Принцип работы повышающего трансформатора напряжения: Повышающий трансформатор: схема и принцип работы — Мастер на все ручки: Блог домашнего сварщика

Содержание

Принцип работы повышающего трансформатора. Принцип работы трансформатора. Режим с нагрузкой

Используемая человеком электрическая энергия в основном вырабатывается на крупных электростанциях. Эти предприятия передают электричество на районные подстанции, которые затем распределяют его по потребителям.

Так как линии электропередач обладают электрическим сопротивлением, часть энергии электрического тока теряется, превращаясь в теплоту. Постоянный ток (DC) течет в одном направлении; переменный ток (АС) периодически изменяет свое направление. Первоначально для электроснабжения применялся только постоянный ток. По ряду причин передача и преобразование постоянного тока связаны со значительными трудностями, поэтому по соображениям безопасности электростанции передавали его под низким напряжением. Однако к тому времени, когда постоянный ток достигал потребителей, сопротивление съедало 45 процентов его энергии.

Выход был найден в передаче переменного тока высокого напряжения, которое может быть легко изменено при помощи трансформатора (рисунок внизу). Так как высоковольтным линиям требуется меньший ток для передачи одного и того же количества энергии, ее потери на преодоление сопротивления стали намного меньшими. Когда переменный ток покидает электростанцию, повышающие трансформаторы увеличивают его напряжение с 22 000 до 765 000 вольт, а перед поступлением в дома другие трансформаторы, понижающие, уменьшают его до ПО или 220 вольт.

Принцип действия трансформатора

Трансформаторы увеличивают или уменьшают напряжение переменного тока. Преобразуемый переменный ток проходит по первичной обмотке, охватывающей стальной сердечник (рисунок сверху). Периодически изменяющийся ток создает в сердечнике переменное магнитное поле. При перемещении во вторичную обмотку это магнитное поле генерирует в ней переменный ток. Если вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная, выходное напряжение будет выше, чем входное.

Потери энергии при протекании постоянного тока

Электрическая мощность (Р) вычисляется путем умножения силы тока (I) на напряжение (V), т.е. Р = I х V. Если напряжение возрастает, сила тока, необходимая для обеспечения заданной мощности, уменьшается. Низковольтная мощность постоянного тока требует большей силы тока, чем высоковольтная мощность переменного, чтобы передать одно и то же количество электроэнергии.

Переменный ток легко трансформируется

В отличие от постоянного, переменный ток периодически изменяет свое направление. Если переменный ток проходит по первичной обмотке трансформатора (рисунок слева), образующееся переменное магнитное поле индуцирует ток во вторичной обмотке. При протекании по первичной обмотке постоянного тока (рисунок справа), во вторичной обмотке ток не возникает.

Трансформатор, устройство, которое передает электрическую энергию от одной части схемы к другой за счет магнитной индукции и, как правило, с изменением величины напряжения. Трансформаторы работают только с переменным электрическим током (AC).

Трансформаторы имеют важное значение в распределении электроэнергии. Они повышают напряжение, вырабатываемое на электростанциях до высоких значений с целью эффективной передачи электроэнергии. Другие трансформаторы понижают это напряжение в местах потребления.

Многие бытовые приборы оборудованы трансформаторами, для того чтобы по мере необходимости повысить или понизить напряжение поступающее из домашней электросети. Например, для работы телевизора и аудиоусилителя необходимо повышение напряжения, а для работы дверного звонка или термостата низкое напряжение.

Как работает трансформатор

Как правило, простой трансформатора состоит из двух катушек намотанных изолированным проводом. В большинстве трансформаторов, провода намотаны на стержень из железа, называемый сердечником.

Одна из обмоток, ее еще называют первичной обмоткой, подключается к источнику переменного тока, что в свою очередь приводит к появлению постоянно переменного магнитного поля вокруг обмотки. Это переменное магнитное поле, в свою очередь, создает переменный ток в другой обмотке (вторичной обмотке).

Величина, определяемая как отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке, определяет масштаб понижения или повышения напряжения во вторичной обмотки. Данную величину еще называют коэффициентом трансформации.

Например, если у трансформатора имеется 3 витка первичной обмотке и 6 витков во вторичной обмотки, то напряжение во вторичной обмотке будет в 2 раз больше, чем в первичной. Такой трансформатор называется повышающий трансформатор.

И на оборот, если есть 6 витков в первичной обмотке и 3 виток во вторичной, то напряжение снимаемое с вторичной обмотки будет в 2 раз ниже чем в первичной обмотке. Этот вид трансформатора носит название понижающий трансформатор.

Так же следует иметь ввиду, что соотношение тока в обеих катушках находится в обратной зависимости к соотношению их напряжений. Таким образом, электрическая мощность (напряжение умноженное на силу тока) является одинаковой в обеих катушек.

Импеданс (сопротивление потоку переменного тока) первичной катушки зависит от импеданса вторичной цепи и коэффициента трансформации. При правильном соотношении витков трансформатора можно добиться практически одинакового сопротивления обоих контуров.

Согласованные сопротивления имеют важное значение в стерео системах и других электронных систем, потому это позволяет передавать максимальное значение энергии от одного блока схемы другому.

Добавить сайт в закладки

Трансформатор — это статический (т. е. без движущихся частей) электромагнитный аппарат однофазный или трехфазный, в котором явление взаимоиндукции используется для преобразования электрической энергии. Трансформатор преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформатор имеет несколько электрических, изолированных одна от другой обмоток: однофазный — не менее двух, трехфазный — не менее шести.

Обмотки, соединенные с источником электроэнергии, именуются первичными; остальные обмотки, отдающие энергию во внешние цепи, называются вторичными. На рисунке внизу схематически показаны первичная и вторичная обмотки однофазного трансформатора; они снабжены общим замкнутым сердечником, собранным из листовой электротехнической стали.

Ферромагнитный сердечник служит для усиления магнитной связи между обмотками, т. е. для того, чтобы большая часть магнитного потока первичной обмотки сцеплялась с витками вторичной обмотки.На рис. справа показан сердечник и шесть обмоток трехфазного трансформатора. Эти обмотки соединяются по схеме звезды или треугольника.

Для улучшения условий охлаждения и изоляции трансформатор помещается в бак, заполненный минеральным маслом (продуктом перегонки нефти). Это так называемый масляный трансформатор.

При частоте переменного тока примерно свыше 20 кГц применение стального сердечника в трансформаторах нецелесообразно из-за больших потерь в стали от гистерезиса и вихревых токов.

Для высоких частот применяются трансформаторы без ферромагнитных сердечников — воздушные трансформаторы.

Если напряжение на зажимах первичной обмотки, первичное напряжение U1, меньше вторичного напряжения U 2, то трансформатор называется повышающим. Если же первичное напряжение больше вторичного, то — понижающим (U1>U2). В соответствии с относительной величиной номинального напряжения принято различать обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН).

Познакомимся кратко с работой однофазного двухобмоточного трансформатора со стальным сердечником. Его рабочий процесс и электрические соотношения можно считать характерными в основном для всех видов трансформаторов.

Напряжение U1, приложенное к зажимам первичной обмотки, создает в этой обмотке переменный ток i1.Ток возбуждает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф. Вследствие периодического изменения этого потока в обеих обмотках трансформатора индуктируются ЭДС.

е1= — w1 (?ф: ?t) и e2= — w2 (?ф:?t), где

w1 и w2 — количество витков той и другой обмоток.

Таким образом, отношение ЭДЕ, индуктируемых в обмотках, равно отношению чисел витков этих обмоток:

е1: e2 = w1: w2

Это коэффициент трансформации трансформатора.

Коэффициент полезного действия трансформатора относительно очень высок, в среднем порядка 98%, что позволяет при номинальной нагрузке считать приближенно одинаковыми первичную мощность, получаемую трансформатором, и вторичную мощность, им отдаваемую, т. е. p1 ? p2 или u1i1 ? u2i2, на основании чего

i1: i2? u2: u1? w 2: w 1

Это отношение мгновенных значений токов и напряжений справедливо и для амплитуд, и для действующих значений:

L1: l2? w 2: w 1?u2: u1,

т. е. отношение токов в обмотках трансформатора (при нагрузке, близкой к номинальной) можно считать обратным отношению напряжений и числу витков соответствующих обмоток. Чем меньше нагрузка, тем больше влияет ток холостого хода, и приведенное приближенное соотношение токов нарушается.

При работе трансформатора совершенно различна роль ЭДС в его первичной и вторичной обмотках. ЭДС, ей индуктируемая в первичной обмотке, возникает как противодействие цепи изменению в ней тока i1. По фазе эта ЭДС почти противоположна напряжению.

Как в цепи, содержащей индуктивность, ток в первичной о б м о тке трансформатора

i1=(u1 + e1) : r1,

где г 1 — активное сопротивление первичной обмотки.

Отсюда получаем уравнение для мгновенного значения первичного напряжения:

u1 = -e1 + i1r1 = w t(?ф: ?t) + i1r1,

которое можно прочитать как условие электрического равновесия: приложенное к зажимам первичной обмотки напряжение u1 всегда уравновешивается ЭДС и падением напряжения в активном сопротивлении обмотки (второй член относительно весьма мал).

Иные условия имеют место во вторичной цепи. Здесь ток i2 создается ЭДС e1, играющей роль ЭДС источника тока, и при активной нагрузке r/н во вторичной цепи этот ток

i2= l2: (r2 +r/н),

где r2- активное сопротивление вторичной обмотки.

В первом приближении воздействие вторичного тока i2 на первичную цепь трансформатора можно описать следующим образом.

Ток i2, проходя по вторичной обмотке, стремится создать в сердечнике трансформатора магнитный поток, определяемый намагничивающей силой (НС) i2w2. Согласно принципу Ленца, этот поток должен иметь направление, обратное направлению главного потока. Иначе можно сказать, что вторичный ток стремится ослабить индуктирующий его магнитный поток. Однако такое уменьшение главного магнитного потока Ф т нарушило бы электрическое равновесие:

u 1 = (-е 1) + i1r1,

так как e1 пропорционально магнитному потоку.

Создается преобладание первичного напряжения U1, поэтому одновременно с появлением вторичного тока увеличивается первичный ток, притом настолько, чтобы компенсировать размагничивающее действие вторичного тока и, таким образом, сохранить электрическое равновесие. Следовательно, всякое изменение вторичного тока должно вызвать соответствующее изменение первичного тока, при этом ток вторичной обмотки, благодаря относительно малому значению составляющей i1r1, почти не влияет на амплитуду и характер изменений во времени главного магнитного потока трансформатора. Поэтому амплитуду этого потока Ф т можно считать практически постоянной. Такое постоянство Фт характерно для режима трансформатора, у которого поддерживается неизменным напряжение U1, приложенное к зажимам первичной обмотки.

Вопрос, что такое трансформатор, для опытных и даже начинающих электриков совершенно простой. Но обычные обыватели, которые с электрикой не дружат, даже и не представляют, как выглядит трансформатор, для чего он необходим, а тем более, не осведомлены о его конструкции и принципе работы. Поэтому в этой статье будем разбираться с этим прибором, рассмотрим вопрос, а можно ли сделать трансформатор своими руками, и так далее. Итак, трансформатор – это электромагнитное устройство, которое может изменять напряжение переменного тока (увеличивать или уменьшать).

Итак, конструкция трансформатора достаточно проста и состоит из сердечника и двух катушек из медной проволоки. В основе принципа работы лежит электромагнитная индукция. Чтобы вы поняли, как работает этот прибор, рассмотрим, как магнитное поле, образуемое в катушках (обмотках) устройства, изменяет показатель напряжения.

Подаваемый на первую обмотку электрический ток (он переменный, поэтому изменяется по направлению и величине) образует в катушке магнитное поле (оно также переменное). В свою очередь магнитное поле образует во второй катушке электрический ток. Такой своеобразный обмен параметрами. Но просто так изменение напряжения не произойдет, оно зависит от того, сколько витков медной проволоки в каждой обмотке. Конечно, величина изменения магнитного поля (скорость) также влияет на величину напряжения.

Что касается количества витков, то получается так:

если число витков в первичной катушке больше, чем во вторичной, то это понижающий трансформатор;
и, наоборот, если количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, то это повышающий трансформаторный прибор.

Поэтому существует формула, которая определяет так называемый коэффициент трансформации. Вот она:

k=w1/w2, где w – это число витков в катушке с соответствующим номером.

Внимание! Любой трансформатор может быть и понижающим, и повышающим, все зависит от того, к какой обмотке (катушке) подсоединяется питающий кабель сети переменного тока.

И еще один момент, касающийся устройства. Это сердечник трансформатора. Все дело в том, что существуют разные виды этого устройства, в которых сердечник присутствует или отсутствует.

Так вот, в тех видах, где сердечник трансформатора отсутствует или изготовлен из феррита или альсифера называются высокочастотными (выше 100 кГц).
Приборы с сердечником из стали, феррита или пермаллои – низкочастотные (ниже 100 кГц).

Первые используются в радио- и электросвязи. Вторые в для усиления звуковых частот, к примеру, в телефонии. Со стальным сердечником используется в электротехнике (в бытовых приборах в том числе).

Условные обозначения и параметры

Приобретая трансформатор, необходимо понимать, что написано на его корпусе или в сопроводительных документах. Ведь существует определенная маркировка трансформаторов, которые определяют его назначение. Основное, на что необходимо обратить внимание, до какого показателя этот прибор может снизить напряжение. К примеру, 220/24 говорит о том, что на выходе получится ток напряжением 24 вольта.

А вот буквенные обозначения чаще всего говорят о типе устройства. Кстати, имеется в виду буквы, стоящие после цифр. К примеру, О или Т – одно- или трехфазный соответственно. То же самое можно сказать о количестве обмоток, о типе охлаждения, о способе и месте установки (внутренние, наружные и прочее).

Что касается параметров трансформатора, то существует определенный стандартный ряд, который и определяет характеристики прибора. Их несколько:

Напряжение в первичной катушке.
Напряжение во вторичной катушке.
Первичная сила тока.
Вторичная сила тока.
Общая мощность аппарата.
Коэффициент трансформации.
Коэффициент мощности и нагрузки.

Есть так называемая внешняя характеристика трансформатора. Это зависимость вторичного напряжения от вторичной силы тока, при условии, что сила тока первичной обмотки будет номинальной, а cos φ= const. По-простому – чем выше сила тока, тем ниже напряжение. Правда, второй параметр изменяется всего лишь на несколько процентов. При этом внешняя характеристика трансформатора определяется относительными характеристиками, а именно коэффициентом загрузки, который определяется по формуле:

K=I2/I2н, где второй показатель силы – это сила тока при номинальном напряжении.

Конечно, характеристики трансформатора – это достаточно большой ряд всевозможных показателей, от которых зависит сама работа прибора. Здесь и мощность потерь, и внутреннее сопротивление в обмотке.

Как сделать самостоятельно

Итак, как сделать трансформатор самому? Зная, принцип работы установки и его конструктивные особенности, можно собрать своими руками простейший аппарат. Для этого вам понадобится любое металлическое кольцо, на котором надо накрутить два участка обмотки. Самое важно – обмотки не должны касаться друг друга, а место их намотки не зависит конкретно от их расположения. То есть, они могут быть размещена напротив друг друга или рядом. Важно – даже небольшое расстояние между ними.

Внимание! Трансформатор работает только от сети переменного тока. Так что не стоит подключать к вашему устройству батарейку или аккумулятор, где присутствует ток постоянный. Работать от этих источников электроэнергии он не будет.

Как уже было сказано выше, количество витков в обмотках определяет, какой прибор вы собираете – понижающий или повышающий. К примеру, если вы на первичной обмотке соберете 1200 витков, а на вторичной всего лишь 10, то на выходе вы получите напряжение 2 вольта. Конечно, при подключении первичной катушки к напряжению 220-240 вольт. Если фазировка трансформатора будет заменена, то есть, провести подсоединение 220 вольт к вторичной обмотке, то на выходе первичной получится ток напряжением 2000 вольт. То есть, к назначению трансформатора надо подходить осторожно, учитывая тот самый коэффициент трансформации.

Как правильно подключить

Что касается монтажа трансформатора, особенно его понижающего типа в быту дома, то необходимо знать некоторые нюансы проводимого процесса.

Во-первых, это касается самого устройства. При монтаже трансформатора иногда появляется необходимость подключения не одного потребителя, а сразу нескольких. Поэтому обращайте внимание на количество выходных клемм. Конечно, необходимо знать, что суммарная потребляемая мощность потребителей не должна быть больше мощности самого трансформаторного устройства. Во всяком случае, специалисты рекомендуют, чтобы второй показатель был всегда больше первого на 15-20%.
Во-вторых, подключение трансформатора производится электрической проводкой. Так вот ее длина и до прибора, и после не должна быть очень большой. К примеру, понижающий аппарат для светодиодного освещения предполагает наличие проводки от него до светильников не больше двух метров. Это позволит избежать больших потерь мощности.

Внимание! Нельзя процесс монтажа трансформатора проводить и в том случае, если потребляемая мощность потребителей будет меньше мощности самого агрегата.

В-третьих, место установки электрического понижающего прибора должно быть выбрано правильно. Самое важное, чтобы до него всегда можно было бы добраться просто, особенно когда есть необходимость провести демонтаж со следующей заменой и монтажом трансформатора. Поэтому перед тем как подключить трансформатор, необходимо определиться с его местом установки.

Схема замещения

Буквально несколько слов о том, что такое схема замещения трансформатора. Начнем с того, что две катушки соединены между собой магнитным полем, поэтому проанализировать работы трансформатора, а тем более его характеристики, очень сложно. Поэтому для этих целей сам прибор заменяют моделью, которая и называется схема замещения трансформатора.

По сути, все переводится на математический уровень, а точнее, в уравнения (токов и электрического состояния). Здесь важно, чтобы все уравнения, касающиеся прибора и его модели, совпадали. Кстати, для многих схема замещения трансформатора достаточно сложна, поэтому существует упрощенный вариант, в котором нет тока холостого хода, ведь на него приходится незначительная часть.

Фазировка

Фазировка трансформатора – это испытание его выходов, когда в одну цепь подключены несколько приборов параллельно. Ведь обязательное условие эффективной работы цепи с отсутствием больших потерь мощности – это правильное соединение фаз между собой, чтобы образовался замкнутый контур.

Если фазы не совпадут, то падает мощности и растет нагрузка. Если не совпадает чередование фаз, то произойдет короткое замыкание.

