Трансформаторы тока повышающие напряжение: Повышающий трансформатор: схема и принцип работы

Содержание

принцип работы, схема подключения, типы

В данной статье мы подробно рассмотрим что такое трансформатор тока, опишем принцип его работы, какие бывают типы, а так же расчеты и схемы трансформатора тока.

Описание и принцип работы

Трансформатор тока представляет собой тип «измерительного трансформатора», который предназначен для производства переменного тока в его вторичной обмотки, которое пропорционально току измеряется в его первичном. Трансформаторы тока уменьшают токи высокого напряжения до гораздо более низкого значения и обеспечивают удобный способ безопасного контроля фактического электрического тока, протекающего в линии электропередачи переменного тока, с использованием стандартного амперметра. Принцип работы основного трансформатора тока немного отличается от обычного трансформатора напряжения.

Типичный трансформатор токаТипичный трансформатор тока

В отличие от трансформатора напряжения или мощности, рассматриваемого ранее, трансформатор тока состоит из одного или нескольких витков в качестве своей первичной обмотки. Эта первичная обмотка может иметь либо один плоский виток, либо катушку из сверхпрочного провода, намотанного на сердечник, либо просто проводник или шину, расположенную через центральное отверстие, как показано на рисунке. Купить трансформатор тока вы можете в популярном интернет магазине Алиэкспресс:

Типичный трансформатор токаТипичный трансформатор тока

Из-за такого типа расположения трансформатор тока часто называют также «последовательным трансформатором», поскольку первичная обмотка, которая никогда не имеет более нескольких витков, соединена последовательно с проводником с током, питающим нагрузку.

Однако вторичная обмотка может иметь большое количество витков катушки, намотанных на многослойный сердечник из магнитного материала с малыми потерями. Этот сердечник имеет большую площадь поперечного сечения, так что создаваемая плотность магнитного потока является низкой при использовании провода с меньшей площадью поперечного сечения, в зависимости от того, какой ток должен быть понижен, когда он пытается выдать постоянный ток, независимо от подключенной нагрузки.

Вторичная обмотка будет подавать ток либо на короткое замыкание, в виде амперметра, либо на резистивную нагрузку, пока напряжение, наведенное во вторичной обмотке, не станет достаточно большим, чтобы насытить сердечник или вызвать отказ из-за чрезмерного пробоя напряжения.

В отличие от трансформатора напряжения, первичный ток трансформатора тока не зависит от тока вторичной нагрузки, а контролируется внешней нагрузкой. Вторичный ток обычно оценивается в стандартный 1 Ампер или 5 Ампер для больших значений первичного тока.

Существует три основных типа трансформаторов тока: обмоточныйтороидальный и стержневой.

  • Обмоточный трансформатор тока — первичная обмотка трансформатора физически соединена последовательно с проводником, который несет измеренный ток, протекающий в цепи. Величина вторичного тока зависит от коэффициента оборотов трансформатора.
  • Тороидальный трансформатор тока — они не содержат первичной обмотки. Вместо этого линия, по которой проходит ток, протекающий в сети, проходит через окно или отверстие в тороидальном трансформаторе. Некоторые трансформаторы тока имеют «разделенный сердечник», который позволяет открывать, устанавливать и закрывать его, не отключая цепь, к которой они подключены.
  • Трансформатор тока стержневого типа — в этом типе трансформатора тока используется фактический кабель или шина главной цепи в качестве первичной обмотки, что эквивалентно одному витку. Они полностью изолированы от высокого рабочего напряжения системы и обычно крепятся болтами к токонесущему устройству.

Трансформаторы тока могут снизить или «понизить» уровни тока с тысяч ампер до стандартного выходного сигнала с известным отношением либо к 5 А, либо к 1 А для нормальной работы. Таким образом, небольшие и точные приборы и устройства управления могут использоваться с трансформаторами тока, потому что они изолированы от любых высоковольтных линий электропередач. Существует множество применений для измерения и использования для трансформаторов тока, таких как ваттметры, измерители коэффициента мощности, защитные реле или в качестве катушек отключения в магнитных выключателях или MCB.

Конструкция и схема трансформатора тока

конструкция и символ на схеме трансформатора токаконструкция и символ на схеме трансформатора тока

Обычно трансформаторы тока и амперметры используются вместе как согласованная пара, в которой конструкция трансформатора тока такова, чтобы обеспечить максимальный вторичный ток, соответствующий полномасштабному отклонению амперметра. В большинстве трансформаторов тока существует приблизительное соотношение обратных витков между двумя токами в первичной и вторичной обмотках. Вот почему калибровка трансформатора тока обычно для определенного типа амперметра.

Большинство трансформаторов тока имеют стандартную вторичную номинальную мощность 5 А, при этом первичные и вторичные токи выражаются в таком соотношении, как 100/5. Это означает, что ток первичной обмотки в 20 раз больше, чем ток вторичной обмотки, поэтому, когда в первичном проводнике протекает 100 ампер, во вторичной обмотке будет протекать 5 ампер. Трансформатор тока, скажем, 500/5, будет производить 5 А во вторичной обмотке при 500 А в первичной обмотке, что в 100 раз больше.

Увеличивая количество вторичных обмоток Ns, ток вторичной обмотки можно сделать намного меньшим, чем ток в измеряемой первичной цепи, потому что, когда Ns увеличивается, Is уменьшается пропорционально. Другими словами, число витков и ток в первичной и вторичной обмотках связаны обратно пропорционально.

Трансформатор тока, как и любой другой трансформатор, должен удовлетворять уравнению ампер-виток, и мы знаем из нашего учебника по трансформаторам напряжения с двойной обмоткой, что это отношение витков равно:

отношение витковотношение витков

из которого мы получаем:

вторичный токвторичный ток

Коэффициент тока устанавливает коэффициент витков, и, поскольку первичный обычно состоит из одного или двух витков, тогда как вторичный может иметь несколько сотен витков, соотношение между первичным и вторичным может быть довольно большим. Например, предположим, что номинальный ток первичной обмотки составляет 100А. Вторичная обмотка имеет стандартный рейтинг 5А. Тогда соотношение между первичным и вторичным токами составляет 100А-5А или 20: 1. Другими словами, первичный ток в 20 раз больше вторичного тока.

Однако следует отметить, что трансформатор тока с номиналом 100/5 не совпадает с трансформатором с номиналом 20/1 или подразделениями 100/5. Это связано с тем, что отношение 100/5 выражает «номинальный ток на входе / выходе», а не фактическое соотношение первичных и вторичных токов. Также обратите внимание, что число витков и ток в первичной и вторичной обмотках связаны обратно пропорционально.

Но относительно большие изменения в соотношении витков трансформаторов тока могут быть достигнуты путем изменения первичных витков через окно трансформатора ток, где один первичный виток равен одному проходу, а более одного прохода через окно приводит к изменению электрического соотношения.

Так, например, трансформатор тока с отношением, скажем, 300 / 5А можно преобразовать в другой из 150 / 5А или даже 100 / 5А, пропустив основной первичный проводник через его внутреннее окно два или три раза, как показано ниже. Это позволяет более высокому значению трансформатора тока обеспечивать максимальный выходной ток для амперметра, когда используется на меньших первичных линиях тока.

Коэффициент первичных оборотов трансформатора токаКоэффициент первичных оборотов трансформатора тока

Пример трансформатора тока

Трансформатор тока стержневого типа, который имеет 1 виток на своей первичной обмотке и 160 витков на своей вторичной обмотке, должен использоваться со стандартным диапазоном амперметров с внутренним сопротивлением 0,2 Ом. Амперметр необходим для полного отклонения шкалы, когда первичный ток составляет 800 А. Рассчитайте максимальный вторичный ток и вторичное напряжение на амперметре.

Вторичный ток:

расчет вторичного токарасчет вторичного тока

Напряжение через амперметр:

напряжение через амперметрнапряжение через амперметр

Выше мы видим, что, поскольку вторичная обмотка трансформатора тока подключена к амперметру с очень малым сопротивлением, падение напряжения на вторичной обмотке составляет всего 1,0 В при полном первичном токе.

Однако, если амперметр был удален, вторичная обмотка фактически разомкнута, и, таким образом, трансформатор действует как повышающий трансформатор. Это частично связано с очень большим увеличением намагничивающего потока во вторичном сердечнике, поскольку реактивное сопротивление вторичной утечки влияет на вторичное индуцированное напряжение, потому что во вторичной обмотке нет противоположного тока, чтобы предотвратить это.

Результатом является очень высокое напряжение, наведенное во вторичной обмотке, равное отношению: Vp (Ns / Np), развиваемое через вторичную обмотку. Например, предположим, что наш трансформатор тока сверху используется на трехфазной линии электропередачи напряжением 480 вольт. Следовательно:

расчет высокого напряжениярасчет высокого напряжения

Это высокое напряжение связано с тем, что отношение вольт на витки в первичной и вторичной обмотках практически постоянно, а поскольку Vs = Ns * Vp, значения Ns и Vp являются высокими значениями, поэтому Vs чрезвычайно велико.

По этой причине трансформатор тока никогда не следует оставлять разомкнутым или работать без нагрузки, когда через него протекает основной первичный ток, точно так же, как трансформатор напряжения никогда не должен работать при коротком замыкании. Если амперметр (или нагрузка) должен быть удален, сначала следует установить короткое замыкание на вторичных клеммах, чтобы исключить риск удара током.

Это высокое напряжение объясняется тем, что когда вторичная обмотка разомкнута, железный сердечник трансформатора работает с высокой степенью насыщения и ничто не может его остановить, он создает аномально большое вторичное напряжение, и в нашем простом примере выше это было рассчитано на 76,8 кВ ! Это высокое вторичное напряжение может повредить изоляцию или привести к поражению электрическим током при случайном прикосновении к клеммам трансформатора тока.

Ручные трансформаторы тока

ручной трансформатор токаручной трансформатор тока

В настоящее время доступно много специализированных типов трансформаторов тока. Популярный и портативный тип, который может быть использован для измерения нагрузки цепи, называется «клещами», как показано на рисунке.

Измерители зажимов открывают и закрывают вокруг проводника с током и измеряют его ток, определяя магнитное поле вокруг него, обеспечивая быстрое считывание результатов измерений, как правило, на цифровом дисплее без отключения или размыкания цепи.

Наряду с ручным зажимом типа трансформатора тока имеются трансформаторы тока с разделенным сердечником, у которых один конец съемный, поэтому нет необходимости отсоединять проводник нагрузки или шину для его установки. Они доступны для измерения токов от 100 до 5000 ампер, с квадратными размерами окна от 1 ″ до более 12 ″ (от 25 до 300 мм).

Подводя итог, можно сказать, что трансформатор тока (ТТ) представляет собой тип измерительного трансформатора, используемого для преобразования первичного тока во вторичный ток через магнитную среду. Его вторичная обмотка обеспечивает значительно уменьшенный ток, который можно использовать для обнаружения условий сверхтока, пониженного тока, пикового или среднего тока.

Первичная катушка трансформатора тока всегда соединена последовательно с главным проводником, в результате чего ее также называют последовательным трансформатором. Номинальный вторичный ток рассчитан на 1А или 5А для простоты измерения. Конструкция может представлять собой один первичный виток, как в типах тороидальных, кольцевых или стержневых, или несколько витков первичной обмотки, как правило, для малых коэффициентов тока.

Трансформаторы тока предназначены для использования в качестве устройств пропорционального тока. Поэтому вторичная обмотка трансформаторов тока никогда не должна эксплуатироваться в разомкнутой цепи, точно так же, как трансформатор напряжения никогда не должен работать при коротком замыкании.

Очень высокое напряжение возникает в результате разомкнутой цепи вторичной цепи трансформатора тока под напряжением, поэтому их клеммы должны быть замкнуты накоротко, если амперметр должен быть удален или когда ТТ не используется перед включением питания системы.

В следующей статье о трансформаторах мы рассмотрим, что происходит, когда мы соединяем вместе три отдельных трансформатора в конфигурации «звезда» или «треугольник», чтобы получить более мощный силовой трансформатор, называемый трехфазным трансформатором, который используется для питания трехфазных источников питания.

Принцип действия трансформатора для повышения напряжения

Как сделать  повышающий трансформаторОткрытие в далёком 1831 году великим учёным Фарадеем принципа электромагнитной индукции позволило по-новому взглянуть на многие законы электротехники. Именно основываясь на взаимодействие электромагнитных полей, через 45 лет после этого великий русский учёный П. Н. Яблочков получил патент на изобретение трансформатора. Классическое определение звучит так: трансформатор — это электрическое устройство, преобразующее ток первичной обмотки одного напряжения, в ток вторичной обмотки с другим напряжением.

Индукционный эффект образуется при изменении электромагнитного поля, поэтому для работы трансформатора необходимо наличие напряжения с переменным током. Трансформация (передача) осуществляется преобразованием электрической энергии первичной обмотки в магнитное поле, а затем, во вторичной обмотке происходит обратное преобразование магнитного поля в электрическую энергию. В случае если количество витков вторичной обмотки будет превышать число витков первичной обмотки, то устройство будет называться повышающим трансформатором. При подключении обмоток в обратном порядке, получается понижающее устройство.

Устройство и принцип работы

Трансформатор тока  Конструктивно повышающее устройство трансформации напряжения состоит из сердечника и двух обмоток. Сердечник собран из пластин электротехнической листовой стали. На него намотаны первичная и вторичная обмотки, из медного провода, различного диаметра. Толщина провода намотки трансформатора напрямую зависит от его выходной мощности.

