§63. Назначение и принцип действия трансформатора

Назначение трансформатора.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Трансформаторы позволяют значительно повысить напряжение, вырабатываемое источниками переменного тока, установленными на электрических станциях, и осуществить передачу электроэнергии на дальние расстояния при высоких напряжениях (110, 220, 500, 750 и 1150 кВ). Благодаря этому сильно уменьшаются потери энергии в проводах и обеспечивается возможность значительного уменьшения площади сечения проводов линий электропередачи.

В местах потребления электроэнергии высокое напряжение, подаваемое от высоковольтных линий электропередачи, снова понижается трансформаторами до сравнительно небольших значений (127, 220, 380 и 660 В), при которых работают электрические потребители, установленные на фабриках, заводах, в депо и жилых домах. На э. п. с. переменного тока трансформаторы применяют для уменьшения напряжения, подаваемого из контактной сети к тяговым двигателям и вспомогательным цепям.

Кроме трансформаторов, применяемых в системах передачи и распределения электроэнергии, промышленностью выпускаются трансформаторы: тяговые (для э. п. с), для выпрямительных установок, лабораторные с регулированием напряжения, для питания радиоаппаратуры и др. Все эти трансформаторы называют силовыми.

Трансформаторы используют также для включения электроизмерительных приборов в цепи высокого напряжения (их называют измерительными), для электросварки и других целей. Трансформаторы бывают однофазные и трехфазные, двух- и многообмоточные.

Принцип действия трансформатора.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из стального магнитопровода 2 (рис. 212) и двух расположенных на нем обмоток 1 и 3.

Рис. 212. Схема включения однофазного трансформатора

Обмотки выполнены из изолированного провода и электрически не связаны. К одной из обмоток подается электрическая энергия от источника переменного тока. Эту обмотку называют первичной. К другой обмотке, называемой вторичной, подключают потребители (непосредственно или через выпрямитель).

При подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i₁, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е₁ и е₂. Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием э. д. с. е₂ по ее цепи проходит ток i₂.

Э. д. с, индуцированная в каждом витке первичной и вторичной обмоток трансформатора, согласно закону электромагнитной индукции зависит от магнитного потока, пронизывающего виток, и скорости его изменения. Магнитный поток каждого трансформатора является определенной величиной, зависящей от напряжения и частоты изменения переменного тока в источнике, к которому подключен трансформатор. Постоянна также и скорость изменения магнитного потока, она определяется частотой изменения переменного тока.

Следовательно, в каждом витке первичной и вторичной обмоток индуцируется одинаковая э. д.с. В результате этого отношение действующих значений э. д. с. Е₁ и E₂, индуцированных в первичной и вторичной обмотках трансформатора, будет равно отношению чисел витков N₁ и N₂ этих обмоток, т. е.

E₁/E₂ = N₁/ N₂.

Отношение э. д. с. Е_вн обмотки высшего напряжения к э. д. с. E_нн обмотки низшего напряжения (или отношение чисел их витков) называется коэффициентом трансформации,

n = Е_вн / E_нн = K_вн / K_нн.

Коэффициент трансформации всегда больше единицы. Если пренебречь падениями напряжения в первичной и вторичной обмотках трансформатора (в трансформаторах средней и большой мощности они не превышают обычно 2—5 % номинальных значений напряжений U₁ и U₂), то можно считать, что отношение напряжения U₁ первичной обмотки к напряжению U₂ вторичной обмотки приблизительно равно отношению чисел их витков, т. е.

U₁/U₂ ≈ N₁/ N₂

Таким образом, подбирая требуемое соотношение между числами витков первичной и вторичной обмоток, можно увеличивать или уменьшать напряжение на приемнике, подключенном к вторичной обмотке. Если необходимо на вторичной обмотке получить напряжение большее, чем подается на первичную, то применяют повышающие трансформаторы, у которых число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной.

В понижающих трансформаторах, наоборот, число витков вторичной обмотки меньше, чем в первичной.

Трансформатор не может осуществить преобразование напряжения постоянного тока. При подключении его первичной обмотки к сети постоянного тока в трансформаторе создается постоянный по величине и направлению магнитный поток, который не может индуцировать э. д. с. в первичной и вторичной обмотках. Поэтому не будет происходить передачи электрической энергии из первичной обмотки во вторичную.