Заключение по теме

Итак, был сделан небольшой обзор всего, что касается трансформаторных установок, поэтому будем считать, что вопрос, зачем нужны трансформаторы, исчерпан, хотя и не полностью. Об этом приборе можно говорить долго. К примеру, самые простые варианты: как разобрать трансформатор, как прозвонить его, как подключить или демонтировать самому дома.

Инструкция

В основу трансформатора положено явление, называемое электромагнитной индукцией. При воздействии на проводник изменяющегося магнитного поля на концах этого проводника возникает напряжение, соответствующее первой производной изменения этого поля. Таким образом, когда поле постоянное, напряжения на концах проводника не возникает. Это напряжение очень мало, но его можно повысить. Для этого достаточно вместо прямого проводника использовать катушку, состоящую из желаемого количества витков. Поскольку витки соединены последовательно, напряжения на них суммируются. Поэтому при прочих равных условиях напряжение будет больше по сравнению с единичным витком или прямым проводником в число раз, соответствующее количеству витков.

Создавать переменное магнитное поле можно по-разному. Например, вращать рядом с катушкой магнит — получится генератор. В трансформаторе же для этого используют еще одну обмотку, называемую первичной, и на нее подают напряжение той или иной формы. Во вторичной обмотке возникает напряжение, форма которого соответствует первой производной формы напряжения в первичной обмотке. Если напряжение на первичной обмотке изменяется по синусоидальному закону, на вторичной оно будет изменяться по косинусоидальному. Коэффициент трансформации (не путать с коэффициентом полезного действия) соответствует соотношению чисел витков обмоток. Он может быть как меньше, так и больше единицы. В первом случае трансформатор будет понижающим, во втором — повышающим. Количество витков, приходящееся на один вольт (т. наз. «число витков на вольт») — одинаковое для всех обмоток трансформатора. Для трансформаторов промышленной частоты оно составляет не менее 10, иначе КПД падает и увеличивается нагрев.

Магнитная проницаемость воздуха очень мала, поэтому трансформаторы без сердечников применяют только при работе на очень высоких частотах. В трансформаторах промышленной частоты нашли применение сердечники из стальных пластин, покрытых слоем диэлектрика. Благодаря этому пластины электрически изолированы друг от друга, и не возникают вихревые токи, способные снизить КПД и увеличить нагрев. В трансформаторах импульсных блоков питания, работающих на повышенных частотах, такие сердечники неприменимы, так как существенные вихревые токи могут возникнуть в каждой отдельной пластине, а магнитная проницаемость избыточна. Здесь применяют сердечники из ферритов — диэлектриков, обладающих магнитными свойствами.

Потери в трансформаторе, снижающие его КПД, возникают за счет излучения им переменного электромагнитного поля, небольших вихревых токов, все же возникающих в сердечнике несмотря на принятые меры по их подавлению, а также наличия у обмоток активного сопротивления. Все эти факторы, кроме первого, ведут к нагреву трансформатора. Активное сопротивление обмотки должно быть пренебрежимо малым по сравнению с внутренним сопротивлением источника питания или нагрузки. Поэтому чем больше ток через обмотку и ниже напряжение на ней, тем более толстый провод для нее применяют.

Видео по теме

Трансформаторы служат для преобразования систем переменного напряжения и тока без потери мощности и широко используются практически во всех отраслях человеческой деятельности.

Инструкция

Трансформатор представляет собой электрический прибор, предназначенный для преобразования переменного напряжения одной величины в напряжение другой величины (понижение или повышение). Состоит он из металлического сердечника и обмоток из проволоки разного сечения. Поскольку обмотки устройства наматываются на сердечник, выполненный из специальной электротехнической стали, вес устройства, как правило, весьма внушителен по отношению к своим габаритам. Размеры трансформатора могут меняться в зависимости от его мощности.

Трансформатор может быть однофазным или трехфазным. Разобраться в этом вопросе очень просто. Если ток протекает по четырем проводникам – трем фазам и нулю – ток здесь трехфазный. Если же проводов два – фаза и ноль – это однофазный ток. Для превращения трехфазного трансформатора в однофазный достаточно взять любую из фаз и ноль. Именно такой ток поступает в жилые дома и квартиры. В обычной бытовой розетке с напряжением 220 вольт протекает переменный однофазный электрический ток.

Однофазный трансформатор имеет несложную конструкцию, основными элементами которой являются:
1 — первичная обмотка;
2 – магнитопровод;
3 — вторичная обмотка;
Ф – направленность магнитного потока;
U1 – напряжение в первичной обмотке;
U2 – напряжение во вторичной обмотке.

Работа трансформатора, повышающего или понижающего напряжение. Что делает повышающий трансформатор

Как работает трансформатор

Своим появлением трансформатор обязан английскому ученому Майклу Фарадею. В 1831 году физик описал явление, которое назвал «электромагнитная индукция». Оно заключается в том, что в близко расположенных катушках (обмотках) проявляется ярко выраженная

электромагнитная взаимосвязь. То есть, если в первой катушке (первичной обмотке) создать переменный ток, то во второй катушке (вторичной обмотке) возбуждается напряжение с аналогичной частотой и мощностью, зависящей от многих параметров, которые рассмотрим далее.

Трансформаторы напряжения назначение и принцип действия

Трансформаторы напряжения предназначены для преобразования энергии источника напряжения в напряжение с нужным нам значением (амплитудой). Нужно заметить, что такие трансформаторы работают только с переменным напряжением и его частота остается неизменной.

Для чего нужен трансформатор напряжения?

Трансформаторы напряжения, в силу своей универсальности, необходимы в блоках питания, устройствах обработки сигналов, передающих устройствах, аппаратах передачи электроэнергии и во многом другом оборудовании.

По коэффициенту трансформации эти устройства могут делиться на 3 типа:

трансформатор напряжения понижающий – на выходе устройства напряжение ниже входного (n>1), например, применяется в блоках питания;
повышающий трансформатор – на выходе устройства напряжение выше, чем напряжение на входе (n
согласующий – трансформатор параметры напряжения не изменяет, происходит только гальваническая развязка цепей (n~1), например, применяется в звуковых усилителях.

В основе работы трансформатора лежит принцип электромагнитной индукции и для наиболее полной передачи энергии, для уменьшения потерь при трансформации, устройство обычно выполняется на магнитопроводе.

Как правило, первичная катушка одна, а вот вторичных может быть несколько, все зависит от назначения трансформатора.

После того, как в первичной обмотке появится переменное напряжение U1, в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф, который возбуждает напряжение во вторичной обмотке U2. Это наиболее простое и краткое описание принципа работы трансформатора напряжения.

Самым главным параметром трансформаторов является «коэффициент трансформации» и обозначается латинской «n». Он вычисляется делением напряжение в первичной обмотке на напряжение во вторичной обмотке или количества витков в первой катушки на количество витков во второй катушке.

Этот коэффициент позволяет рассчитать необходимые параметры вашего трансформатора для выбранного устройства. Например, если первичная обмотка имеет 2000 витков, а вторичная -100 витков, то n=20. При напряжении сети 240 вольт, на выходе устройства должно быть 12 вольт. Так же, можно определить количество витков при заданных, входном и выходном, напряжениях.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

По определению эти устройства предназначены для работы с разными электрическими величинами, как основными и соответственно, схемы включения будут различными. Например, трансформатор тока питается от источника тока и не работает, даже может выйти из строя, если его обмотки не нагружены и через них не идет электрический ток. Трансформатор напряжения питаются от источников напряжения и, наоборот, не может долго работать в режиме с большими токовыми нагрузками.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

При эксплуатации оборудования с высокими рабочими напряжениями и большими токами потребления встает вопрос их измерения и контроля. Здесь на помощь приходят измерительные трансформаторы. Они обеспечивают гальваническую развязку измерительного оборудования от цепей с повышенной опасностью и снижение измеряемой величины до уровня, необходимого для замеров.

Дополнительная информация

Прежде чем покупать трансформатор напряжение, нужно проанализировать все требования, выдвигаемые к устройству. Необходимо учитывать не только рабочие напряжения, но и токи нагрузки при использовании трансформатора в различных приборах.

Трансформаторы напряжения можно изготовить самому, но если вам нужен простой бытовой трансформатор с напряжением на 220 вольт и понижением до 12 вольт, то лучше его приобрести . Сколько стоят трансформаторы напряжения можно узнать на любом интернет-сайте, как правило, на бытовые понижающие трансформаторы напряжения цены не очень высоки.

С н/п Владимир Васильев

P.S. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок!

Чтобы питать электроприборы, нужно обеспечить номинальные значения параметров электропитания, заявленные в их документации. Безусловно большинство современных электроприборов работают от сети переменного тока 220 Вольт, но бывает так, что нужно обеспечить питание приборов для других стран, где напряжение другое или запитать что-нибудь от бортовой сети автомобиля. В этой статье мы рассмотрим, как повысить напряжение постоянного и переменного тока и что для этого нужно.

Повышение переменного напряжения

Повысить переменное напряжение можно двумя способами – использовать трансформатор или автотрансформатор. Основная разница между ними состоит в том, что при использовании трансформатора есть гальваническая развязка между первичной и вторичной цепью, а при использовании автотрансформатора её нет.

Интересно! Гальваническая развязка – это отсутствие электрического контакта между первичной (входной) цепью и вторичной (выходной).

Рассмотрим часто возникающие вопросы. Если вы попали за границы нашей необъятной родины и электросети там отличаются от наших 220 В, например, 110В, то чтобы поднять напряжение со 110 до 220 Вольт нужно использовать трансформатор, например, такой как изображен на рисунке ниже:

Следует сказать о том, что такие трансформаторы можно использовать «в любую сторону». То есть, если в технической документации вашего трансформатора написано «напряжение первичной обмотки 220В, вторичной – 110В» – это не значит, что его нельзя подключить к 110В. Трансформаторы обратимы, и, если на вторичную обмотку подать, те же 110В – на первичной появится 220В или другое повышенное значение, пропорциональные коэффициенту трансформации.

Следующая проблема, с которой многие сталкиваются – , особенно часто это наблюдается в частных домах и в гаражах. Проблема связана с плохим состоянием и перегрузкой линий электропередач. Чтобы решить эту проблему – вы можете использовать ЛАТР (лабораторный автотрансформатор). Большинство современных моделей могут как понижать, так и плавно повышать параметры сети.

Схема его изображена на лицевой панели, а на объяснениях принципа действия мы останавливаться не будем. ЛАТРы продаются разных мощностей, тот что на рисунке примерно на 250-500 ВА (вольт-амперы). На практике встречаются модели до нескольких киловатт. Такой способ подходит для подачи номинальных 220 Вольт на конкретный электроприбор.

Если вам нужно дёшево поднять напряжение во всем доме, ваш выбор — релейный стабилизатор. Они также продаются с учетом разных мощностей и модельный ряд подходит для большинства типовых случаев (3-15 кВт). Устройство основано также на автотрансформаторе. О том, мы рассказали в статье, на которую сослались.

Цепи постоянного тока

Всем известно, что на постоянном токе трансформаторы не работают, тогда как в таких случаях повысить напряжение? В большинстве случаев постоянку повышают с помощью , полевого или биполярного транзистора и ШИМ-контроллера. Другими словами, это называется бестрансформаторный преобразователь напряжения. Если эти три основных элемента соединить как показано на рисунке ниже и на базу транзистора подавать ШИМ сигнал, то его выходное напряжение повысится в Ku раз.

Ku=1/(1-D)

Также рассмотрим типовые ситуации.

Допустим вы хотите сделать подсветку клавиатуры с помощью небольшого отрезка светодиодной ленты. Для этого вполне хватит мощности зарядного от смартфона (5-15 Вт), но проблема в том, что его выходное напряжение составляет 5 Вольт, а распространенные типы светодиодных лент работают от 12 В.

Тогда как повысить напряжение на зарядном устройстве? Проще всего повысить с помощью такого устройства как «dc-dc boost converter» или «импульсный повышающий преобразователь постоянного напряжения».

Такие устройства позволяют повысить напряжение с 5 до 12 Вольт, и продаются как с фиксированной величиной, так и регулируемые, что позволит в большинстве случаев поднять с 12 до 24 и даже до 36 Вольт. Но учтите, что выходной ток ограничен самым слабым элементом цепи, в обсуждаемой ситуации – током на зарядном устройстве.

При использовании указанной платы выходной ток будет меньше входного во столько раз, во сколько поднялось напряжение на выходе, без учета КПД преобразователя (он в районе 80-95%).

Подобные устройства строят на базе микросхем MT3608, LM2577, XL6009. С их помощью можно сделать устройство для проверки реле регулятора не на генераторе автомобиля, а на рабочем столе, регулируя значения с 12 до 14 Вольт. Ниже вы видите видео-тест такого устройства.

Интересно! Любители самоделок часто задают вопрос «как повысить напряжение с 3,7 В до 5 В, чтобы сделать Power bank на литиевых аккумуляторах своими руками?». Ответ прост – использовать плату-преобразователь FP6291.

На подобных платах с помощью шелкографии указано назначение контактных площадок для подключения, поэтому схема вам не понадобится.

Также часто возникающая ситуация — необходимость подключить к автомобильному аккумулятору 220В прибор, а бывает что за городом очень нужно получить 220В. Если бензинового генератора у вас нет – используйте автомобильный аккумулятор и инвертор, чтобы повысить напряжение с 12 до 220 Вольт. Модель мощностью в 1 кВт можно купить за 35 долларов – это недорогой и проверенный способ подключить 220В дрель, болгарку, котёл или холодильник к 12В аккумулятору.

Если вы водитель грузовика, вам не подойдёт именно указанный выше инвертор, из-за того, что в вашей бортовой сети скорее всего 24 Вольта. Если вам нужно поднять напряжение с 24В до 220В – то обратите на это внимание при покупке инвертора.

Хотя стоит отметить, что есть универсальные преобразователи, которые могут работать и от 12, и от 24 вольт.

В случаях, когда нужно получить высокое напряжение, например, поднять с 220 до 1000В, можно использовать специальный умножитель. Его типовая схема изображена ниже. Он состоит из диодов и конденсаторов. Вы получите на выходе постоянный ток, учтите это. Это удвоитель Латура-Делона-Гренашера:

А так выглядит схема несимметричного умножителя (Кокрофта-Уолтона).

С его помощью вы можете повысить напряжение в нужное число раз. Это устройство строится каскадами, от числа которых зависит сколько вольт на выходе вы получите. В следующем видео описан принцип работы умножителя.

Кроме этих схем существует еще множество других, ниже изображены схемы учетвертителя, 6- и 8-кратных умножителей, которые используются для повышения напряжения:

В заключении хотелось бы напомнить о технике безопасности. При подключении трансформаторов, автотрансформаторов, а также работе с инверторами и умножителями будьте аккуратны. Не касайтесь токоведущихчастей голыми руками. Подключения следует выполнять при отключенном питании от устройства, а также избегать их работы во влажных помещениях с возможностью попадания воды или брызг. Также не превышайте заявленный производителем ток трансформатора, преобразователя или блока питания, если не хотите, чтобы он у вас сгорел. Надеемся, предоставленные советы помогут вам повысить напряжение до нужного значения! Если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Наверняка вы не знаете:

Нравится(0 ) Не нравится(0 )

Вам понадобится

— отвертка;
— молоток;
— мультиметр;
— намоточный станок со счетчиком;
— обмоточный провод;
— паяльник, припой и нейтральный флюс;
— мегомметр

Инструкция

Убедитесь, что трансформатор является разборным. Если его сердечник собран склейкой лаком, или, тем более, сваркой, а также если прибор герметизирован любым способом, то для перемотки он непригоден.

У некоторых трансформаторов имеется несколько вторичных обмоток. Соединяя их последовательно, можно получать различные напряжения. Если некоторые из таких обмоток не задействованы, включив их последовательно с уже использующимися, можно повысить выходное напряжение , не прибегая к разборке трансформатора.Все перепайки выполняйте при отключенном питании. Если снимаемое напряжение после переделки не увеличилось, а уменьшилось, значит, дополнительная обмотка подключена в неправильной фазировке. Поменяйте местами ее выводы.

Убедившись в том, что трансформатор имеет разборную конструкцию, можно приступить к его разборке. Сняв крепление сердечника, разберите его легкими ударами молотка, запоминая расположение пластин.Освободив катушку от сердечника, намотайте на нее измерительную обмотку, имеющую несколько десятков витков. Изолируйте ее, выводы вытащите наружу, после чего соберите трансформатор.

Подключите к измерительной обмотке мультиметр, работающий в режиме измерения переменного напряжения, подайте на первичную обмотку трансформатора номинальное напряжение питания. Разделив число витков измерительной обмотки на измеренное напряжение, вы получите число витков на вольт.

Рассчитайте число витков новой вторичной обмотки, которую необходимо включить последовательно с имеющейся, по следующей формуле:Nдоп=(U2-U1)*(Nизм/Uизм), где:
Nдоп — искомое число витков дополнительной обмотки;
U2 — напряжение, которое необходимо получить;
U1 — напряжение имеющейся вторичной обмотки;
Nизм — число витков измерительной обмотки;
Uизм — напряжение, снятое с измерительной обмотки.Снова разберите трансформатор, смотайте измерительную обмотку и вместо нее намотайте дополнительную. Используйте провод того же сечения, что и у имеющейся вторичной обмотки, при этом, следите, чтобы диаметр катушки не увеличился слишком сильно, иначе сердечник будет невозможно надеть. Если соблюсти это требование не получается, от переделки трансформатора придется отказаться.

Изолируйте дополнительную обмотку, соберите трансформатор, после чего включите новую обмотку последовательно с вторичной. Обеспечьте ее правильную фазировку способом, описанным выше.

После переделки трансформатора ни в коем случае не снимайте с него мощность, превышающую ту, на которую он был рассчитан изначально. Рассчитать эту мощность можно, умножив снимаемое напряжение на потребляемый ток.

С помощью мегомметра убедитесь, что утечка между первичной и вторичной обмотками, а также между каждой из них и сердечником отсутствует даже после длительного прогрева при номинальной снимаемой мощности. Удостоверьтесь, что в ходе испытания не появляются запах гари, дым.

Иногда случается так, что напряжение в сети несколько ниже того, которое необходимо для нормального функционирования приборов. Из этого положения есть выход. Повысить напряжение можно очень просто. Для этого достаточно элементарных знаний по электротехнике.

Вам понадобится

Трансформатор

Инструкция

Для того чтобы повысить напряжение , понадобятся простой по и трансформатор ( именно – станет ясно после некоторых нехитрых расчетов, указанных ниже). Итак, первичная обмотка трансформатора должна быть на , а вторичная его обмотка должна быть рассчитана на то напряжение , на которое как раз и нужно повысить напряжение в сети.

