Основные части трансформатора и их назначение: устройство и характеристики

Как работает трансформатор

Трансформатор работает по взаимной индукции. Во-первых, давайте посмотрим, что такое индукция.

Что такое индукция

Если через провод пропускается электрический ток, создается магнитное поле.

Магнитное поле является неотъемлемой частью электрического. А электрическая энергия хранится в магнитном поле.

В постоянных магнитах наличие магнитного поля объясняется направлением «доменов в одном направлении». Каждый атом имеет собственное небольшое магнитное поле. У постоянных магнитов эти небольшие магнитные поля направлены в одном направлении. Вот почему постоянный магнит имеет такое сильное магнитное поле.

И другие материалы могут быть намагничены, например, направить магнитные поля в одном направлении. Это создаст искусственно созданный магнит.

Кстати, у ремонтников очень популярен магнит, который намагничивает и размагничивает отвертки. Такими отвертками удобно пользоваться, так как винтики и шурупы останутся на отвертке и не выпадут при неосторожном движении.

А индуктивность — это способность материала создавать магнитное поле, когда электрический ток течет через этот материал.

Чем больше материал может создавать магнитное поле, тем больше его индуктивность.

Магнитное поле можно увеличить, создав катушку.

Просто возьмите нить и оберните ею рамку. И магнитные поля катушек складываются.

Это индуктор.

Провод в индукторе должен быть изолирован. Потому что, если хотя бы один виток замкнуть накоротко, магнитное поле будет неравномерным. Между витками произойдет короткое замыкание, в результате чего магнитное поле потеряет однородность.

Если подать на катушку постоянный ток, магнитное поле также будет постоянным. Это не изменится. Что делать, если вы отключите катушку от источника? Тогда наступит явление самоиндукции. По мере уменьшения тока не остается ничего, что могло бы поддерживать магнитное поле. И так вся энергия, которая была в магнитном поле, превращается в электрическую.

Изменение магнитного поля создает электрическое поле.

Увеличение индуктивности сердечником

Как увеличить индуктивность? Только по количеству витков и диаметру провода? На индуктивность также влияет окружающая среда. Воздух — не лучший материал для хранения или передачи магнитных полей. Обладает низкой магнитной проницаемостью. Кроме того, это значение изменяется при изменении плотности и температуры воздуха. Поэтому для увеличения индуктивности используются ферромагнетики. К ним относятся железо, никель, кобальт и др.

Если сделать сердечник в центре катушки из таких материалов, можно увеличить индуктивность катушки.

Ферромагнетики используются для изготовления сердечников (магнитных цепей). В основном они используют электротехническую сталь, специально изготовленную для этих целей.

Кстати, теперь индуктивность сердечника регулировать намного проще. Просто плавно переместите сердечник внутри катушки, и индуктивность изменится плавно. Это удобнее, чем сдвигать кривые друг от друга.

Взаимоиндукция и принцип передачи тока

Поскольку в одной катушке можно накапливать энергию из-за магнитного поля, можно передавать эту энергию другой катушке.

Допустим, есть две одинаковые катушки индуктивности. Один запитан, другой нет.

Когда питание подключено, первая катушка будет иметь магнитное поле. А если поднести вторую катушку ближе к первой, во второй катушке наведется ЭДС из-за магнитного поля первой.

Но ЭДС второй катушки долго не протянет. Если к первой катушке приложить постоянное напряжение, магнитное поле также будет постоянным.

А электрический ток возникает только в переменном магнитном поле. Следовательно, ток во второй катушке исчезнет сразу же, как только стабилизируется магнитное поле.

Если мы изменим полярность на первой катушке, ее магнитное поле изменится. Это означает, что он изменится и во второй катушке. Это снова вызывает ток во второй катушке, но ненадолго.

Для непрерывной передачи тока от первой катушки ко второй требуется источник переменного тока. Переменный ток создает переменное магнитное поле. А переменное магнитное поле, пронизывающее проводник, создает в нем переменный индуцированный ток.

И поэтому, если на первую катушку подать переменное напряжение, также возникнет переменное магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует электромагнитное поле во второй катушке, и ток будет во второй катушке.

Это явление называется взаимной индукцией. Когда из-за индуктивности ток из одной части цепи может передаваться в другую с помощью электромагнитного поля.

Многие путают электромагнитную индукцию и взаимную индукцию. Но это разные явления, хотя принцип действия во многом схож.

Помимо переменного тока можно также использовать импульсный ток, при котором более и менее не меняют положение. Главное, соблюдать правило: сила тока должна менять свое значение. И тогда будет переменное магнитное поле.