Сердечник устройства может быть стержневым или броневым. При использовании изделия в сетях низкочастотного напряжения чаще всего применяются стержневые магнит проводы, которые по форме могут быть:

  • П-образные.
  • Ш-образные.
  • Тороидальные.

Изготавливаются сердечники из трансформаторного специального железа, от качественных характеристик которого и зависят многие общие параметры устройства. Набирается сердечник из тонких железных пластин, которые изолированы друг от друга лаком или слоем окиси, для уменьшения потерь за счёт вихревых токов. Могут применяться и готовые половинки, которые сделаны из сплошных железных лент.

Достоинства и недостатки сердечников

  • Трансформатор - устройство для повышения  переменного напряженияНаборные чаще применяются для устройства магнитопроводов с произвольным сечением, ограничивающимся только шириной пластин. Лучшие параметры имеют устройства трансформации напряжения с квадратным сечением. Недостатком такого типа сердечника считается необходимость плотного стягивания пластин, малый коэффициент заполнения пространства катушки, а также повышенное рассеивание магнитного поля устройства.
  • Витые сердечники намного проще наборных в сборке. Весь сердечник Ш-образного типа состоит из четырёх частей, а П-образный тип имеет только две части в своей конструкции. Технические характеристики такого трансформатора гораздо лучше, нежели чем наборного. К недостаткам можно отнести необходимость минимального зазора между частями. При физическом воздействии пластины частей могут отслаиваться, и, в дальнейшем очень трудно добиться плотного их прилегания.
  • Тороидальные сердечники имеют форму кольца, которое свито из трансформаторной железной ленты. Такие сердечники имеют самые лучшие технические характеристики и практически полное исключение рассеивания магнитного поля. Недостатком считается сложность намотки, особенно проводов с большим сечением.

В трансформаторах Ш-образного типа все обмотки обычно делаются на центральном стержне. В П-образном устройстве вторичная обмотка может наматываться на один стержень, а первичная — на другой. Особенно часто, встречаются конструктивные решения, когда разделённые пополам обмотки наматываются на оба стержня, а после соединяются между собой последовательно. При этом существенно сокращается расход провода для трансформатора, и улучшаются технические характеристики прибора.

Технические характеристики

Основными характеристиками при эксплуатации трансформатора считаются:

  • Повышающий трансформатор Напряжение входное.
  • Величина напряжения на выходе.
  • Мощность прибора.
  • Ток и напряжение холостого хода.

Величина отношения напряжений на входе и выходе устройства называется коэффициентом трансформации. Это соотношение зависит только от количества витков в обмотках и остаётся неизменным при любом режиме функционирования устройства.

От диаметра проводов и от типа сердечника напрямую зависит мощность трансформатора, которая со стороны первичной намотки равна сумме мощностей вторичных обмоток, за исключением потерь.

Напряжение, получаемое на выходной обмотке устройства, без подключения нагрузки, называется напряжением холостого хода. Разница между этим показателем и напряжением с нагрузкой указывает на величину потерь за счёт разного сопротивления проводов обмотки.

От качественных показателей сердечника трансформатора полностью зависит величина тока холостого хода. В идеальном случае, ток первичной обмотки создаёт в сердечнике устройства магнитное поле переменного значения, по величине электродвижущая сила которого равна току холостого хода и противоположна по направлению. Но вот в реальности величина электродвижущей силы всегда меньше напряжения на входе, за счёт возможных потерь в сердечнике.

Именно поэтому для уменьшения величины тока холостого хода, требуется материал высокого качества при изготовлении сердечника и минимальный зазор между его пластинами. Таким условиям в большей мере соответствуют тороидальные сердечники.

Типы устройств

В зависимости от мощности, конструкции и сферы их применения, существуют такие виды трансформаторов:

  • Устройство трансформатора   Автотрансформатор конструктивно выполнен как одна обмотка с двумя концевыми клеммами, а также в промежуточных точках устройства имеются несколько терминалов, в которых располагаются первичные и вторичные катушки.
  • Трансформатор тока включает в себя первичную и вторичную обмотку, сердечник из магнитного материала, а также оптические датчики, специальные резисторы, позволяющие ускорять способы регулировки напряжения.
  • Силовой трансформатор — это устройство, передающее ток, при помощи индукции электромагнитного поля, между двумя контурами. Такие трансформаторы могут быть повышающими или понижающими, сухими или масляными.
  • Антирезонансные трансформаторы могут быть как однофазными, так и трёхфазными. Принцип работы такого устройства мало чем отличается от трансформаторов силового типа. Конструктивно представляет собой устройство литого типа с хорошей теплозащитой и полузакрытой структурой. Трансформаторы антирезонансного типа применяются при передаче сигнала на большие расстояния и в условиях больших нагрузок. Идеально подходят для работы в любых климатических условиях.
  • Заземляемые трансформаторы (догрузочные). Особенностью этого типа является расположение обмоток в форме звезды или зигзага. Часто заземляемые приборы применяют для подключения счётчика электрической энергии.
  • Пик — трансформаторы используются в устройствах радиосвязи и технологиях компьютерного производства, по принципу отделения постоянного и переменного тока. Конструкция такого трансформатора является упрощённой: обмотка с определённым количеством витков расположена вокруг сердечника из ферромагнитного материала.
  • Разделительный домашний трансформатор применяется при передаче энергии переменного тока к другому устройству или оборудованию, блокируя при этом способности источника энергии. В бытовых условиях такие приборы обеспечивают регулирование напряжения и гальваническую развязку. Чаще всего применяются для подавления электрических помех в чувствительных приборах и защиты от вредного воздействия электрического тока.

Обслуживание и ремонт

Трансформатор трёхфазный

Желательно человеку, не знающему принцип действия электротехнических приборов, не заниматься ремонтными работами этого оборудования, из-за возможности поражения электрическим током. При ремонте и обслуживании трансформаторных устройств, единственное, что можно исправить, без недопустимых последствий, это перемотка трансформатора.

Перед началом любых ремонтных работ необходимо произвести проверку трансформатора:

  • Первым делом необходимо оценить состояние прибора при помощи визуального осмотра, так как порой, потемневшие и вздувшиеся участки, прямо указывают на неисправность обмотки трансформатора.
  • Определение правильности подключения устройства. Электрический контур, генерирующий магнитное поле обязательно должен быть подключён к первичной обмотке прибора. А вот вторая схема, потребляющая энергию трансформатора, должна быть включена в обмотку выходного напряжения.
  • Фильтрация выходного сигнала фазы определяется как для диодов и конденсаторов на вторичной обмотке устройства.
  • Следующим шагом нужно подготовить прибор к контрольному измерению параметров, т. е. снять защитные панели и крышки, чтобы получить свободный доступ к элементам схемы. С помощью тестера нужно в дальнейшем произвести измерение напряжения трансформатора.
  • Для проведения измерений, нужно подать питание на схему устройства. Измерение параметров первичной обмотки проводится тестером в режиме переменного тока. Если полученное значение меньше чем на 80% от ожидаемого, то неисправность может быть как в самом трансформаторе, так и в схеме всего устройства.
  • Проверку выходной обмотки осуществляют при помощи тестера. При этом проверяем обмотку как на возможность появления короткозамкнутых витков, так и на обрыв провода намотки катушки, по принципу измерения сопротивления (если сопротивление мало — то есть вероятность короткозамкнутых витков, а в случае когда сопротивление обмотки велико — обрыв).

После перемотки повышающего трансформатора напряжения, в случае неисправности обмотки, нужно собрать его в обратной последовательности, при этом особое внимание необходимо уделить наиболее плотному прилеганию пластин сердечника.

Самостоятельное изготовление или ремонт устройства предоставляется процессом очень сложным и трудоёмким. Для выполнения таких работ потребуется наличие необходимых материалов, а также умение производить некоторые специальные расчёты. В частности, нужно будет точно рассчитать количество витков в обмотке трансформатора, диаметр проводов для обмотки, а также сечение и тип сердечника устройства.

Поэтому лучше обратиться для проведения этих операций к квалифицированному человеку, знакомому с основными понятиями и свойствами электротехники и расчётами по необходимым формулам.

2. Повышающие и понижающие трансформаторы | 9. Трансформаторы | Часть2

2. Повышающие и понижающие трансформаторы

Повышающие и понижающие трансформаторы

До сих пор мы с вами рассматривали трансформаторы, у которых первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, давая примерно одинаковые уровни напряжения и тока в обоих цепях. Однако, равенство напряжений и токов между первичной и вторичной обмотками трансформатора не является нормой для всех трансформаторов. Если индуктивности двух обмоток имеют разную величину, происходит нечто интересное:

 

transformer   
v1 1 0 ac 10 sin
rbogus1 1 2 1e-12       
rbogus2 5 0 9e12
l1 2 0 10000    
l2 3 5 100      
k l1 l2 0.999   
vi1 3 4 ac 0    
rload 4 5 1k    
.ac lin 1 60 60 
.print ac v(2,0) i(v1)  
.print ac v(3,5) i(vi1) 
.end    
freq          v(2)        i(v1)       
6.000E+01     1.000E+01   9.975E-05    Primary winding

freq          v(3,5)      i(vi1)      
6.000E+01     9.962E-01   9.962E-04    Secondary winding

Обратите внимание на то, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше первичного (0,9962 вольт против 10 вольт), а вторичный ток примерно в десять раз превышает первичный (0,9962 мА против 0,09975 мА). В этом SPICE моделировании описано устройство, которое в десять раз понижает напряжение и в десять раз повышает ток.

 

Трансформатор — это очень полезное устройство. С его помощью мы легко можем повысить или понизить напряжение и ток в цепях переменного тока. Появление трансформаторов сделало практической реальностью передачу электроэнергии на большие расстояния. Трансформаторы позволяют уменьшить потери на проводах линий электропередач (соединяющих генерирующие станции с нагрузками) путем повышения переменного напряжения и понижения переменного тока. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) трансформаторы понижают уровни напряжения до более безопасных значений и снижают стоимость применяемого оборудования. Трансформатор, который на выходе (во вторичной обмотке) вырабатывает более высокое напряжение, чем приложено на входе (к первичной обмотке), называется повышающим трансформатором (его вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная). И наоборот, понижающий трансформатор вырабатывает на своем выходе меньшее напряжение, чем подается на его вход, поскольку его вторичная обмотка имеет меньшее число витков по сравнению с первичной.

Посмотрите еще раз на фотографию, показанную в предыдущей статье:

 

На поперечном разрезе трансформатора хорошо видно первичную и вторичную обмотки.

 

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое количество витков первичной обмотки и малое число витков вторичной обмотки. Он преобразует высокое напряжение и маленький ток в низкое напряжение и большой ток. Благодаря большому току вторичной обмотки, в ней используется провод большого сечения. Первичная обмотка, ток в которой имеет небольшую величину, может быть выполнена из провода меньшего сечения.

Любой из рассмотренных типов трансформаторов можно использовать по противоположному назначению (подключить вторичную обмотку к источнику переменного напряжения, а первичную обмотку — к нагрузке). В этом случае трансформатор будет выполнять противоположную функцию: понижающий трансформатор будет функционировать как повышающий, и наоборот. Однако, для эффективной работы трансформатора индуктивности каждой из его обмоток должны быть спроектированы под конкретные рабочие диапазоны напряжения и тока (этот вопрос рассматривался в предыдущей статье). Поэтому, при использовании трансформатора по «противоположному» назначению, напряжения и токи его обмоток должны оставаться в исходных конструктивных параметрах. Только в этом случае трансформатор будет эффективен (и не будет поврежден чрезмерным напряжением или током!).

Трансформаторы часто имеют такую конструкцию, что не очевидно, какие провода принадлежат к первичной обмотке, а какие к вторичной. Во избежание путаницы, на многих трансформаторах (в основном импортного производства) используется обозначение «Н» для высоковольтной обмотки (первичная обмотка в понижающем трансформаторе, вторичная обмотка в повышающем трансформаторе), и обозначение «X» для низковольтной обмотки. Поэтому простой силовой трансформатор будет иметь провода с надписью «h2», «h3», «X1» и «X2».

Если вы вспомните, что мощность равна произведению напряжения и тока, то поймете почему напряжение и ток всегда движутся в «противоположных направлениях» (если напряжение увеличивается, то ток уменьшается, и наоборот). Вы так же поймете, что трансформаторы не могут производить энергию, они могут только преобразовывать ее. Любое устройство, которое могло бы произвести больше энергии, чем потребило, нарушило бы Закон сохранения энергии (энергия не может быть создана или уничтожена, она может быть только преобразована).