Теперь возьмите и проанализируйте следующие :Iн = Рн? Uн и P = U2 ? I2. При помощи первой формулы вычислите ток вторичной обмотки трансформатора. После того как в результате расчетов станет известна P, то по полученным результатам подберите трансформатор, наиболее подходящий по параметрам (мощность и выходное напряжение ).

Далее поработайте с этими формулами:Uвых = Uвх ± (Uвх? Ктр) и Ктр = U1 ? U2. Благодаря этим формулам становится понятным, что для правильного результата достаточно просто фазировать (первичной или вторичной).

Полученное устройство установите в таком месте, из которого оно не будет мешать, так как в процессе работы от трансформатора исходит довольно гул. Поэтому целесообразно устанавливать трансформатор где- в подвале или в подсобном помещении.

Видео по теме

Обратите внимание

Следует также учесть тот факт, что в случае стабилизации напряжения в сети и достижения его нормального значения (220 вольт), на выходе этого трансформатора все равно будет напряжение повышенное, что может привести к выходу из строя бытовых приборов. Поэтому для того, чтобы перестраховаться, используйте в процессе эксплуатации получившегося прибора специальные розетки, реагирующие на изменения напряжения в сети и способные в нужный момент отключить трансформатор от сети.

Источники:

как поднять напряжение в 2019

Очень сложно придумать что-либо более интригующее, нежели трансформатор Теслы . В свое время, когда автор данного изобретения – сербский ученый Никола Тесла – продемонстрировал его широкой публике, он получил репутацию колдуна и мага. Самое удивительное, что собрать трансформатор Теслы без особого труда можно у себя дома, а затем, при демонстрации этого агрегата, вызывать шоковое состояние у всех своих знакомых.

Инструкция

Для начала нам будет любой источник тока напряжения. Нужно найти генератор или трансформатор с напряжением не менее 5 кВ. Иначе эксперимент не получится. Затем данный источник тока необходимо подключить к конденсатору. Если емкость выбранного будет большой, то тогда также будет необходим мост. Затем нужно создать так называемый «искровой промежуток». Для этого нужно взять два медных провода, концы которых согнуть в стороны, а основание крепко обмотать изолентой.

Далее необходимо изготовить Теслы . Для этого нужно обмотать проводом любую круглую деталь без сердечника (так, чтобы посередине была пустота). Первичная обмотка должна состоять из трех-пяти толстого медного провода. Вторичная обмотка должна содержать не менее 1000 витков. В итоге, должны получиться катушки в форме чечевицы.

Затем необходимо подключить провода к первичной обмотке катушки, а также источнику . Самый простой трансформатор Теслы готов. Он сможет давать разряды не менее 5 сантиметров, а также создать «корону» вокруг катушек. Стоит только отметить, что явления, создаваемые трансформатор ом Теслы , пока не изучены. Если же вы изготовили трансформатор Теслы , который дает разряды до одного , то ни в коем случае не становитесь под этот разряд, хоть это и безболезненно. Токи высоких энергий не вызывают сенсорной реакции , но могут сильно разогревать ткани. Последствия от подобных экспериментов скажутся с годами.

Видео по теме

Источники:

как собрать катушку тесла в 2019

В радиолюбительской практике нередко возникает необходимость изготовить трансформатор с нестандартными значениями тока и напряжения. Хорошо, когда удается найти готовое устройство с требуемыми обмотками, в другом случае изготовить его придется самостоятельно.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Устройство и принцип действия трансформатора

С открытием и началом промышленного использования электричества возникла необходимость создания систем его преобразования и доставки к потребителям. Так появились трансформаторы, о принципе действия которых и пойдет речь.

Появлению их на свет предшествовало открытие явления электромагнитной индукции великим английским физиком Майклом Фарадеем почти 200 лет назад. Позже он и его американский коллега Д. Генри нарисовали схему будущего трансформатора.

Трансформатор Фарадея

Первое воплощение идеи в железо состоялось в 1848 году с создания индукционной катушки французским механиком Г. Румкорфом. Свою лепту внесли и российские ученые. В 1872 году профессор Московского университета А. Г. Столетов открыл петлю гистерезиса и описал структуру ферромагнетика, а 4 года спустя, выдающийся российский изобретатель П. Н. Яблочков получил патент на изобретение первого трансформатора переменного тока.

Как устроен и как работает трансформатор

Трансформаторы – это название огромного «семейства», куда входят однофазные, трехфазные, понижающие, повышающие, измерительные и множество других типов трансформаторов. Основное их назначение – преобразование одного или нескольких напряжений переменного тока в другое на основе электромагнитной индукции при неизменной частоте.

Итак, кратко, как работает простейший однофазный трансформатор. Он состоит из трех основных элементов – первичной и вторичной обмоток и объединяющего их в единое целое магнитопровода, на который они как бы нанизаны. Источник подключается исключительно к первичной обмотке, в то время, как вторичная снимает и передает уже измененное напряжение потребителю.

Принцип работы трансформатора

Подключенная к сети первичная обмотка создает в магнитопроводе переменное электромагнитное поле и формирует магнитный поток, который начинает циркулировать между обмотками, индуцируя в них электродвижущую силу (ЭДС). Ее величина зависит от числа витков в обмотках. К примеру, для понижения напряжения необходимо, чтобы в первичной обмотке витков было больше, чем во вторичной. Именно по такому принципу работают понижающие и повышающие трансформаторы.

Важная особенность конструкции трансформатора состоит в том, что магнитопровод имеет стальную структуру, а обмотки, как правило имеющие форму цилиндра, изолированы от него, непосредственно не связаны друг с другом и имеют свою маркировку.

Трансформаторы напряжения

Это, пожалуй, наиболее многочисленная разновидность семейства трансформаторов. В двух словах, их основная функция – сделать произведенную на электростанциях энергию доступной для потребления различными устройствами. Для этого существует система передачи электроэнергии, состоящая из повышающих и понижающих трансформаторных подстанций и линий электропередач.

Вначале электроэнергия, произведенная электростанцией, подается на повышающую трансформаторную подстанцию (к примеру, с 12 до 500 кВ). Это необходимо для того, чтобы компенсировать неизбежные потери электроэнергии при передаче на большие расстояния.

Следующий этап – понижающая подстанция, откуда электроэнергия уже по низковольтной линии подается на понижающий трансформатор и далее к потребителю в виде напряжения 220 в.

Но на этом работа трансформаторов не заканчивается. В большинстве окружающих нас бытовых электроприборов — в ПК, телевизорах, принтерах, стиральных машинах-автоматах, холодильниках, микроволновых печах, DVD и даже в энергосберегающих лампочках установлены понижающие трансформаторы. Пример индивидуального «карманного» трансформатора – зарядное устройство мобильного телефона (смартфона).

Гигантскому разнообразию современных электронных устройств и выполняемых ими функций соответствует множество различных типов трансформаторов. Это далеко не полный их список: силовые, импульсные, сварочные, разделительные, согласующие, вращающиеся, трехфазные, пик-трансформаторы, трансформаторы тока, тороидальные, стержневые и броневые.

Какие они, трансформаторы будущего

Считается, что трансформаторная отрасль весьма консервативна. Тем не менее и ей приходится считаться с революционными изменениями в области электротехники, где все громче о себе заявляют нанотехнологии. Как и множество других устройств, они постепенно «умнеют».

Элегазовые трансформаторы

Активно ведется поиск новых конструкционных материалов – изоляционных и магнитных, способных обеспечить более высокую надежность трансформаторного оборудования. Одним из направлений может стать использование аморфных материалов, что значительно повысит его пожарную безопасность и надежность.

Появятся взрыво- и пожаробезопасные трансформаторы, в которых хлордифенилы, используемые для пропитки электроизоляционных материалов, будут заменены нетоксичными жидкими, экологически безопасными диэлектриками.

Элегазовые трансформаторы

Примером тому — элегазовые силовые трансформаторы, где функцию хладагента выполняет негорючий элегаз гексафторид серы, вместо далеко не безопасного трансформаторного масла.

Вопрос времени – создание «умных» электросетей, оснащенных полупроводниковыми твердотельными трансформаторами с электронным управлением, с помощью которых появится возможность регулировать напряжение в зависимости от потребностей потребителей, в частности, подключать к домашней сети возобновляемые и промышленные источники питания, или наоборот отключать лишние, когда в них нет необходимости.

Еще одно перспективное направление – низкотемпературные сверхпроводимые трансформаторы. Работа по их созданию началась еще в 60-е годы. Главная проблема, с которой столкнулись ученые – огромные размеры криогенных систем, необходимых для изготовления жидкого гелия. Все изменилось в 1986 году, когда были открыты сверхпроводниковые высокотемпературные материалы. Благодаря им, появилась возможность отказаться от громоздких охлаждающих устройств.

Трансформатор с полупроводниковым преобразователем

Сверхпроводимые трансформаторы обладают уникальным качеством: при высокой плотности тока потери в них минимальны, зато, когда ток достигает критических значений, сопротивление от нулевого уровня резко увеличивается.

Повышающий и понижающий трансформатор

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

Функции и работа трансформаторов

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

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

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

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

Можно ли понижающий трансформатор использовать как повышающий

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

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

Как определить принадлежность той или иной обмотки

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

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

Общее устройство и функционирование трансформаторов понижающего типа

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

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

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

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

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

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

Особенности повышающего трансформатора

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

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

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

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

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

В процессе работы трансформаторы нагреваются, поэтому им требуется использовать охлаждение, которое может быть масляным или сухим. Трансформаторные масла относятся к пожароопасным веществам, поэтому такие системы оборудуются дополнительной защитой. Сухие трансформаторы заполняются специальными негорючими веществами. Они безопасны в эксплуатации, но стоят значительно дороже.

Принцип действия трансформатора — назначение, устройство и классификация

Принцип действия:

В устройстве существуют 2 обмотки, их называют первичной и вторичной. К внешнему источнику подключается только первичная обмотка, тогда как вторичная обмотка предназначена для снятия напряжения.
Включая в электросеть первичную обвивку, в магнитопроводе создаётся магнитное поле (переменное) от первичной обмотки, в результате чего образуется ток вторичной обмотки, если его замкнуть через приёмник.
Синхронно в первичной обвивке образуется нагрузочный ток.
Отсюда происходит трансформирование электрической энергии, когда первичная сеть передаёт её вторичной. В результате, приёмник получит ту величину, на которую рассчитан прибор.

схема работы

Явление взаимной индукции, является основой работы трансформатора:

Чтобы улучшить магнитную связь 2 обмоток, они укладываются на магнитопровод стальной структуры.
В свою очередь, делается изоляция не только между ними, но и с магнитопроводом.
Каждая обмотка имеет свою маркировку. Если обмотка с высоким напряжением, её обозначают (ВН), низким – (НН).
Первичная обмотка подключается к электросети, вторичная – к приёмнику.

Напряжение на обвивках имеют различную величину, и от того в каких целях будет применяться устройство, зависит величина на обвивках:

Повышающий трансформатор будет иметь меньше напряжение на первичной обвивке, чем на второй.
Понижающий прибор, в точности всё наоборот.

Использование их различно:

На больших расстояниях используются повышающие приборы.
Если надо распределить электроэнергию потребителям – понижающие.

Существуют приборы с 3 обмотками, когда надо получить не только высокое и низкое напряжение, но и среднюю величину (СН).

Обвивки такого устройства также изолированы друг от друга и имеют подключение от электроэнергии одной обвивкой, когда 2 другие подсоединяются к разным приёмникам:

Обвивки имеют форму цилиндра и выполняются намоткой медного провода, имеющего круглое сечение для малых токов.
Для тока большой величины используются шины с прямоугольным сечением.
На сердечник магнитопровода делается обвивка для малого напряжения, так как она легко изолируется, по сравнению с обвивкой высокого номинала.
Сам сердечник исполняется круглой формы, если обвивка в форме цилиндра. Это делается для уменьшения немагнитных зазоров, и уменьшить длину витков обвивок. Отсюда уменьшится и масса меди на заданную площадь сечения круглого магнитопровода.
Круглый стержень проходит сложный процесс сборки из стальных листов. И чтобы упростить задачу, в устройствах с большим напряжением используются стержни со ступенчатым поперечным сечением, когда их число достигает всего 17 штук.
В мощных агрегатах устанавливаются дополнительные вентиляционные каналы, для охлаждения магнитопровода. Это достигается расположением их перпендикулярно и параллельно поверхности листов из стали.
В менее мощных устройствах сердечник выполняется с прямоугольным сечением.

Назначение и типы

трехфазный трансформатор

Трансформатор, можно назвать преобразователем одной величины напряжения или тока в другую.

Они могут быть:

трёхфазными;
однофазными;
понижающими;
повышающими;
измерительными и т.д.;

Назначение прибора: передаёт и распределяет электроэнергию заказчику.

В приборе есть активные компоненты: обвивка и сердечник магнитопоровода. В свою очередь, сердечник может быть стержневым и броневым. Для них используется холоднокатаная горячекатаная электротехническая сталь.

Обвивку используют непрерывную, винтовую, цилиндрическую, дисковую.

Среди современных изделий можно отметить следующие:

тороидальные;
броневые;
стержневые;

Они имеют характеристики похожие друг с другом, с высокой надёжностью. Единственное, что их различает – это способ изготовления.

В стержневом варианте, обвивка наматывается вокруг сердечника, тогда как в броневом типе идёт включение в сердечник. Поэтому, в стержневом типе, обвивку можно увидеть и располагается она только горизонтально, а в броневом, она скрыта, но может быть, как горизонтально, так и вертикально размещена.

Какой бы тип мы не рассматривали, у него имеются 3 компонента:

система охлаждения;
обвивка;
магнитопровод;

За счёт приборов удаётся значительно повысить напряжённость, идущую с электрических станций, на дальние расстояния, при этом, потери энергии будут минимальные по проводам. На основании вышеизложенного, можно использовать провода на линиях передач, с меньшей площадью сечения.

Потребителю также можно уменьшать потребление энергии с высоковольтных линий до номинальных значений (380, 220, 127 В).

Область применения и виды

трансформатор в телевизоре

Бытовые трансформаторы защищают технику при перепадах напряжения.

Поэтому применяют их в следующих приборах:

в освещении;
осциллографах;
телевизорах;
радиоприёмниках;
измерительных устройствах и т.д;

Сварочные экземпляры, разделяющие силовую и сварочную сеть, активно используются при сварке и электротермических конструкциях, где успешно понижают величину напряжения до обязательных номиналов.

В энергосети используются масляные агрегаты, где напряжённость 6 и 10 кВ.

Многие автоматические конструкции используют трансформаторы, где напряжение на обвивках несуидальное.

Виды:

Вращающийся. Передача сигнала ведётся на объекты, которые вращаются. Например, видеомагнитофон, где передача сигнала ведётся на барабан узла магнитной головки. Здесь существуют 2 половины магнитопровода и вращение их происходит с минимальным зазором в отношении друг друга. На основании этого, реализуется большая скорость оборотов, в контактном способе сигнала достичь такого эффекта не считается возможным.
Пик-трансформатор. В этом варианте происходит преобразование синусоидального напряжения в сплески, имеющие пикообразную форму. Активно используются в управлении тиристоров, а также электронных и полупроводниковых устройств.
Согласующий. Принимает участие в согласовании сопротивлений в разных промежутках электронной схемы, при этом, форма сигнала искажается минимально. Синхронно обеспечивается гальваническая развязка между зонами схем.
Разделительный. Здесь 2 обмотки не соединены между собой электрически. Такая схема даёт возможность повысить безопасность электрических сетей. Когда происходит случайное одновременное прикосновение к токоведущей части и земли, выдаётся гальваническая развязка электрической цепи.
Импульсный. В этом варианте преобразуются импульсные сигналы за очень короткий промежуток времени (десятки микросекунд), при этом, искривление конфигурации импульса минимально.
По напряжению. Здесь происходит конверсия большого напряжения в низкую величину. Этот вариант позволяет изолировать измерительные и логические цепи от большого напряжения.
По току. В этом типе измеряются цепи с большим током. Например, в конструкциях релейных щитов электроэнергетических систем. Поэтому, применяются достаточно жёсткие требования к точности.
Автотрансформатор. В этом типе соединение 2 обмоток ведётся напрямую. В результате, создаётся электрическая и электромагнитная связь, чем объясняется высокий КПД этого вида. Недостатком такого устройства, можно назвать отсутствие изоляции, то есть не существует гальваническая развязка.
Силовой. Этот вариант используется при изменяемом токе и преобразует электрическую энергию в установках и электросетях. Широко применяется этот тип на линиях ЛЭП с высокой напряжённостью (35-750 кВ), городских электрических сетях (10 и 6 кВ).
Сдвоенный дроссель. Наличие 2 равных обвивок, даёт возможность получить более результативный дроссель, чем обычный. Их используют на вводе фильтра в блоке питания, а также в звуковом оборудовании.
Трансфлюксор. Оставшаяся намагниченность магнитного провода имеет большую величину, что позволяет использовать его для сохранения сведений.

Немного из истории

Изобретение трансформаторов начиналось ещё в 1876 году, великим русским учёным П.Н. Яблоковым. Тогда его изделие не имело замкнутого сердечника, который появился значительно позже – 1884 год. И с появлением прибора учёные активно стали интересоваться переменным током.

Например, уже в 1889 году, М.О. Доливо-Добровольским (русским электротехником) была предложена трёхфазная система переменного тока. Им был построен первый 3-х фазный асинхронный двигатель и трансформатор.

Уже через пару лет, электромеханик предоставил свои работы на выставке, где произошла презентация трёхфазной высоковольтной линии, имеющую протяженность 175 км, где успешно повышалась и понижалась электроэнергия.

Немного позже, пришла очередь масляным агрегатам, так как масло не только оказалось хорошим изолятором, но и прекрасной охлаждающей средой.

В 20 столетии появились изделия более компактные и экономичные. Производителями продукции являлись иностранные фирмы. На настоящий момент, выпуском продукции занимаются и отечественные фирмы.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Трансформатор напряжения — этого не знает более 80%!

[contents]

Трансформаторы напряжения назначение и принцип действия

Для чего нужен трансформатор напряжения?

По коэффициенту трансформации эти устройства могут делиться на 3 типа:

трансформатор напряжения понижающий – на выходе устройства напряжение ниже входного (n>1), например, применяется в блоках питания;
повышающий трансформатор – на выходе устройства напряжение выше, чем напряжение на входе (n<1), например, применяется в ламповых усилителях;
согласующий – трансформатор параметры напряжения не изменяет, происходит только гальваническая развязка цепей (n~1), например, применяется в звуковых усилителях.