Кстати, при работе балластов и ламп издаваемый ими грохот — это звук катушек или их сердечников. Это связано с индукцией. Магнитное поле из-за разного направления катушек частично смещает катушки и ядра, поэтому появляется один и тот же звук. Это касается и электродвигателей. Поэтому такие детали залиты смолой или компаундом, чтобы уменьшить производимый звук.

Устройство трансформатора

Что, если бы катушки были другими? Таким образом, вы можете преобразовывать напряжение из одного значения в другое. Так работает трансформатор. Трансформатор преобразует напряжение первичной обмотки в напряжение разной величины на вторичной обмотке.

Трансформатор работает только с переменным током, импульсным или любым другим, значение которого со временем меняется.

Трансформатор преобразует ток и напряжение, но не позволяет увеличить мощность. Напротив, из-за нагрева он поглощает некоторую мощность. И, несмотря на это, его КПД может достигать 99%.

Классический трансформатор

Разберем устройство классического трансформатора.

Его основная функция — уменьшить или увеличить напряжение источника питания. Сетевое напряжение и низкочастотный источник питания (от 50 Гц). Частота переменного тока важна для расчетов.

Классический трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, а также сердечника (магнитопровода).

Преобразуемое напряжение подается на первичную обмотку. А со вторичной обмотки снимается напряжение, которое получается за счет взаимной индукции. Сердечник увеличивает магнитный поток.

Как происходит трансформация? Это просто. Можно рассчитать индуктивность первичной и вторичной обмоток. Если требуется низкое напряжение, вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная. Поскольку первичка работает за счет сетевого напряжения, то она рассчитана на 220В с небольшим запасом из-за колебаний сети.

Вторичное напряжение не в фазе относительно первичного. Это связано с явлением взаимной индукции. График показывает приблизительную разницу синусоид.

Трансформаторы могут быть источниками фазовых искажений. Сигналы изменяются по фазе из-за индуктивности, как показано на графике выше.

На принципиальных схемах классический трансформатор обозначен двумя катушками с сердечником.

Следовательно, если у трансформатора несколько вторичных обмоток, количество катушек в цепи будет другим.

Количество обмоток на трансформаторе может быть любым. Может быть несколько первичных и вторичных обмоток. А есть трансформаторы с общей точкой для двухполюсного питания.

Кстати, если вы думаете, что у трансформатора нет сторон, таких как диоды или транзисторы, то вы ошибаетесь. Трансформатор также имеет начало и конец обмотки. На принципиальных схемах обозначение начала обмотки указано точкой и цифрами.

Зачем это нужно? Дело в том, что магнитная индукция имеет свое направление, и на этом основан весь принцип работы схемы. Если вы подключите обмотку не так, как показано на схеме, вся схема перестанет работать так, как задумано изначально. Другой пример — трехфазные электродвигатели. Для них для правильной работы важно знать начало и конец намотки.

Коэффициент трансформации

Трансформеры имеют понятие трансформационных отношений. Это соотношение его входных и выходных характеристик (отношение количества витков первичной обмотки к вторичной).

Например, при уменьшении трансформатора с 220 В до 12 В его коэффициент больше единицы, то есть K <1. А если вниз, наоборот, K> 1. Коэффициент разделения равен 1.

От чего зависит мощность трансформатора

При расчете учитываются следующие параметры:

• Размеры магнитопровода (сердечника);
• Количество кругов;
• Сечение провода;
• Количество обмоток;
• Частота работы.

И все эти значения меняются в зависимости от проектной мощности и требуемых параметров.

Типы классических трансформаторов

Классические трансформаторы по типу магнитопровода и расположению катушек делятся на три основных типа:

Броня часто состоит из E (или W, как многие ее называют) пластин, которые изолированы друг от друга краской. В этом типе катушки заключены внутри сердечника, как и под якорем. Поэтому их так и называют.

И сердечник тоже может быть лентой, но положение витков от этого не меняется.

Однако с точки зрения эффективности преобразования мощности это не лучший вариант. Магнитный поток неоднороден. А бронированный трансформатор более уязвим для помех и помех извне. Но с другой стороны, у этого типа есть неоспоримое преимущество. Катушка наматывается довольно просто и сборка магнитопровода не составляет труда.

Такие трансформаторы часто используются в малогабаритной бытовой технике. Например, они часто встречаются в мощных компьютерных колонках.

Стержни различаются особенностями расположения катушек и конструкцией магнитопровода. Этот тип трансформатора еще называют П-образным, это связано с тем, что конструктивно сердечник такого трансформатора представляет собой ленту и собирается из узкой полосы электротехнической стали. А для установки катушек в сердечник он состоит из двух форм в форме буквы П.

