Что представляет собой трансформатор |

Главная  /  Статьи о трансформаторах  /  Что представляет собой трансформатор

Трансформатор представляет собой две катушки индуктивности разделённые между собой слоем изоляции предохраняющим обмотки от пробоя при чрезмерной нагрузке.

Теория

Электрический ток, как электро движущая сила <э.д.с.>, возможен только при наличии переменного (меняющегося) магнитного поля (скорость изменения магнитного поля определяется частотой питающего тока). В простейшем электрогенераторе переменного тока, где якорь возбуждения имеет ряд (по окружности) постоянных магнитов с чередующейся полярностью <s,n>. По этому число магнитов на якоре всегда чётное, для возбуждения обмоток магнитное поле снимается минимум в двух точках обязательно на разных полюсах якоря.

Устройство

Простейший трансформатор состоит из:

 

1. первичной обмотки

2. вторичной обмотки

3. сердечника

Обмотки представляют собой отрезок обычно медной проволоки покрытой изоляцией с целью исключить меж виткового замыкания.

Сердечник обычно собранный из пластин электротехнической стали (также существуют сердечники из ферромагнитных материалов и конструкций трансформаторов без сердечников, применяемые при работами с током высокой и сверх высокой частоты).

Сечение сердечника должно свободно позволять магнитному полю перетекать из места полярности <s> в место <n>, заданному первичной обмоткой, что особенно важно при постройке трансформаторов, обеспечивающих питание для электродуговой сварки. Задача сердечника отражать сохранять и аккумулировать магнитное поле в различных условиях работы трансформатора.

 

Работа трансформатора основывается на создании и потреблении переменного магнитного обмотками. Первичная обмотка содержит необходимое количество витков для создания максимального по силе магнитного поля и минимальной нагрузкой на питающую сеть.

Вторичная обмотка имеет необходимое количество обмоток для снятия расчетного тока, а также необходимое сечение провода по расчетным параметрам (напряжение, сила тока, мощность).

Питающий ток подаётся на первичную обмотку, в силу количества витков и сопротивления зависимого от длинны и сечения проволоки создаётся расчетно необходимое магнитное поле, полностью питающее вторичную обмотку. Ремонт трансформаторов — ответственное дело. Виток-энерго занимается ремонтом электродвигателей и трансформаторов  уже 20 лет.

Все фотоматериалы, размещенные на сайте vitok-energo.ru являются оригинальными и были созданы на ремонтной базе ООО»Виток» с участием сотрудников предприятия.

Представленное оборудование (трансформаторы и электродвигатели) было передано нашими Заказчиками в ремонт или подготовлено для дальнейшей продажи. Статьи о трансформаторах.

Трансформаторы

3. 6. Трансформаторы

Трансформатор – это устройство, служащее для повышения или понижения
переменного напряжения без изменения его частоты и практически без потерь
мощности. Трансформатор состоит из двух или более катушек, надетых на общий
сердечник. Катушка, которая
подключается к источнику переменного напряжения,
называется первичной, а катушка, к которой присоединяется нагрузка (потребители
электрической энергии), — вторичной (рис. 3.22). Сердечники
трансформаторов изготавливаются из электротехнической стали и набираются из
отдельных изолированных друг от друга пластин (для уменьшения потерь энергии
вследствие возникновения в сердечнике вихревых токов) – рисунок 3.23.

Катушки трансформатора, как правило, содержат разное количество витков, причем
большее напряжение оказывается приложено к катушке с большим числом витков. Если
трансформатор используется для повышения напряжения, то обмотка с меньшим числом
витков подключается к источнику напряжения, а к обмотке с большим числом витков
присоединяется нагрузка. Для понижения напряжения все делается наоборот. При
этом не следует забывать, что подавать на первичную обмотку можно напряжение не
больше номинального (того, на которое она рассчитана).

Коэффициентом трансформации называют отношение числа витков в первичной
обмотке к числу витков во вторичной обмотке. Он равен также отношению ЭДС в
обмотках.      

При отсутствии потерь в обмотках коэффициент трансформации равен отношению
напряжений на зажимах обмоток: k=U₁/U₂.