Как работает трансформатор напряжения?

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

Дополнительная информация

Трансформаторы напряжения можно изготовить самому, но если вам нужен простой бытовой трансформатор с напряжением на 220 вольт и понижением до 12 вольт, то лучше его приобрести. Сколько стоят трансформаторы напряжения можно узнать на любом интернет-сайте, как правило, на бытовые понижающие трансформаторы напряжения цены не очень высоки.

С н/п Владимир Васильев

Трансформаторы напряжения — устройство, принцип работы, расчет и характеристики

Трансформатор — устройство для преобразования величины напряжения переменного тока. Работа трансформатора основывается на законе электромагнитной индукции.

Ток, протекающий по одной из обмоток, вызывает возникновение переменного магнитного поле в сердечнике, а оно наводит ЭДС в остальных обмотках.

Именно наличие переменного магнитного поля создает условия для работы трансформатора. На постоянном токе трансформатор работать не может. В случае подключения трансформатора к источнику постоянного напряжения, переменное магнитное поле не создается, следовательно нет причины для образования ЭДС.

В таком случае ток первичной обмотки определяется только ее омическим сопротивлением.

Трансформатор преобразует напряжение при сохранении частоты и баланса мощностей на входе и выходе с учетом КПД. Также при помощи трансформаторов осуществляется гальваническая развязка по цепям питания.

Большинство электронной аппаратуры требует питания, отличного от напряжения сети. В большинстве случаев это напряжение значительно ниже и может иметь несколько различных значений.

Трансформатор с несколькими вторичными обмотками позволяет выполнить максимально простое преобразование величины напряжения с той оговоркой, что питающее напряжение переменное.

В случае необходимости преобразовывать постоянное напряжение, приходится сначала преобразовывать его в переменное, что требует определенных схемотехнических решений. В таком случае использование трансформаторов оправдано только наличием гальванической развязки между обмотками.

УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Основные узлы, которые входят в трансформатор это сердечник и обмотки. Сердечники трансформаторов бывают двух типов — броневые и стержневые. Для работы с низкочастотными напряжениями, в том числе и 50 Гц применяются стержневые магнитопроводы. В свою очередь они подразделяются на:

Ш-образные;
П-образные;
тороидальные.

Для изготовления сердечника используется специальное трансформаторное железо. От качества железа во многом зависят параметры трансформатора, такие как ток холостого хода (ТХХ) и КПД. Сердечник набирается из тонких листов железа, изолированных друг от друга слоем окиси или лака. Это делается для того, чтобы уменьшить потери в сердечнике за счет вихревых токов.

Как Ш-образный, так и П-образный сердечники могут собираться из отдельных пластин, а могут быть использованы уже готовые половинки, сделанные из навитых на специальную оправку сплошных лент железа, поклеенных и разрезанных на две части — витые сердечники. Такие сердечники называются ПЛ.

У каждого из типов свои достоинства и недостатки:

Наборные сердечники.: Наиболее часто используются для сборки магнитопровода произвольного сечения, которое ограничивается только шириной пластин. Следует иметь ввиду, что наилучшие параметры имеют трансформаторы с поперечным сечением сердечника, близким к квадратному.
Недостатки — необходимость в плотном стягивании, повышенное магнитное поле рассеивания трансформатора и низкий коэффициент заполнения окна катушки (реальная площадь металла в сердечнике меньше геометрических размеров из-за неплотного прилегания пластин).
Витые.: Собираются еще проще, поскольку весь сердечник состоит из двух частей для П-образного магнитопровода и четырех для Ш-образного. Характеристики значительно лучше, чем у наборного магнитопровода. Недостатки — соприкасающиеся поверхности должны иметь минимальный зазор во избежание ослабления магнитного поля.
При ударах пластины половинок зачастую отслаиваются и их очень трудно совместить для плотного прилегания. Существует только определенный ряд размеров магнитопроводов.
Тороидальные.: Представляют собой кольцо, свитое из ленты трансформаторного железа Имеют самые лучшие характеристики из всех типов сердечников, минимальный ТХХ и практически полное отсутствие магнитного поля рассеивания.
Основной недостаток — сложность намотки, особенно проводов большого диаметра.

Классический трансформатор имеет одну первичную обмотку и одну или несколько вторичных. Обмотки изолируются друг от друга для исключения вероятности между обмоточного пробоя. Как первичная, так и вторичные обмотки могут иметь отводы.

В Ш-образных трансформаторах все обмотки наматываются на центральном стержне, а в П-образном первичная может размещаться на одном стержне, а вторичная на другом. Гораздо чаще обмотки делятся пополам и наматываются на обеих стержнях. Затем обе половины обмоток соединяются последовательно.

Такая намотка улучшает характеристики трансформатора и сокращает количество провода для обмоток.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Основные характеристики трансформатора:

входное напряжение;
значения выходных напряжений;
мощность;
напряжение и ток холостого хода.

Отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках представляет собой коэффициент трансформации. Он зависит только от соотношения количества витков в обмотках и остается постоянным в любых режимах работы.

Мощность трансформатора зависит от сечения сердечника и диаметра проводов в обмотках (соответственно — допустимого тока). Мощность со стороны первичной обмотки всегда равна сумме мощностей вторичных за вычетом потерь в обмотках и сердечнике.

Напряжение холостого хода — это напряжение на вторичных обмотках без нагрузки. Разница между ним и напряжением под нагрузкой характеризует потери в обмотках за счет сопротивления провода. Таким образом, чем толще проводники в обмотках, тем меньше будут потери и меньше разница в напряжениях.

Величина тока холостого хода зависит, в основном от качества сердечника. В идеальном трансформаторе ток, проходящий через первичную обмотку, создает переменное магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, за счет магнитной индукции создает ЭДС противоположного направления.

Индуцированная ЭДС компенсирует подаваемое напряжение и ТХХ равен нулю. В реальных условиях, за счет потерь в сердечнике, величина ЭДС всегда меньше первичного напряжения, в результате чего возникает ТХХ. Для уменьшения тока для изготовления сердечника нужен материал высокого качества, между пластинами должен отсутствовать немагнитный зазор.

Последнему требованию в максимальной степени соответствуют тороидальные сердечники — в них немагнитный зазор отсутствует.

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Как показывает опыт и практика, точный расчет трансформатора напряжения себя не оправдывает. Точность нужна только при определении количества витков для получения нужного коэффициента трансформации. Диаметр проводов обмоток должен соответствовать или превосходить минимально допустимому по условиям нагрева.

Общая последовательность расчета трансформатора такова:

определение мощности трансформатора;
подбор сердечника с сечением максимально близкого к расчетному, но не меньше его;
определение количества витков катушек, приходящихся на один вольт напряжения;
расчет количества витков для каждой обмотки;
расчет сечения проводов обмоток.

Мощность трансформатора определяется суммированием мощностей всех обмоток за исключением первичной. Для каждой из них — это произведение напряжения на максимальный ток потребления. Для расчета сечения сердечника нужна габаритная мощность трансформатора, которая учитывает КПД.

Рассматриваемые трансформаторы имеют КПД от 70% при мощности до 150 Вт и до 90 % при большей мощности. Таким образом, чтобы получит габаритную мощность нужно мощность вторичных обмоток умножить на коэффициент 1.3 — 1.1.

Площадь поперечного сечения можно найти как квадратный корень из габаритной мощности. Имея значение площади можно подобрать из таблиц готовый сердечник. Если планируется разборный, то исходя из размеров имеющихся пластин можно вычислить необходимую толщину набора. Как уже говорилось выше, сечение должно быть близким к квадрату.

Наибольшие затруднения вызывает нахождение числа витков. Для этого нужно сначала рассчитать сколько витков должно приходиться на один вольт напряжения. Это значение будет различаться в зависимости от площади сечения сердечника. Следует иметь ввиду, что при одинаковом сечении у магнитопроводов разных типов это значение также будет различно.

Можно воспользоваться следующей формулой: N = К/S,

где N — количество витков на вольт, S — площадь сечения сердечника в см², K — коэффициент, зависящий от материала и типа сердечника.

Значение коэффициента К:

для наборных сердечников — 60;
для типов ПЛ — 50;
для тороидальных сердечников 40.

Как видим, количество витков у тороидального трансформатора будет минимальным. Умножая число витков на вольт на требуемое напряжение каждой обмотки, получим значение количества витков. Для компенсации потерь напряжения, количество витков вторичных обмоток нужно увеличить на 5%.

У мощных трансформаторов (более 150 Вт) этого делать не нужно.

Сечение проводов также определяется по упрощенной формуле: 0.7√I, где I — ток обмотки.

Провод нужно брать ближайшего к расчетному сечения (можно больше, но не меньше).

В случае сомнений по поводу того, поместится ли провод в обмотке, можно посчитать, сколько витков уложится в один слой и определить количество слоев и их общую толщину для каждой из обмоток. Это справедливо только для Ш-образных и П-образных трансформаторов.

В тороидальных количество витков в каждом последующем случае будет меньше, чем в предыдущем за счет уменьшения внутреннего диаметра.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Повышающий трансформатор

: определение, схема и принцип работы

Что такое повышающий трансформатор?

Повышающий трансформатор — это тип трансформатора, который преобразует низкое напряжение (LV) и высокий ток с первичной стороны трансформатора в высокое напряжение (HV) и низкое значение тока на вторичной стороне трансформатора. . Обратное явление известно как понижающий трансформатор.

Трансформатор — это статическое электрическое оборудование, которое преобразует электрическую энергию (от обмоток первичной стороны) в магнитную энергию (в магнитном сердечнике трансформатора) и снова в электрическую энергию (на вторичной стороне трансформатора).Повышающий трансформатор находит широкое применение в электрических системах и линиях передачи.

Рабочая частота и номинальная мощность примерно равны на первичной и вторичной сторонах трансформатора, потому что трансформатор является очень эффективным оборудованием, а значения напряжения и тока обычно разные.

Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку в электрической системе. Благодаря этим двум основным характеристикам трансформатор является наиболее важной частью электрической системы и обеспечивает экономичную и надежную передачу и распределение электроэнергии.

Трансформатор может передавать энергию в обоих направлениях, со стороны ВН на сторону НН, а также в обратном направлении. По этой причине он может работать как повышающий или понижающий трансформатор. Оба типа трансформаторов имеют одинаковую конструкцию и конструкцию.

Теоретически мы можем использовать любой трансформатор как повышающий, так и понижающий. Это зависит только от направления потока энергии.

Обмотки ВН содержат огромное количество витков по сравнению с обмотками НН. Провод обмотки НН имеет большее поперечное сечение, чем провод ВН, из-за более высокого значения тока на стороне НН.Обычно мы размещаем обмотки низкого напряжения близко к сердечнику трансформатора, а поверх них наматываем обмотки высокого напряжения.

Коэффициент трансформации (n) повышающего трансформатора приблизительно пропорционален соотношению напряжений:

Где V _{P, S} — напряжения, а N _{P, S} — номера витков на первичной обмотке. (LV) и вторичная (HV) стороны соответственно. Первичная сторона повышающего трансформатора (сторона низкого напряжения) имеет меньшее количество витков, чем вторичная сторона (сторона высокого напряжения).

Это означает, что энергия перетекает от НН к ВН. Напряжение повышается от первичного (входное) до вторичного (выходное) .

Это уравнение можно преобразовать в формулу для выходного напряжения (т.е. вторичного напряжения). Это иногда называют формулой повышающего трансформатора :

Калькулятор трансформатора может помочь вам легко рассчитать коэффициент трансформации трансформатора и определить, является ли устройство повышающим или понижающим трансформатором.

Наиболее важным применением повышающего трансформатора является повышающий трансформатор генератора (GSU), используемый на всех электростанциях.

Эти трансформаторы обычно имеют большие значения передаточного отношения. Значение напряжения, производимое при производстве энергии, увеличивается и подготавливается для передачи энергии на большие расстояния.

Энергия, вырабатываемая на электростанции, имеет низкое напряжение и большой ток. В зависимости от типа генерирующей установки трансформатор ПГУ имеет номинальное значение первичного напряжения от 6 до 20 кВ.

Номинальное значение напряжения вторичной стороны GSU может составлять 110 кВ, 220 кВ, 410 кВ в зависимости от системы передачи энергии, подключенной к вторичной стороне GSU. Значение тока на первичной стороне GSU обычно очень велико и в зависимости от номинальной мощности трансформатора может достигать даже 30000 A.

Это значение тока непрактично для передачи энергии и должно уменьшаться из-за потерь мощности передачи (R × I ²). Передача энергии на большие расстояния была бы невозможна.Помимо трансформатора GSU, также обеспечивается гальваническая развязка между генератором и электрической сетью.

Применение повышающего трансформатора

Небольшой повышающий трансформатор можно использовать в электронных и электрических устройствах, где требуется повышение напряжения. Но в настоящее время в современных электронных устройствах все чаще используются силовые электронные схемы из-за меньшего веса и габаритов.

Гигантский повышающий трансформатор используется в качестве повышающего трансформатора для повышения генерируемой мощности до более высокого уровня напряжения для эффективной передачи электроэнергии.

Повышающий трансформатор

— работа, конструкция, применение и преимущества

Step Up Трансформатор, как следует из названия, представляет собой оборудование, которое повышает или регулирует выходное напряжение, которое намного превышает его входное напряжение, сохраняя при этом стабильный поток электроэнергии без каких-либо колебаний. В основном они используются на электростанциях и в системах передачи электроэнергии. В этом посте вы подробно узнаете о повышающем трансформаторе, его работе, конструкции, применении, преимуществах и недостатках.

Что такое повышающий трансформатор

В повышающем трансформаторе больше витков на вторичной обмотке по сравнению с первичными обмотками. Ток, протекающий через первичную обмотку, намного выше по сравнению с вторичной обмоткой. Он в основном преобразует низкое напряжение, сильный ток в высокое напряжение-низкий ток, то есть напряжение было повышено. Отсюда и название «Повышающий трансформатор».

Рис.1 — Знакомство с повышающим трансформатором

Кароли Зиперновски, Отто Блати и Микса Дери были тремя инженерами, которые изобрели понижающий трансформатор в 1884 году, что проложило путь к разработке повышающего трансформатора.

Рис. 2 — Инженеры, которые изобрели повышающий трансформатор

Строительство повышающих трансформаторов

Конструкция повышающих трансформаторов включает сборку обмотки, корпусов и других принадлежностей вместе с сердечником трансформатора. Ниже представлена подробная процедура сборки повышающего трансформатора.

Повышающий сердечник трансформатора
Обмотка (и)

Повышающий сердечник трансформатора

Для изготовления сердечника трансформатора используется материал с высокой проницаемостью.Чтобы сформировать сердечник, собирается и плотно зажимается тонкая кремниевая сталь, которая ламинируется. Материал преамбулы, который используется при формировании сердечника, спроектирован так, чтобы позволить магнитному потоку течь с меньшими потерями.
Характеристика сердечника ограничивает силовые линии магнитного поля в воздухе, что, в свою очередь, увеличивает эффективность трансформатора.
Для изготовления сердечника предпочтительны менее коэрцитивные материалы, такие как кремниевая сталь. Если сердечник изготовлен из других ферромагнитных материалов, это может привести к потере гистерезиса и потере на вихревые токи.

Обмотка (и)

Обмотка (и) помогает передавать намотанные токи на трансформаторы. Обмотки предназначены для охлаждения трансформаторов и выдерживают условия эксплуатации и испытаний.

Провод на первичной обмотке толстый с меньшим количеством витков. А провод на Вторичной обмотке тоньше и имеет большое количество витков. Это в основном спроектировано таким образом, что первичная обмотка может нести низкое напряжение мощности по сравнению с вторичной обмоткой, которая несет более высокое напряжение.

Материал обмотки — медь и алюминий. Медь, будучи дорогим материалом, увеличивает срок службы повышающего трансформатора по сравнению с алюминием, который дешевле.

Ламинирование сердечника снижает вихревые токи. Они бывают разных типов. Наиболее распространены ламинации типа E-E и E-I, к которым прикреплены первичная и вторичная обмотки, и они уложены друг на друга, чтобы минимизировать воздушные зазоры, как показано на рис. 3 (a) и (b). Первичная и вторичная обмотки ламинированного сердечника показаны на рис.3 (в)

Рис.3 — (a) Сердечник E-I (b) Сердечник E-E (c) Обмотка на ламинированном сердечнике

Как работает повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор был объяснен более подробно со схематической диаграммой, показанной на рис. 4. Здесь V ₁ и V ₂ — входное и выходное напряжения соответственно. T1 и T2 — это витки первичной и вторичной обмоток. Первичная обмотка — это входная обмотка трансформатора, а вторичная обмотка — выходная обмотка трансформатора.Если на вторичной обмотке больше витков провода, чем на первичной, выходное напряжение будет выше входного.

Рис. 4 — Принципиальная схема повышающего трансформатора

Поскольку ток, протекающий в трансформаторе, является переменным, он течет в одном направлении, останавливается, затем меняет направление и течет в другом направлении. Поток электричества создает магнитное поле вокруг провода или обмотки. Северный и южный полюса магнитного поля меняются местами, когда ток меняет направление.

Магнитное поле индуцирует напряжение в проводе. Аналогичным образом напряжение будет индуцироваться во второй катушке, когда она находится в движущемся магнитном поле. Это явление называется взаимной индукцией. Следовательно, мы можем сделать вывод, что переменный ток в первичной обмотке создает движущееся магнитное поле, которое индуцирует напряжение во вторичной обмотке.

Соотношение между напряжением и количеством витков в каждой катушке определяется уравнением:

Применение повышающего трансформатора

Применения повышающих трансформаторов включают:

Повышающие трансформаторы

используются в таких электронных устройствах, как инверторы и стабилизаторы , где трансформаторы помогают стабилизировать низкое напряжение до более высокого напряжения.
Он также используется в системе распределения электроэнергии

Преимущества повышающих трансформаторов

Повышающие трансформаторы необходимы в большинстве коммерческих и жилых помещений. Преимущества указаны ниже.

Передатчик мощности

Повышающие трансформаторы — это те, которые передают электроэнергию по более низким ценам на большие расстояния. Напряжение токов увеличивается, которое должно передаваться, в результате чего сопротивление на линии уменьшается.Это помогает снизить потери в пути и более эффективно использовать мощность, подаваемую через него.

Непрерывная работа

Повышающие трансформаторы

обладают способностью и способностью работать без остановок без каких-либо перерывов, в отличие от большинства электрических приборов. Это создает огромное преимущество, которое помогает в системе распределения электроэнергии.

