных устройств защиты;
• для испытания электрооборудования на высокое напряжение;
• для выпрямления, регулировки.

4. По количеству обмоток трансформатора:

• двухобмоточный трансформатор, предназначенный для подключения двух энергосистем с различной степенью мощности;
• трехобмоточный, обычно используемый в трансформаторной подстанции региональной силовой установки, соединяющей три уровня напряжения;
• трансформатор самоподключения, предназначенный для подключения к разным напряжениям силовой системы. Также может применяться как обычный усилитель.

5. По конструкции:

• трансформатор с ферромагнитным сердечником, применяемый для высоковольтного силового трансформатора;
• трансформаторы с магнитопроводами из аморфных сплавов. Благодаря использованию новых магнитных материалов в этих устройствах, ток холостого хода снижен примерно на 80%. Это идеальный распределительный трансформатор с энергосберегающим эффектом, особенно подходящий для сельских электрических сетей и развивающихся регионов;
• трансформаторы с магнитопроводом, используемые для больших токов, например, в электропечах, для электросварки или в электронных приборах, телевизоре.

Для выбора того или иного устройства нет жестких правил. Но есть некоторые тенденции, которые основаны на практике применения.

Распределительный трансформатор

Например, силовые трансформаторы сухого типа с магнитопроводом популярны в приложениях высокого напряжения, таких как распределительные и силовые трансформаторы. Высокое напряжение соответствует высокому магнитному потоку. Статические потери – это потери на перемагничивание магнитопровода. Для того чтобы потери были небольшими, нужно использовать более толстый сердечник. Также при высоком напряжении требуется высокопрочная изоляция.

Импульсные трансформаторы популярны в низковольтных приложениях, электронных схемах и силовых электронных преобразователях. При низком напряжении по объему требуется больше медных проводов, чем железного сердечника. Таким образом, всё должно быть сопоставимо относительно всего размера трансформатора. Здесь уже изоляция не играет такую важную роль и может быть тонкой и легкой.

Авто трансформатор – это специальная разновидность устройства, в котором первичная и вторичная обмотка соединяются вместе.

Что такое трансформаторная нагрузка

Нагрузка подключается к выходу устройства согласно номинальной выходной мощности или величине рабочего тока системы. Физически трансформаторная нагрузка подключается как вторичная система. Эта система сохраняет выходные параметры устойчивыми, поглощая энергию, превышающую пороговую величину, или недостающую мощность, когда она опускается ниже допустимой границы. Нагрузка силовой трансформации является ссылкой на допуск к использованию.

Трансформатор – это устройство, которое перемещает энергию от одной системы к другой, например, к стандартной электрической сети. Он, как правило, представляет собой компонент модульного бокса, соединяющего систему энергетической компании с бытовыми системами. От фидеров трансформаторной подстанции отходят кабельные линии передач, подводимые к домам и предприятиям.

Эти системы работают на основе процесса, называемого индукцией. В этом случае две системы расположены достаточно близко друг к другу, чтобы электричество переходило из одной системы в другую. Нагрузка позволяет электричеству перемещаться в системе. Когда энергия течёт от источника питания по линии передачи, напряжение появляется в энергоприемниках. Этот процесс также является формой индукции – нагрузка и катушки трансформатора не касаются друг друга.

Система обеспечивает базовую стабильность качества электричества, подаваемого на объекты. Когда трансформатор работает слишком сильно, система снижает мощность. И при обратной картине, наоборот, заряженные катушки позволяют нагрузке добавлять дополнительную мощность в систему. Это предотвращает появление пиков в локальной системе, что увеличивает срок службы подключенной электроники.

В мире все естественным образом стремится к равновесию и стабильности. Система электроснабжения также стремится уравновесить потенциал, перемещая электричество с одного конца в другой, несмотря на то, что трансформаторная нагрузка и локальная система не соединены друг с другом. Если бы они были соединены, это привело бы к большому всплеску энергии и создало короткое замыкание.

Поскольку трансформатор является источником питания, он рассчитан на определенную величину мощности. Когда количество энергии, протекающей через устройство, падает ниже рекомендованной величины, это может привести к отключению электроэнергии в локальной системе. Если мощность превышает ее номинал, это может привести к перегрузке и повреждению системы.

Все трансформаторы должны иметь табличку с характеристиками или другие маркировки, показывающие номинальные напряжения для различных обмоток.

Если превысить эти напряжения, то есть риск возникновения отказа:

• насыщенность сердечника,
• отказ изоляции.

Мощные трансформаторы

Области использования

Трансформатор в основном используется для трех работ:

1. Изменения параметров (напряжение и ток) при неизменной частоте и мощности;
2. Для фильтрации постоянного тока, поскольку постоянный ток не может проходить через трансформатор из-за использования катушки, индуктивное сопротивление равно:

XL = 2 * pi * f * l, здесь f = 0 для постоянного тока.