Для понижающего трансформатора коэффициент трансформации больше 1, а для
повышающего — меньше 1.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. При
протекании переменного тока через первичную катушку вокруг нее возникает
перемененное магнитное поле и магнитный поток, который пронизывает также и
вторую катушку. В результате во вторичной катушке появляется вихревое
электрическое поле и на ее зажимах возникает ЭДС индукции.

Трансформатор характеризуется коэффициентом полезного действия, равным отношению
мощности, выделяющейся во вторичной катушке, к мощности, потребляемой первичной
катушкой от сети. У хороших трансформаторов КПД составляет 99 — 99,5%.

Важным свойством трансформатора является его способность преобразовывать
сопротивление нагрузки. Рассмотрим трансформатор с КПД приблизительно равным
100%. В этом случае мощность, выделяющаяся во вторичной цепи трансформатора,
будет равна мощности, потребляемой первичной обмоткой от источника напряжения.
Для такого трансформатора мощность, потребляемая от источника напряжения, будет
чисто активной. Мощность в первичной цепи трансформатора P₁=(U₁²)/R₁,
а во вторичной цепи P₂=(U₂²)/R₂.

Так как P₁=P₂
и U₁=kU₂
, то R₁=k²R₂.

Таким образом, нагрузка сопротивлением R₂,
подключаемая к источнику переменного напряжения через трансформатор, по мощности
будет эквивалентна нагрузке сопротивлением R₁,
подключаемой без трансформатора.

Для регулировки переменного напряжения широко применяются лабораторные
автотрансформаторы. Автотрансформаторы рассчитаны на подключение к сети
переменного напряжения 220 В или 127 В. Как правило, выходное напряжение
автотрансформатора регулируется плавно до 250 В. Принципиальная схема
автотрансформатора приведена на рисунке 
3.24а, а его устройство

показано на рисунке 3.24 б. Обмотка трансформатора выполнена
изолированным проводом в один слой. На участках обмотки, которых касается
подвижный контакт с угольной вставкой, изоляция очищена. При перемещении
контакта угольная вставка закорачивает виток провода. Однако вследствие
небольшого напряжения на одном витке и заметного сопротивления угольной вставки
через замкнутый виток протекает допустимый ток.

Первичная обмотка автотрансформатора является частью его вторичной обмотки и
поэтому между первичной и вторичной обмоткой трансформатора имеется
гальваническая связь. К вторичной обмотке автотрансформатора нельзя
непосредственно подключать потребители, один из проводов которых может оказаться
соединенным с землей. Такое подключение приведет к аварии или несчастному
случаю. При работе с автотрансформатором запрещается заземлять вторичную
цепь.

Рассмотрим кратко простейший расчет маломощных трансформаторов бытовой
радиоаппаратуры. Мощность трансформатора (в Вт) численно равна квадрату площади
(в см²) поперечного сечения среднего стержня магнитопровода. Зная
номинальную мощность трансформатора, можно  найти ток в первичной обмотке при
номинальной нагрузке во вторичных обмотках. Диаметр провода обмотки выбирается
из расчета (2,5-3)А/мм² поперечного сечения провода. Для стандартных
магнитопроводов, применяемых для изготовления трансформаторов, число витков на 1
вольт примерно равно частному от деления 50 на площадь поперечного сечения
центрального стержня магнитопровода, выраженную в см². Однако в
зависимости от качества магнитопровода коэффициент может изменяться от 35 до 65.

Полное сопротивление катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником зависит
от силы протекающего через нее тока. Сопротивление катушки в зависимости от силы
протекающего тока сначала увеличивается, достигает максимального значения, а
затем уменьшается. На рисунке 3.25 приведена зависимость тока,
протекающего в обмотке ненагруженного трансформатора, от приложенного к ней
напряжения (исследован трансформатор источника ВУ-4/36 в режиме повышения
напряжения).

Зависимость, приведенную на рисунке 3.25, называют характеристикой
холостого хода трансформатора. Нелинейное возрастание тока холостого хода в
зависимости от приложенного к первичной обмотке напряжения начинается примерно с
0,8U_ном. Номинальное напряжение первичной
обмотки трансформатора выбирают так, чтобы ток холостого хода составлял 5-10% от
номинального тока. При напряжении 1,1U_ном
ток холостого хода не должен превышать 20-25% номинального тока нагруженного
трансформатора.