Техническое обслуживание

Помимо того, что повышающие трансформаторы работают без перебоев, они также не требуют особого обслуживания.Повышающий трансформатор требует минимального обслуживания, такого как проверка масла, замена или ремонт поврежденных деталей и т. Д.

Быстрый старт

После установки трансформатор быстро запускается без каких-либо задержек или трудоемких процедур.

КПД

По мере того, как с годами совершенствовались технологии, уровень эффективности повышающего трансформатора также увеличивался. На линиях меньше потерь, что позволяет поддерживать уровень эффективности выше 95%.

Недостатки повышающих трансформаторов

Как указывалось ранее, 100% эффективности не существует. Следовательно, у повышающих трансформаторов есть некоторые недостатки.

Система охлаждения

Поскольку повышающий трансформатор непрерывно выполняет свою задачу без перерывов, ему необходима система охлаждения. Поскольку повышающий трансформатор не может быть отключен для охлаждения, необходимо предусмотреть возможность подключения к трансформаторам круглосуточной системы охлаждения.

Огромный размер

По мере увеличения допустимого напряжения увеличивается размер трансформатора, который также будет включать большую систему охлаждения. Это создает громоздкий и огромный трансформатор, занимающий больше места.

Работает на переменный ток (переменный ток)

Трансформаторы используются только для повышения напряжения переменного тока или переменного тока. Они не работают на постоянном или постоянном токе. Ограничение касается только приложений, связанных с работой переменного тока.

  Также читают: 
  Автоматический выключатель - принцип работы, типы, применение и преимущества 
  Что такое параллельная цепь - как сделать, характеристики, применение 
  Коэффициент мощности - треугольник мощности, типы, коррекция коэффициента мощности, применения, преимущества

Прия — выпускница MBA и 10-летний опыт работы в области бизнес-анализа в различных ТНК. Она является автором, редактором и партнером Electricalfundablog.

ТРАНСФОРМАТОРЫ — прикладное промышленное электричество

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы

Это действительно очень полезное устройство.С его помощью мы можем легко умножить или разделить напряжение и ток в цепях переменного тока. Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния реальностью, поскольку напряжение переменного тока может быть «повышено», а ток «понижен» для снижения потерь мощности сопротивления проводов вдоль линий электропередач, соединяющих генерирующие станции с нагрузками. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) уровни напряжения снижаются трансформаторами для более безопасной работы и менее дорогостоящего оборудования.

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

И наоборот, трансформатор, предназначенный для работы с точностью до наоборот, называется понижающим трансформатором .

Давайте еще раз рассмотрим фотографию, показанную в предыдущем разделе:

Рис. 8.1. Поперечное сечение трансформатора, показывающее первичную и вторичную обмотки, имеет высоту несколько дюймов (приблизительно 10 см).

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое число витков первичной обмотки и низкое число витков вторичной обмотки. В качестве понижающего блока этот трансформатор преобразует низковольтную слаботочную мощность в низковольтную сильноточную мощность.Провод большего сечения, используемый во вторичной обмотке, необходим из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть изготовлена из провода меньшего сечения.

Обратимость работы трансформатора

Если вам интересно, — это можно использовать любой из этих типов трансформаторов в обратном направлении (питание вторичной обмотки от источника переменного тока и обеспечение питания нагрузки первичной обмоткой) для выполнения противоположной функции: может функционировать повышающий как понижение и виза-верса.

Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы индуктивности отдельных обмоток были спроектированы для определенных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор должен использоваться «в обратном направлении», как это, должны использоваться в пределах исходных проектных параметров напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы не оказаться неэффективным (или чтобы не повредить из-за чрезмерного напряжения или тока!).

Таблички конструкции трансформатора

Трансформаторы

часто конструируются таким образом, что не очевидно, какие провода ведут к первичной обмотке, а какие — к вторичной.В электроэнергетике, чтобы избежать путаницы, в электроэнергетике используются обозначения «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем блоке; вторичная обмотка в повышающем) и «X». обозначения низковольтной обмотки. Следовательно, у простого силового трансформатора будут провода с маркировкой «H ₁», «H ₂», «X ₁» и «X ₂». Обычно это имеет значение для нумерации проводов (H ₁ по сравнению с H ₂ и т. Д.), который мы рассмотрим немного позже в этой главе.

Практическое значение повышающих и понижающих трансформаторов

Тот факт, что напряжение и ток «скачкообразно изменяются» в противоположных направлениях (одно вверх, другое вниз), имеет смысл, если вспомнить, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и понять, что трансформаторы не могут производить мощность , а только преобразовывают ее. . Любое устройство, которое могло бы выдавать больше энергии, чем потребляло, нарушило бы закон сохранения энергии в физике, а именно, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована.Как и в случае с первым рассмотренным нами примером трансформатора, эффективность передачи энергии от первичной к вторичной стороне устройства очень хорошая.

Практическое значение этого становится более очевидным, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения / тока могло быть достигнуто только за счет использования двигателей / генераторных установок. Чертеж моторно-генераторной установки показывает основной принцип работы: (Рисунок ниже)

Рисунок 8.2 Мотор-генератор иллюстрирует основной принцип работы трансформатора.
В такой машине двигатель механически соединен с генератором, который предназначен для выработки требуемых уровней напряжения и тока при скорости вращения двигателя. Хотя и двигатели, и генераторы являются довольно эффективными устройствами, использование обоих таким образом усугубляет их неэффективность, так что общий КПД находится в диапазоне 90% или меньше. Кроме того, поскольку для двигателей / генераторных установок, очевидно, требуются движущиеся части, механический износ и балансировка являются факторами, влияющими как на срок службы, так и на производительность.С другой стороны, трансформаторы способны преобразовывать уровни переменного напряжения и тока с очень высоким КПД без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.
Справедливости ради следует отметить, что моторные / генераторные установки не обязательно заменялись трансформаторами для всех приложений . Хотя трансформаторы явно превосходят мотор-генераторные установки для преобразования переменного напряжения и уровня тока, они не могут преобразовывать одну частоту переменного тока в другую или (сами по себе) преобразовывать постоянный ток в переменный или наоборот.Электродвигатели / генераторные установки могут выполнять все эти задачи с относительной простотой, хотя и с уже описанными ограничениями эффективности и механических факторов.
Электродвигатели / генераторные установки также обладают уникальным свойством аккумулирования кинетической энергии: то есть, если подача питания двигателя на мгновение прерывается по какой-либо причине, его угловой момент (инерция этой вращающейся массы) будет поддерживать вращение генератора на короткое время. продолжительность, таким образом изолируя любые нагрузки, питаемые от генератора, от «сбоев» в основной энергосистеме. 2µA} {I} [/ латекс]
Где,
[латекс] L = \ text {индуктивность катушки Генри} [/ латекс]
[латекс] N = \ text {Количество витков в катушке провода (прямой провод = 1)} [/ латекс]
[латекс] \ mu = \ text {Проницаемость основных материалов (абсолютная, а не относительная)} [/ латекс]
[латекс] A = \ text {Площадь рулона в квадратных метрах} [/ латекс]
[латекс] I = \ text {Среднее значение рулона в метрах} [/ латекс]
Итак, должно быть очевидно, что наши две катушки индуктивности должны иметь отношение витков катушки 10: 1, поскольку 10 в квадрате равно 100.Это похоже на то же соотношение, которое мы обнаружили между первичным и вторичным напряжениями и токами (10: 1), поэтому мы можем, как правило, сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен отношению витков обмотки между первичной и вторичной обмотками.
Рисунок 8.3 Пример понижающего трансформатора.
Понижающий трансформатор: (много витков: несколько витков).
Эффект повышения / понижения отношения витков катушки в трансформаторе аналогичен соотношению зубьев шестерни в механических зубчатых передачах, преобразуя значения скорости и крутящего момента во многом таким же образом:
Рисунок 8.4 Редукторная передача снижает крутящий момент, одновременно увеличивая скорость.
Повышающие и понижающие трансформаторы для целей распределения энергии могут быть гигантскими по сравнению с показанными ранее силовыми трансформаторами, причем некоторые блоки имеют высоту дома. На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около двенадцати футов:
Рисунок 8.5 Трансформатор подстанции.
Существуют приложения, в которых необходима гальваническая развязка между двумя цепями переменного тока без какого-либо преобразования уровней напряжения или тока.В этих случаях используются трансформаторы под названием изолирующие трансформаторы с коэффициентами трансформации 1: 1. Настольный изолирующий трансформатор показан на рисунке ниже.
Рисунок 8.6 Разделительный трансформатор изолирует питание от линии питания.
Поскольку трансформаторы по сути являются устройствами переменного тока, нам необходимо знать фазовые соотношения между первичной и вторичной цепями. Мы можем построить кривые для первичной и вторичной цепей и увидеть фазовые соотношения.
Рисунок 8.7 Вторичное напряжение V (3,5) синфазно с первичным напряжением V (2) и понижено в десять раз.
Вторичное напряжение V (3,5) синфазно с первичным напряжением V (2) и понижено в десять раз.
При переходе от первичной, В (2), к вторичной, В (3,5), напряжение снижалось в десять раз, а ток повышался в десять раз. Формы сигналов как тока, так и напряжения являются синфазно при переходе от первичного к вторичному.
Рисунок 8.8 Первичный и вторичный токи синфазны. Вторичный ток увеличивается в десять раз.
Условные обозначения трансформатора
Похоже, что напряжение и ток двух обмоток трансформатора синфазны, по крайней мере, для нашей резистивной нагрузки. Это достаточно просто, но было бы неплохо узнать , каким образом мы должны подключить трансформатор, чтобы обеспечить правильное соотношение фаз. В конце концов, трансформатор — это не что иное, как набор индукторов с магнитной связью, а на индукторах обычно нет какой-либо маркировки полярности.Если бы мы посмотрели на немаркированный трансформатор, у нас не было бы возможности узнать, как подключить его к цепи, чтобы получить синфазное (или не синфазное на 180 °) напряжение и ток:
Рисунок 8.9 На практике полярность трансформатора может быть неоднозначной.
Поскольку это практическая проблема, производители трансформаторов разработали своего рода стандарт маркировки полярности для обозначения фазовых соотношений. Он называется условным обозначением точек и представляет собой не что иное, как точку, помещенную рядом с каждым соответствующим плечом обмотки трансформатора:
Рисунок 8.10 Пара точек указывает полярность.
Обычно трансформатор поставляется с какой-то схематической диаграммой, на которой отмечены выводы проводов для первичной и вторичной обмоток. На схеме будет пара точек, похожая на то, что видно выше. Иногда точки будут опускаться, но когда метки «H» и «X» используются для обозначения проводов обмотки трансформатора, предполагается, что нижние индексы обозначают полярность обмоток. Провода «1» (H ₁ и X ₁) показывают, где обычно размещаются точки маркировки полярности.
Подобное расположение этих точек рядом с верхними концами первичной и вторичной обмоток говорит нам о том, что любая мгновенная полярность напряжения, наблюдаемая на первичной обмотке, будет такой же, как и на вторичной обмотке. Другими словами, сдвиг фазы от первичного к вторичному будет равен нулю градусов.
С другой стороны, если точки на каждой обмотке трансформатора не совпадают , а не , фазовый сдвиг будет 180 ° между первичной и вторичной обмотками, например:
Рисунок 8.11 Не в фазе: основной красный — точка, дополнительный черный — точка.
Конечно, условное обозначение точек только говорит вам, какой конец каждой обмотки является каким относительно другой обмотки (ов). Если вы хотите самостоятельно изменить соотношение фаз, все, что вам нужно сделать, это поменять местами соединения обмотки следующим образом:
Рисунок 8.12 В фазе: основной красный — точка, дополнительный красный — точка.
Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношением витков первичной и вторичной обмоток.
[латекс] \ text {Коэффициент передачи напряжения} = \ frac {N_ {вторичный}} {N_ {primary}} [/ latex]
[латекс] \ text {Текущий коэффициент передачи} = \ frac {N_ {первичный}} {N_ {вторичный}} [/ latex]
Где,
[латекс] N = \ text {Количество витков в обмотке} [/ латекс]
Трансформатор, предназначенный для увеличения напряжения от первичной до вторичной, называется повышающим трансформатором .Трансформатор, предназначенный для понижения напряжения с первичной обмотки на вторичную, называется понижающим трансформатором .
Коэффициент трансформации трансформатора будет равен квадратному корню из отношения его первичной индуктивности к вторичной индуктивности (L).
[латекс] \ text {Коэффициент передачи напряжения} = \ sqrt {\ frac {L_ {вторичный}} {L_ {первичный}}} [/ латекс]
Имея возможность передавать мощность от одной цепи к другой без использования соединительных проводов между двумя цепями, трансформаторы обеспечивают полезную функцию гальванической развязки .
Трансформаторы
, предназначенные для обеспечения гальванической развязки без повышения или понижения напряжения и тока, называются изолирующими трансформаторами .
Фазовое соотношение напряжения и тока между первичной и вторичной цепями трансформатора прямое: в идеале нулевой сдвиг фазы.
Условное обозначение точек — это тип маркировки полярности для обмоток трансформатора, показывающий, какой конец обмотки является каким относительно других обмоток.
Трансформаторы с несколькими вторичными обмотками
Трансформаторы — очень универсальные устройства. Базовая концепция передачи энергии между взаимными индукторами достаточно полезна между одной первичной и одной вторичной обмотками, но трансформаторы не обязательно должны быть сделаны с двумя наборами обмоток. Рассмотрим схему трансформатора:
Рисунок 8.13. Трансформатор с несколькими вторичными обмотками обеспечивает несколько выходных напряжений.
Здесь три катушки индуктивности имеют общий магнитный сердечник, магнитно «связывая» или «связывая» их вместе.Связь между коэффициентами витков обмотки и отношениями напряжений, наблюдаемая с одной парой взаимных индукторов, все еще сохраняется здесь для нескольких пар катушек.
Вполне возможно собрать трансформатор, подобный приведенному выше (одна первичная обмотка, две вторичные обмотки), в котором одна вторичная обмотка является понижающей, а другая — повышающей. Фактически, такая конструкция трансформатора была довольно распространена в схемах питания электронных ламп, которые требовались для подачи низкого напряжения на нити ламп (обычно 6 или 12 вольт) и высокого напряжения для пластин ламп (несколько сотен вольт) от источника питания. номинальное первичное напряжение 110 вольт переменного тока.
С таким трансформатором возможны не только напряжения и токи совершенно разных величин, но все цепи электрически изолированы друг от друга.
Рисунок 8.14 Фотография многообмоточного трансформатора с шестью обмотками, первичной и пятью вторичными обмотками.
Трансформатор на рисунке выше предназначен для обеспечения как высокого, так и низкого напряжения, необходимого в электронной системе с использованием электронных ламп. Низкое напряжение требуется для питания нитей вакуумных трубок, в то время как высокое напряжение требуется для создания разности потенциалов между пластиной и катодными элементами каждой трубки.Одного трансформатора с несколькими обмотками достаточно, чтобы обеспечить все необходимые уровни напряжения от одного источника 115 В. Провода для этого трансформатора (их 15!) На фотографии не показаны, они скрыты от глаз.
Если электрическая изоляция между вторичными цепями не имеет большого значения, аналогичный эффект может быть получен путем «постукивания» одной вторичной обмотки в нескольких точках по ее длине, как показано на рисунке ниже.
Рис. 8.15. Вторичная обмотка с одним ответвлением обеспечивает несколько напряжений.
Многополюсный коммутирующий трансформатор
Ответвитель — это не что иное, как соединение проводов, сделанное в некоторой точке обмотки между концами. Неудивительно, что соотношение витков обмотки / величины напряжения обычного трансформатора сохраняется для всех сегментов обмоток с ответвлениями. Этот факт можно использовать для производства трансформатора с несколькими передаточными числами:
Рис. 8.16. Вторичная обмотка с ответвлениями, использующая переключатель для выбора одного из многих возможных напряжений.
Переменный трансформатор
Продолжая концепцию отводов обмотки, мы получаем «регулируемый трансформатор», в котором скользящий контакт перемещается по длине открытой вторичной обмотки и может соединяться с ней в любой точке по ее длине.Эффект эквивалентен наличию отвода обмотки на каждом витке обмотки и переключателя с полюсами на каждом положении отвода:
Рисунок 8.17 Скользящий контакт на вторичной обмотке непрерывно изменяет вторичное напряжение.
Одно из применений переменного трансформатора для потребителей — это регуляторы скорости для модельных поездов, особенно поездов 1950-х и 1960-х годов. Эти трансформаторы были по существу понижающими блоками, максимальное напряжение, получаемое от вторичной обмотки, было существенно меньше, чем первичное напряжение от 110 до 120 вольт переменного тока.Контакт с регулируемой разверткой обеспечивает простое средство управления напряжением с небольшими потерями энергии, намного более эффективное, чем управление с использованием переменного резистора!
Подвижно-скользящие контакты слишком непрактичны для использования в больших промышленных силовых трансформаторах, но многополюсные переключатели и отводы обмотки являются обычным явлением для регулировки напряжения. В энергосистемах необходимо периодически производить регулировку, чтобы приспособиться к изменениям нагрузки в течение месяцев или лет во времени, и эти схемы переключения обеспечивают удобное средство.Как правило, такие «переключатели ответвлений» не предназначены для работы с током полной нагрузки, а должны срабатывать только тогда, когда трансформатор обесточен (отсутствует питание).
Автотрансформатор
Видя, как мы можем отвести любую обмотку трансформатора, чтобы получить эквивалент нескольких обмоток (хотя и с потерей гальванической развязки между ними), имеет смысл полностью отказаться от гальванической развязки и построить трансформатор из одной обмотки. Действительно, это возможно, и получившееся устройство называется автотрансформатором :
. Рисунок 8.18 Этот автотрансформатор повышает напряжение с помощью одинарной ответвленной обмотки, экономя медь и жертвуя изоляцией.
Автотрансформатор, изображенный выше, выполняет функцию повышения напряжения. Понижающий автотрансформатор будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.
Рисунок 8.19. Этот автотрансформатор понижает напряжение с помощью одной обмотки с ответвлениями для экономии меди. Автотрансформаторы
находят широкое применение в приложениях, требующих небольшого повышения или понижения напряжения на нагрузке. Альтернативой обычному (изолированному) трансформатору может быть либо правильное соотношение первичной / вторичной обмотки, предназначенное для работы, либо использование понижающей конфигурации с вторичной обмоткой, подключенной последовательно («повышающий») или последовательно. противодействующая («вздрагивающая») мода.Для иллюстрации того, как это будет работать, приведены первичные, вторичные напряжения и напряжения нагрузки.
Конфигурации автотрансформатора
Во-первых, «повышающая» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую складывается с первичным напряжением.
Рисунок 8.20. Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для повышения сетевого напряжения.
Далее, «раскладывающаяся» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую вычитается из первичного напряжения:
Рисунок 8.21 Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для понижения напряжения в сети.
Основным преимуществом автотрансформатора является то, что та же функция повышения или понижения достигается только с одной обмоткой, что делает его более дешевым и легким в производстве, чем обычный (изолирующий) трансформатор, имеющий как первичную, так и вторичную обмотки.
Автотрансформатор с вариатором
Как и у обычных трансформаторов, обмотки автотрансформатора могут иметь ответвления для изменения передаточного числа.Кроме того, их можно сделать плавно регулируемыми с помощью скользящего контакта, чтобы постучать по обмотке в любой точке по ее длине. Последняя конфигурация достаточно популярна, чтобы заслужить собственное имя: Variac . (рисунок ниже)
Рис. 8.22. Вариак — это автотрансформатор со скользящим ответвлением.
Маленькие вариаторы для настольного использования — это популярное оборудование для экспериментаторов в области электроники, поскольку они могут понижать (а иногда и повышать) напряжение переменного тока в домашних условиях с широким и точным диапазоном регулировки простым поворотом ручки.
Трансформаторы могут быть оснащены более чем одной парой первичной и одной вторичной обмоток. Это позволяет использовать несколько коэффициентов повышения и / или понижения в одном устройстве.
Обмотки трансформатора также можно «отводить»: то есть пересекаться во многих точках для разделения одной обмотки на секции.
Переменные трансформаторы могут быть изготовлены с помощью подвижного плеча, который перемещается по длине обмотки, контактируя с обмоткой в любой точке по ее длине.Обмотка, конечно же, должна быть оголенной (без изоляции) в области движения плеча.
Автотрансформатор — это одинарная катушка индуктивности с ответвлениями, используемая для повышения или понижения напряжения, как трансформатор, за исключением того, что обеспечивает гальваническую изоляцию.
A Variac — регулируемый автотрансформатор.
Поскольку трехфазные сети так часто используются в системах распределения электроэнергии, вполне логично, что нам понадобятся трехфазные трансформаторы, чтобы иметь возможность повышать или понижать напряжение.Это верно лишь отчасти, поскольку обычные однофазные трансформаторы могут быть объединены вместе для преобразования мощности между двумя трехфазными системами в различных конфигурациях, устраняя необходимость в специальном трехфазном трансформаторе. Однако для этих задач созданы специальные трехфазные трансформаторы, которые могут работать с меньшими требованиями к материалам, меньшими размерами и меньшим весом, чем их модульные аналоги.
Обмотки и соединения трехфазного трансформатора
Трехфазный трансформатор состоит из трех наборов первичной и вторичной обмоток, каждый из которых намотан на одну ногу узла железного сердечника.По сути, это выглядит так, как будто три однофазных трансформатора имеют общий сердечник, как показано на рисунке ниже.
Рисунок 8.23 Сердечник трехфазного трансформатора имеет три набора обмоток.
Эти наборы первичной и вторичной обмоток будут соединены в конфигурации Δ или Y, чтобы сформировать единый блок. Различные комбинации способов, которыми эти обмотки могут быть соединены вместе, будут в центре внимания этого раздела.
Независимо от того, используются ли комплекты обмоток с общим сердечником или каждая пара обмоток представляет собой отдельный трансформатор, варианты подключения обмоток одинаковы:
Начальное — Среднее
Y — Y
Y — Δ
Δ — Y
Δ — Δ
Причины выбора конфигурации Y или Δ для соединений обмоток трансформатора те же, что и для любого другого трехфазного приложения: соединения Y обеспечивают возможность для нескольких напряжений, в то время как соединения Δ имеют более высокий уровень надежности (если одна обмотка выходит из строя в открытом состоянии, два других могут поддерживать полное линейное напряжение нагрузки).
Вероятно, наиболее важным аспектом соединения трех наборов первичной и вторичной обмоток для формирования трехфазного трансформатора является уделение внимания правильному фазированию обмоток (точки, используемые для обозначения «полярности» обмоток). Помните правильное соотношение фаз между фазными обмотками Δ и Y: (рисунок ниже)
Рисунок 8.24 (Y) Центральная точка «Y» должна связывать либо все «-», либо все «+» точки намотки вместе. (Δ) Полярности обмоток должны складываться вместе (от + до -).
Правильная синхронизация фаз, когда обмотки не показаны в стандартной конфигурации Y или Δ, может быть непростой задачей. Позвольте мне проиллюстрировать это, начиная с рисунка ниже.
Рисунок 8.23. Входы A1, A2, A3 могут быть подключены к «Δ» или «Y», как и выходы B1, B2, B3.
Разводка фаз для трансформатора «Y-Y»
Три отдельных трансформатора должны быть соединены вместе для преобразования энергии из одной трехфазной системы в другую. Сначала я покажу электрические соединения для конфигурации Y-Y:
Рисунок 8.25 Разводка фаз для трансформатора «Y-Y».
Обратите внимание на рисунок выше, как все концы обмотки, отмеченные точками, подключены к своим соответствующим фазам A, B и C, в то время как концы без точек соединены вместе, образуя центры каждой буквы «Y». Соединение первичной и вторичной обмоток в виде «Y» позволяет использовать нейтральные проводники (N ₁ и N ₂) в каждой энергосистеме.
Разводка фаз для трансформатора «Y-Δ»
Теперь посмотрим на конфигурацию Y-Δ:
Рисунок 8.26 Подключение фаз для трансформатора «Y-Δ».
Обратите внимание на то, как вторичные обмотки (нижний набор, рисунок выше) соединены в цепочку, причем сторона с «точкой» одной обмотки соединена со стороной «без точки» следующей, образуя петлю Δ. В каждой точке соединения между парами обмоток выполняется подключение к линии второй энергосистемы (A, B и C).
Фазовая проводка для трансформатора «Δ-Y»
Теперь давайте рассмотрим систему Δ-Y на рисунке ниже.
Рисунок 8.27. Подключение фаз для трансформатора «Δ-Y».
Такая конфигурация (рисунок выше) позволит обеспечить несколько напряжений (между фазой или между фазой и нейтралью) во второй энергосистеме от исходной энергосистемы, не имеющей нейтрали.
Фазовая проводка для трансформатора «Δ-Δ»
И наконец, перейдем к конфигурации Δ-Δ:
Рисунок 8.28. Схема подключения фаз для трансформатора «Δ-Δ».
Когда нет необходимости в нейтральном проводе во вторичной энергосистеме, предпочтительны схемы подключения Δ-Δ (рисунок выше) из-за присущей надежности конфигурации Δ.
Фазовая проводка для трансформатора «V» или «открытый Δ»
Учитывая, что Δ-конфигурация может удовлетворительно работать без одной обмотки, некоторые разработчики энергосистем предпочитают создавать батарею трехфазных трансформаторов только с двумя трансформаторами, представляя конфигурацию Δ-Δ с отсутствующей обмоткой как на первичной, так и на вторичной сторонах:
Рис. 8.29 «V» или «разомкнутый Δ» обеспечивает питание 2-φ только с двумя трансформаторами.
Эта конфигурация называется «V» или «Open-Δ». Конечно, каждый из двух трансформаторов должен быть большего размера, чтобы выдерживать такое же количество мощности, как три в стандартной Δ-конфигурации, но общие размеры, вес и стоимость часто того стоят.Однако следует иметь в виду, что при отсутствии одного набора обмоток в форме Δ эта система больше не обеспечивает отказоустойчивость нормальной системы Δ-Δ. Если один из двух трансформаторов выйдет из строя, это определенно повлияет на напряжение и ток нагрузки.
Пример из реальной жизни
На следующей фотографии (рисунок ниже) показан блок повышающих трансформаторов на плотине гидроэлектростанции Гранд-Кули в штате Вашингтон. С этой точки зрения можно увидеть несколько трансформаторов (зеленого цвета), которые сгруппированы по три: по три трансформатора на гидроэлектрический генератор, соединенные вместе проводом в той или иной форме трехфазной конфигурации.
На фотографии не показаны соединения первичной обмотки, но похоже, что вторичные обмотки соединены по схеме Y, так как из каждого трансформатора выступает только один большой высоковольтный изолятор. Это говорит о том, что другая сторона вторичной обмотки каждого трансформатора имеет потенциал земли или близок к нему, что может быть верно только в системе Y. В здании слева находится электростанция, в которой размещены генераторы и турбины. Справа наклонная бетонная стена — нижняя поверхность плотины:
Рисунок 8.Плотина гидроэлектростанции Гранд-Кули, 30
Мощность
Как уже отмечалось, трансформаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы обеспечить приемлемую связь по мощности, точное регулирование напряжения и низкие искажения тока возбуждения. Кроме того, трансформаторы должны быть спроектированы так, чтобы без проблем передавать ожидаемые значения тока первичной и вторичной обмоток. Это означает, что проводники обмотки должны быть изготовлены из проволоки соответствующего калибра, чтобы избежать проблем с нагревом.
Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор должен иметь идеальную связь (без индуктивности рассеяния), идеальное регулирование напряжения, идеально синусоидальный ток возбуждения, отсутствие гистерезиса или потерь на вихревые токи и достаточно толстый провод, чтобы выдерживать любой ток.К сожалению, идеальный трансформатор должен быть бесконечно большим и тяжелым, чтобы соответствовать этим целям проектирования. Таким образом, при разработке практической конструкции трансформатора необходимо идти на компромиссы.