При подключении первичной обмотки трансформатора к сети переменного тока через эту обмотку проходит некоторый ток, называемый током холостого хода. При включении нагрузки по вторичной обмотке трансформатора начинает проходить ток, при этом увеличивается и ток, проходящий по первичной обмотке.

Чем больше нагрузка трансформатора, т. е. электрическая мощность и ток i₂, отдаваемые его вторичной обмоткой подключенным к ней приемникам, тем больше электрическая мощность и ток i₁, поступающие из сети в первичную обмотку.

Ввиду того что потери мощности в трансформаторе обычно малы, можно приближенно принять, что мощности в первичной и вторичной обмотках одинаковы. В этом случае можно считать, что токи в обмотках трансформатора приблизительно обратно пропорциональны напряжениям: I₁/I₂ ≠ U₂/U₁ или что токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны числам витков первичной и вторичной обмоток: I₁/I₂ ≠ N₂/N₁.

Это означает, что в повышающем трансформаторе ток во вторичной обмотке меньше, чем в первичной (во столько раз, во сколько напряжение U₂ больше напряжения U₁), а в понижающем ток во вторичной обмотке больше, чем в первичной.

Поэтому в трансформаторах обмотки высшего напряжения выполняются из более тонких проводов, чем обмотки низшего напряжения.

Трансформаторы, виды и назначение | nord-eksim.ru

Что такое трансформатор, виды трансформаторов.

Раздел: Трансформаторы / 
Дата: 22 апреля, 2016 в 6:03 / 
Просмотров: 2492

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

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

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

Принципы работы трансформатора
В трансформаторе есть два вида обмоток (первичная и вторичная).
— К первичной обмотке напряжение подводится, а от вторичной отводится.
— Первичная обмотка получает питание  от внешнего источника, а с вторичной обмотки напряжение снимается.
— Переменный ток первичной обмотки создает в магнито-проводе переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает ток во вторичной обмотке
Действие трансформатора основано на законе Фарадея (законе электромагнитной индукции): изменяющийся во времени магнитной поток через площадку, ограниченную контуром, создает электродвижущую силу. Также существует и обратное утверждение : изменяющийся электрический ток индуцирует изменяющееся магнитное поле.

Режимы работы трансформатора
Существуют  три режима работы трансформатора:
— Холостой ход
— Режим короткого замыкания
— Рабочий режим
Если сердечник трансформатора изготовлен из мягкого магнитного материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

• Рекомендуем
• Комментарии

Рекомендуем наши товары

Трансформатор | Определение, типы и факты

Ключевые люди:

Никола Тесла

Похожие темы:

разделительный трансформатор
трансформатор с воздушным сердечником
согласующий трансформатор импеданса
трансформатор с железным сердечником
коэффициент поворота

Просмотреть весь связанный контент →

Популярные вопросы

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи переменного тока к одной или нескольким другим цепям, повышая (повышая) или уменьшая (понижая) напряжение.

Где используются трансформаторы?

Трансформаторы используются для самых разных целей. Например, трансформатор часто используется для снижения напряжения в обычных силовых цепях для работы низковольтных устройств и для повышения напряжения от электрогенераторов, чтобы можно было передавать электроэнергию на большие расстояния.

Почему железный сердечник трансформатора многослойный?

Железный сердечник трансформатора ламинирован для уменьшения вихревых токов. Вихревые токи — это небольшие токи, возникающие в результате изменения магнитного поля, создаваемого переменным током в первой катушке. Их необходимо свести к минимуму, чтобы они не мешали потоку электричества от первичной катушки к вторичной.

трансформатор , устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи переменного тока к одной или нескольким другим цепям, увеличивая (повышая) или уменьшая (понижая) напряжение. Трансформаторы используются для самых разных целей; например, для снижения напряжения обычных силовых цепей для работы низковольтных устройств, таких как дверные звонки и игрушечные электропоезда, и для повышения напряжения от электрогенераторов, чтобы можно было передавать электроэнергию на большие расстояния.

Трансформаторы изменяют напряжение посредством электромагнитной индукции; т. е. по мере того, как магнитные силовые линии (линии потока) нарастают и разрушаются при изменении тока, проходящего через первичную катушку, ток индуцируется в другой катушке, называемой вторичной. Вторичное напряжение рассчитывается путем умножения первичного напряжения на отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки, т. е. количество витков.