Электрический трансформатор — Основная конструкция, работа и типы

Электрический трансформатор представляет собой статическую электрическую машину, которая преобразует электрическую мощность из одной цепи в другую без изменения частоты. Трансформатор может увеличивать или уменьшать напряжение с соответствующим уменьшением или увеличением тока.

Принцип работы трансформатора

Основным принципом работы трансформатора является явление взаимной индукции между двумя обмотками, связанными общим магнитным потоком. На рисунке справа показана простейшая форма трансформатора. В основном трансформатор состоит из двух катушек индуктивности; первичная обмотка и вторичная обмотка. Катушки электрически разделены, но магнитно связаны друг с другом. Когда первичная обмотка подключена к источнику переменного напряжения, вокруг обмотки создается переменный магнитный поток. Сердечник обеспечивает магнитный путь для потока, который связывается со вторичной обмоткой. Большая часть потока связана со вторичной обмоткой, которая называется «полезным потоком» или основным «потоком», а поток, который не связан со вторичной обмоткой, называется «потоком утечки». Так как создаваемый поток переменный (направление его постоянно меняется), во вторичной обмотке индуцируется ЭДС в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Эта ЭДС называется «ЭДС взаимной индукции», и частота ЭДС взаимной индукции такая же, как и у подведенной ЭДС. Если вторичная обмотка замкнута, то по ней протекает взаимно индуцированный ток, а значит, электрическая энергия передается от одной цепи (первичной) к другой цепи (вторичной).

Базовая конструкция трансформатора

В основном трансформатор состоит из двух индуктивных обмоток и многослойного стального сердечника. Катушки изолированы друг от друга, а также от стального сердечника. Трансформатор также может состоять из контейнера для сборки обмотки и сердечника (называемого баком), подходящих втулок для подключения клемм, маслорасширителя для подачи масла в бак трансформатора для охлаждения и т. д. На рисунке слева показана основная конструкция трансформатора. трансформатор.
Во всех типах трансформаторов сердечник изготавливается путем сборки (укладки) ламинированных стальных листов с минимальным воздушным зазором между ними (для получения непрерывного магнитного пути). Используемая сталь имеет высокое содержание кремния и иногда термообработана для обеспечения высокой проницаемости и низких потерь на гистерезис. Ламинированные стальные листы используются для уменьшения потерь на вихревые токи. Листы разрезаются по форме E, I и L. Чтобы избежать большого сопротивления на стыках, пластины укладываются чередованием сторон стыка. То есть, если стыки первой листовой сборки находятся на лицевой стороне, то стыки следующей сборки остаются на задней грани.

Типы трансформаторов

Трансформаторы можно классифицировать по различным основаниям, таким как типы конструкции, типы охлаждения и т. д.

(A) На основе конструкции трансформаторы можно разделить на два типа: (i) Трансформатор с сердечником и (ii) Трансформатор с кожухом, которые описаны ниже.

(i) Трансформатор с сердечником

В трансформаторе с сердечником обмотки представляют собой цилиндрические формованные обмотки, установленные на концах сердечника, как показано на рисунке выше. Цилиндрические катушки имеют разные слои, и каждый слой изолирован друг от друга. Для изоляции можно использовать такие материалы, как бумага, ткань или слюда. Обмотки низкого напряжения располагают ближе к сердечнику, так как их легче изолировать.

(ii) Трансформатор кожухового типа

Катушки предварительно намотаны и установлены слоями, уложенными друг на друга с изоляцией между ними. Трансформатор оболочкового типа может иметь простую прямоугольную форму (как показано на рис. выше) или может иметь распределенную форму.

(B) В зависимости от назначения

1. Повышающий трансформатор: Повышение напряжения (с последующим уменьшением тока) на вторичной обмотке.
2. Понижающий трансформатор: падает напряжение (с последующим увеличением тока) на вторичной обмотке.