Кроме того, изоляция проводов обмотки является проблемой там, где встречаются высокие напряжения, как это часто бывает в повышающих и понижающих распределительных трансформаторах. Обмотки должны быть не только хорошо изолированы от стального сердечника, но и каждая обмотка должна быть достаточно изолирована от другой, чтобы поддерживать электрическую изоляцию между обмотками.

Номинальные характеристики трансформатора

С учетом этих ограничений трансформаторы рассчитаны на определенные уровни напряжения и тока первичной и вторичной обмоток, хотя номинальный ток обычно выводится из номинального значения вольт-ампер (ВА), присвоенного трансформатору. Например, возьмите понижающий трансформатор с номинальным напряжением первичной обмотки 120 В, номинальным напряжением вторичной обмотки 48 В и номинальной мощностью 1 кВА (1000 ВА) в ВА. Максимальные токи обмотки можно определить как таковые: кВА (1000 ВА).Максимальные токи обмоток можно определить как таковые:

[латекс] \ text {Максимальный ток обмотки} [/ латекс]

[латекс] \ tag {8.1} I_ {Max} = \ frac {S} {E} [/ latex]

Иногда обмотки имеют номинальный ток в амперах, но это обычно наблюдается на небольших трансформаторах. Большие трансформаторы почти всегда имеют номинальное напряжение на обмотке и