Практическая значимость вышесказанного становится более очевидной, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов, преобразование уровней напряжения и тока могло быть достигнуто только за счет использования установок, содержащих моторы и генераторы:

 

Установка мотор/генератор иллюстрирует основной принцип трансформатора

 

В этой установке мотор механически соединен с генератором. Генератор предназначен для получения желаемых уровней напряжения и тока за счет скорости вращения мотора. В то время, как и мотор и генератор являются достаточно эффективными устройствами, использование их в связке не обладает достаточной эффективностью, так что общий КПД установки находится в диапазоне 90% или менее. Кроме того, движущиеся части данных установок подвержены трению и механическому износу, а это, в свою очередь, влияет как на срок службы, так и на производительность. Трансформаторы же, с другой стороны, способны преобразовывать переменное напряжение и ток с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради стоит сказать, что установки мотор/генератор не обязательно являются устаревшими в сравнении с трансформаторами во всех сферах применения. Если трансформаторы явно превосходят моторы/генераторы в преобразовании переменного напряжения и тока, то они не могут преобразовать одну частоту переменного тока в другую, а также преобразовать (сами по себе) постоянное напряжение в переменное или наоборот. Установки мотор/генератор могут все это делать относительно просто, хотя и с некоторыми ограничениями эффективности, описанными выше. Эти установки также обладают уникальным свойством сохранения кинетической энергии: то есть, если по какой-либо причине источник питания мотора мгновенно отключается, его угловой момент (инерция вращательного движения) будет еще некоторое время поддерживать вращение генератора, изолируя тем самым нагрузку (питаемую генератором) от «сбоев» в основной энергосистеме.

При внимательном просмотре цифр в SPICE анализе вы должны увидеть соотношение между коэффициентом трансформации и двумя индуктивностями. Обратите внимание на то, что первичная обмотка (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичная (10000 Гн против 100 Гн), и что напряжение было понижено с 10 В до 1 В (в 10 раз). Обмотка с большей индуктивностью имеет более высокое напряжение и меньший ток. Поскольку обе обмотки трансформатора намотаны вокруг одного и того же сердечника (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на их индуктивность равны, за исключением количества витков в каждой из обмоток. Если мы еще раз взглянем на формулу индуктивности, то увидим, что индуктивность катушки пропорциональна квадрату числа ее витков:

 

 

Таким образом, должно быть очевидно, что две обмотки трансформатора в вышеприведенном SPICE моделировании при соотношении их индуктивностей 100 : 1 должны иметь соотношение витков провода 10 : 1, так как 10 в квадрате равно 100. Поскольку соотношение витков соответствует соотношению между первичным и вторичным напряжениями и токами (10 : 1), мы можем сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен соотношению витков провода между первичной и вторичной обмотками.

 

 

Повышающее / понижающее действие соотношения витков обмоток в трансформаторе аналогично соотношениям шестеренок в механических редукторных системах, которые преобразуют значения скорости и крутящего момента во многом таким же образом:

 

 

Повышающие и понижающие трансформаторы, применяющиеся для распределения электроэнергии, могут иметь гигантские размеры (сопоставимые с размером дома). На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около четырех метров:

 

 

Обзор:

  • Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношениями витков первичных и вторичных обмоток.

  • Коэффициент трансформации напряжения равен квадратному корню из отношения индуктивности первичной обмотки к индуктивности вторичной обмотки.

Трансформаторы тока и напряжения

Перед тем, как рассказать об измерительных трансформаторах – немного теории. Трансформатор – элемент электрической цепи, преобразующий величину переменного напряжения. Трансформаторы могут быть:

  • понижающими, выдающие на выходе меньшее напряжение, чем на входе;
  • повышающими, выполняющие противоположное преобразование;
  • разделительные, не изменяющие величину напряжения, применяющиеся для гальванической развязки между участками электрической сети.

Повышающие и понижающие трансформаторы обратимы: если подать номинальное выходное напряжение трансформатора на его вторичную обмотку, на первичной мы получим номинальное входное напряжение.

С токами в обмотках происходит обратная картина. Первичная обмотка рассчитывается на ток, соответствующий номинальной мощности трансформатора. Под мощность выбирается и сечение магнитопровода, и диаметр обмоточного провода первичной обмотки.

Ток вторичной обмотки понижающего трансформатора может быть больше тока в первичной во столько раз, во сколько меньше ее напряжение. Это отношение называется коэффициентом трансформации. Поэтому сечение обмоточного провода вторичной обмотки у понижающего трансформатора больше. У понижающего – все наоборот. У разделительного – все одинаково.

Зачем нужны измерительные трансформаторы напряжения

В электроустановках до 1000 В измерение напряжения производят, подключая вольтметры непосредственно к шинам или другим контролируемым участкам сети. Но в сетях 6 кВ и выше это невозможно, потому что:

  • при измерении высокого напряжения требуется понизить его величину до размера, воспринимаемого рамкой стрелочного прибора или электронным преобразователем цифрового. Резистивные делители не выполнят задачу с требуемой точностью, а применение понижающего трансформатора сделает прибор громоздким;
  • изоляция проводников для подключения прибора должна выдерживать номинальное напряжение электроустановки. Кроме того, должны соблюдаться междуфазные расстояния, требуемые ПУЭ. Выполнить это невозможно.
Трансформатор напряжения НОЛ

Поэтому для измерений величину напряжения понижают, и для этого нужен трансформатор напряжения

Трансформаторы напряжения и их конструкция

На какое бы напряжение не была рассчитана первичная обмотка трансформатора напряжения, напряжение на вторичной его обмотке стандартно – 100 В. Это сделано для унификации: счетчику электроэнергии без разницы, в какой электроустановке работать – 6 кВ, 10 кВ или более. Если он предназначен для эксплуатации с трансформаторами напряжения, в его технических характеристиках в графе «номинальное напряжение» указано: «3х100 В». Цифра «3» означает, что для измерений к нему подключаются три фазы.

Конструктивно трансформаторы напряжения выполняются:

  • элемент преобразования одной фазы напряжения в своем корпусе, при трехфазном напряжении устанавливаются три таких трансформатора;
  • один корпус содержит трансформатор для преобразования всех трех фаз.
Трехфазный трансформатор напряжения НАМИ

Первичные обмотки трехфазных трансформаторов соединяются в звезду.

Вторичных обмоток у трансформаторов напряжения несколько:

  • обмотка для приборов учета, имеющая класс точности 0,5s;
  • обмотка для измерительных приборов – класс точности 0,5;
  • обмотка для устройств релейной защиты – класс 10Р;
  • обмотка для разомкнутого треугольника – класс 10Р.

Класс точности имеет значение при учете и измерениях. Но есть еще один нюанс: измерительная обмотка трансформатора работает в заявленном классе точности, если не превышена допустимая нагрузка на нее. Поэтому, вместе с классом, на бирке трансформатора указывается допустимая мощность, превышать которую нельзя.

Трансформатор напряжения НОМ-10

Еще один фактор, изменяющий класс точности – сопротивление соединительных проводников. Если прибор учета или амперметр находится вдали от трансформатора напряжения и подключен контрольным кабелем с жилами недостаточного сечения, то значение напряжения на нем будет меньше, чем на трансформаторе.

Выводы вторичной обмотки трансформатора напряжения, используемого для коммерческого учета, закрывают крышкой и пломбируют.

Первичные обмотки трансформаторов напряжения защищают предохранителями. Для защиты вторичных обмоток раньше тоже применяли предохранители, но теперь их заменили автоматические выключатели.

Три однофазных трансформатора ЗНОЛ, собранные вместе

А теперь – вспомним теорию в начале статьи. Основная опасность при работе на трансформаторах напряжения состоит в явлении обратной трансформации. Если по каким-то причинам на вторичную обмотку попадет напряжение 100 В, то первичная окажется под номинальным напряжением электроустановки. Работающие в ячейке люди окажутся под напряжением. Поэтому при выводе в ремонт трансформатора напряжения принимают меры. Исключающие обратную трансформацию.

Зачем нужны трансформаторы тока

Одна из причин, из-за которых в электроустановках выше 1000 В устанавливают трансформаторы тока – та же, что и для трансформаторов напряжения. Невозможно обеспечить изоляцию цепей для подключения приборов.

Но есть дополнительные факторы, вынуждающие использовать их и в электроустановках выше 1000 В:

  • максимальный ток, на который рассчитаны электросчетчики прямого включения – 100 А. Токи выше 100 А требуется понизить.
  • включение амперметров последовательно с нагрузкой снижает надежность электроснабжения;
  • вольтметр подключается к шинам через предохранители или автоматический выключатель, выводы амперметра защитить невозможно. Ток короткого замыкания в амперметре равен току КЗ на шинах. Ошибки в эксплуатации приводят к тяжелым последствиям, а неисправности прибора выводят его из строя навсегда. Поэтому и требуется выполнить гальваническую развязку амперметра с сетью.
  • Заменить амперметр прямого подключения можно, только отключив нагрузку.

Принцип действия и конструкция трансформаторов тока

Трансформатор тока тоже имеет первичную и вторичную обмотку. Но особенность его в том, что первичная обмотка имеет один или несколько витков, а в большинстве изделий представляет собой шину, проходящую через корпус трансформатора. Вариант – трансформаторы, не имеющие собственной первичной обмотки. Они надеваются на шину с измеряемым током или через них пропускается провод, жила кабеля.

Варианты конструктивного исполнения трансформаторов тока до 1000 В

Вторичная обмотка у трансформатора тока на напряжение до 1000 В одна, но у высоковольтных их – минимум две, но бывает и больше. Работает он аналогично повышающему трансформатору, поэтому – все, что сказано в начале статьи о соотношении токов в них для него справедливо.

Номинальный ток вторичной обмотки трансформатора тока всегда равен 5 А, на какой бы ток не была рассчитана первичная. Классы точности обмоток для подключения аппаратуры различаются так же, как и у трансформаторов напряжения.

Но вот подключить к трансформатору тока, используемому для учета электроэнергии, ничего больше не получится. По правилам, кроме счетчика, там не должно быть ничего. И если для аппаратов выше 1000 В это требование легко выполнить (один трансформатор имеет несколько обмоток), то для электроустановок до 1000 В при необходимости устанавливают по два трансформатора на одну фазу: один – для учета, другой – для всего остального (амперметры, ваттметры, устройства защиты, компенсация реактивной мощности). Выводы вторичной обмотки для коммерческого учета у всех трансформаторов закрываются крышкой и пломбируются.

Установка трансформаторов тока в ячейке выше 1000 В

Трансформатор тока должен работать в замкнутой на нагрузку или накоротко вторичной обмоткой. Иначе на ней наводится ЭДС далеко не безопасной величины как для людей, так и для электрооборудования. При обрыве во вторичных цепях можно получить смертельный удар током, даже проведя рукой рядом с клеммами амперметра или счетчика. А электронные схемы на входе приборов выйдут из строя под действием высокого напряжения.

Поэтому для замены амперметров и электросчетчиков в токовых цепях устанавливают специальные клеммы, на которых перед демонтажем прибора обмотку трансформатора закорачивают. Для приборов учета рядом устанавливают клеммы для отключения цепей напряжения. Это функции совмещены в специальном устройстве, называющимся «колодка клеммная измерительная». Для коммерческих цепей учета эти коробки пломбируются, для чего винт, крепящий ее крышку, имеет прорезь в головке (как у винтов крепления крышки корпуса электросчетчика).

Видео про трансформаторы тока

Почему нельзя размыкать вторичную обмотку трансформатора тока и зачем ее обязательно заземлять? Попутно вы узнаете о технических характеристиках и конструкции трансформаторов тока, особенностях их применения.

Оцените качество статьи:

устройство, принцип работы и схема подключения

В статье читатель узнает, что такое трансформатор тока, где они применяются. Мы постараемся дать краткую характеристику видам и типам устройства, объясним принцип действия. Также предлагаем ознакомиться с видеороликом в конце текста для лучшего понимания материала.

Без такого привычного устройства современный мир был бы невозможен в том виде, каком мы к нему привыкли. Его задача – помочь передавать энергию на большие расстояния. Тех, кто дочитает материал до конца, ждет приятный бонус: файл с книгой о трансформаторах тока Афанасьева А.А. По любым вопросам не стесняйтесь писать в комментариях, опытные эксперты будут рады вам помочь.

Что нужно знать о трансформаторах тока

Опорные трансформаторы тока.

Что это за устройство

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник.

Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневыми, броневыми или тороидальными. Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стержневого типа обмотка включается в сердечник. В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть.

Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку. Обмотки трансформатора стержневого типа расположены горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Независимо от типа трансформатора, в его состав входят такие три функциональные части: магнитная система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

Трансформатор тока

Схематичный рисунок опорного трансформатора тока.

Это устройство, первичная обмотка которого последовательно включена в рабочую цепь, а вторичная служит для проведения измерений. Подобные устройства используются не только в лабораториях для оценки величин. Истинное место трансформаторов тока возле электростанций, где они помогают контролировать режимы, внося коррективы в процесс эксплуатации оборудования.

Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.

Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

Тем, кому будет интересно почитать, материал в тему: малоизвестные факты о двигателях постоянного тока.

Область применения

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Трансформаторы тока принято классифицировать по роду тока. Измеряемое напряжение различается по роду. Для проведения измерений в цепи постоянного тока используется нарезка сигнала на импульсы. Напрямую трансформация невозможна:

  • для переменного тока;
  • для постоянного тока.

По назначению: мы уже сказали, что часто трансформаторы тока применяются для измерений (к примеру, кВт ч). Называют системы, где требуется защитить персонал для повышения безопасности.

Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования. Трансформаторы делят в зависимости от назначения. Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

  • измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
  • защитные — подключаемые к защитным цепям;
  • промежуточные — используется для повторного преобразования.

Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

Что нужно знать о трансформаторах тока

Принцип работы устройства

Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. Классическая конструкция состоит из металлического магнитопровода и электрически не связанных обмоток, выполненных из изолированного провода. Та обмотка, на которую подается электроэнергия, называется первичной. Вторая — подсоединённая к устройствам, потребляющим ток, называется вторичной.