(C) В зависимости от типа питания

1. Однофазный трансформатор
2. Трехфазный трансформатор

(D) В зависимости от их использования

1. Силовой трансформатор: Используется в сети передачи, высокая мощность
2. Распределительный трансформатор: Используется в распределительной сети, имеет сравнительно более низкую мощность, чем у силовых трансформаторов.
3. Приборный трансформатор: используется для реле и защиты в различных приборах в промышленности

•  Трансформатор тока (ТТ)
• Трансформатор напряжения (PT)

(E) На основе используемого охлаждения

1. Маслонаполненный самоохлаждающийся тип
2. Маслонаполненный с водяным охлаждением
3. С воздушным дутьем (с воздушным охлаждением)

Новое сообщение
Старый пост
На главную

Трансформаторы — Объяснение основ

Объяснение различных типов трансформаторов

Магазин трансформаторов

Трансформатор представляет собой электротехническое устройство, которое по принципу электромагнитной индукции передает электрическую энергию из одной электрической цепи в другую, не изменяя частоты. Передача энергии обычно происходит при изменении напряжения и тока. Трансформаторы либо увеличивают, либо уменьшают переменное напряжение.

Трансформаторы используются для удовлетворения самых разнообразных потребностей. Некоторые трансформаторы могут быть высотой в несколько этажей, например, такие, которые можно найти на электростанции, или достаточно маленькие, чтобы их можно было держать в руке, которые можно использовать с подставкой для зарядки видеокамеры. Независимо от формы или размера, цель трансформатора остается неизменной: преобразование электроэнергии из одного типа в другой.

В настоящее время используется множество различных типов трансформаторов. В этом ресурсе более подробно рассматриваются силовые трансформаторы, автотрансформаторы, распределительные трансформаторы, измерительные трансформаторы, изолирующие трансформаторы, трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Как работают трансформаторы

Важно помнить, что трансформаторы не генерируют электроэнергию; они передают электрическую мощность от одной цепи переменного тока к другой с помощью магнитной связи. Сердечник трансформатора используется для обеспечения управляемого пути для магнитного потока, создаваемого в трансформаторе током, протекающим через обмотки, также известные как катушки. Базовый трансформатор состоит из четырех основных частей. Части включают входное соединение, выходное соединение, обмотки или катушки и сердечник.

Когда на первичную обмотку подается входное напряжение, в первичной обмотке начинает течь переменный ток. При протекании тока в сердечнике трансформатора создается изменяющееся магнитное поле. Когда это магнитное поле пересекает вторичную обмотку, во вторичной обмотке возникает переменное напряжение.

Соотношение между количеством фактических витков провода в каждой катушке является ключом к определению типа трансформатора и выходного напряжения. Отношение между выходным напряжением и входным напряжением такое же, как отношение числа витков между двумя обмотками.

Выходное напряжение трансформатора больше входного, если во вторичной обмотке больше витков провода, чем в первичной. Выходное напряжение повышено и считается «повышающим трансформатором». Если вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная, выходное напряжение ниже. Это «понижающий трансформатор».

Конфигурации трансформатора

Существуют различные конфигурации как для однофазных, так и для трехфазных систем.

• Однофазный источник питания — Однофазные трансформаторы часто используются для подачи электроэнергии для освещения жилых помещений, розеток, кондиционирования воздуха и отопления. Однофазные трансформаторы можно сделать еще более универсальными, если первичная и вторичная обмотки состоят из двух равных частей. Затем две части любой обмотки могут быть повторно соединены последовательно или параллельно.
• Трехфазное питание — Питание может подаваться через трехфазную цепь, содержащую трансформаторы, в которой используется комплект из трех однофазных трансформаторов, или используется трехфазный трансформатор. Когда в преобразовании трехфазной мощности участвует значительная мощность, экономичнее использовать трехфазный трансформатор. Уникальное расположение обмоток и сердечника значительно экономит железо.
• Треугольник и звезда Определено — Существуют две конфигурации подключения для трехфазного питания: треугольник и звезда. «Дельта» и «звезда» — греческие буквы, обозначающие конфигурацию проводников на трансформаторах. При соединении треугольником три проводника соединяются встык в форме треугольника или треугольника. Для звездочки все проводники исходят из центра, то есть они соединены в одной общей точке.
• Трехфазные трансформаторы — Трансформаторы трехфазные имеют шесть обмоток; три первичных и три вторичных. Шесть обмоток соединены производителем либо треугольником, либо звездой. Как указывалось ранее, первичная и вторичная обмотки могут быть соединены по схеме треугольник или звезда. Они не должны быть подключены в одной конфигурации в одном и том же трансформаторе. Фактические используемые конфигурации подключения зависят от приложения.