После установки двух катушек на первую часть сердечника вторая часть замыкает его при окончательной сборке.

Этот тип является противоположностью бронетранспортера. У такого трансформатора обмотки снаружи, а у бронированного наоборот — внутри.

Тороидальные трансформаторы являются наиболее эффективными и сложными в производстве. Сложности изготовления заключаются в том, что сердечник имеет форму тора. Он замкнутый, и катушки в сердечнике разместить так же просто, как в катушках стержня и якоря.

утюг трансформатора можно разделить на две полукруглые части (как у П-образного трансформатора), но намотать обмотку нельзя. Он не будет таким плотным и однородным.

Поэтому витки наматываются прямо на сердечник. А это намного дольше и такой процесс сложнее автоматизировать. В результате цена на такой трансформатор будет выше.

Режимы работы трансформаторов

Есть три основных режима:
1. Режим ожидания. Первичная обмотка подключена к сети, а вторичная обмотка не подключена к нагрузке.

2. Способы загрузки. Это способ работы. Первичная обмотка преобразует сетевое напряжение, а вторичная принимает его и подает на нагрузку.

3. Режим короткого замыкания. Короткое замыкание вторичной обмотки. Это аварийный режим для большинства трансформаторов. В такой ситуации он может быстро перегреться и выйти из строя.

Все режимы и их критические параметры также зависят от типа трансформатора. Например, для трансформатора тока режим холостого хода аварийный.

Импульсные трансформаторы

Импульсные трансформаторы имеют другой тип действия. Они преобразуют напряжение в высокие частоты с помощью схемы управления. Конечно, из-за этого схема работы усложняется, но это позволяет накапливать большое количество энергии в катушках. Большим преимуществом перед традиционными трансформаторами является его компактность. Если классический трансформатор мощностью 100 Вт имеет большие размеры, импульсный трансформатор будет в десять раз меньше.

Одним из недостатков импульсных блоков питания является наличие импульсных помех. Но даже это вмешательство можно сгладить. Поэтому все блоки питания компьютеров, ноутбуков и зарядных устройств часто изготавливаются на импульсных трансформаторах.

Импульсные трансформаторы также питают лампы подсветки в мониторах, которые освещают матрицу. Это касается TFT-мониторов.

Отличия импульсных трансформаторов от классических

Можно выделить несколько отличий тезиса:

• Частота работы;
• Основной состав;
• Габаритные размеры;
• Схема работы;
• Цена.

К тому же, как правило, импульсные трансформаторы имеют больше обмоток, чем классические.

Почему сердечник не делают сплошным

Сердечники (магнитопроводы) изготовлены из железных пластин, поскольку во время работы возникают вихревые токи. Их еще называют вихревыми токами. Эти токи возникают из-за индукции обмоток в сердечнике. В результате сердечник может перегреться и даже расплавить катушки.

Поэтому у низкочастотных трансформаторов сердечники состоят из изолированных друг от друга пластин.

Листы можно покрасить или заизолировать бумагой. Это уменьшает короткое замыкание в пластинах.

можно ли сделать сердечник твердым? Да, ты можешь. А в импульсных трансформаторах сердечники сделаны из ферромагнитного порошка, в котором частицы изолированы друг от друга. Его называют железным сердечником. Но это возможно только на высоких частотах, на которых работает импульсный трансформатор.

Что делает трансформатор

Трансформатор имеет множество полезных и важных функций:

• Он передает электричество на расстояние. Он способен увеличивать переменное напряжение. Это помогает передавать переменный ток на большие расстояния. Поскольку провода также имеют сопротивление, требуется высокое напряжение от источника тока, чтобы преодолеть сопротивление проводов. Поэтому трансформаторы незаменимы в электрических сетях, где они повышают напряжение до десятков тысяч вольт. Распределительные трансформаторы также расположены рядом с электростанциями, вырабатывающими электроэнергию. Они повышают напряжение для передачи потребителям. А рядом с потребителями стоит понижающий трансформатор, понижающий напряжение до 220В 50Гц.

• Силовая электроника. Трансформатор является частью блока питания. Он снижает входное сетевое напряжение, которое затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется и подается на плату. Фактически, он используется практически во всех блоках питания и преобразователях.

• Он питает радиолампы и электронно-лучевые трубки. Радиолампам требуется широкий диапазон напряжений. Это 12В и 300В и т.д.