Что нужно знать о трансформаторах тока

После того как трансформатор подсоединяют к источнику переменного тока в его первичная обмотка формирует переменный магнитный поток. По магнитопроводу он передается на витки вторичной обмотки, индуцируя в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии устройства потребления в цепи вторичной обмотки возникает электрический ток.

Соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток. Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W1/W2=U1/U2, где:

  • W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
  • U1, U2 — входное и выходное напряжения соответственно.

Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек, либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией.

Микротрансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги. Подробнее принцип работы трансформатора тока рассмотрен в видеоролике:

Вкратце принцип работы и устройство трансформатора тока заключается в подаче питания от источника электричества. Наиболее актуальным является использование для снижения первичных показателей тока до величины, применяемой в измерительных и защитных цепях, сигнализации и управления.

Во вторичной обмотке отмечаются показатели тока 5 А или 1 А. Измерительные устройства подключаются к вторичной обмотке, а к первичной подключается цепь, в которой измеряют ток. Для расчета тока во второй обмотке используют показания в первичной обмотке и делят на коэффициент трансформации.

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены.

Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора.

Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Схема работы трансформатора

Схема режима работы трансформатора тока.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны.

Поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения. Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:

U_2/U_1 =N_2/N_1

где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке.

Если U2> U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

Интересный материал для ознакомления: что такое трехфазный двигатель и как он работает.

Виды и типы трансформаторов

Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на несколько видов.

  1. Автотрансформаторы.
  2. Импульсные трансформаторы.
  3. Разделительный трансформатор.
  4. Пик-трансформатор.

Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения. Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Виды трансформаторов

Сравнительные характеристики различных видов трансформаторов.

Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели, где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

Кроме того, производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией. Трансформаторы тока имеют три основных вида. Наиболее применяемые из них:

  1. Сухие.
  2. Тороидальные.
  3. Высоковольтные (масляные, газовые).
Что нужно знать о трансформаторах тока

У сухих трансформаторов первичная обмотка без изоляции. Свойства тока во вторичной обмотке зависят от коэффициента преобразования.

Тороидальные исполнения трансформаторов устанавливают на шины или кабели. Поэтому первичная обмотка для них не нужна, в отличие от обычных трансформаторов напряжения и тока. Первичный ток протекает по шине, которая проходит в центре трансформатора. Он дает возможность вторичной обмотке фиксировать показатели тока.

Такие трансформаторы тока редко используются для замера параметров тока, так как их надежность и точность измерений оставляет желать лучшего. Они чаще используются для дополнительной защиты от короткого замыкания.

Характеристики трансформаторов

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

  • уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
  • способ преобразования: повышающий, понижающий;
  • количество фаз: одно- или трехфазный;
  • число обмоток: двух- и многообмоточный;
  • форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

Работа трансформатора

Принцип работы трансформатора тока.

Параметры трансформаторов тока

При выборе для работы в тандеме с трёхфазным счётчиком первым делом обращают внимание на коэффициент трансформации. Ряд значений стандартизирован, и нужно выбирать приборы, способные работать в паре. Выше говорилось, что в иных случаях коэффициент трансформации возможно менять, и нужно этим пользоваться.

Помимо рабочего напряжения роль играет ток в первичной обмотке (исследуемой сети). Понятно, что с ростом увеличивается нагрев, и однажды токонесущая часть может сгореть. Это требование не столь актуально для трансформаторов без первичной обмотки. Номинальный вторичный ток обычно равен 1 либо 5 А, что служит критерием для согласования с сопрягаемыми устройствами.

Полагается обращать внимание на сопротивление нагрузки в цепи измерения. Вряд ли найдётся счётчик, выбивающийся из общего ряда, но нужно контролировать момент. В противном случае не гарантируется точность показаний. Коэффициент нагрузки обычно не ниже 0,8.

Это уже касается измерительных приборов, с индуктивностями в составе. ГОСТ нормирует значение в вольт-амперах. Для получения сопротивления в омах требуется поделить цифру на квадрат тока вторичной обмотки.

Интересно почитать: однофазные асинхронные двигатели на службе человечества.

Предельные режимы работы обычно характеризуются током электродинамической стойкости, возникающим при коротком замыкании. В паспорте пишут значение, при котором прибор проработает сколь угодно долго без выхода из строя.

Что нужно знать о трансформаторах тока

В условиях короткого замыкания ток столь силен, что начинает оказывать механическое воздействие. Порой вместо тока электродинамической стойкости указывается кратность его к номинальному.

Остаётся лишь произвести операцию умножения. Указанный параметр не касается приборов без первичной обмотки. Вдобавок определяется ток термической стойкости, который трансформатор выдерживает без критического перегрева. Этот вид устойчивости способен выражаться кратностью.

Отличие трансформатора тока от трансформатора напряжения

Одним из некоторых отличий является способ создания изоляции между двумя обмотками. Первичную обмотку в трансформаторах тока изолируют соответственно параметрам принимаемого напряжения. Вторичная обмотка имеет заземление.

Что нужно знать о трансформаторах тока

Трансформаторы тока работают в условиях, подобных к случаю короткого замыкания, так как у них небольшое сопротивление вторичной обмотки. В этом и заключается назначение трансформаторов, измеряющих ток, а также отличие от трансформатора напряжения по условиям работы.

Для трансформатора напряжения при коротком замыкании его работа опасна из-за риска возникновения аварии. Для трансформатора тока такой режим работы вполне приемлемый и безопасный. Хотя бывают у таких трансформаторов также угрозы аварии, но для этого устанавливают свои системы и средства защиты.

Заключение

Надеемся, что теперь вам полностью понятен принцип работы трансформаторов тока. Предлагаем скачать файл с книгой о трансформаторах тока Афанасьева А.А., в котором подробно рассмотрены все нюансы работы с трансформаторами тока. Если хотите регулярно узнавать новую информацию по этой теме, а также по теме металлоискателей и радиодеталей: подписывайтесь на нашу группу в социальной сети «Вконтакте».

Для этого вам необходимо будет перейти по следующей ссылке https://vk.com/electroinfonet. Там можно не только узнавать различного рода полезную информацию, но еще и задавать вопросы и получать на них подробные ответы. В завершение хочу поблагодарить источники, откуда мы черпали информацию:

kuhnileona.ru

vashtehnik.ru

Следующая

ТрансформаторыЧто такое импульсный трансформатор и как его рассчитать

Трансформатор: назначение, принципы работы и правила подключения

Автор Даниил Леонидович На чтение 9 мин. Просмотров 7.6k. Опубликовано

Свойства магнитного поля изучаются учеными давно. Впервые электромагнитную индукцию описал Майкл Фарадей. А именно как появляется прочная электромагнитная взаимосвязь в обмотках при создании переменного тока в первой катушке. Во вторичной же катушке повышается напряжение, но мощность и частота остаются прежними. Конечно, несведущему человеку в электричестве сложно понять конструкцию, принцип действия, предназначение трансформатора. Однако, это неотъемлемый прибор с установкой во многих сферах: радиотехника, электроэнергетика.

Трансформаторы напряжения: назначение и принцип действия

Трансформатор – электрическое устройство. Преобразует переменный ток одного напряжения в электрический ток другого напряжения. Частота, согласно явлению электромагнитной индукции, остается неизменной.

Состоит статический трансформатор из:

  • первичной и вторичной обмотки;
  • сердечника.

Применяется устройство в разных схемах питания и электроприборах. Передает электроэнергию на большие расстояния и:

  • снижает потери энергии;
  • уменьшает площадь сечения проводов ЛЭП.

Трансформаторы напряжения

Разновидности прибора:

  • повышающий;
  • понижающий;
  • силовой;
  • вращающийся;
  • импульсный;
  • разделительный;
  • согласующий.

Понижающий трансформатор применяется в быту. Именно через него проходит и поступает ток в домашние розетки с мощностью 220 Вт.

Силовой агрегат в составе из сердечника и нескольких обмоток преобразует напряжение в электроцепи по принципу электромагнитной индукции. Также значение напряжения переменного тока без изменений его частоты. Применяется для распределения и передачи электрической энергии. Напряжение в обмотках – свыше 300 кВ. Мощность – от 4 кВ до 200000 кВА.

Справка! Трансформатор служит для понижения либо повышения переменного напряжения. Основой является ферромагнитный сердечник. В дополнение для бесперебойной работы – обмотки, изоляция, магнитопровод, система охлаждения.

Обмотки выполнены из изолированных медных проводов прямоугольного сечения. Между их слоями находятся пустоты для циркуляции охлаждающего масла. Роль которого – отбирать тепло у обмоток, передавать через радиаторные трубки в окружающую среду.

принцип действия трансформатора

Принцип действия устройства основан на:

  • изменении магнитного потока;
  • создании электромагнитной индукции при прохождении через обмотку;
  • подаче напряжения на первичную обмотку;
  • воспроизведении магнетизма электрическим током, изменяющимся во времени.

Переменный ток, протекая по первичной обмотке, начинает создавать в магнитопроводе магнитный ток. Постепенно приводит к потоку во всех обмотках, преобразуя гальваническую развязку (переменное напряжение), но без видоизменения частоты.

Стоит знать! Действие прибора основано на электромагнитной индукции. За счет переменного тока образуется магнитное переменное поле вокруг проводника, видоизменяется в электродвижущую силу. Напряжение на выходе полностью зависит от используемого (понижающего, повышающего) трансформатора. Коэффициент ЭДС в обмотках прямо пропорционален количеству витков.

Для чего нужен трансформатор напряжения?

Трансформатор напряжения – универсальное устройство. Передает и распределяет энергию.

Используются в:

  • электроустановках;
  • блоках питания;
  • агрегатах передачи электроэнергии;
  • устройствах обработки сигналов;
  • источниках питания приборов.

Силовой трансформатор с большим напряжением применяется для:

  • подачи энергии в электросети на электростанциях;
  • повышения напряжения генератора, линии электропередач;
  • снижения напряжения, доходящего до потребительского уровня.

принцип действия силового трансформатора

Трехфазный прибор со специальной системой охлаждения используется в электросетях. Сердечник в составе – общий для всех 3-ех фаз.

Область применения сетевого трансформатора – источники электропитания, узлы электроприборов с разным напряжением. Импульсные агрегаты незаменимы для радиотехнических, электронных устройств. Сначала выпрямляют переменное напряжение в блоках питания. Далее за счет инвертора преобразуют высокочастотные импульсы, стабилизирующие постоянное напряжение.

Трансформаторы входят в состав многих схем питания для обеспечения минимального уровня высокочастотных помех. Например, разделительные установки предотвращают угрозу поражения электрическим током для человека. Ведь включение бытовых приборов в сеть через трансформатор становится безопасным.

Вторая цепь у прибора будет изолирована от контактов с землей, если конечно, речь идет о заземлении электрического оборудования. Измерительные силовые приборы применяются в схемах генераторов переменного тока. Количество фаз у генератора из трансформатора должно совпадать для достижения стабильного напряжения на выходе.

Согласующие трансформаторы незаменимы для электронных устройств с высоким входным сопротивлением и высокочастотных линий, но с разным сопротивлением нагрузки.

Как работает трансформатор напряжения?

Приборы преобразуют энергию источника в необходимый коэффициент напряжения. Работают исключительно при переменном напряжении с постоянной частотой. В основе работы – электромагнитная индукция как явление, срабатываемое при изменении во времени магнитного потока, порождении ЭДС в обмотках.

Работа трансформатора начинается в первичной обмотке, где сердечник создает магнитный поток. Далее задействуется переменный ток, намагничивает сердечник, повышает индуктивность первичной обмотки, препятствует нарастанию тока на выводах обмотки напряжения. Если первичная обмотка отдает магнитный поток, то вторичная принимает его, изменяет с определенной скоростью, пронизывая все ветки и создавая ЭДС.

принцип действия трансформатора

Напряжение на ветках в полной мере зависит от быстроты изменения магнитного потока в сердечнике. Хотя получается одинаковым на ветках первичной и вторичной обмотки благодаря прохождению через них одного и того же магнитного потока.

Он в свою очередь создает вокруг себя электрическое поле в сердечнике, некий вихрь с воздействием на электроны, начиная толкать их в определенную сторону.

Справка! Если сказать проще, то принцип работы трансформатора напряжения основан на возбуждении напряжения во второй обмотке за счет возникшего переменного тока в магнитопроводе.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

Источником питания для трансформатора тока является непосредственно ток. Если он не будет проходить через обмотки, тот агрегат быстро выйдет из строя. Питание для трансформатора напряжения – источники напряжения и он также не будет функционировать при повышенных нагрузках тока.

Отличие между устройствами в разных электрических величинах и схемах включения.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

Приборы с работой под высоким напряжением нуждаются в периодическом измерении.

принцип действия измерительного трансформатора

Для чего этих целей в помощь – измерительные устройства, которые:

  • снижают величину напряжения до нужного уровня;
  • обеспечивают гальваническую развязку измерительному оборудованию от цепей с повышенной опасностью.

Номинальная мощность, напряжение и ток

Номинальная – мощность, с которой трансформатор работает в определенном классе точности и в соответствии с ГОСТом. Выражается в вольтах, амперах. Незначительные отклонения мощности допускаются, но не выше нормированных величин.

Важно! Во избежание повышения погрешности вторичной нагрузки суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле не должно быть более номинальной мощности трансформатора. Узнать номинальную мощность можно в паспорте к агрегату либо на щитке.

Порог номинального напряжения у трансформатора – 10кВ.