ВА или кВА.
Потери энергии
Трансформаторы передают мощность с минимальными потерями.Как было сказано ранее, КПД современных силовых трансформаторов обычно превышает 95%. Однако хорошо знать, куда уходит часть этой утраченной силы и что вызывает ее потерю.
Конечно, возможны потери мощности из-за сопротивления обмоток проводов. Если не используются сверхпроводящие провода, всегда будет рассеиваться мощность в виде тепла через сопротивление проводников с током. Поскольку трансформаторы требуют таких длинных проводов, эти потери могут быть существенным фактором.Увеличение диаметра обмоточного провода — один из способов минимизировать эти потери, но только при значительном увеличении стоимости, размера и веса.
Вихретоковые потери
Помимо резистивных потерь, большая часть потерь мощности трансформатора происходит из-за магнитных эффектов в сердечнике. Возможно, наиболее значительным из этих «потерь в сердечнике» являются потери на вихревые токи , которые представляют собой рассеивание резистивной мощности из-за прохождения индуцированных токов через железо сердечника. Поскольку железо является проводником электричества, а также отличным «проводником» магнитного потока, в железе будут индуцироваться токи так же, как есть токи, индуцированные во вторичных обмотках из переменного магнитного поля.Эти индуцированные токи — как описано в пункте о перпендикулярности закона Фарадея — стремятся проходить через поперечное сечение сердечника перпендикулярно виткам первичной обмотки. Их круговое движение дало им необычное название: как водовороты в потоке воды, которые циркулируют, а не движутся по прямым линиям.
Железо является хорошим проводником электричества, но не так хорошо, как медь или алюминий, из которых обычно изготавливаются проволочные обмотки. Следовательно, эти «вихревые токи» должны преодолевать значительное электрическое сопротивление, поскольку они циркулируют по сердечнику.Преодолевая сопротивление утюга, они рассеивают энергию в виде тепла. Следовательно, у нас есть источник неэффективности трансформатора, который трудно устранить.
Индукционный нагрев
Это явление настолько выражено, что его часто используют как средство нагрева черных (железосодержащих) материалов. На фотографии ниже показан блок «индукционного нагрева», повышающий температуру большого участка трубы. Петли из проволоки, покрытые высокотемпературной изоляцией, охватывают окружность трубы, вызывая вихревые токи внутри стенки трубы за счет электромагнитной индукции.Чтобы максимизировать эффект вихревых токов, используется высокочастотный переменный ток, а не частота линии электропередачи (60 Гц). Блоки в правой части изображения вырабатывают высокочастотный переменный ток и регулируют величину тока в проводах, чтобы стабилизировать температуру трубы на предварительно определенном «заданном значении».
Рисунок 8.31 Индукционный нагрев: Первичная изолированная обмотка наводит ток во вторичную железную трубу с потерями.
Снижение вихревых токов
Основная стратегия уменьшения этих расточительных вихревых токов в сердечниках трансформаторов состоит в том, чтобы сформировать железный сердечник в виде листов, каждый из которых покрыт изолирующим лаком, чтобы сердечник был разделен на тонкие пластинки.В результате ширина сердечника очень мала для циркуляции вихревых токов:
Рисунок 8.32 Разделение стального сердечника на тонкие изолированные пластинки сводит к минимуму потери на вихревые токи.
Ламинированные сердечники , подобные показанному здесь, входят в стандартную комплектацию почти всех низкочастотных трансформаторов. Напомним, что на фотографии трансформатора, разрезанного пополам, железный сердечник состоял из множества тонких листов, а не из одной цельной детали. Потери на вихревые токи увеличиваются с увеличением частоты, поэтому трансформаторы, предназначенные для работы от высокочастотной энергии (например, 400 Гц, используемой во многих военных и авиационных приложениях), должны использовать более тонкие пластины, чтобы снизить потери до приемлемого минимума.Это имеет нежелательный эффект увеличения стоимости изготовления трансформатора.
Другой аналогичный метод минимизации потерь на вихревые токи, который лучше подходит для высокочастотных приложений, — это изготовление сердечника из железного порошка, а не из тонких листов железа. Подобно ламинированным листам, эти гранулы железа индивидуально покрыты электроизоляционным материалом, который делает сердечник непроводящим, за исключением ширины каждой гранулы. Сердечники из порошкового железа часто используются в трансформаторах, работающих с радиочастотными токами.
Магнитный гистерезис
Еще одна «потеря в сердечнике» — это магнитный гистерезис . Все ферромагнитные материалы имеют тенденцию сохранять некоторую степень намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля. Эта тенденция оставаться намагниченным называется «гистерезисом», и требуются определенные затраты энергии, чтобы преодолеть это противодействие, изменяющееся каждый раз, когда магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, меняет полярность (дважды за цикл переменного тока).
Этот тип потерь может быть уменьшен за счет правильного выбора материала сердечника (выбор сплава сердечника с низким гистерезисом, о чем свидетельствует «тонкая» гистерезисная кривая B / H) и проектирования сердечника с минимальной магнитной индукцией (большая площадь поперечного сечения ).
Скин-эффект на высоких частотах
Потери энергии в трансформаторе увеличиваются с увеличением частоты. Скин-эффект внутри проводников обмотки уменьшает доступную площадь поперечного сечения для потока электрического заряда, тем самым увеличивая эффективное сопротивление при повышении частоты и создавая большие потери мощности из-за резистивной диссипации. Потери в магнитном сердечнике также увеличиваются из-за более высоких частот, вихревых токов и эффектов гистерезиса. По этой причине трансформаторы значительных размеров предназначены для эффективной работы в ограниченном диапазоне частот.
В большинстве систем распределения электроэнергии, где частота сети очень стабильна, можно подумать, что чрезмерная частота никогда не будет проблемой. К сожалению, это происходит в виде гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.
Как мы видели в предыдущих главах, несинусоидальные сигналы эквивалентны аддитивным сериям множества синусоидальных сигналов с разными амплитудами и частотами. В энергосистемах эти другие частоты являются целыми числами, кратными основной (линейной) частоте, что означает, что они всегда будут выше, а не ниже проектной частоты трансформатора.В значительной степени они могут вызвать серьезный перегрев трансформатора. Силовые трансформаторы могут быть спроектированы для обработки определенных уровней гармоник энергосистемы, и эта способность иногда обозначается рейтингом «K-фактор».
Паразитная емкость и индуктивность
Помимо номинальной мощности и потерь мощности, трансформаторы часто имеют другие нежелательные ограничения, о которых следует знать разработчикам схем. Подобно их более простым аналогам — индукторам — трансформаторы обладают емкостью из-за изоляционного диэлектрика между проводниками: от обмотки к обмотке, от витка к витку (в одной обмотке) и от обмотки к сердечнику.
Частота резонанса трансформатора
Обычно эта емкость не имеет значения в силовых приложениях, но приложения с малым сигналом (особенно высокочастотные) могут плохо переносить эту причуду. Кроме того, эффект наличия емкости наряду с расчетной индуктивностью обмоток дает трансформаторам способность резонировать с на определенной частоте, что определенно является проблемой проектирования в сигнальных приложениях, где приложенная частота может достигать этой точки (обычно резонансная частота мощности трансформатор намного превышает частоту переменного тока, для которой он был разработан).
Удерживание флюса
Сдерживание потока (обеспечение того, чтобы магнитный поток трансформатора не ускользнул, чтобы создать помехи другому устройству, и убедиться, что магнитный поток других устройств экранирован от сердечника трансформатора) — еще одна проблема, которую разделяют как индукторы, так и трансформаторы.
Индуктивность утечки
Тесно связана с проблемой сдерживания флюса индуктивность рассеяния. Поскольку индуктивность рассеяния эквивалентна индуктивности, последовательно соединенной с обмоткой трансформатора, она проявляется как последовательное сопротивление с нагрузкой.Таким образом, чем больше ток потребляет нагрузка, тем меньше напряжения на выводах вторичной обмотки. Обычно при проектировании трансформатора требуется хорошее регулирование напряжения, но есть и исключительные области применения. Как указывалось ранее, для схем разрядного освещения требуется повышающий трансформатор с «слабым» (плохим) регулированием напряжения для обеспечения пониженного напряжения после возникновения дуги в лампе. Один из способов выполнить этот критерий проектирования — спроектировать трансформатор с путями рассеяния магнитного потока в обход вторичной (ых) обмотки (ов).Результирующий поток рассеяния будет создавать индуктивность рассеяния, которая, в свою очередь, приведет к плохому регулированию, необходимому для разрядного освещения.
Насыщенность ядра
Трансформаторы
также ограничены в своей работе из-за ограничений магнитного потока сердечника. Для трансформаторов с ферромагнитным сердечником необходимо учитывать пределы насыщения сердечника. Помните, что ферромагнитные материалы не могут поддерживать бесконечную плотность магнитного потока: они имеют тенденцию «насыщаться» на определенном уровне (продиктованном материалом и размерами сердечника), а это означает, что дальнейшее увеличение силы магнитного поля (ммс) не приводит к пропорциональному увеличению магнитного поля. поток поля (Φ).
Когда первичная обмотка трансформатора перегружается из-за чрезмерного приложенного напряжения, магнитный поток сердечника может достигать уровней насыщения в пиковые моменты цикла синусоидальной волны переменного тока. Если это произойдет, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, больше не будет соответствовать форме волны, как напряжение, питающее первичную катушку. Другими словами, перегруженный трансформатор будет искажать форму волны от первичной до вторичной обмоток, создавая гармоники на выходе вторичной обмотки. Как мы уже обсуждали ранее, содержание гармоник в энергосистемах переменного тока обычно вызывает проблемы.
Пиковые трансформаторы
Специальные трансформаторы, известные как трансформаторы максимального напряжения , используют этот принцип для создания коротких импульсов напряжения вблизи пиков формы волны напряжения источника. Ядро рассчитано на быстрое и резкое насыщение при уровнях напряжения значительно ниже пикового. Это приводит к сильно обрезанной форме волны синусоидального потока и импульсы вторичного напряжения только при изменении потока (ниже уровней насыщения):
Рис. 8.33. Осциллограммы напряжения и магнитного потока для пикового трансформатора.
Работа на частотах ниже нормы
Другой причиной ненормального насыщения сердечника трансформатора является работа на частотах ниже нормы. Например, если силовой трансформатор, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, вынужден работать на частоте 50 Гц, поток должен достигать более высоких пиковых уровней, чем раньше, чтобы создать такое же противоположное напряжение, необходимое для балансировки с напряжением источника. Это верно, даже если напряжение источника такое же, как и раньше.
Рисунок 8.34. Магнитный поток выше в сердечнике трансформатора, работающем на 50 Гц, по сравнению с 60 Гц для того же напряжения.
Поскольку мгновенное напряжение обмотки пропорционально скорости изменения мгновенного магнитного потока в трансформаторе, форма волны напряжения, достигающая того же пикового значения, но требующая более длительного времени для завершения каждого полупериода, требует, чтобы магнитный поток поддерживал та же скорость изменения, что и раньше, но на более длительные периоды времени. Таким образом, если поток должен расти с той же скоростью, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени, он поднимется до более высокого пикового значения.
Математически это еще один пример исчисления в действии.Поскольку напряжение пропорционально скорости изменения потока, мы говорим, что форма волны напряжения — это производная формы волны потока, «производная» — это операция вычисления, определяющая одну математическую функцию (форму волны) с точки зрения скорости: из-за смены другого. Однако, если мы возьмем противоположную точку зрения и свяжем исходную форму волны с ее производной, мы можем назвать исходную форму волны интегралом производной формы волны. В этом случае форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.
Интеграл любой математической функции пропорционален площади, накопленной под кривой этой функции. Поскольку каждый полупериод сигнала 50 Гц накапливает большую площадь между ним и нулевой линией графика, чем будет форма сигнала 60 Гц — а мы знаем, что магнитный поток является интегралом напряжения, — поток будет достигать более высоких значений в рисунок ниже.
Рис. 8.35. Изменение потока с той же скоростью возрастает до более высокого уровня при 50 Гц, чем при 60 Гц.
Еще одна причина насыщения трансформатора — наличие постоянного тока в первичной обмотке.Любая величина постоянного напряжения, падающего на первичную обмотку трансформатора, вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. Это дополнительное «смещение» или «смещение» потока будет подталкивать форму волны переменного магнитного потока ближе к насыщению в одном полупериоде, чем в другом.
Рис. 8.36. Постоянный ток в первичной обмотке смещает пики формы сигнала в сторону верхнего предела насыщения.
Для большинства трансформаторов насыщение сердечника является очень нежелательным эффектом, и его можно избежать за счет хорошей конструкции: конструирования обмоток и сердечника таким образом, чтобы плотности магнитного потока оставались значительно ниже уровней насыщения.Это гарантирует, что соотношение между mmf и Φ будет более линейным на протяжении всего цикла потока, что хорошо, поскольку способствует меньшим искажениям в форме волны тока намагничивания. Кроме того, проектирование сердечника для низких плотностей магнитного потока обеспечивает безопасный запас между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения сердечника, чтобы приспособиться к случайным аномальным условиям, таким как изменение частоты и смещение постоянного тока.
Пусковой ток
Когда трансформатор первоначально подключен к источнику переменного напряжения, может возникнуть значительный скачок тока через первичную обмотку, называемый пусковым током .Это аналогично пусковому току, наблюдаемому у электродвигателя, который запускается при внезапном подключении к источнику питания, хотя бросок тока трансформатора вызван другим явлением.
Мы знаем, что скорость изменения мгновенного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке. Или, как указывалось ранее, форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.В непрерывно работающем трансформаторе эти две формы сигнала сдвинуты по фазе на 90 °. Поскольку поток (Φ) пропорционален магнитодвижущей силе (mmf) в сердечнике, а mmf пропорционален току обмотки, форма волны тока будет синфазной с формой волны магнитного потока, и оба будут отстать от формы волны напряжения на 90 °:
Рисунок 8.37. Непрерывный установившийся режим: магнитный поток, как и ток, отстает от приложенного напряжения на 90 °.
Предположим, что первичная обмотка трансформатора внезапно подключается к источнику переменного напряжения в точный момент времени, когда мгновенное напряжение достигает своего положительного пикового значения.Для того чтобы трансформатор создавал противоположное падение напряжения, чтобы уравновеситься с этим приложенным напряжением источника, должен создаваться магнитный поток быстро возрастающей величины. В результате ток в обмотке увеличивается быстро, но на самом деле не быстрее, чем при нормальных условиях:
Рисунок 8.38. Подключение трансформатора к сети при пиковом напряжении переменного тока: поток быстро увеличивается от нуля, как и в установившемся режиме.
И магнитный поток сердечника, и ток катушки начинаются с нуля и достигают тех же пиковых значений, которые наблюдаются при непрерывной работе.Таким образом, в этом сценарии нет «всплеска», «броска» или тока.
В качестве альтернативы, давайте рассмотрим, что произойдет, если подключение трансформатора к источнику переменного напряжения произойдет в точный момент времени, когда мгновенное напряжение равно нулю. Во время непрерывной работы (когда трансформатор был запитан в течение некоторого времени), это момент времени, когда и магнитный поток, и ток обмотки достигают своих отрицательных пиков, испытывая нулевую скорость изменения (dΦ / dt = 0 и di / dt = 0). По мере того, как напряжение достигает своего положительного пика, формы волны магнитного потока и тока нарастают до своих максимальных положительных скоростей изменения и повышаются до своих положительных пиков по мере того, как напряжение опускается до нулевого уровня:
Рисунок 8.39 Запуск при e = 0 В — это не то же самое, что непрерывный запуск на рисунке выше. Эти ожидаемые формы сигналов неверны — Φ и i должны начинаться с нуля.
Однако существует значительная разница между работой в непрерывном режиме и условием внезапного пуска, предполагаемым в этом сценарии: во время непрерывной работы уровни магнитного потока и тока были на своих отрицательных пиках, когда напряжение было в нулевых точках; Однако в трансформаторе, который простаивает, и магнитный поток, и ток обмотки должны начинаться с ноль .
Когда магнитный поток увеличивается в ответ на повышение напряжения, он будет увеличиваться от нуля вверх, а не от ранее отрицательного (намагниченного) состояния, как это обычно бывает в трансформаторе, на который некоторое время подается питание. Таким образом, в трансформаторе, который только что «запускается», магнитный поток будет примерно в два раза превышать нормальную пиковую величину, поскольку он «интегрирует» область под первым полупериодом формы волны напряжения:
Рис. 8.40. Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального условия Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, если предположить, что это не насыщает активную зону.
Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального состояния Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, если предположить, что это не насыщает сердечник.
В идеальном трансформаторе ток намагничивания также увеличился бы примерно в два раза по сравнению с нормальным пиковым значением, генерируя необходимый mmf для создания этого потока, превышающего нормальный. Однако большинство трансформаторов не спроектированы с достаточным запасом между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения, чтобы избежать насыщения в таких условиях, и поэтому сердечник почти наверняка будет насыщаться в течение этого первого полупериода напряжения.Во время насыщения для генерации магнитного потока необходимо непропорционально большое количество ммс. Это означает, что ток обмотки, который создает МДС, вызывающую магнитный поток в сердечнике, непропорционально возрастет до значения , легко превышающего , вдвое превышающего нормальный пик:
Рисунок 8.41 Начиная с e = 0 В, ток также увеличивается в два раза по сравнению с нормальным значением для ненасыщенного сердечника или значительно выше в случае (рассчитанном на) насыщение.
Это механизм, вызывающий пусковой ток в первичной обмотке трансформатора при подключении к источнику переменного напряжения.Как видите, величина пускового тока сильно зависит от точного времени, когда электрическое подключение к источнику выполнено. Если трансформатор имеет некоторый остаточный магнетизм в его сердечнике в момент подключения к источнику, бросок тока может быть еще более серьезным. Из-за этого устройства максимальной токовой защиты трансформатора обычно относятся к «медленнодействующим», чтобы выдерживать такие скачки тока без размыкания цепи.
Тепло и шум
Помимо нежелательных электрических эффектов, трансформаторы могут также проявлять нежелательные физические эффекты, наиболее заметными из которых являются выделение тепла и шума.Шум — это в первую очередь неприятный эффект, но нагрев — потенциально серьезная проблема, потому что изоляция обмотки будет повреждена, если будет допущен перегрев. Нагрев можно свести к минимуму за счет хорошей конструкции, гарантирующей, что сердечник не приближается к уровням насыщения, что вихревые токи сведены к минимуму, и что обмотки не будут перегружены или работают слишком близко к максимальной допустимой нагрузке.
Силовые трансформаторы большой мощности имеют сердечник и обмотки, погруженные в масляную ванну для передачи тепла и глушения шума, а также для вытеснения влаги, которая в противном случае может нарушить целостность изоляции обмотки.Теплоотводящие «радиаторные» трубки на внешней стороне корпуса трансформатора обеспечивают конвективный путь потока масла для передачи тепла от сердечника трансформатора к окружающему воздуху:
Рисунок 8.42. Большие силовые трансформаторы погружены в теплоизолирующее масло.
Безмасляные или «сухие» трансформаторы часто оцениваются с точки зрения максимального «повышения» рабочей температуры (превышения температуры окружающей среды) в соответствии с системой буквенных классов: A, B, F или H. Эти буквенные коды: расположены в порядке от наименьшей термостойкости к высшей:
Класс A: Повышение температуры обмотки не более чем на 55 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (максимум).
Класс B: Повышение температуры обмотки не более чем на 80 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
Класс F: Повышение температуры обмотки не более чем на 115 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
Класс H: Повышение температуры обмотки не более чем на 150 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (максимум).
Звуковой шум — это эффект, в основном возникающий из явления магнитострикции : небольшое изменение длины, проявляемое ферромагнитным объектом при намагничивании.Знакомый «гул», слышимый вокруг больших силовых трансформаторов, — это звук расширения и сжатия железного сердечника с частотой 120 Гц (в два раза выше частоты системы, которая в США составляет 60 Гц) — один цикл сжатия и расширения сердечника для каждого пика напряжения. форма волны магнитного потока плюс шум, создаваемый механическими силами между первичной и вторичной обмотками. Опять же, поддержание низких уровней магнитного потока в сердечнике является ключом к минимизации этого эффекта, что объясняет, почему феррорезонансные трансформаторы, которые должны работать в режиме насыщения для большей части формы волны тока, работают как в горячем состоянии, так и с шумом.
Потери из-за наматывающих магнитных сил
Еще одно шумовое явление в силовых трансформаторах — это физическая сила реакции между первичной и вторичной обмотками при большой нагрузке. Если вторичная обмотка разомкнута, через нее не будет тока и, следовательно, не будет создаваемой ею магнитодвижущей силы (ммс). Однако, когда вторичная обмотка «загружена» (в настоящее время подается на нагрузку), обмотка генерирует МДС, которой противодействует «отраженная» МДС в первичной обмотке, чтобы предотвратить изменение уровней магнитного потока сердечника.Эти противоположные МДС, возникающие между первичной и вторичной обмотками в результате вторичного (нагрузочного) тока, создают физическую силу отталкивания между обмотками, которая заставляет их вибрировать. Конструкторы трансформаторов должны учитывать эти физические силы при конструкции катушек обмотки, чтобы обеспечить адекватную механическую опору для выдерживания напряжений. Однако в условиях большой нагрузки (высокого тока) эти напряжения могут быть достаточно большими, чтобы вызвать слышимый шум, исходящий от трансформатора.
Силовые трансформаторы ограничены по количеству мощности, которую они могут передавать от первичной обмотки (обмоток) ко вторичной. Большие блоки обычно имеют номинальные значения в ВА (вольт-амперы) или кВА (киловольт-амперы).
Сопротивление в обмотках трансформатора снижает эффективность, так как ток рассеивает тепло, тратя энергию.
Магнитные эффекты в железном сердечнике трансформатора также способствуют снижению эффективности. Среди эффектов вихревые токи (циркулирующие индукционные токи в железном сердечнике) и гистерезис (потеря мощности из-за преодоления тенденции железа к намагничиванию в определенном направлении).
Повышенная частота приводит к увеличению потерь мощности в силовом трансформаторе. Наличие гармоник в энергосистеме является источником частот, значительно превышающих нормальные, что может вызвать перегрев в больших трансформаторах.
И трансформаторы, и катушки индуктивности обладают определенной неизбежной емкостью из-за изоляции проводов (диэлектрика), отделяющей витки обмотки от стального сердечника и друг от друга. Эта емкость может быть достаточно значительной, чтобы дать трансформатору естественную резонансную частоту , что может быть проблематичным в сигнальных приложениях.
Индуктивность утечки возникает из-за того, что магнитный поток не на 100% связан между обмотками трансформатора. Любой поток, не связанный с , передающий энергию от одной обмотки к другой, будет накапливать и выделять энергию, как и работает (само) индуктивность. Индуктивность утечки имеет тенденцию ухудшать регулировку напряжения трансформатора (вторичное напряжение «проседает» больше при заданной величине тока нагрузки).
Магнитное насыщение сердечника трансформатора может быть вызвано чрезмерным первичным напряжением, работой на слишком низкой частоте и / или наличием постоянного тока в любой из обмоток.Насыщение можно минимизировать или избежать с помощью консервативной конструкции, которая обеспечивает адекватный запас прочности между пиковыми значениями плотности магнитного потока и пределами насыщения сердечника.
Трансформаторы
часто испытывают значительные пусковые токи при первоначальном подключении к источнику переменного напряжения. Пусковой ток является наиболее значительным, когда подключение к источнику переменного тока выполняется в момент, когда мгновенное напряжение источника равно нулю.
Шум — обычное явление, проявляемое трансформаторами, особенно силовыми трансформаторами, и в первую очередь вызвано магнитострикцией сердечника.Физические силы, вызывающие вибрацию обмотки, также могут создавать шум в условиях большой (сильноточной) нагрузки вторичной обмотки.
Как работает трансформатор?
Как работает трансформатор?
На рисунке показан блок питания, установленный в школьных лабораториях. Он подключен к электросети, которая обеспечивает входное напряжение 240 В. С помощью переключателя напряжения вы можете выбрать выходное напряжение от 2 В до 12 В. Что меняет входное напряжение с 240 В на более низкое выходное напряжение?
Основным компонентом блока питания является трансформатор. Трансформаторы могут уменьшать или увеличивать переменный ток. напряжение подавалось на него .
Принцип действия трансформатора:
Трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции .
Он состоит из двух катушек, намотанных на сердечник из мягкого железа, как показано на рисунке.
Первичная катушка подключена к сети переменного тока. источник питания, в то время как вторичная катушка подключена к выходным клеммам.
Когда ток в первичной цепи увеличивается, рост магнитного потока заставляет силовые линии магнитного поля перерезать вторичную катушку.Э.д.с. индуцируется во вторичной катушке.
Когда ток в первичной цепи уменьшается, магнитный поток падает, и силовые линии снова разрезают вторичную катушку. Э.д.с. действие в противоположном направлении индуцируется во вторичной катушке.
Переменный ток в первичной катушке создает изменяющийся магнитный поток, который вызывает переменную ЭДС. той же частоты во вторичной катушке.
На рисунке показана принципиальная схема трансформатора с переменным источником питания.
Люди также спрашивают
Какие бывают типы трансформаторов?
Повышающий и понижающий трансформаторы:
Существует два типа трансформаторов:
(a) Повышающий трансформатор
(b) Понижающий трансформатор
На рисунке показано сравнение между два типа трансформаторов.
Эксперимент с повышающими и понижающими трансформаторами
Цель: Разобраться в повышающем и понижающем трансформаторах.
Материалы: Медная катушка с 120 витками, медная катушка с 400 витками, соединительные провода
Аппарат: Два стальных сердечника С-образной формы с зажимом, изолированные провода, низкое напряжение переменного тока. источник питания, две лампочки 2,5 В 0,3 А с держателями и две лампочки 6,2 В 0,3 А с держателями
Метод:
Повышающий трансформатор
Устройство настроено, как показано на рисунке. Первичная катушка — это медная катушка с 120 витками, а вторичная обмотка — это медная катушка с 400 витками.
Лампочки на 6,2 В, 0,3 А ввинчиваются в соответствующие держатели.
Источник питания установлен на 2 В переменного тока.
Электропитание включено. Сравнивается яркость лампочек в первичной и вторичной цепях.
Понижающий трансформатор
Настройка устройства изменена так, что медная катушка с 400 витками становится первичной обмоткой, а обмотка с 120 витками — вторичной обмоткой.
Заменить лампочки на 2.5 В, лампочки 0,3 А.
Электропитание включено. Сравнивается яркость лампочек в первичной и вторичной цепях.
Наблюдения:
Обсуждение:
Яркость лампы пропорциональна напряжению на ней. Яркость лампочки в первичной цепи указывает на величину входного напряжения. Яркость лампочки во вторичной цепи указывает на величину выходного напряжения.
Когда количество витков вторичной катушки больше, чем количество витков первичной катушки, выходное напряжение больше входного.
Когда количество витков вторичной катушки меньше, чем количество витков первичной катушки, выходное напряжение меньше входного.
Вывод:
Более высокое напряжение индуцируется во вторичной катушке, когда у вторичной катушки больше витков, чем у первичной катушки.
Более низкое напряжение индуцируется во вторичной катушке, когда у вторичной катушки меньше витков, чем у первичной катушки.
Эксперимент по соотношению витков и соотношению напряжений
Цель: Показать взаимосвязь V _с / V _p = N _с / N _p
Материалы: Медные катушки с 300, 600 и 900 витков соответственно, соединительные провода
Аппаратура: Сердечники из мягкого железа, 0 — 12 В переменного тока блок питания, два переменного тока вольтметры (0–10 В)
Метод:
Устройство установлено, как показано на рисунке, с медной катушкой на 300 витков в качестве первичной катушки и катушкой на 600 витков в качестве вторичной катушки.
Напряжение источника питания устанавливается на 2 В.
Электропитание включается и регистрируются показания вольтметров.
Шаги с 1 до 3 повторяются с медной катушкой на 300 витков в качестве первичной катушки и катушкой на 900 витков в качестве вторичной катушки.
Настройка устройства изменена так, что 900-витковая катушка является первичной обмоткой, а 600-витковая катушка — вторичной обмоткой.
Напряжение блока питания установлено на 10 В.
Включение питания и запись показаний вольтметров.
Шаги 6 и 7 повторяются с 900-витковой катушкой в качестве первичной катушки и 300-витковой катушкой в качестве вторичной катушки.
Наблюдения:
Обсуждение:
Отношения N _s / N _p и V _s / V _p для каждой пары первичной и вторичной катушек примерно равны.
Принимая во внимание экспериментальные ошибки и потерю мощности в трансформаторе, можно сделать вывод, что N _s / N _p = V _s / V _p.
Вывод:
Отношение вторичного выходного напряжения к первичному входному напряжению равно отношению числа витков вторичной катушки к числу витков первичной катушки.
Проблемы с соотношением витков и напряжением, которые можно решить
На рисунке показана лампочка на 12 В, подключенная к выходным клеммам трансформатора.