• Для этих целей делаются трансформаторы, понижающие и повышающие сетевое напряжение. Это достигается за счет наличия нескольких обмоток на одном сердечнике. Разновидностью ламп являются электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). Они используются в электронных микроскопах, где детальные изображения микроскопических поверхностей могут быть получены с помощью электронного луча. Они требуют высокого напряжения, порядка нескольких десятков тысяч киловольт. Это необходимо для ускорения электронного пучка в вакуумной трубке до высоких скоростей. Электрон в вакууме может увеличить скорость своего движения за счет увеличения напряжения. А здесь, кстати, используется импульсный трансформатор. Увеличьте напряжение с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Такие трансформаторы называются линейными (или строчными).

Такое название неспроста, поскольку такой преобразователь выполняет функцию строчной развертки. По сути, кинескоп — это электронно-лучевая трубка. Поэтому для работы телевизоров, в которых используется кинескоп, потребуется линейный трансформатор.

• Преодолейте сопротивление. В усилителях звука важную роль играет согласование источника и потребителя. Поэтому существуют соответствующие трансформаторы, позволяющие передавать на нагрузку максимальную мощность. Если бы такого трансформатора не существовало, усилители на ногах, рассчитанные на 100 Вт, выдавали бы в нагрузку менее 50 Вт.

Например, выход усилителя составляет 2 кОм, а трансформатор соответствует импедансу и снижает напряжение для бесперебойной работы динамика. А на его вторичной обмотке сопротивление всего несколько десятков Ом.

• Для безопасности. Трансформатор создает гальваническую развязку между сетью и источником питания. Это последняя линия безопасности в блоке питания, если что-то пойдет не так. Будет время взорвать предохранитель. Или катушки и магнитопровод расплавятся, но потребитель не получит нагрузку на сеть. Он физически не подключен к сети 220 В. Связь происходит только с помощью магнитного поля (взаимной индукции). А если трансформатор рассчитан на 100 Вт, он сможет выдавать только 100 Вт.

Таким образом, потребитель будет защищен от опасных сильных токов. Вот почему бестрансформаторные блоки питания считаются опасными.

• Деталь оружия. В электрошокерах используются высокие напряжения. А трансформатор высокого напряжения помогает их форматировать. Он также используется в некоторых конструкциях пушек Гаусса.

Вопросы об устройстве трансформатора

-Почему расстояние между катушками минимизировано?
Это сделано для лучшего контакта с магнитными полями. Если зазор велик, КПД трансформатора будет низким.

— Можно ли сделать трансформатор без сердечника с такой же мощностью, как у сердечника?
Да, но тогда вам нужно увеличить количество оборотов, чтобы увеличить магнитный поток. Например, с сердечником обмотки могут иметь несколько тысяч витков. А без сердечника придется увеличивать магнитный поток за счет катушек. А количество витков будет несколько десятков тысяч. Это не только увеличивает размер катушек, но также снижает их эффективность и увеличивает вероятность перегрева.

-Могу ли я подключить понижающий трансформатор как повышающий?
Если у вас есть трансформатор, понижающий напряжение сети с 220 В до 12 В, вы можете подключить его как повышающий. То есть можно подать на него переменное напряжение 12 В на вторичную обмотку и получить повышение на первичной 220 В.

-Что произойдет, если на вторичную обмотку понижающего трансформатора будет подано сетевое напряжение?
Тогда обмотка сгорит. Его сопротивление, количество витков и сечение провода не рассчитаны на такие напряжения.

-Можете ли вы сделать трансформер своими руками в домашних условиях?
Да, вполне реально. И этим занимаются многие радиолюбители и электронщики. А некоторые даже зарабатывают на продаже готовой продукции. Но стоит помнить, что это долгая, трудная и непростая работа. Нам нужны качественные материалы. Это железо для трансформаторов, медные эмалированные провода различного сечения, изоляционные материалы.

Все материалы должны быть качественными. Если медный провод плохо изолирован, возможно короткое замыкание между витками, что неминуемо приведет к перегреву. И для начала нужно рассчитать все параметры будущего трансформатора. Это можно сделать с помощью различных программ, доступных в Интернете.

К тому же это долгие часы сборки. Особенно если вы решили намотать тороидальный трансформатор.

намотывать витки необходимо плотно и равномерно, записывать каждые десять, чтобы не запутаться и не изменить характеристики будущего преобразователя или блока питания.

-Что будет, если включить трансформатор без сердечника?
Поскольку трансформатор изначально рассчитывался с сердечником, он не сможет полностью преобразовать напряжение. То есть на вторичке что-то будет, но явно не те параметры. А если подключить нагрузку к обмоткам без сердечника, они быстро нагреваются и сгорают.

Неисправности трансформаторов

Основные отказы трансформатора включают:

• Коррозия и ржавчина на сердечнике;
• Перегрев и выход из строя изоляции;
• Короткое замыкание между витками;
• Деформация корпуса, обмоток и сердечника
• Попадание воды в обмотку.