Викторина «Британника»

Энергия и ископаемое топливо

Трансформаторы с воздушным сердечником предназначены для передачи радиочастотных токов, т. е. токов, используемых для радиопередачи; они состоят из двух или более катушек, намотанных на твердый изолирующий материал или на форму изолирующей катушки. Трансформаторы с железным сердечником выполняют аналогичные функции в звуковом диапазоне частот.

Трансформаторы для согласования импеданса используются для согласования импеданса источника и его нагрузки для наиболее эффективной передачи энергии. Разделительные трансформаторы обычно используются из соображений безопасности, чтобы изолировать часть оборудования от источника питания.

Редакторы Британской энциклопедии
Эта статья была недавно пересмотрена и обновлена ​​Адамом Августином.

Никола Тесла | Биография, факты и изобретения

Никола Тесла

Смотреть все медиа

Дата рождения:

9 июля 1856 г. или 10 июля 1856 г.
Хорватия

Умер:

7 января 1943 г.
Нью-Йорк
Нью-Йорк

Изобретения:

Катушка Тесла

Предметы изучения:

магнитное поле

Просмотреть весь связанный контент →

Популярные вопросы

Где родился Никола Тесла?

Никола Тесла родился в семье сербов в Смильяне, на территории тогдашней Австрийской империи (сейчас в Хорватии).

Когда умер Никола Тесла?

Никола Тесла умер 7 января 1943 года в Нью-Йорке.

Где учился Никола Тесла?

Никола Тесла изучал инженерное дело в Техническом университете в Граце, Австрия, и в Пражском университете.

Как Никола Тесла изменил мир?

Тесла разработал систему питания переменного тока, которая обеспечивает электричеством дома и здания. Он также был пионером в области радиосвязи и получил более 100 патентов США.

Каким было детство Николы Теслы?

В детстве Тесла часто болел, но был способным учеником с фотографической памятью. Помимо интереса к технике, он обладал буйным воображением и любовью к поэзии.

Никола Тесла , (родился 9/10 июля 1856, Смильян, Австрийская империя [сейчас в Хорватии] — умер 7 января 1943, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США), сербско-американский изобретатель и инженер, открывший и запатентовавший вращающееся магнитное поле, основа большинства машин переменного тока. Он же разработал трехфазную систему передачи электроэнергии. Он иммигрировал в Соединенные Штаты в 1884 году и продал Джорджу Вестингаузу патентные права на свою систему динамо-машин переменного тока, трансформаторов и двигателей. В 1891 он изобрел катушку Тесла, индукционную катушку, широко используемую в радиотехнике.

Тесла был из семьи сербского происхождения. Его отец был православным священником; его мать была необразованной, но очень умной. Повзрослев, он проявил замечательное воображение и творчество, а также поэтический талант.

Викторина «Британника»

Изобретатели и изобретения

Подготовка к инженерной карьере, он учился в Техническом университете в Граце, Австрия, и в Пражском университете. В Граце он впервые увидел динамо-машину Грамме, которая работала как генератор и при реверсировании становилась электродвигателем, и придумал способ использовать переменный ток с пользой. Позже, в Будапеште, он визуализировал принцип вращающегося магнитного поля и разработал планы асинхронного двигателя, который стал его первым шагом на пути к успешному использованию переменного тока. В 1882 году Тесла отправился работать в Париж в Continental Edison Company и, находясь в командировке в Страсбурге в 1883 году, сконструировал в нерабочее время свой первый асинхронный двигатель. Тесла отплыл в Америку в 1884 году, прибыв в Нью-Йорк с четырьмя центами в кармане, несколькими собственными стихами и расчетами для летательного аппарата. Сначала он нашел работу у Томаса Эдисона, но эти два изобретателя были далеки друг от друга по происхождению и методам, и их разделение было неизбежным.

В мае 1888 года Джордж Вестингауз, глава компании Westinghouse Electric Company в Питтсбурге, купил патентные права на многофазную систему динамо-машин переменного тока, трансформаторов и двигателей Теслы. Сделка спровоцировала титаническую борьбу за власть между системами постоянного тока Эдисона и системой переменного тока Теслы-Вестингауза, которая в конечном итоге победила.