Разница в зависимости от мощности электроприборов составляет для:

  • питания электроприемников – 3-6,3кВ;
  • крупногабаритных электродвигателей – до 1000В.

Мощность трехфазного трансформатора вычитается по формуле: – S=квадратный корень цифры 3 UIU—номинальное междуфазное напряжение, В; / — ток в фазе, А. Коэффициенты рабочих токов в обмотках при рабочем состоянии трансформатора не должны быть выше номинальных Хотя кратковременные перегрузки в масляных и сухих агрегатах до определенных пределов (2,5 -3%) приемлемы.

Закон Фарадея

закон Фарадея

По закону электромагнитной индукции во вторичной обмотке создается ЭДС напряжение. Вычисляется по формуле – U2 = −N2*dΦ/dt.

Справка! Фарадея – основной закон электродинамики. Гласит о том, что генерируемая электродвижущая сила равняется скорости изменения магнитного потока, но взятой со знаком минус. Именно Майкл Фарадей сделал открытие, когда в ходе экспериментов объявил, что электродвижущая сила начинает появляться в проводнике только при изменении магнитного поля. Величина этой силы прямо пропорциональна скорости изменения магнитного поля.

Все факты содержатся в одном уравнении. Однако, знак минус в законе – правило Ленца, указывающее на возникновение индукционного электрического тока при изменении магнитного поля в проводнике. Действие тока направлено на магнитное поле, начинающего противодействовать изменению магнитного потока.

Правило Ленца не подчиняется законам электродинамики, ведь индукционный ток появляется как в обмотках, так и в сплошных металлических блоках.

Уравнения идеального трансформатора

В таком трансформаторе силовые линии проходят через все ветки первичной, вторичной обмотки. Значит, отсутствуют вихревые потоки и потери энергии. Магнитное поле изменяется, но порождает идентичную ЭДС во всех витках, поэтому становится прямо пропорциональным их общему числу.

Энергия при поступлении из первичной цепи трансформируется в магнитное поле, далее поступает во вторичной цепи.

Формула уравнения идеального трансформатора – P1 = I1 • U1 = P2 = I2 • U2:

  • R1 – коэффициент поступающей мощности из первой цепи на трансформатор;
  • R2 – коэффициент преобразованной мощности с поступлением во вторичную цепь.

Если повысить напряжение на концах вторичной обмотки, то снизится уровень тока первичной цепи. Согласно уравнению – U2/U1 = N2/N1 = I1/I2 преобразование сопротивления одной цепи к сопротивлению другой возможно только при умножении величины на квадрат отношения.

Как правильно подключить

Во всех тонкостях электрики сложно разобраться простому человеку, но при использовании трансформатора понижающего типа в быту важно понимать, как происходит процесс подключения.

Бывает, что возникает потребность подключения агрегата сразу на нескольких потребителей.

Стоит знать:

  1. При подключении трансформатора сразу на несколько потребителей важно учитывать количество выходных клемм.
  2. Общая потребляемая мощность для жильцов должна быть идентичной мощности трансформатора либо немного ниже. По мнению специалистов, идеальный второй показатель выше первого – на 20%.
  3. Подключается агрегат через электрическую проводку, размер которой не должен быть слишком большим. Достаточно 2 м при монтаже светодиодного освещения во избежании потери мощности.
  4. Суммарная мощность электроприборов не должна быть выше мощности трансформатора.

Если посмотреть на схему подключения понижающего трансформатора, то видно, что монтируется между распределительной коробкой мощностью 220 Вт и лампами накаливания. Провода из распредкоробки подключаются непосредственно к выключателю.

Подключение трансформатора напряженияПодключение трансформатора напряжения

Дополнительная информация! Стоит изначально определять правильное место установки электрического понижающего трансформатора. Нельзя его усердно прятать от посторонних глаз, ведь доступ для демонтажа либо замены должен быть свободным. При этом потребляемая мощность – не ниже мощности трансформатора, иначе процесс монтажа проводить запрещено.

При подключении важно, чтобы совпадали все уравнения, касающиеся модели прибора. Также существенное значение имеет фазировка, если в одну цепь подключается сразу несколько приборов параллельно. Во избежание больших потерь мощности фазы должны быть правильно соединены между собой с образованием замкнутого контура. При несовпадении фаз начнет расти нагрузка и падать мощность. Может произойти короткое замыкание.

Важно! Смотрите на фото, как выглядит упрощенный вид трансформатора.

Трансформатор – электромагнитный аппарат. Повышает либо понижает напряжение переменного тока. Он лишен подвижных частей. Значит, является статическим. По размерам бывает с трехэтажное здание либо миниатюрное, помещаемое в руку. В составе – сердечник и несколько обмоток с расположением на магнитопроводе. Хотя может содержать всего одну обмотку без сердечника.

При работе трансформатора срабатывает принцип электромагнитного взаимодействия. Переменный ток подается на первичную обмотку, меняет направление дважды за цикл. Значит, что вокруг обмотки образуется магнитное поле, но ежесекундно исчезает. Вторичная обмотка – проводник электромагнитного взаимодействия. Там же индуцируется напряжение.

Конечно, простому человеку сложно понять конструкцию, назначение прибора. Для познания можно просто разобрать, прозвонить, подключить или демонтировать в домашних условиях.

Как повысить силу тока, не изменяя напряжения

В статье речь пойдет про то, как повысить силу тока в цепи зарядного устройства, в блоке питания, трансформатора, в генераторе, в USB портах компьютера не изменяя напряжения.

Что такое сила тока?

Электрический ток представляет собой упорядоченное перемещение заряженных частиц внутри проводника при обязательном наличии замкнутого контура.

Появление тока обусловлено движением электронов и свободных ионов, имеющих положительный заряд.

В процессе перемещения заряженные частицы могут нагревать проводник и оказывать химическое действие на его состав. Кроме того, ток может оказывать влияние на соседние токи и намагниченные тела.

Сила тока — электрический параметр, представляющий собой скалярную величину. Формула:

I=q/t, где I — сила тока, t — время, а q — заряд.

Стоит знать и закон Ома, по которому ток прямо пропорционален U (напряжению) и обратно пропорционален R (сопротивлению).

I=U/R.

Сила тока бывает двух видов — положительной и отрицательной.

Ниже рассмотрим, от чего зависит этот параметр, как повысить силу тока в цепи, в генераторе, в блоке питания и в трансформаторе.

Приведем проверенные рекомендации, которые позволят решить поставленные задачи.

От чего зависит сила тока?

Чтобы повысить I в цепи, важно понимать, какие факторы могут влиять на этот параметр. Здесь можно выделить зависимость от:

  • Сопротивления. Чем меньше параметр R (Ом), тем выше сила тока в цепи.
  • Напряжения. По тому же закону Ома можно сделать вывод, что при росте U сила тока также растет.
  • Напряженности магнитного поля. Чем она больше, тем выше напряжение.
  • Числа витков катушки. Чем больше этот показатель, тем больше U и, соответственно, выше I.
  • Мощности усилия, которое передается на ротор.
  • Диаметра проводников. Чем он меньше, тем выше риск нагрева и перегорания питающего провода.
  • Конструкции источника питания.
  • Диаметра проводов статора и якоря, числа ампер-витков.
  • Параметров генератора — рабочего тока, напряжения, частоты и скорости.

Как повысить силу тока в цепи?

Бывают ситуации, когда требуется повысить I, который протекает в цепи, но при этом важно понимать, что нужно принять меры по защите электроприборов, сделать это можно с помощью специальных устройств.

Рассмотрим, как повысить силу тока с помощью простых приборов.

Для выполнения работы потребуется амперметр.

Вариант 1.

По закону Ома ток равен напряжению (U), деленному на сопротивление (R). Простейший путь повышения силы I, который напрашивается сам собой — увеличение напряжения, которое подается на вход цепи, или же снижение сопротивления. При этом I будет увеличиваться прямо пропорционально U.

К примеру, при подключении цепи в 20 Ом к источнику питания c U = 3 Вольта, величина тока будет равна 0,15 А.

Если добавить к цепи еще один источник питания на 3В, общую величину U удается повысить до 6 Вольт. Соответственно, ток также вырастет в два раза и достигнет предела в 0,3 Ампера.

Подключение источников питания должно осуществляться последовательно, то есть плюс одного элемента подключается к минусу первого.

Для получения требуемого напряжения достаточно соединить в одну группу несколько источников питания.

В быту источники постоянного U, объединенные в одну группу, называются батарейками.

Несмотря на очевидность формулы, практические результаты могут отличаться от теоретических расчетов, что связано с дополнительными факторами — нагревом проводника, его сечением, применяемым материалом и так далее.

В итоге R меняется в сторону увеличения, что приводит и к снижению силы I.

Повышение нагрузки в электрической цепи может стать причиной перегрева проводников, перегорания или даже пожара.

Вот почему важно быть внимательным при эксплуатации приборов и учитывать их мощность при выборе сечения.

Величину I можно повысить и другим путем, уменьшив сопротивление. К примеру, если напряжение на входе равно 3 Вольта, а R 30 Ом, то по цепи проходит ток, равный 0,1 Ампер.

Если уменьшить сопротивление до 15 Ом, сила тока, наоборот, возрастет в два раза и достигнет 0,2 Ампер. Нагрузка снижается почти к нулю при КЗ возле источника питания, в этом случае I возрастают до максимально возможной величины (с учетом мощности изделия).

Дополнительное снизить сопротивление можно путем охлаждения провода. Такой эффект сверхпроводимости давно известен и активно применяется на практике.

Чтобы повысить силу тока в цепи часто применяются электронные приборы, например, трансформаторы тока (как в сварочниках). Сила переменного I в этом случае возрастает при снижении частоты.

Если в цепи переменного тока имеется активное сопротивление, I увеличивается при росте емкости конденсатора и снижении индуктивности катушки.

В ситуации, когда нагрузка имеет чисто емкостной характер, сила тока возрастает при повышении частоты. Если же в цепь входят катушки индуктивности, сила I будет увеличиваться одновременно со снижением частоты.

Также читают — как действует электрический ток на организм человека.

Вариант 2.

Чтобы повысить силу тока, можно ориентироваться на еще одну формулу, которая выглядит следующим образом:

I = U*S/(ρ*l). Здесь нам неизвестно только три параметра:

  • S — сечение провода;
  • l — его длина;
  • ρ — удельное электрическое сопротивление проводника.

Чтобы повысить ток, соберите цепочку, в которой будет источник тока, потребитель и провода.

Роль источника тока будет выполнять выпрямитель, позволяющий регулировать ЭДС.

Подключайте цепочку к источнику, а тестер к потребителю (предварительно настройте прибор на измерение силы тока). Повышайте ЭДС и контролируйте показатели на приборе.

Как отмечалось выше, при росте U удается повысить и ток. Аналогичный эксперимент можно сделать и для сопротивления.

Для этого выясните, из какого материала сделаны провода и установите изделия, имеющие меньшее удельное сопротивление. Если найти другие проводники не удается, укоротите те, что уже установлены.

Еще один путь — увеличение поперечного сечения, для чего параллельно установленным проводам стоит смонтировать аналогичные проводники. В этом случае возрастает площадь сечения провода и увеличивается ток.

Если же укоротить проводники, интересующий нас параметр (I) возрастет. При желании варианты увеличения силы тока разрешается комбинировать. Например, если на 50% укоротить проводники в цепи, а U поднять на 300%, то сила I возрастет в 9 раз.

Как повысить силу тока в блоке питания?

В интернете часто можно встретить вопрос, как повысить I в блоке питания, не изменяя напряжение. Рассмотрим основные варианты.

Ситуация №1.

Блок питания на 12 Вольт работает с током 0,5 Ампер. Как поднять I до предельной величины? Для этого параллельно БП ставится транзистор. Кроме того, на входе устанавливается резистор и стабилизатор.

Узнайте больше — как проверить транзистор мультиметром на исправность.

При падении напряжения на сопротивлении до нужной величины открывается транзистор, и остальной ток протекает не через стабилизатор, а через транзистор.

Последний, к слову, необходимо выбирать по номинальному току и ставить радиатор.

Кроме того, возможны следующие варианты:

  • Увеличить мощность всех элементов устройства. Поставить стабилизатор, диодный мост и трансформатор большей мощности.
  • При наличии защиты по току снизить номинал резистора в цепочке управления.

Ситуация №2.

Имеется блок питания на U = 220-240 Вольт (на входе), а на выходе постоянное U = 12 Вольт и I = 5 Ампер. Задача — увеличить ток до 10 Ампер. При этом БП должен остаться приблизительно в тех же габаритах и не перегреваться.

Здесь для повышения мощности на выходе необходимо задействовать другой трансформатор, который пересчитан под 12 Вольт и 10 Ампер. В противном случае изделие придется перематывать самостоятельно.

При отсутствии необходимого опыта на риск лучше не идти, ведь высока вероятность короткого замыкания или перегорания дорогостоящих элементов цепи.

Трансформатор придется поменять на изделие большего размера, а также пересчитывать цепочку демпфера, находящегося на СТОКЕ ключа.

Следующий момент — замена электролитического конденсатора, ведь при выборе емкости нужно ориентироваться на мощность устройства. Так, на 1 Вт мощности приходится 1-2 мкФ.

Также рекомендуется поменять диоды с выпрямителями. Кроме того, может потребоваться установка нового диода выпрямителя на низкой стороне и увеличение емкости конденсаторов.

После такой переделки устройство будет греться сильнее, поэтому без установки вентилятора не обойтись.