Как проверить на целостность

Трансформатор можно проверить обычным мультиметром. Установите измеритель в режим измерения сопротивления и проверьте обмотки.

Они никогда не должны быть на обрыве. Если нигде нет обрывов, можно определить первичную и вторичную обмотки, измерив сопротивление. Первичная обмотка понижающего трансформатора будет иметь более высокое сопротивление, чем вторичная. Все это связано с количеством кругов. Чем больше количество витков и чем меньше диаметр провода, тем больше сопротивление обмотки.

Вы также можете найти паспорт на свой трансформатор. Указывает сопротивления обмоток и их параметры, которые нужно будет проверить мультиметром.

Безопасная проверка работы трансформатора

Если вы решили намотать трансформатор или проверить старый, обязательно подключите лампочку в разрыв цепи (последовательно!). Если что-то пойдет не так, свет включится и будет принимать ток на себя и сможет спасти неисправный трансформатор.

Трансформатор. Холостой и рабочий ход трансформатора. Передача и потребление электроэнергии

Трансформатор Электрический ток можно преобразовать практически без потерь. На практике чаще всего требуется низкое напряжение. Устройство, используемое для преобразования (увеличения или уменьшения) переменного напряжения, называется трансформатором. Или трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, которое преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Впервые трансформаторы применил в 1878 году русский ученый П. Н. Яблочков.

Самый простой трансформатор состоит из сердечника 2 (магнитопровода) замкнутой формы, на который намотаны две обмотки: первичная 1 и вторичная 2. Сердечник собран из множества тонких пластин ферромагнитного сплава, чтобы уменьшить влияние вихревых токов внутри стали, возникающие при появлении магнитного поля.

Обозначение трансформатора

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока, а вторичная обмотка, соответственно, к потребителям электроэнергии. Ток, протекающий через первичную обмотку, создает переменный магнитный поток (F) в сердечнике трансформатора. В результате магнитной индукции переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора создает ЭДС индукции в обмотке, включенной в первичную обмотку.

Напряжение на вторичной обмотке зависит от количества витков первичной и вторичной обмоток трансформатора:

U1 — напряжение на первичной обмотке трансформатора, В;

U2 — напряжение на вторичной обмотке трансформатора, В;

N1 — количество витков первичной обмотки;

N2 — количество витков вторичной обмотки;

K — коэффициент трансформации.

При k> 1 трансформатор будет понижающим, при k <1 — повышающим.

Режимы работы трансформатора:

• Неактивный режим трансформатора называется режимом открытой вторичной обмотки;
• режим работы (ход) трансформатора — режим, при котором нагрузка с сопротивлением R = 0 включена в цепь его вторичной обмотки;
• режим короткого замыкания — это режим, при котором вторичная обмотка трансформатора замкнута без нагрузки. Этот режим опасен для трансформатора, потому что в этом случае ток во вторичной обмотке максимален, а система электрически и термически перегружена.

Передача и использование электроэнергии

Электроэнергия, вырабатываемая генераторами на электростанциях, передается потребителям на большие расстояния. Широко используются трансформаторы в корпусе. Линии, по которым электрическая энергия передается от электростанций к потребителям, называются линиями электропередач (ЛЭП). При передаче электроэнергии на большие расстояния неизбежны ее потери, связанные с нагревательными проводами. Потери из-за нагрева электрических кабелей прямо пропорциональны I2 в проводнике (согласно закону Джоуля-Ленца). Для снижения потерь энергии необходимо снизить силу тока в ЛЭП. При заданной мощности уменьшение силы тока возможно только при увеличении напряжения (P = UI). Для этого между генератором и линией электропередачи включается повышающий трансформатор, а между линией электропередачи и потребителем электроэнергии подключается повышающий трансформатор.

В бытовой технике (в целях безопасности) используются низкие напряжения 220 и 380 В. Современные трансформаторы имеют высокий КПД — более 99%.

Технологическая цепочка передачи электроэнергии

Классификации

Трансформаторы классифицируются по ряду параметров, таких как:

• Деловое свидание, встреча. Они используются: для изменения напряжения, измерения тока, защиты электрических цепей, в качестве лабораторных и промежуточных устройств.
• Способ установки. В зависимости от положения и мобильности трансформатор может быть: стационарный, переносной, внутренний, внешний, опорный, сборный.
• Количество ступеней. Устройства делятся на одноступенчатые и каскадные.
• Номинальное напряжение. Бывают низкое и высокое напряжение.
• Изоляция обмоток. Чаще всего используется масло-бумага, сухая, составная.

Кроме того, преобразовательные устройства бывают разных типов, каждое из которых имеет свою систему классификации.