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор используется в основном для передачи электроэнергии от линии электроснабжения к электрической цепи или к одному или нескольким компонентам системы. Силовой трансформатор, используемый с твердотельными цепями, называется выпрямительным трансформатором. Номинальные характеристики силового трансформатора определяются максимальным напряжением вторичной обмотки и пропускной способностью по току.

Распределительный трансформатор

Распределительный трансформатор опорного типа используется для подачи относительно небольшого количества электроэнергии в жилые дома. Он используется в конце системы подачи электроэнергии.

Автотрансформатор

Автотрансформатор представляет собой особый тип силового трансформатора. Он состоит из одной непрерывной обмотки, на одной стороне которой имеется отвод, обеспечивающий либо повышающую, либо понижающую функцию. Это отличается от обычного двухобмоточного трансформатора, у которого первичная и вторичная обмотки полностью изолированы друг от друга, но магнитно связаны общим сердечником. Обмотки автотрансформатора связаны между собой как электрически, так и магнитно.

Автотрансформатор изначально дешевле двухобмоточного трансформатора аналогичного номинала. Он также имеет лучшую стабилизацию (меньшие падения напряжения) и большую эффективность. Кроме того, его можно использовать для получения нейтрального провода трехпроводной сети 240/120 вольт, точно так же, как вторичную обмотку двухобмоточного трансформатора. Автотрансформатор считается небезопасным для использования в обычных распределительных цепях. Это связано с тем, что первичные цепи высокого напряжения подключены непосредственно к вторичной цепи низкого напряжения.

Изолирующий трансформатор

Разделительный трансформатор — это уникальный трансформатор. Он имеет передаточное отношение 1:1. Следовательно, он не повышает или понижает напряжение. Вместо этого он служит защитным устройством. Он используется для изоляции заземленного проводника линии электропередачи от шасси или любой части нагрузки цепи. Использование изолирующего трансформатора не снижает опасности или поражения электрическим током при контакте со вторичной обмоткой трансформатора.

Технически любой настоящий трансформатор, независимо от того, используется ли он для передачи сигналов или мощности, является изолирующим, поскольку первичная и вторичная обмотки соединены не проводниками, а только индукцией. Однако только трансформаторы, основной целью которых является изоляция цепей (в отличие от более распространенной функции трансформатора преобразования напряжения), обычно называют изолирующими трансформаторами.

Приборный трансформатор

Для измерения высоких значений тока или напряжения желательно использовать стандартные измерительные приборы малого диапазона вместе со специально сконструированными измерительными трансформаторами, также называемыми трансформаторами точного коэффициента. Трансформатор с точным коэффициентом соответствует своему названию. Он преобразуется с точным коэффициентом, позволяющим подключенному прибору измерять ток или напряжение, фактически не пропуская через прибор полную мощность. Требуется преобразовать относительно небольшое количество энергии, потому что единственная нагрузка, называемая нагрузкой, представляет собой тонкие подвижные элементы амперметра, вольтметра или ваттметра.

Существует два типа измерительных трансформаторов:

1. Ток — Используется с амперметром для измерения тока при переменном напряжении
2. Потенциал — Используется с вольтметром для измерения напряжения (разности потенциалов) переменного тока.

Трансформатор тока

Трансформаторы тока относятся к типу измерительных трансформаторов

. Они используются для измерения

электрических токов.

Трансформатор тока имеет первичную обмотку из одного или нескольких витков толстой проволоки. Он всегда подключается последовательно в цепи, в которой измеряется ток. Вторичная катушка состоит из множества витков тонкого провода, который всегда должен быть подключен к клеммам амперметра. Вторичная обмотка трансформатора тока никогда не должна быть разомкнута. Это связано с тем, что первичка не подключена к постоянному источнику. Существует широкий диапазон возможных первичных напряжений, поскольку устройство можно подключать ко многим типам проводников. Вторичная обмотка всегда должна быть доступна (замкнута) для реакции с первичной, чтобы предотвратить полное намагничивание сердечника. Если это произойдет, приборы больше не будут точно считывать показания.

Накладной амперметр работает аналогичным образом. При открытии зажима и размещении его вокруг проводника с током сам проводник действует как первичная обмотка с одним витком. Вторичка и амперметр удобно крепятся в рукоятке прибора. Циферблат позволяет точно измерять ряд текущих диапазонов.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — это тщательно спроектированный, чрезвычайно точный понижающий трансформатор.