Как повысить силу тока в зарядном устройстве?

В процессе пользования зарядными устройствами можно заметить, что ЗУ для планшета, телефона или ноутбука имеют ряд отличий. Кроме того, может различаться и скорость, с которой происходит заряд девайсов.

Здесь многое зависит от того, используется оригинальное или неоригинальное устройство.

Чтобы измерить ток, который поступает к планшету или телефону от зарядного устройства, можно использовать не только амперметр, но и приложение Ampere.

С помощью софта удается выяснить скорость заряда и разрядки АКБ, а также его состояние. Приложением можно пользоваться бесплатно. Единственным недостатком является реклама (в платной версии ее нет).

Главной проблемой зарядки аккумуляторов является небольшой ток ЗУ, из-за чего время набора емкости слишком большое. На практике ток, протекающий в цепи, напрямую зависит от мощности зарядного устройства, а также других параметров — длины кабеля, его толщины и сопротивления.

С помощью приложения Ampere можно увидеть, при какой силе тока производится заряд девайса, а также проверить, может ли изделие заряжаться с большей скоростью.

Для использования возможностей приложения достаточно скачать его, установить и запустить.

После этого телефон, планшет или другое устройство подключается к зарядному устройству. Вот и все — остается обратить внимание на параметры тока и напряжения.

Кроме того, вам будет доступна информация о типе батареи, уровне U, состоянии АКБ, а также температурном режиме. Также можно увидеть максимальные и минимальные I, имеющие место в период цикла.

Если в распоряжении имеется несколько ЗУ, можно запустить программу и пробовать делать зарядку каждым из них. По результатам тестирования проще сделать выбор ЗУ, обеспечивающего максимальный ток. Чем выше будет этот параметр, тем быстрее зарядится девайс.

Измерение силы тока — не единственное, на что способно приложение Ampere. С его помощью можно проверить, сколько потребляется I в режиме ожидания или при включении различных игр (приложений).

Например, после отключения яркости дисплея, деактивации GPS или передачи данных легко заметить снижение нагрузки. На этом фоне проще сделать вывод, какие опции в большей степени разряжают аккумулятор.

Что еще стоит отметить? Все производители рекомендуют заряжать девайсы «родными» ЗУ, выдающими определенный ток.

Но в процессе эксплуатации бывают ситуации, когда приходится заряжать телефон или планшет другими зарядными, имеющими большую мощность. В итоге скорость зарядки может оказаться выше. Но не всегда.

Мало, кто знает, но некоторые производители ограничивают предельный ток, который может принимать АКБ устройства.

Например, устройство Самсунг Гэлекси Альфа поставляется вместе с зарядным на ток 1,35 Ампер.

При подключении 2-амперного ЗУ ничего не меняется — скорость зарядки осталась той же. Это объясняется ограничением, которое установлено производителем. Аналогичный тест был произведен и с рядом других телефонов, что только подтвердило догадку.

С учетом сказанного выше можно сделать вывод, что «неродные» ЗУ вряд ли причинят вред аккумулятору, но иногда могут помочь в более быстрой зарядке.

Рассмотрим еще одну ситуацию. При зарядке девайса через USB-разъем АКБ набирает емкость медленнее, чем если заряжать устройство от обычного ЗУ.

Это объясняется ограничением силы тока, которую способен отдавать USB порт (не больше 0,5 Ампер для USB 2.0). В случае применения USB3.0 сила тока возрастает до уровня 0,9 Ампер.

Кроме того, существует специальная утилита, позволяющая «тройке» пропускать через себя больший I.

Для устройств типа Apple программа называется ASUS Ai Charger, а для других устройств — ASUS USB Charger Plus.

Как повысить силу тока в трансформаторе?

Еще один вопрос, который тревожит любителей электроники — как повысить силу тока применительно к трансформатору.

Здесь можно выделить следующие варианты:

  • Установить второй трансформатор;
  • Увеличить диаметр проводника. Главное, чтобы позволило сечение «железа».
  • Поднять U;
  • Увеличить сечение сердечника;
  • Если трансформатор работает через выпрямительное устройство, стоит применить изделие с умножителем напряжения. В этом случае U увеличивается, а вместе с ним растет и ток нагрузки;
  • Купить новый трансформатор с подходящим током;
  • Заменить сердечник ферромагнитным вариантом изделия (если это возможно).

В трансформаторе работает пара обмоток (первичная и вторичная). Многие параметры на выходе зависят от сечения проволоки и числа витков. Например, на высокой стороне X витков, а на другой — 2X.

Это значит, что напряжение на вторичной обмотке будет ниже, как и мощность. Параметр на выходе зависит и от КПД трансформатора. Если он меньше 100%, снижается U и ток во вторичной цепи.

С учетом сказанного выше можно сделать следующие выводы:

  • Мощность трансформатора зависит от ширины постоянного магнита.
  • Для увеличения тока в трансформаторе требуется снижение R нагрузки.
  • Ток (А) зависит от диаметра обмотки и мощности устройства.
  • В случае перемотки рекомендуется использовать провод большей толщины. При этом отношение провода по массе на первичной и вторичной обмотке приблизительно идентично. Если на первичную обмотку намотать 0,2 кг железа, а на вторичную — 0,5 кг, первичка сгорит.

Как повысить силу тока в генераторе?

Ток в генераторе напрямую зависит от параметра сопротивления нагрузки. Чем ниже этот параметр, тем выше ток.

Если I выше номинального параметра, это свидетельствует о наличии аварийного режима — уменьшения частоты, перегрева генератора и прочих проблем.

Для таких случаев должна быть предусмотрена защита или отключение устройства (части нагрузки).

Кроме того, при повышенном сопротивлении напряжение снижается, происходит подсадка U на выходе генератора.

Чтобы поддерживать параметр на оптимальном уровне, обеспечивается регулирование тока возбуждения. При этом повышение тока возбуждения ведет к росту напряжения генератора.

Частота сети должна находиться на одном уровне (быть постоянной величиной).

Рассмотрим пример. В автомобильном генераторе необходимо повысить ток с 80 до 90 Ампер.

Для решения этой задачи требуется разобрать генератор, отделить обмотку и припаять к ней вывод с последующим подключением диодного моста.

Кроме того, сам диодный мост меняется на деталь большей производительности.

После этого требуется снять обмотку и кусок изоляции в месте, где должен припаиваться провод.

При наличии неисправного генератора с него откусывается вывод, после чего с помощью медной проволоки наращиваются ножки такой же толщины.

После припаивания место стыка изолируется термоусадкой.

Следующим этапом требуется купить 8-диодный мост. Найти его — весьма сложная задача, но нужно постараться.

Перед установкой желательно проверить изделие на исправность (если деталь б/у, возможен пробой одного или нескольких диодов).

После установки моста крепите конденсатор, а далее — регулятор напряжения на 14,5 Вольт.

Можно приобрести пару регуляторов — на 14,5 (немецкий) и на 14 Вольт (отечественный).

Теперь высверливаются клепки, отпаиваются ножки и разделяются таблетки. Далее таблетка подпаивается к отечественному регулятору, который фиксируется с помощью винтов.

Остается припаять отечественную «таблетку» к иностранному регулятору и собирать генератор.

Итоги

Как видно из статьи, повысить силу тока, не изменяя напряжение в сети, реально.

Главное — разобраться с особенностями конструкции устройства, которое подлежит корректировке, и иметь практические навыки работы с измерительными приборами и паяльником. Кроме того, важно осознавать потенциальные риски от внесения корректировок.

Что такое повышающий и понижающий трансформаторы? Определение и применение

Повышающий трансформатор

Трансформатор, в котором выходное (вторичное) напряжение больше, чем его входное (первичное) напряжение, называется повышающим трансформатором. Повышающий трансформатор снижает выходной ток для поддержания одинаковой входной и выходной мощности системы.

Считается повышающим трансформатором, показанным на рисунке ниже. E 1 и E 2 — это напряжения, а T 1 и T 2 — количество витков на первичной и вторичной обмотке трансформатора.

step-down-transformer Число витков на вторичной обмотке трансформатора больше, чем на первичной, т. Е. T 2 > T 1 . Таким образом, передаточное отношение напряжения повышающего трансформатора составляет 1: 2. Первичная обмотка повышающего трансформатора сделана из толстой изолированной медной проволоки, поскольку через нее протекает ток небольшой величины.

Приложения — Повышающий трансформатор используется в линиях передачи для преобразования высокого напряжения, вырабатываемого генератором переменного тока.Потери мощности в линии передачи прямо пропорциональны квадрату тока, протекающего через нее.

Мощность = I 2 R

Выходной ток повышающего трансформатора меньше, поэтому он используется для уменьшения потерь мощности. Повышающий трансформатор также используется для запуска электродвигателя, в микроволновой печи, рентгеновских аппаратах и ​​т. Д.

Понижающий трансформатор

Трансформатор, у которого выходное (вторичное) напряжение меньше его входного (первичного) напряжения, называется понижающим трансформатором.Число витков на первичной обмотке трансформатора больше, чем на вторичной обмотке трансформатора, то есть T 2 1 . Понижающий трансформатор показан на рисунке ниже.

step-up-transformer Передаточное число напряжения понижающего трансформатора составляет 2: 1. Коэффициент передачи напряжения определяет величину преобразования напряжения от первичной до вторичной обмоток трансформатора.

Понижающий трансформатор состоит из двух или более катушек, намотанных на железный сердечник трансформатора.Он работает по принципу магнитной индукции между катушками. Напряжение, приложенное к первичной обмотке катушки, намагничивает железный сердечник, который индуцирует вторичные обмотки трансформатора. Таким образом, напряжение преобразуется с первичной на вторичную обмотку трансформатора.

Применения — Используется для гальванической развязки, в распределительной сети, для управления бытовой техникой, в дверном звонке и т. Д.

,

Разница между повышающим и понижающим трансформатором

Трансформатор — это статическое устройство, которое передает электрическую мощность переменного тока от одной цепи к другой с той же частотой, но уровень напряжения обычно изменяется. По экономическим причинам электрическая энергия должна передаваться при высоком напряжении, тогда как с точки зрения безопасности она должна использоваться при низком напряжении. Это увеличение напряжения для передачи и снижение напряжения для использования может быть достигнуто только с помощью повышающего и понижающего трансформатора.

Основное различие между повышающим и понижающим трансформаторами заключается в том, что повышающий трансформатор повышает выходное напряжение, а понижающий трансформатор снижает выходное напряжение. Некоторые другие различия объясняются ниже в виде сравнительной таблицы с учетом факторов: напряжение, обмотка, количество витков, толщина проводника и область применения.

Содержание: Повышающий против понижающего трансформатора

  1. Таблица сравнения
  2. Определение
  3. Ключевые отличия
  4. Запомните

Таблица сравнения

ОСНОВА ДЛЯ СРАВНЕНИЯ СТУПЕНЧАТЫЙ
ТРАНСФОРМАТОР
СТУПЕНЧАТЫЙ
ТРАНСФОРМАТОР
Определение Повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение. Понижающий трансформатор снижает выходное напряжение.
Напряжение Входное напряжение низкое, а выходное напряжение высокое. Входное напряжение высокое, а выходное напряжение низкое.
Обмотка Обмотка высокого напряжения — вторичная обмотка. Обмотка высокого напряжения — первичная обмотка.
Ток Низкий ток вторичной обмотки. Большой ток во вторичной обмотке.
Номинальное выходное напряжение 11000 В или выше 110 В, 24 В, 20 В, 10 В и т. Д.
Размер жилы Первичная обмотка изготовлена ​​из толстой изолированной медной проволоки. Вторичная обмотка выполнена из толстого изолированного медного провода
Применение Электростанция, рентгеновский аппарат, микроволновые печи и т. Д. Дверной звонок, преобразователь напряжения и т. Д.

Определение повышающего трансформатора:

Когда напряжение на выходе повышается, трансформатор называется повышающим трансформатором.В этом трансформаторе количество витков вторичной обмотки всегда больше, чем витков первичной обмотки, потому что на вторичной стороне трансформатора создается высокое напряжение.

В таких странах, как Индия, обычно электроэнергия вырабатывается на 11 кВ. По экономическим причинам мощность переменного тока передается при очень высоких напряжениях (220-440 В) на большие расстояния. Поэтому на генерирующей станции применяется повышающий трансформатор.

step-up-transformer

Определение понижающего трансформатора:

Понижающий трансформатор снижает выходное напряжение или, другими словами, преобразует мощность высокого напряжения с низким током в мощность с низким напряжением и высоким током.Например, в нашей силовой цепи 230–110 В, а для дверного звонка — только 16 В. Итак, нужно использовать понижающий трансформатор для понижения напряжения с 110 В или 220 В до 16 В.