Вскоре Тесла основал собственную лабораторию, где его изобретательный ум мог получить полную свободу действий. Он экспериментировал с теневыми изображениями, подобными тем, которые позже использовал Вильгельм Рентген, когда открыл рентгеновские лучи в 189 г.5. Бесчисленные эксперименты Теслы включали работу с лампой из угольных кнопок, силой электрического резонанса и различными типами освещения.

Чтобы рассеять страх перед переменным током, Тесла устраивал выставки в своей лаборатории, на которых он зажигал лампы, пропуская электричество через свое тело. Его часто приглашали читать лекции дома и за границей. Катушка Теслы, которую он изобрел в 1891 году, сегодня широко используется в радиоприемниках, телевизорах и другом электронном оборудовании. В том же году Тесла получил американское гражданство.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Westinghouse использовала систему переменного тока Теслы для освещения Всемирной Колумбийской выставки в Чикаго в 1893 году. Этот успех стал фактором, позволившим им выиграть контракт на установку первого энергетического оборудования на Ниагарском водопаде, которое носило имя Теслы и номера патентов. К 1896 году проект принес энергию в Буффало.

В 1898 году Тесла объявил о своем изобретении телеавтоматической лодки, управляемой дистанционно. Когда прозвучал скептицизм, Тесла доказал свои утверждения перед толпой в Мэдисон Сквер Гарден.

В Колорадо-Спрингс, штат Колорадо, где он жил с мая 1899 года до начала 1900 года, Тесла сделал то, что он считал своим самым важным открытием, — земные стационарные волны. Этим открытием он доказал, что Землю можно использовать в качестве проводника и заставить резонировать на определенной электрической частоте. Он также зажег 200 ламп без проводов с расстояния 40 км (25 миль) и создал искусственную молнию, производя вспышки размером 41 метр (135 футов). Одно время он был уверен, что получил сигналы с другой планеты в своей лаборатории в Колорадо, и это утверждение было встречено с насмешкой в ​​некоторых научных журналах.

Вернувшись в Нью-Йорк в 1900 году, Тесла начал строительство на Лонг-Айленде беспроводной всемирной радиовещательной башни с капиталом в размере 150 000 долларов США от американского финансиста Дж. Пьерпонта Моргана. Тесла утверждал, что он обеспечил кредит, уступив 51 процент своих патентных прав на телефонию и телеграфию Моргану. Он рассчитывал обеспечить всемирную связь и предоставить средства для отправки изображений, сообщений, предупреждений о погоде и отчетов о запасах. Проект был заброшен из-за финансовой паники, трудовых проблем и отказа Моргана в поддержке. Это было величайшее поражение Теслы.

Затем работа Теслы переместилась на турбины и другие проекты. Из-за нехватки средств его идеи остались в его блокнотах, которые до сих пор просматриваются энтузиастами в поисках неиспользованных зацепок. В 1915 году он был сильно разочарован, когда сообщение о том, что он и Эдисон должны были разделить Нобелевскую премию, оказалось ошибочным. Тесла был награжден медалью Эдисона в 1917 году, высшей наградой, которую мог присудить Американский институт инженеров-электриков.

Узнайте о великих изобретениях Николы Теслы… и о его увлечении голубями

Посмотреть все видео к этой статье

Тесла позволял себе лишь нескольких близких друзей. Среди них были писатели Роберт Андервуд Джонсон, Марк Твен и Фрэнсис Мэрион Кроуфорд. Он был весьма непрактичен в финансовых вопросах и эксцентричен, движим принуждением и прогрессирующей боязнью микробов. Но у него была способность интуитивно чувствовать скрытые научные секреты и использовать свой изобретательский талант для доказательства своих гипотез. Тесла был находкой для репортеров, которые искали сенсационную копию, но проблемой для редакторов, которые не были уверены, насколько серьезно следует относиться к его футуристическим пророчествам. Едкая критика встретила его рассуждения о связи с другими планетами, его утверждения о том, что он может расколоть Землю, как яблоко, и его заявление об изобретении луча смерти, способного уничтожить 10 000 самолетов на расстоянии 400 км (250 миль).

После смерти Теслы хранитель чужой собственности конфисковал его сундуки, в которых хранились его документы, дипломы и другие почести, его письма и его лабораторные записи. В конечном итоге они были унаследованы племянником Теслы Саввой Косановичем, а позже размещены в музее Николы Теслы в Белграде.