3. Согласование импеданса – в некоторых случаях, когда требуется определенный импеданс для максимальной передачи мощности.

Дополнительная информация. Импеданс – это сопротивление потоку переменного тока через проводящий материал.

Применение трансформатора при передаче электроэнергии на большие расстояния помогает контролировать возникающие большие напряжения. Некоторые разновидности устройств используется для измерения, контроля, изоляции и защиты.

Измерительные трансформаторы тока

Обратите внимание! Правильно сконструированные разделительные трансформаторы имеют такие изолированные обмотки, чтобы свести к минимуму вероятность того, что сигналы смогут переходить от одной обмотки к другой. Между обмотками прокладывают диэлектрик, чтобы обеспечить максимальную изоляцию.

Трансформатор – это электрическое устройство, используемое для повышения или понижения напряжения переменного тока. При этом используется простое явление взаимной индукции для преобразования энергии от одной обмотки к другой. Количество обмоток с каждой стороны определяет коэффициент увеличения или понижения. Во всем этом преобразовании мощность с каждой стороны и частота остаются такими же.

Знать, какие бывают трансформаторы и зачем они нужны необходимо всем, тогда будут понятны многие другие вещи, связанные с электротехникой и электричеством. Можно даже самому сделать преобразующий трансформатор по технологии намотки и сборки, важно лишь не отступать от неё.

Видео

Оцените статью:

elquanta.ru

Назначение и области применения трансформаторов

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

С помощью трансформаторов повышается или понижается напряжение, изменяется число фаз, а в некоторых случаях преобразуется частота переменного тока. Возможность передачи электрических сигналов от одной обмотки к другой посредством взаимоиндукции была открытаМ. Фарадеем в 1831 г.; при изменении тока в одной из обмоток, намотанной на стальной магнитопровод, в другой обмотке индуцировалась ЭДС Однако первый практически работающий трансформатор создал известный изобретатель П. Н. Яблочков в содружестве с И. Ф. Усагиным в 1876 г. Это был двухобмоточный трансформатор с разомкнутым магнитопроводом.

В дальнейшем несколько конструкций однофазных трансформаторов с замкнутым магнитопроводом были созданы венгерскими электротехниками О. Блати, М. Дери и К. Циперноеским. Для развития трансформаторостроения и вообще электромашиностроения большое значение имели работы проф. А. Г. Столетова по исследованию магнитных свойств стали и расчету магнитных цепей.

Важная роль в развитии электротехники принадлежит М. О. Доливо-Добровольскому. Он разработал основы теории многофазных и, в частности, трехфазных переменных токов и создал первые трехфазные электрические машины и трансформаторы. Трехфазный трансформатор современной формы с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости, был изобретен им в 1891 г. С тех пор происходило дальнейшее конструктивное усовершенствование трансформаторов, уменьшалась их масса и габариты, повышалась экономичность. Основные положения теории трансформаторов были разработаны в трудах Е. Арнольда и М. Видмара.

В развитии теории трансформаторов и совершенствовании их конструкции большое значение имели работы советских ученых В. В. Корицкого, Л. М. Пиотровского, Г. Н. Петрова, А. В. Сапожникова, А. В. Трамбицкого и др.

Трансформаторы широко используют для следующих целей:

1. Для передачи и распределения электрической энергии. Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6—24 кВ. Передавать же электроэнергию на дальние расстояния выгодно при больших напряжениях, поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, повышающие напряжение.

В настоящее время для высоковольтных линий электропередачи в СССР применяют силовые трансформаторы с масляным охлаждением напряжением 330, 500 и 750 кВ, мощностью до 1200—1600 MB-А. В связи со строительством дальних линий электропередачи Экибастуз — Центр, Экибастуз — Урал и других напряжением 1150 кВ переменного тока наша электро­промышленность создала трансформаторные группы, состоящие из трех однофазных трансформаторов мощностью 667 MB-А, а для линий 1500 В постоянного тока — двенадцатифазные преобразовательные блоки с четырехобмоточными трансформаторами общей мощностью 1500 MB-А. КПД таких трансформаторов составляет 98 — 99% и выше.

Для перспективных линий электропередачи переменного тока напряжением 1800—2000 кВ и постоянного тока напряжением 3000 кВ разрабатывают трансформаторы мощностью 1320 MB-А на одну фазу.

Электрическая энергия распределяется между промышленными предприятиями и населенными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий по воздушным и кабельным линиям при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех узлах распределительных сетей должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение. Кроме того, понижающие трансформаторы следует устанавливать в пунктах потребления электроэнергии, так как большинство электрических потребителей переменного тока работает при напряжениях 220, 380 и 660 В. Таким образом, электрическая энергия при передаче от электрических станций к потребителям подвергается в трансформаторах многократному преобразованию (3 — 5 раз). При­меняемые для этих целей трансформаторы могут быть одно-и трехфазными, двух- и трехобмоточными.

1. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжений на входе и выходе преобразователя. В вентильных преобра зователях, выпрямляющих переменный ток или преобразующих его из постоянного в переменный (инверторы), отношение напряжений на входе и выходе зависит от схемы включения вентилей.  Поэтому  если на вход преобразователя подается стандартное напряжение, то на выходе получается нестандартное. Для устранения этого недостатка вентильные преобразователи, как правило, снабжают трансформаторами, обеспечивающими стандартное выходное напряжение при принятой схеме включения вентилей. Кроме того, ряд схем включения вентилей требует обязательного применения трансформатора. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют преобразовательными. Их мощность достигает тысяч киловольт-ампер, напряжение 110 кВ; они работают при частоте 50 Гц и более. Рассматриваемые трансформаторы выполняют одно-, трех- и многофазными с регулированием выходного напряжения в широких пределах и без регулирования.

В последнее время для возбуждения мощных турбо-и гидрогенераторов, электропривода и других целей все шире начинают применять трансформаторы с естественным воздушным охлаждением напряжением 3 — 24 кВ и мощностью 133-6300 кВ-А. Благодаря использованию в этих трансформаторах новой теплостойкой изоляции удается повысить их нагрузочную способность и в 1,3 — 1,5 разасократить, массогабаритные показатели по сравнению с применявшимися ранее трансформаторами с масляным охлаждением.

1. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др. Мощность их достигает десятков тысяч киловольт-ампер при напряжении до 10 кВ; они работают обычно при частоте 50 Гц.
2. Для питания различных цепей радио- и телевизионной аппаратуры; устройств связи, автоматики в телемеханики, электробытовых приборов; для разделения электрических цепей различных элементов этих устройств; для согласования напряжений и т. п. Трансформаторы, используемые в этих устройствах, обычно имеют малую мощность (от нескольких вольт-ампер до нескольких киловольтампер), невысокое напряжение, работают при частоте 50 Гц и более. Их выполняют двух-, трех- и многообмоточными; условия работы, предъявляемые к ним требования и принципы проектирования весьма специфичны.
3. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов, например реле, в электрические цепи высокого напряжения или в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют измерительными. Они имеют сравнительно небольшую мощность, определяемую мощностью, потребляемой электроизмерительными приборами, реле и др.

Трансформаторы, перечисленные в п. 1, 2, 3 и частично в п. 4, предназначенные для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и потребителей электрической энергии, называют силовыми. Для режима их работы характерны неизменная частота переменного тока и очень малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных значений.

Силовые трансформаторы, выпускаемые отечественными заводами, разделены на несколько групп (габаритов) от I до VIII. Например, трансформаторы мощностью до 100 кВ•А включительно относят к габариту I, от 160 до 630 кВ • А — к габариту II, от 1000 до 6300 кВ • А — к габариту III и т. п.

nomek.ru

Назначение и области применения трансформаторов

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. При помощи трансформаторов повышают или понижают напряжение, изменяют число фаз и в некоторых случаях преобразуют частоту переменного тока.

Трансформаторы широко используют для следующих целей.

Для передачи и распределения электрической энергии. Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6—24 кВ, передавать же энергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500 и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения.

Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населенными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям при напряжении 220, 110, 35, 20 и 6 кВ. Следовательно, во всех узлах распределительных сетей должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение. Понижающие трансформаторы также надо устанавливать в пунктах потребления электроэнергии, так как большинство электрических потребителей переменного тока работает при напряжениях 220, 380 и 660 В.
Таким образом, электрическая энергия при передаче от электрических станций к потребителям подвергается в трансформаторах многократному преобразованию (3—5 раз).
Трансформаторы, служащие для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и электропотребителей, называют силовыми. Мощность силовых трансформаторов достигает очень больших значений (до 1 млн. кВ • А), а напряжение — до 1150 кВ.
На электровозах силовые тяговые трансформаторы служат для снижения напряжения на токоприемнике до напряжения питания тяговых двигателей и других устройств. С их помощью производят ступенчатое изменение напряжения для пуска и регулирования режимов работы тяговых двигателей.

1. Для обеспечения нужной схемы включения полупроводниковых преобразователей, когда необходимо согласование напряжения на их входе и выходе. Такие трансформаторы называют преобразовательными.
2. Для различных технологических целей: сварки, питания электротермических установок и т. п.
3. Для питания различных цепей теле- и радиоаппаратуры, устройств связи и автоматики. Такие трансформаторы могут работать при очень больших частотах (до десятков килогерц).
4. Для включения электроизмерительных приборов — измерительные трансформаторы.

Трансформаторы могут быть однофазными или трехфазными, иметь две или больше обмоток.

Ещё по теме:

silovoytransformator.ru