Силовой

Чаще всего используется силовой трансформатор. Устройства с прямым преобразованием переменного напряжения, рассчитанные на большую мощность, востребованы в различных отраслях электроэнергетики. Применяются на линиях электропередачи напряжением 35–1150 кВ, в городских электрических сетях напряжением 6 и 10 кВ, для питания конечных потребителей напряжением 220 / 380В. С помощью устройств подаются питание на всевозможные электроустановки и устройства в диапазоне от долей до сотен тысяч вольт.

Силовой трансформатор

Измерительные

Трансформаторы тока (ТТ) снижают ток до требуемых значений. Схема их работы отличается последовательным включением первичной обмотки и нагрузки. При этом вторичная обмотка, находящаяся в состоянии, близком к короткому замыканию, используется для подключения измерительных приборов, исполнительных устройств и индикаторов. С помощью ТА осуществляется гальваническая развязка, что позволяет отбрасывать шунты при измерениях.

ТТ высокого напряжения (слева) и ТТ низкого напряжения (справа)

С помощью трансформаторов напряжения (ТН) так же, как ТТ только напряжения. Помимо преобразования входных параметров, электрооборудование и его отдельные элементы защищены от высокого напряжения.

Телевизор высокого напряжения (слева) и телевизор низкого напряжения (справа)

Импульсный

Если необходимо преобразовать сигналы импульсного характера, то используются импульсные трансформаторы (ИТ). Изменяя амплитуду и полярность импульсов, устройства сохраняют их длительность и практически не меняют форму.

Автотрансформатор

В автотрансформаторах обмотки образуют цепь и взаимодействуют посредством электромагнитной и электрической связи. В отличие от преобразователей других типов, устройства могут содержать только 3 выхода, что позволяет работать с разными напряжениями. Устройства отличаются высоким КПД, что особенно актуально при небольшой разнице входного и выходного напряжения.

Однофазный (слева) и трехфазный (справа)

Без гальванической развязки представители этого типа увеличивают риск поражения нагрузкой высоким напряжением. Надежное заземление и низкий коэффициент трансформации — обязательные условия для работы устройств. Недостаток компенсируется меньшим расходом материалов при изготовлении, компактностью и массой, стоимостью.

Разделительный

Для развязывающих трансформаторов взаимодействие между обмотками исключено. Устройства повышают безопасность электрооборудования с поврежденной изоляцией.

Изолирующий трансформатор

Согласующий

Согласующие трансформаторы используются для выравнивания сопротивлений между ступенями электронных схем. Сохраняя форму волны, они действуют как гальваническая развязка.

Пик-трансформатор

С помощью пикового трансформатора синусоидальное напряжение преобразуется в импульсное. В этом случае импульсы меняют полярность с каждым полупериодом.

Сдвоенный дроссель

Особенностью двойного пускателя является идентичность обмоток. Взаимная индукция катушек делает его более эффективным, чем стандартные дроссели. Устройства используются в качестве входных фильтров в источниках питания, аудио и цифровой технике.

Двойной стартер

Сварочный

Помимо вышеперечисленного, существует понятие сварочных трансформаторов. Специализированные устройства для сварочных работ снижают напряжение домашней сети за счет увеличения силы тока, измеряемой тысячами ампер. Последнее регулируется путем разделения обмоток на сектора, что отражается на индуктивном сопротивлении.

Сварочный трансформатор

Конструкция и принцип действия

Внешний вид типичного трансформатора тока показан на рисунке 1. Особенностью этих моделей является то, что они имеют диэлектрический корпус. Формы корпуса могут быть разными, от прямоугольных до цилиндрических. В некоторых моделях нет сквозных покрышек по центру корпуса. Вместо этого было сделано отверстие для намотки провода, служащего первичной обмоткой.

Рис. 1. Трансформатор тока

Диэлектрические материалы выбираются исходя из величины напряжений, на которые рассчитано устройство, и условий его эксплуатации. Для обслуживания промышленных энергосистем выпускаются мощные ТТ с цилиндрическими керамическими корпусами (см. Рис. 2).

Рис. 2. Промышленный керамический трансформатор тока

Особенностью трансформатора является обязательное наличие нагрузочного элемента (сопротивления) во вторичной обмотке (см. Рис. 3). Сопротивление необходимо для предотвращения работы в режиме без вторичных нагрузок. Работа трансформатора тока с разряженными вторичными обмотками недопустима из-за сильного нагрева (вплоть до разрушения) магнитопровода.