Каково значение N _с, если бы лампа загоралась с нормальной яркостью?
Решение:
Когда лампа загорается с нормальной яркостью, напряжение на ней составляет 12 В.
Взаимосвязь между выходной мощностью и входной мощностью идеального трансформатора
Трансформатор передает электроэнергию от первичный контур к вторичному контуру.
Первичная цепь трансформатора получает питание при определенном напряжении от a.c. источник питания. Трансформатор подает эту мощность с другим напряжением на электрическое устройство, подключенное к вторичной цепи, как показано на рисунке.
В идеальном трансформаторе отсутствуют потери энергии в процессе преобразования напряжения и передачи мощности.
Выходная мощность равна входной. Следовательно,
Выходная мощность = Входная мощность
То есть:
Расчет первичного и вторичного тока трансформатора
На рисунке показан трансформатор, используемый для управления нагревателем 6 В, 48 Вт от источника переменного тока 240 В.c. поставлять.

Вычислить
(a) количество витков в первичной катушке, N _p
(b) ток во вторичной катушке, I _s
(c) ток в первичной обмотке, I _p
Решение:
Понижающий трансформатор: работа, применение и номинальные характеристики
Трансформатор представляет собой статическое устройство без движущихся частей, которое преобразует электрическую мощность из одной цепи в другую с изменениями напряжения и тока без изменения частота.Существует два типа трансформаторов, классифицируемых по их функциям: повышающий трансформатор и понижающий трансформатор.
Повышающий трансформатор — это устройство, которое преобразует низкое первичное напряжение в высокое вторичное, то есть увеличивает входное напряжение. С другой стороны, понижающий трансформатор понижает входное напряжение, то есть вторичное напряжение меньше первичного.
На следующих изображениях показана простая демонстрация использования трансформаторов (повышающих и понижающих трансформаторов) в типичной системе передачи.
Применение понижающего трансформатора в реальном времени
Напряжение от электростанции или генерирующей станции составляет около 20 кВ. Для передачи этого напряжения на большие расстояния его повышают до 440 кВ с помощью повышающего трансформатора. Это напряжение с повышенными уровнями затем передается на распределительную станцию.
На распределительной станции напряжение 440 кВ снижено до 11 кВ с помощью понижающего трансформатора. Затем напряжение с пониженным уровнем готово для использования потребителем.
Прежде чем перейти к деталям понижающего трансформатора, мы сначала рассмотрим принцип работы трансформатора в целом.
Также прочтите Введение в трансформаторы
Принцип работы трансформатора
Электрический трансформатор работает по принципу взаимной индукции, согласно которому равномерное изменение тока в катушке вызывает ЭДС в другой катушке, которая индуктивно связана с первой катушкой.
В основном трансформатор состоит из двух катушек с высокой взаимной индуктивностью, которые электрически разделены, но имеют общую магнитную цепь. На следующем изображении показана основная конструкция трансформатора.
Как работает трансформатор?
Первый набор катушек, который называется первичной катушкой или первичной обмоткой, подключен к источнику переменного напряжения, называемому первичным напряжением.
Другая катушка, которая называется вторичной катушкой или вторичной обмоткой, подключена к нагрузке, и нагрузка потребляет результирующее переменное напряжение (повышенное или пониженное напряжение).
Переменное напряжение на входе возбуждает первичную обмотку, переменный ток циркулирует по обмотке. Переменный ток приведет к появлению переменного магнитного потока, который проходит через железный магнитопровод и завершает свой путь.
Поскольку вторичная обмотка также связана с переменным магнитным потоком, согласно закону Фарадея, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС. Сила напряжения на вторичной обмотке зависит от количества обмоток, через которые проходит поток.
Таким образом, без электрического контакта переменное напряжение в первичной обмотке передается на вторичную обмотку.
ПРИМЕЧАНИЕ : В зависимости от конструкции трансформатора, напряжение на вторичной обмотке трансформатора может быть равным, выше или ниже, чем на первичной обмотке трансформатора, но период времени напряжения, т.е. его частота не будет изменять.
Зависимость напряжения от оборотов
Пусть N _P будет числом витков катушки в первичной обмотке, а N _S будет числом витков катушки во вторичной обмотке.
Если переменное напряжение на первичной стороне трансформатора составляет V _P, а переменное напряжение на вторичной стороне трансформатора составляет V _S, то соотношение между напряжениями на первичной и вторичной обмотках и количеством витков катушка в первичной и вторичной обмотках представлена следующим образом.
В _P / V _S = N _P / N _S
понижающий трансформатор
Понижающий трансформатор — это тип трансформатора, который преобразует высокое напряжение на первичной стороне в низкое напряжение на вторичной стороне.
Если говорить об обмотках катушки, первичная обмотка понижающего трансформатора имеет больше витков, чем вторичная обмотка. На следующем изображении показан типичный понижающий трансформатор.
Пример понижающего трансформатора
Например, рассмотрим следующую ситуацию. Количество витков в первичной обмотке трансформатора составляет 3000, а во вторичной обмотке — 150. Если переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора составляет 240 В, то напряжение на вторичной обмотке трансформатора можно рассчитать по следующей формуле: уравнение.
В _P / V _S = N _P / N _S
Здесь N _P — витки первичной обмотки = 30000
N _S — витков вторичной обмотки = 150
В _P — напряжение на первичной обмотке трансформатора = 240 В
V _S напряжение на вторичной обмотке трансформатора =?
Используя приведенное выше уравнение, V _S = (V _P * N _S) / N _P = 240 * 150/3000 = 12 В
Следовательно, напряжение на вторичной обмотке трансформатора составляет 12 В, что меньше, чем на первичной.Следовательно, трансформатор в этой теме — понижающий трансформатор.
Прочтите этот интересный пост на ВИДЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Мощность в понижающем трансформаторе
Мощность трансформатора измеряется как произведение напряжения и тока. Мощность трансформатора измеряется в вольт-амперах ВА (или киловольт-амперах кВА для больших трансформаторов).
В идеале мощность в любом трансформаторе постоянна, т.е. мощность, доступная на вторичной обмотке трансформатора, такая же, как мощность на первичной обмотке трансформатора.
Это применимо даже к понижающему трансформатору. Но поскольку напряжение на вторичной обмотке понижающего трансформатора меньше, чем на первичной обмотке, ток на вторичной обмотке будет увеличиваться, чтобы сбалансировать общую мощность трансформатора.
Соотношение тока и напряжения в понижающем трансформаторе
Теперь посмотрим, как это работает. Пусть V _P будет напряжением на первичной обмотке, I _P будет током на первичной обмотке и P _P будет мощностью на первичной стороне трансформатора.
Мы знаем, что мощность можно рассчитать, просто умножив напряжение и ток. Следовательно, мощность на первичной обмотке трансформатора равна
.
P _P = V _P * I _P
Аналогично, пусть V _S будет напряжением на вторичной обмотке, I _S будет током на вторичной обмотке и P _S будет мощностью на вторичной стороне трансформатора.
Мощность на вторичной обмотке трансформатора определяется значением
.
P _S = V _S * I _S
Так как мощность в трансформаторе постоянна, P _P = P _S.
Это означает, что V _P * I _P = V _S * I _S
Поскольку V _S меньше, чем V _P в понижающем трансформаторе, I _S должно быть больше, чем I _P. Следовательно, выходное напряжение в понижающем трансформаторе меньше, чем у первичного напряжения, а выходной ток больше, чем входной ток.
Из приведенного выше анализа мы можем определить понижающий трансформатор как устройство, которое преобразует переменный источник высокого напряжения и низкого тока в переменный источник низкого напряжения и высокого тока.
ПРИМЕЧАНИЕ : Приведенный выше расчет мощности предназначен для идеального трансформатора без потерь. Фактически, будут потери в виде потерь в стали и в меди, которые следует принимать во внимание (даже если потери небольшие).
Где используется понижающий трансформатор?
Все уличные трансформаторы, которые мы видим возле своих домов, — это понижающие трансформаторы. Они берут переменное напряжение 11 кВ в первичной обмотке и преобразуют его в 230 В для распределения по нашим домам.
До широкого использования импульсных источников питания почти все настенные низковольтные адаптеры использовали понижающие трансформаторы.
Как работает трансформатор напряжения ~ Изучение электротехники
Функция трансформатора основана на том принципе, что электрическая энергия эффективно передается за счет магнитной индукции от одной цепи к другой. В основном трансформатор состоит из двух или более обмоток, расположенных на одном магнитном пути. Обмотка, на которую подается электрическая энергия, называется первичной обмоткой, а обмотка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной обмоткой.Типичное действие двухобмоточного трансформатора показано ниже:
Трансформатор Action
Когда первичная обмотка трансформатора запитана от источника переменного тока (AC), в сердечнике трансформатора создается переменное магнитное поле. Через сердечник циркулируют переменные магнитные силовые линии, называемые «потоком». Во второй (вторичной) обмотке вокруг того же сердечника напряжение индуцируется переменными магнитными линиями.Нагрузка, подключенная к выводам вторичной обмотки, вызывает протекание тока.
Детали трансформатора
Трансформатор состоит из двух основных неподвижных частей:
(а) Сердцевина из многослойного железа
(b) Обмотки (первичная и вторичная)
Сердечник из слоистого железа
Железный сердечник трансформатора состоит из листов проката. Это железо обрабатывают так, чтобы оно обладало высокими магнитопроводящими свойствами (высокой проницаемостью) по всей длине сердечника.Проницаемость — это термин, используемый для описания случая, когда материал будет проводить магнитные силовые линии.
Железо также имеет высокое омическое сопротивление на пластинах (по всей толщине сердечника). Стальные листы необходимо ламинировать, чтобы уменьшить нагрев сердечника. Существует два распространенных типа сердечников трансформаторов:
(а) Тип сердечника
(б) Корпус типа

Трансформаторы типа Core и Shell
В трансформаторе с сердечником (в форме сердечника) обмотки окружают сердечник.В трансформаторе кожухового типа стальная магнитная цепь (сердечник) образует кожух, окружающий обмотки. В форме сердечника обмотки находятся снаружи; в форме оболочки обмотки находятся внутри.
Обмотки
Трансформатор имеет две обмотки; первичная обмотка и вторичная обмотка.
Первичная обмотка — это катушка, которая получает энергию. Его формируют, наматывают и надевают на железный сердечник. Вторичная обмотка — это катушка, которая отводит энергию с преобразованным или измененным напряжением.
Типы трансформаторов
Трансформаторы классифицируются по разным критериям. Однако вот список наиболее распространенных универсальных типов трансформаторов:
(а) Однофазные трансформаторы
(б) Трехфазные трансформаторы
(c) Трансформаторы потенциала или напряжения
d) Автотрансформаторы
(e) Трансформаторы тока
(е) Силовые трансформаторы
Коэффициент напряжения трансформатора
Напряжение на обмотках трансформатора прямо пропорционально количеству витков на катушках обмоток.Эта связь выражается формулой:
Коэффициент напряжения трансформатора
Где:
Vp = напряжение на первичных обмотках, В
Vs = напряжение на вторичных обмотках, В
Np = количество витков первичной обмотки
Ns = количество витков вторичных обмоток
Отношение Vp / Vs называется отношением напряжений (VR). Отношение Np / Ns называется отношением оборотов (TR).
Соотношение напряжений 1: 4 (читается как 1 к 4) означает, что на каждый вольт на первичной обмотке трансформатора приходится 4 В на вторичной. Когда вторичное напряжение больше первичного, трансформатор называется повышающим трансформатором.
Соотношение напряжений 4: 1 означает, что на каждые 4 В первичной обмотки приходится только 1 В. Когда вторичное напряжение меньше первичного, трансформатор называется понижающим трансформатором.
Коэффициент текущей ликвидности
Ток в катушках трансформатора обратно пропорционален напряжению в катушках.Эта связь выражается уравнением:
Коэффициент тока трансформатора
Где:
Ip = ток в первичной обмотке, А
Is = ток вторичной обмотки, А
В приведенном выше уравнении мы можем заменить Vp / Vs Np / Ns, так что мы имеем:
КПД трансформатора
КПД трансформатора равен отношению выходной мощности вторичной обмотки к мощности, потребляемой первичной обмоткой.
Идеальный трансформатор имеет 100-процентный КПД, потому что он передает всю получаемую энергию.
Однако из-за потерь в сердечнике и меди КПД даже самого лучшего практичного трансформатора составляет менее 100 процентов. Выражается в виде уравнения:
КПД трансформатора
Где:
Eff = КПД
Ps = выходная мощность из вторичной обмотки = входная мощность — потери в сердечнике — потери в меди
Pp = потребляемая мощность первичной
КПД хорошо спроектированных трансформаторов очень высок, в среднем более 98 процентов (%) для силовых трансформаторов.Единственные потери в трансформаторе связаны с потерями в сердечнике, которые идут на поддержание переменного магнитного поля, потерями сопротивления в катушках и мощностью, используемой для охлаждения больших трансформаторов, требующих охлаждения.
Основная причина высокого КПД трансформаторов по сравнению с другим оборудованием — отсутствие движущихся частей. Трансформаторы называются статическими машинами переменного тока.
понижающих трансформаторов — как они работают?
Электроэнергия в ваш дом подается с постоянным напряжением 110В.Фактически, по всей территории Соединенных Штатов электрические компании обычно используют 110 В, но это не так во всем мире. Во многих других странах электричество в дома подается на 220в. Если вы посмотрите на электрическое оборудование вокруг вашего дома, вы заметите, что почти все имеет электрическую спецификацию, которая гласит «110В». Однако для правильной работы многие приборы подключаются к трансформатору. Что делать, если вы покупаете прибор или электрическое изделие, работающее при более низком напряжении? Если вы подключите этот продукт к своему дому без трансформатора, он, скорее всего, выйдет из строя, как только вы включите переключатель!
Вот почему используются понижающие трансформаторы.Понижающий трансформатор — это устройство, которое можно подключить к выключателю и прибору. Вам следует знать два типа трансформаторов: повышающие и понижающие трансформаторы. Повышающие трансформаторы обычно производят более высокое выходное напряжение, чем входное. Например, если у вас есть прибор, работающий от 220 В, вам, вероятно, понадобится повышающий трансформатор, чтобы усилить напряжение с 110 до 220 В. Однако, если вам нужно меньшее напряжение, будут использоваться понижающие трансформаторы.
Если вы ищете трансформаторы, вы попали в нужное место! В Bruce Electrical Equipment мы предлагаем широкий спектр трансформаторов и других электрических устройств по самым доступным ценам. Помимо трансформаторов, мы также продаем фазовые преобразователи, ограничители перенапряжения переходных процессов, автоматические выключатели, выпрямители, кондиционеры для линий электропередач, переключатели, щитовые панели и многое другое!
Как работает трансформатор?
Концепция понижающего трансформатора на самом деле довольно проста.У передачи больше витков провода на первичной обмотке по сравнению с витками на вторичной обмотке. Это снижает индуцированное напряжение, проходящее через вторичную катушку, что в конечном итоге снижает выходное напряжение. Большинство людей думают, что при уменьшении напряжения будет уменьшаться и выходная мощность трансформатора, но это не так. По законам физики падение напряжения означает, что ток увеличивается.
Почему покупать через нас?
Компания
Bruce Electrical Equipment была основана в 1973 году, и с тех пор мы поставляем широкий спектр оборудования нашим клиентам по всей стране.Мы известны высоким качеством нашей продукции, а также предлагаем быструю доставку для людей, которые в ней нуждаются. Мы также предоставляем полную гарантию на все наши продукты, поэтому, если что-то не работает должным образом, просто позвоните нам, и мы отремонтируем или заменим это для вас!
.