Для питания различных зон из соображений безопасности напряжение понижено до 440/230 В. Таким образом, количество витков на вторичной обмотке меньше, чем на первичной обмотке; меньшее напряжение индуцируется на выходе (вторичной обмотке) трансформатора.

step-down-transformer

Ключевые различия между повышающим трансформатором и понижающим трансформатором

  • Когда выходное (вторичное) напряжение больше, чем его входное (первичное) напряжение, оно называется повышающим трансформатором, тогда как в понижающем трансформаторе выходное (вторичное) напряжение меньше.
  • В повышающем трансформаторе обмотка низкого напряжения является первичной обмоткой, а обмотка высокого напряжения — вторичной обмоткой, тогда как в понижающем трансформаторе обмотка низкого напряжения является вторичной обмоткой.
  • В повышающем трансформаторе ток и магнитное поле менее развиты во вторичной обмотке и сильно развиты в первичной обмотке, тогда как в понижающем трансформаторе напряжение на вторичной обмотке низкое. магнитное поле высокое.
    • Примечание 1 : Ток прямо пропорционален магнитному полю.
    • Note2 : Согласно законам Ома, напряжение прямо пропорционально току. Если мы увеличиваем напряжение, то ток также увеличивается. Но в трансформаторе для передачи того же количества мощности, если мы увеличиваем напряжение, ток будет уменьшаться и наоборот. Таким образом, мощность на передающем и приемном концах трансформатора остается неизменной.
  • В повышающем трансформаторе первичная обмотка состоит из толстого изолированного медного провода, а вторичная — из тонкого изолированного медного провода, тогда как в понижающем трансформаторе выходной ток велик, поэтому толстый изолированный медный провод проволока используется для изготовления вторичной обмотки.
    • Примечание : Толщина проволоки зависит от силы тока, протекающего через них.
  • Повышающий трансформатор увеличивает напряжение от 220 В до 11 кВ или выше, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение с 440–220 В, 220–110 В или 110–24 В, 20 В, 10 Вольт.

Что следует помнить:

Тот же трансформатор может использоваться как повышающий или понижающий трансформатор. Это зависит от того, каким образом он включен в цепь. Если входное питание подается на обмотку низкого напряжения, то она становится повышающим трансформатором.В качестве альтернативы, если питание подается на обмотку высокого напряжения, трансформатор становится понижающим.

,

повышающие трансформаторы MC объяснены

Повышающие трансформаторы для картриджей с подвижной катушкой — это наиболее непонятный и непонятный предмет в мире Hi-Fi, и это частично объясняет, почему они так редко используются. Это очень досадно, потому что использование хорошего трансформатора дает наилучшие характеристики картриджа с подвижной катушкой. Эта статья призвана развенчать эту тему и позволить читателю с уверенностью выбрать подходящий трансформатор.Заранее приносим свои извинения, если некоторые математические расчеты немного сбивают с толку и вызывают больше путаницы, чем меньше. Несмотря на кажущуюся сложность, выводы довольно просты, и вы можете просто перейти к нижней части страницы для получения рекомендаций.
Для получения информации о трансформаторах, специально предназначенных для картриджей Denon, щелкните здесь.

Принцип действия картриджа
Картриджи с подвижными магнитами, как следует из их названия, содержат магниты, которые перемещаются кантилевером иглы, и движение вызывает напряжение сигнала в неподвижных катушках в непосредственной близости от магнитов.В картриджах с подвижной катушкой роли поменялись местами, поэтому теперь магниты зафиксированы, а катушки перемещаются. Большим преимуществом движущихся катушек является то, что катушки намного легче магнитов, поэтому они намного лучше реагируют на движение иглы.
Большим недостатком является то, что выходное напряжение картриджей с подвижной катушкой примерно на 20 дБ ниже, чем у подвижных магнитов, поэтому требуется дополнительное усиление на 20 дБ. Дополнительное усиление может быть обеспечено за счет фонокорректора, внешнего устройства, называемого головным усилителем, или трансформатора.Наиболее распространенным решением является увеличение усиления фонового каскада, но повышающие трансформаторы по-прежнему являются лучшим решением там, где стоимость не имеет значения.

зачем вообще использовать трансформатор?
Раньше было невозможно добиться хорошего отношения сигнал / шум с помощью картриджа с подвижной катушкой без повышающего трансформатора. Дополнительные 20 или 30 децибел усиления не были проблемой, но сделать это с низким уровнем шума с использованием вентилей, транзисторов или операционных усилителей было проблемой.Современные транзисторы и операционные усилители теперь могут предложить гораздо лучшее соотношение сигнал / шум, но клапанам по-прежнему обычно требуются трансформаторы для успешной работы с картриджами с подвижной катушкой с малой выходной мощностью. Альтернативой повышающему трансформатору является налобный усилитель (или предусилитель). Это транзисторный усилитель или усилитель на операционном усилителе, который увеличивает выходную мощность картриджей с подвижной катушкой до уровня подвижного магнита. Rothwell предлагает Headspace как высококачественный малошумный налобный фонарь.
Помимо шума, качество звука трансформаторов — это то, чем клянутся их защитники.Искажения, производимые аудиотрансформаторами, имеют совершенно другую природу, чем искажения, создаваемые транзисторным усилителем. Гармонические искажения в трансформаторах максимальны на самых низких частотах и ​​быстро падают при повышении частоты, тогда как в транзисторных усилителях искажения чаще возрастают при повышении частоты. Что еще более важно, интермодуляционные искажения в трансформаторах обычно ниже, чем в транзисторных усилителях. В результате, хотя трансформаторы не являются абсолютно свободными от искажений (нет ничего), искажения очень мягкие по сравнению с искажениями, создаваемыми многими транзисторными усилителями.Это объясняет, почему звук, производимый при использовании картриджа с подвижной катушкой с хорошим трансформатором, настолько возвышен и может создать открытую и просторную звуковую сцену с удивительным разделением инструментов.
Дело против трансформаторов — это просто дело стоимости. Транзисторы могут стоить всего несколько копеек (или меньше при покупке в достаточном количестве), тогда как трансформаторы всегда стоят намного дороже, в несколько тысяч раз, из-за дорогих материалов, используемых в сердечнике, и стоимости медные обмотки с точки зрения как материала, так и труда.

загрузка картриджа
Прежде чем рассматривать вопрос о том, как согласовать картридж с подвижной катушкой с трансформатором, стоит рассмотреть влияние различных нагрузок на картриджи с подвижной катушкой.
Когда любой источник сигнала подключен к любому сопротивлению нагрузки, делитель потенциала формируется выходным сопротивлением источника и сопротивлением нагрузки. (Выходной импеданс также известен как импеданс источника или внутренний импеданс. Импеданс нагрузки также известен как входной импеданс.) Источником сигнала может быть фонокорректор, микрофон, проигрыватель компакт-дисков, микшер и т. Д., Это не имеет значения. Нагрузкой может быть фонокорректор, смеситель, трансформатор или просто резистор — опять же, это не имеет значения. Делитель потенциала, образованный импедансами источника и нагрузки, действует как аттенюатор или предварительно установленный регулятор громкости. Если импеданс нагрузки намного больше, чем импеданс источника, затухание будет низким, а эффективный предварительно установленный регулятор громкости близок к максимальному. Обычное правило для звукового оборудования в целом — подавать сигнал на нагрузку, по крайней мере, в десять раз превышающую импеданс источника, чтобы избежать каких-либо значительных потерь сигнала, и это относится как к картриджам с подвижной катушкой, так и ко всему остальному.Если импеданс нагрузки в 10 раз больше, чем импеданс источника, сигнал, потерянный «предварительно установленным регулятором громкости», составляет менее 1 дБ, то есть почти весь сигнал, генерируемый источником, доступен следующему усилителю. Любая потеря сигнала на интерфейсе источник / нагрузка обычно считается плохим явлением, поскольку это ухудшает отношение сигнал / шум. Больше сигнала теряется, т. Е. Предварительно установленный регулятор громкости становится более низким, если полное сопротивление нагрузки не на значительно выше, чем полное сопротивление источника.Когда импедансы источника и нагрузки равны, потеря сигнала составляет 6 дБ. Когда полное сопротивление источника в 9 раз превышает сопротивление нагрузки, потери сигнала составляют 20 дБ. Большинство современных картриджей с подвижной катушкой имеют импеданс источника около 10 Ом, а правило «импеданс нагрузки в десять раз превышает импеданс источника» предполагает, что 100 Ом является хорошим выбором для импеданса нагрузки и вызывает потерю сигнала менее 1 дБ. Это хорошо согласуется с рекомендациями многих производителей картриджей (см. Таблицу данных ниже).Все, что выше 100 Ом, должно быть одинаково подходящим.
Меняется ли тональный баланс картриджа с импедансом нагрузки? Конечно, это так, если картридж представляет собой тип движущегося магнита, но картриджи с подвижной катушкой с малой выходной мощностью гораздо менее чувствительны к изменениям импеданса нагрузки. Пользователи иногда заявляют, что более высокие импедансы нагрузки производят более яркий звук, чем более низкие, но производители картриджей, как правило, не конкретизируют рекомендуемые импедансы нагрузки, часто рекомендуя широкий диапазон или просто что-то выше минимального импеданса.
Рекомендация Rothwell Audio Products соответствует Ortofon, Audio Technica и большинству других производителей картриджей — что 100 Ом является хорошим значением для большинства картриджей, и что точное значение не критично, если оно намного выше источника картриджа. сопротивление.
Одно можно сказать наверняка: импеданс нагрузки , а не должен быть равен импедансу источника картриджа. Это приведет к потере сигнала на 6 дБ (когда для начала часто бывает всего несколько сотен микровольт) и серьезно ухудшит соотношение сигнал / шум.Идея о том, что импеданс нагрузки, равный импедансу источника, обеспечивает идеальное «согласование», ошибочен и является наиболее распространенным мифом о картриджах с подвижной катушкой. Это также вызывает большую часть путаницы, связанной с повышающими трансформаторами и тем, как выбрать правильный для любого конкретного картриджа. Причины мифа о «согласованном импедансе» рассматриваются ниже.

отношение витков трансформатора и коэффициент импеданса
Коэффициент витков трансформатора — это отношение числа витков провода на первичной обмотке к числу витков провода на вторичной обмотке, а напряжение на первичной обмотке равно увеличивается (или уменьшается) в той же пропорции, что и передаточное число, и отображается на вторичной обмотке.Например, трансформатор с соотношением витков 1:10 повысит напряжение на первичной обмотке в десять раз. Однако, поскольку трансформаторы являются полностью пассивными устройствами, не имеющими источника питания для получения энергии, трансформатор не может производить дополнительную мощность, и повышение напряжения будет сопровождаться соответствующим уменьшением тока. Это то, что дает начало концепции отношения импедансов. Отношение импеданса является квадратом отношения витков и заставляет импеданс вторичной обмотки трансформатора казаться источнику, питающим первичную обмотку, таким, как этот импеданс, преобразованный в квадрат отношения витков.Сам трансформатор не имеет импеданса, скорее, импеданс с одной стороны будет выглядеть как другой импеданс с другой стороны (он работает в обоих направлениях). В случае, например, повышающего трансформатора 1:10, полное сопротивление вторичной обмотки 20 кОм будет равно сопротивлению первичной обмотки 200 Ом (20 000, разделенные на 10 в квадрате, равны 200). Повышающий трансформатор 1: 2 с нагрузкой 100 кОм на вторичной обмотке будет иметь входное сопротивление для источника, управляющего первичной обмоткой, равным 25 кОм (100 кОм, разделенные на 2 в квадрате, равны 25 кОм).

Таким образом, казалось бы логичным, что картридж с выходным напряжением, например, 0,5 мВ, при использовании с повышающим трансформатором с соотношением витков 1:10 будет выдавать 5 мВ на выходе трансформатора. Да, было бы, если бы импеданс источника картриджа (также известный как его внутренний импеданс или импеданс катушки) был равен нулю. На практике с картриджами с низким импедансом около 10 Ом или меньше и трансформаторами с низким коэффициентом передачи (менее примерно 1:20) выходное напряжение трансформатора составляет , очень близко к выходному напряжению картриджа, умноженному на отношение витков, и может безопасно использоваться. как хорошее приближение первого порядка для руководства.Однако импеданс источника картриджа может быть низким, но он никогда не равен нулю, и преобразованную вторичную нагрузку необходимо учитывать для более точного анализа. Рассмотрим в качестве примера трансформатор с соотношением 1:10 и картридж с катушкой 10 Ом. Если нагрузка на вторичной обмотке трансформатора представляет собой фонокорректор MM с импедансом 47 кОм, эта нагрузка представляется картриджу как 470 Ом (47 000, разделенные на 10 в квадрате), и должна управляться катушкой на 10 Ом. Нагрузка 470 Ом и источник 10 Ом образуют делитель потенциала («предварительно установленный регулятор громкости», описанный в предыдущем разделе), при этом часть напряжения картриджа падает на его собственном внутреннем импедансе 10 Ом.Пропорция внутреннего снижения составляет 10 / (470 + 10) = 0,0208, что совсем немного — всего 0,2 дБ. Отклонение от первого приближения невелико и, вероятно, не стоит беспокоиться, но оно есть. Эффект потенциального делителя становится значительным, когда используются более высокие отношения витков с более высоким импедансом источника. Рассмотрим картридж с катушкой на 40 Ом и трансформатор с соотношением 1:30. Нагрузка 47 кОм на вторичной стороне теперь выглядит как 52 Ом с первичной стороны. При питании от источника 40 Ом делитель напряжения формируется на 52 и 40 Ом.Следовательно, доля сигнала, падающего на катушку картриджа, составляет 40 / (40 + 52) = 0,43, что очень важно — почти половина напряжения, создаваемого картриджем, теряется внутри. В то время как в предыдущем примере было потеряно только 0,2 дБ, здесь потеря сигнала составляет 5 дБ, и вместо достижения напряжения сигнала на выходе трансформатора, в 30 раз превышающего выходное значение картриджа, выходное напряжение составляет всего 0,43×30 раз от выходного сигнала картриджа, т. Е. повышение напряжения всего в 13 раз, а не , а не в 30 раз.Очевидно, что увеличение коэффициента трансформации трансформатора в X раз не увеличивает выходное напряжение в такой же раз. По мере увеличения отношения витков увеличение выходного напряжения становится все меньше и меньше, поскольку нагрузка на картридж становится все более и более значительной, пока не будет достигнута точка, в которой дальнейшее увеличение отношения витков фактически вызывает падение выходного напряжения.
Точка, в которой достигается максимально возможное напряжение на выходе трансформатора, возникает, когда преобразованная нагрузка равна импедансу источника.В случае вторичной нагрузки 47 кОм (обычное сопротивление нагрузки фонового каскада MM) и картриджа MC с сопротивлением 40 Ом, соотношение витков должно быть 1: 34,28, чтобы получить абсолютное максимальное выходное напряжение. Это связано с тем, что 40×34,28×34,28 = 47000
. Именно поэтому возникает ошибочное представление о том, что трансформатор должен «соответствовать» импедансу картриджа. Да, это может быть правдой, что согласование импедансов дает максимально возможное напряжение на выходе трансформатора, но в системе Hi-Fi мы , а не , ищем абсолютное максимальное напряжение от трансформатора, мы ищем напряжение подходит для подачи на следующие фонокорректоры MM и , которые нам нужны для максимальной точности воспроизведения.Это редко (если вообще когда-либо) достигается согласованием импедансов. Напряжение сигнала, подходящее для миллиметрового фонокорректора, составляет около 5 мВ. Более высокое напряжение на фонокорректоре уменьшит запас по уровню и увеличит искажения. Более низкое напряжение ухудшит соотношение сигнал / шум. Целью повышающего трансформатора должно быть достижение 5 мВ на фонокорректоре (с максимальной точностью).
Большая ошибка, которую чаще всего совершают при выборе трансформатора для картриджа с подвижной катушкой, заключается в том, что упускают из виду напряжение, требуемое на входе фонового каскада, и вместо этого пытаются согласовать импедансы так, чтобы, например, картридж с импедансом источника 5 Ом видел Нагрузка 5 Ом на входе трансформатора.При таком подходе импеданс картриджа является наиболее важным фактором, тогда как на самом деле это должно быть выходное напряжение картриджа.