Рис. 3. Принципиальная схема трансформатора тока

В отличие от трансформаторов напряжения, трансформаторы тока имеют только один виток первичной обмотки (см. Рис. 4). Этот контур часто представляет собой шину, проходящую через центральный контур с намотанными вокруг него вторичными обмотками (см. Рис. 5).

Рис. 4. Схематическое изображение ТТ

Рис. 5. Устройство ТТ

Иногда проводник электрической цепи выступает в роли первичной обмотки. Для этого конструкция сердечника позволяет использовать шарнирное соединение частей трансформатора для намотки провода (см. Рис. 6).

Рис. 6. ТТ с раздельным корпусом

Сердечники трансформаторов изготавливаются методом прокатки кремнистой стали. В высокоточных моделях сердечники изготавливаются из материалов на основе нанокристаллических сплавов.

Принцип работы.

Основная задача трансформаторов тока — снизить (увеличить) значение тока до приемлемого значения. Принцип действия основан на свойствах преобразования переменного электрического тока. Результирующий переменный магнитный поток улавливается магнитной цепью, перпендикулярной направлению первичного тока. Этот поток создается переменным током первичной обмотки и индуцирует ЭДС во вторичной обмотке. После подключения нагрузки электрический ток начинает течь по вторичной цепи.

Связь между обмотками и токами выражается формулой: k = W2 / W1 = I1 / I2 .

Поскольку ток во вторичной катушке обратно пропорционален количеству витков в ней, поэтому, увеличивая (уменьшая) коэффициент трансформации, который зависит от соотношения количества витков в обмотках, можно получить желаемое значение выходного тока.

На практике очень часто это значение устанавливается путем выбора количества витков вторичной обмотки, что делает первичную обмотку одновитковой.

Линейная зависимость выходного тока (при номинальной мощности) позволяет определять параметры величин в первичной цепи. Численно это значение во вторичной обмотке равно произведению реального значения тока на номинальный коэффициент трансформации.

В идеале I1 = kI2 = I2W2 / W1. Учитывая, что W1 = 1 (один оборот) I1 = I2W2 = kI2. Эти простые вычисления можно ввести в программу электронного счетчика.

Рис. 7. Принцип работы трансформатора тока

На рисунке 7 не показан подтягивающий резистор. При измерении необходимо учитывать его влияние. Все допустимые погрешности измерений отображаются классом точности CT.

Зависимость от различного характера нагрузки

Режим трансформатора с замкнутым сопротивлением (оборудование, принимающее электричество) вторичной называется нагрузкой, ток создает магнитный поток. Это означает, что магнитные силы обеих обмоток действуют в преобразователе, создавая магнитный поток в сердечнике. Нагрузка — мощность оборудования, подключенного к вторичной обмотке, равная напряжению, умноженному на электрический ток и коэффициент мощности:

Параметры внешних характеристик (включая изменение напряжения во вторичной обмотке) зависят от типа нагрузки.

Числовое значение определяет коэффициент:

Kn = I2 / I2nom = I1 / I1nom

Характеристики нагрузки — это фазовый угол напряжения относительно вторичного тока.

Нагрузка трансформатора составляет:

• активно-емкостный;
• активный (только теоретически);
• активно-индуктивный.

Вектор тока для любого типа нагрузки отстает от электродвижущей силы вторичного угла φ2.

Емкостная

Для емкостной нагрузки характерно увеличение тока перед увеличением напряжения. Если нагрузка такого преобразователя, с ее увеличением, происходит дальнейшее намагничивание трансформатора, возрастает выходное напряжение, абсолютное значение тока превышает цифровое значение электродвижущей силы на φ2 и φ2 <0. Бывает, что вторичное напряжение становится выше соответствующего первичного напряжения.

Активная

Зарядка переменным током считается активной, если соблюдается закон Ома так же, как и при подаче постоянного тока, вся электроэнергия используется по назначению (без потерь). Например, лампа излучает луч света, не выделяя тепла. Это означает, что напряжение и ток колеблются в одной и той же фазе (cos φ2 = 1). Тревожная нагрузка — это теоретическая модель, которая не встречается на практике. При увеличении данного вида нагрузки напряжение на выходе вторичной обмотки уменьшается, φ2 = 0.

Индуктивная

Индуктивная зарядка характеризуется задержкой тока от увеличения напряжения, что требует использования реактивной мощности. Если индуктивная нагрузка трансформатора увеличивается, вторичное напряжение уменьшается из-за размагничивания обмоток, его абсолютное значение меньше электродвижущей силы φ2 и φ2> 0.

Итог

Трансформаторы используются во многих местах. Их конструкция разная и для каждой задачи по-своему уникальна.

Интересные факты про трансформаторы

Трансформатор — самый эффективный преобразователь. Его КПД (КПД) может достигать 99% (силовые трансформаторы). Но для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) КПД обычно не более 30%.

Наиболее производительным, но в то же время сложным в изготовлении является тороидальный трансформатор. Он эффективен благодаря расположению катушек и магнитной цепи. Это усложняет производственный процесс, особенно в промышленных масштабах.

Метод проведения опыта

Потери холостого хода рассчитываются при настройке режима. Для подготовки к работе отключают питание обмотки. Они остаются открытыми. Также цепи запитываются электричеством, но только по первому контуру. Устройство должно работать при указанном напряжении.

Ток, называемый XX, протекает через первичную цепь сварочного аппарата или электростанции. Значение составляет 3-9% от указанных показателей. При этом на катушке вторичной цепи нет напряжения. В исходной цепи создается поток вектора магнитной индукции, который обеспечивает ток, который проходит через вращение двух обмоток. Электродвижущая сила самоиндукции также проявляется в первичной, а ответной индукции — во вторичных цепях.

Основные режимы работы

В зависимости от силы резистора и нагрузки трансформаторы имеют разные режимы работы:

1. Минимум.
2. Короткое замыкание.

Имея информацию об эквивалентной схеме, можно исследовать требуемые режимы работы трансформатора.

Холостой ход

Когда через первичную катушку протекает переменный ток, во внутреннем сердечнике создается переменный магнитный поток, нагревая электродвижущую силу индукции каждой обмотки. Сердечник контролирует магнитное поле, благодаря чему поток присутствует только в сердечнике и однороден во всех сечениях.

Режим холостого хода или обрыв второй обмотки снижает ток за счет сопротивления катушки. В этом состоянии расходуется мало энергии.

Под нагрузкой

Состояние короткого замыкания — это режим, при котором провода вторичной катушки замыкаются токопроводом, а сопротивление равно нулю. В рабочем состоянии короткое замыкание активирует аварийный режим, потому что в таких условиях вторичный и первичный токи увеличиваются в 10-20 раз.

Таким образом, цепи с трансформаторами защищены автоматическим отключением.

Немного истории

Благодаря английскому физику Майклу Фарадею в 1831 году человечество познало электромагнитную индукцию. Великому ученому не суждено было стать изобретателем трансформатора, так как в его опытах появился постоянный ток. Прототипом устройства можно считать необычную индукционную катушку француза Г. Румкорфа, подаренную научному миру в 1848 году.

В 1876 году русский инженер-электрик П. Н. Яблочков запатентовал трансформатор переменного тока с открытым сердечником. Своим современным внешним видом устройство обязано британцам братьям Хопкинсон, а также румынам К. Циперановскому и О. Блати. С их помощью на объекте появилась замкнутая магнитная цепь, которая сохранилась до наших дней.

Типы магнитопроводов

Упрощенный расчет 220/36 В

Стандартный трансформатор на 220/36 В представлен тремя основными компонентами в виде первичной и вторичной обмоток, а также магнитопровода. Упрощенный расчет силового трансформатора включает определение сечения сердечника, количества витков обмотки и диаметра кабеля. Исходными данными для простейшего расчета являются напряжение на первичной обмотке U1 и на вторичной обмотке — U2, а также ток на вторичной обмотке или I2.

В результате упрощенного расчета устанавливается зависимость между квадратным сечением сердечника Scm² и полной мощностью трансформатора, измеряемой в ваттах. Например, устройство с сердечником с поперечным сечением 6,0 см² может легко «обработать» мощность 36 Вт.

При расчете используются известные параметры в виде мощности и напряжения на вторичной цепи, что позволяет рассчитать текущие показатели первичной цепи. Одним из важных параметров является КПД, который не превышает 0,8 ед. Или 80% для стандартных трансформаторов%.

Вы сами устанавливаете электрооборудование? Схема подключения трансформатора представлена ​​на нашем сайте.

Вы подозреваете, что трансформатор неисправен? О том, как это проверить мультиметром, читайте здесь.

Чем отличается трансформатор от автотрансформатора, вы узнаете из этой темы.

Показатели полной или полезной мощности многообмоточных трансформаторов представляют собой сумму мощностей на всех вторичных обмотках устройства. Знание достаточно простых формул позволяет не только легко рассчитать мощность устройства, но и самостоятельно изготовить надежный и долговечный трансформатор, работающий в оптимальном режиме.

Особенность установки

Автотрансформаторы отличаются тем, что имеют только одну комбинированную катушку.

Однофазное и многофазное оборудование имеют разные номинальные мощности. Диапазон от 10 до 1000 кВА. Средние типы имеют мощность 20-630 кВА. Параметры выше 1000 кВА требуют установки большой мощности.