Чтобы продемонстрировать, насколько ошибочным может быть подход «согласованного импеданса», возьмем в качестве примера картридж Ortofon Vivo Red с импедансом источника 5 Ом. Чтобы «согласовать импеданс», 47000 Ом на вторичной стороне трансформатора должны выглядеть как 5 Ом на первичной стороне. Это означает, что коэффициент импеданса должен быть 9400 (потому что 47000, разделенные на 5, равны 9400) и следовательно, коэффициент витков должен быть квадратным корнем из 9400, что составляет 97.Поэтому мы должны найти повышающий трансформатор с соотношением витков 1:97. Однако выходное напряжение Vivo Red составляет 0,5 мВ, а напряжение, подаваемое на фонокорректор с помощью трансформатора 1:97, составляет 24 мВ. Этого было бы достаточно, чтобы перегрузить большинство фоностудий, и было бы далеко от оптимального. Намного лучший подход к поиску подходящего коэффициента трансформации — это работа с выходным напряжением картриджа. Vivo Red имеет выходной сигнал 0,5 мВ, а фонокорректору требуется около 5 мВ для наилучшей работы, поэтому соотношение 1:10 будет намного лучше.Приближение первого порядка предполагает, что соотношение 1:10 даст нам 5 мВ. Верно ли это, если мы также рассмотрим импеданс источника картриджа 5 Ом и сопротивление нагрузки, представленное трансформатором? Да. Трансформатор 1:10 с нагрузкой 47 кОм на вторичной обмотке представляет на патрон нагрузку 470 Ом. Делитель напряжения, образованный импедансом источника 5 Ом и отраженной нагрузкой 470 Ом, означает, что на внутреннем импедансе картриджа падает только 5 / (470 + 5), а фактическое напряжение на выходе трансформатора равно 4.95 мВ, т.е. очень близко к оценке приближенным методом. Нагрузка 470 Ом, видимая картриджем, полностью совместима с рекомендованной Ortofon нагрузкой> 10 Ом. Метод «согласования импеданса» с использованием трансформатора с соотношением 1:97 даст картриджу сопротивление нагрузки 5 Ом, что выходит за рамки рекомендаций производителя. Кроме того, по причинам, описанным ниже, трансформатор 1:97 будет иметь значительно более низкие характеристики по сравнению с трансформатором 1:10.

Теперь рассмотрим другой картридж, Dynavector Karat17D3 с катушкой на 38 Ом.Используя подход согласования импеданса, чтобы найти лучший коэффициент трансформации, мы получаем соотношение 1:35, и выход картриджа 0,3 мВ становится 5,25 мВ на выходе трансформатора. На этот раз подход «согласования импеданса», похоже, сработал хорошо, но действительно ли это лучшее соотношение витков? Может быть, нет, потому что рекомендуемая нагрузка Dynavector составляет 100 Ом, а трансформатор 1:35 даст картриджу нагрузку 38 Ом. В этом случае было бы лучше использовать меньшее передаточное число. Например, трансформатор 1:20 даст картриджу нагрузку 117.5 Ом и имеют выходное напряжение 4,5 мВ. Кроме того, трансформатор 1:20, вероятно, будет иметь лучшие характеристики, чем трансформатор 1:35, как объясняется ниже.

реальных трансформаторов
Вышеупомянутые расчеты предполагают идеальные трансформаторы. Это означает, что трансформаторы намотаны проводом с нулевым сопротивлением, с нулевой емкостью между обмотками, с нулевой индуктивностью рассеяния, с бесконечной первичной индуктивностью и т. Д., И т. Д., Что дает широкую полосу пропускания, охватывающую не менее 20 Гц — 20 кГц. Однако в реальном мире мы должны жить в рамках ограничений, которые природа накладывает на нас, и работать с материалами, у которых действительно есть сопротивление, емкость и т. Д.У всех трансформаторов есть ограничения, и у трансформаторов с более высоким коэффициентом увеличения обычно больше ограничений, чем у трансформаторов с более низким коэффициентом увеличения. Это связано с тем, что более высокое соотношение требует большего количества витков провода на вторичной обмотке, а большее количество витков означает большее сопротивление и большую емкость между обмотками. Эти факторы в сочетании с любой индуктивностью рассеяния приводят к ухудшению высокочастотной характеристики трансформатора. Обычно это проявляется в виде звонка на осциллограмме (см. Ниже) и более раннего спада высоких частот.
В качестве альтернативы, чтобы сохранить высокочастотную характеристику, более высокое отношение витков может быть достигнуто за счет меньшего количества витков провода на первичной обмотке, но это снижает индуктивность первичной обмотки и ухудшает низкочастотную характеристику трансформатора. Как правило, когда все остальные факторы равны, более низкий коэффициент увеличения дает лучшую производительность, чем более высокий коэффициент увеличения. Довольно часто более низкий коэффициент увеличения, дающий только на 1 или 2 дБ меньше выходного сигнала, может дать гораздо более широкую полосу пропускания. Для получения наилучших характеристик по возможности выбирайте меньшее передаточное число.

нагрузка трансформатора
Идея о том, что оптимальная производительность достигается за счет согласования импеданса нагрузки с импедансом картриджа (показанное выше, несколько случайное), также порождает другое заблуждение — нагрузку трансформатора. Ошибочная теория, которую иногда пропагандируют на веб-сайтах и ​​форумах, гласит, что нагрузочный резистор на вторичной обмотке трансформатора можно использовать для «правильной загрузки картриджа» или «согласования трансформатора с картриджем».Это действительно очень сомнительная теория, поэтому давайте проанализируем, что происходит на самом деле. В качестве примера рассмотрим рассмотренный выше картридж Ortofon Vivo Red (полное сопротивление источника 5 Ом, выходное напряжение 0,5 мВ). Как уже было определено, трансформатор 1:10 даст нам напряжение, необходимое для фонового каскада MM, но сторонники «правильной загрузки» могут быть уверены, что картридж лучше всего работает с определенной нагрузкой, несмотря на то, что рекомендованная производителем нагрузка составляет что-нибудь более 10 Ом. Итак, что такое «правильная нагрузка»? Часто утверждается, что он совпадает с импедансом источника картриджа, поэтому достигается «согласование».Как показано выше, соотношение витков 1:97 будет представлять нагрузку на картридж 5 Ом, но что, если такой трансформатор не может быть найден? Что делать, если ближайший доступный трансформатор 1:36? Можно ли сделать так, чтобы «картридж правильно соответствовал»? Трансформатор с нормальной нагрузкой 47 кОм даст картриджу нагрузку 36 Ом (и даст выходное напряжение 15,8 мВ). Чтобы этот трансформатор соответствовал картриджу с импедансом нагрузки на первичной обмотке 5 Ом, можно было бы использовать нагрузку на вторичной обмотке 6480 Ом вместо 47 кОм, которые обычно встречаются на фонокорректоре MM.Это не только создаст импеданс нагрузки для картриджа 5 Ом, но и снизит выходное напряжение до 9 мВ. Сделал ли дополнительный нагрузочный резистор систему оптимальной? Нет, это не так. Картридж теперь имеет половину минимального импеданса, рекомендованного производителем, а напряжения сигнала на фоновом каскаде MM по-прежнему достаточно, чтобы значительно уменьшить его запас по запасу прочности. Ясно, что это не оптимально, но намного лучше, чем было с трансформатором 1:36 и без дополнительного нагрузочного резистора.Любой, кто применяет эмпирический подход к оптимизации своей системы и экспериментирует с нагрузочными резисторами, основываясь на идее «согласования импеданса», как пропагандируется на некоторых веб-сайтах, может прийти к выводу (по понятным причинам), что их система теперь звучит лучше, потому что «картридж загружен правильно». На самом деле это звучит лучше, потому что фонокорректор перегружается меньше, чем был раньше. Было бы еще лучше, если бы использовался трансформатор 1:10, вместо того, чтобы пытаться заставить трансформатор со слишком высоким коэффициентом передачи «соответствовать» чему-либо, подправляя его резисторами.
Мифы о «правильной нагрузке» или «согласовании нагрузки» подпитываются случайным побочным продуктом загрузки трансформатора дополнительным резистором — затухающим звоном, более подробно анализируемым ниже.

.

Разница между повышающим трансформатором и усилителем напряжения

Усилитель напряжения? Похоже или нет?

Повышающий трансформатор в основном увеличивает величину первичного приложенного напряжения, то есть увеличивает амплитуду формы волны напряжения. Усилитель напряжения делает то же самое.

Altec Peerless 4722 MC Step-up transformer Altec Peerless 4722 MC Step-up transformer Altec Peerless 4722 MC Повышающий трансформатор

Тогда возникает очень странный, но разумный вопрос: в чем разница между ними и можем ли мы использовать небольшой повышающий трансформатор вместо усилителя напряжения и наоборот?


Отличия

Трансформаторы Усилитель Обмотки катушки трансформатора Усилителю К вторичной обмотке трансформатора Входной ток усилителя Усилитель Усилитель
Трансформатор Усилитель
не могут усиливать (повышать) входное напряжение переменного тока без снижения (понижения) его допустимой токовой нагрузки. может одновременно усиливать как ток, так и напряжение. У нас может быть 1 В при 1 мкА для управления входом, но мы также можем получить много вольт при большом количестве ампер на выходе.
никогда не требуют постоянного напряжения для работы. Иногда напряжение постоянного тока может присутствовать в обмотке трансформатора для вспомогательных устройств, но постоянное напряжение не требуется для работы трансформатора. для работы почти всегда требуется рабочее напряжение постоянного тока.
добавлена ​​дополнительная обмотка для усиления напряжения. Усилитель фактически модулирует фиксированное напряжение источника постоянного тока в ответ на входное напряжение переменного тока, чтобы получить усиление выходного напряжения.
Входной ток трансформатора пропорционален току нагрузки. обычно почти не зависит от тока нагрузки.
Трансформатор похож на коробку передач, а усилитель — на двигатель.Коробка передач преобразует энергию как трансформатор. похож на двигатель, который потребляет топливо для получения выходной мощности. Точно так же усилитель потреблял постоянный ток на выходе.
Повышающий трансформатор может усилить определенный тип входа, который является синусоидальным входом или изменяющимся во времени входом, и добавить к этому диапазон входного сигнала трансформатора очень гибок. может усиливать любой сигнал, и хотя усилитель будет иметь ограниченный диапазон, тогда в состоянии насыщения.
В идеальном трансформаторе выходной импеданс равен импедансу источника, умноженному на квадрат отношения витков. Усилитель может иметь выходной импеданс, не зависящий от импеданса источника.

How amplifier works - The concept How amplifier works - The concept Как работает усилитель — Концепция

Трансформатор не является усилителем, потому что:

Выходная и входная мощности одинаковы, и нет другого источника, кроме сигнала (то есть входящего переменного напряжения ). Усилитель может усиливать напряжение сигнала без уменьшения выходного тока.

Трансформатор

следует принципу индукции, тогда как усилитель следует принципу усиления сигнала (напряжения или тока). Фактически, усилитель генерирует совершенно новый выходной сигнал на основе входного сигнала. Мы можем понимать эти сигналы как две отдельные цепи.

Выходная цепь создается источником питания усилителя, который потребляет энергию от батареи или розетки.

Связанный контент EEP с рекламными ссылками

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.