Через замкнутый кольцевой сердечник трансформатора понижающего напряжение: Гельфгат задача 3.17.34 — Tehnodom72.ru-Зеркальные Фотоаппараты,Компактные Фотоаппараты,Видеокамеры,Объективы,Фотовспышки, и Аксессуары

Содержание

Через замкнутый кольцевой сердечник трансформатора понижающего напряжение

Трансформатор понижает напряжение с 220 В. до 22 В. Сколько витков содержит вторичная обмотка трансформатора, если первичная содержит 500 витков?

Ответы

Роман

Для трансформатора справедливо соотношение :

U1, U2 — напряжения в первичной и вторичной обмотке, n1,n2 — количество витков в обмотках.

Ток в первичной обмотке трансформатора I₁ = 0,5 А, напряжение на ее концах V₁ = 220 В. Ток во вторичной обмотке трансформатора I₂ = 11 А, напряжение на ее концах V₂ = 9,5 В. Найти КПД трансформатора.

Первичная обмотка трансформатора для питания накала радиоприемника имеет w₁ = 12000 витков и включена в сеть переменного тока с напряжением V₁ = 120 В. Какое число витков w₂ должна иметь вторичная обмотка, если ее сопротивление r = 0,5 Ом? Напряжение накала радиоприемника V₂ = 3,5 В при токе I = 1 А.

Первичная обмотка понижающего трансформатора включена в сеть переменного тока с напряжением V₁ = 220 В. Напряжение на зажимах вторичной обмотки V₂ = 20 В, ее сопротивление r = 1 Ом, ток в ней I = 2 А. Найти коэффициент трансформации k и КПД η трансформатора.

Разборный школьный трансформатор включен в сеть. Ко вторичной обмотке подключена нагрузка. Как изменится сила тока в первичной и вторичной обмотках при удалении верхней части сердечника (см. рисунок)?

Почему для реостата замыкание одного-двух витков не опасно, а трансформатор может выйти из строя, если хотя бы один виток обмотки замкнется накоротко?

Через замкнутый кольцевой сердечник трансформатора, понижающего напряжение с U₁ = 220 В до U₂ = 42 В, пропущен провод, концы которого присоединены к вольтметру. Вольтметр показывает U = 0,50 В. Сколько витков имеют обмотки трансформатора?

Трансформатор понижает напряжение с 220 В до 42 В. а) В какой из обмоток провод должен быть толще? б) Можно ли подключить трансформатор к сети постоянного напряжения 100 В? в) Можно ли включить в сеть переменного тока с напряжением 220 В первичную катушку трансформатора, снятую с сердечника?

Два одинаковых идеальных трансформатора имеют обмотки из N₁ = 200 и N₂ = 600 витков. Они соединены последовательно различными обмотками (см. рисунок) и подключены к источнику переменного напряжения U = 200 В. Определите напряжение U_AC между точками A и C.

Разборный школьный трансформатор включен в сеть. К вторичной обмотке подключена нагрузка. Как изменится ток в первичной и вторичной катушках при удалении верхней части сердечника?

Почему трансформатор может выйти из строя в том случае, если хотя бы один виток обмотки замкнется накоротко?

Объяснить, почему с увеличением нагрузки во вторичной цепи (уменьшением сопротивления) автоматически возрастает потребляемая трансформатором мощность от сети?

При подключении первичной обмотки трансформатора к источнику переменного синусоидального напряжения во вторичной обмотке возникает ЭДС E₁ = 16 В. Если к тому же источнику подключить вторичную обмотку, то в первичной возникает ЭДС E = 4 В. Найти напряжение источника. Потери энергии в трансформаторе не учитывать.

Первичная обмотка силового трансформатора для накала радиолампы имеет n₁ = 2200 витков и включена в сеть с действующим значением напряжения U₁ = 220 В. Сколько витков должна иметь вторичная обмотка, если ее активное сопротивление r = 0,50 Ом, а напряжение накала лампы U₂ = 3,5 В при силе тока накала I = 1 А?

Первичная обмотка понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации k = 10 включена в сеть с напряжением U₁ = 220 В. Сопротивление вторичной обмотки r = 0,5 Ом, ток во вторичной обмотке I = 4 А. Определить напряжение U₂ на зажимах вторичной обмотки. Потерями в первичной обмотке пренебречь.

Трансформатор с сердечником. При включении первичной обмотки трансформатора с замкнутым сердечником в сеть с напряжением U₁ = 100 В на разомкнутой вторичной обмотке, имеющей в два раза (n = 2) большее число витков, напряжение U₂ = 197 В. Какое напряжение будет на разомкнутой вторичной обмотке, если воспользоваться сердечником того же размера, но из материала с магнитной проницаемостью в k = 10 раз меньшей, чем в первом случае? Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике не учитывать.

Трансформатор со сложным сердечником. Сердечник трансформатора имеет симметричную форму, показанную на рис. Левая обмотка имеет n₁ витков, правая — n₂ витков. Когда к левой обмотке приложено напряжение U₁, напряжение на разомкнутой правой обмотке оказывается равным U₂. Каким будет напряжение на разомкнутой левой обмотке, если то же напряжение U₁ подать на правую обмотку? Считать, что магнитный поток, создаваемый током в любой из обмоток, не выходит из сердечника.

Странный вольтметр. На железный сердечник трансформатора (рис.) вместо вторичной обмотки надето проводящее кольцо сопротивлением R. К точкам A и B этого кольца, отстоящим друг от друга на 1/3 длины кольца, подключен идеальный вольтметр. ЭДС индукции, наводимая в проводящем кольце, равна E. Что покажет вольтметр?

1. От середины катушки с железным сердечником (обмотка — толстый медный провод с большим числом витков) сделан отвод C (рис.). Между точками B и C создается постоянное напряжение U. Найти напряжение между точками A и B. 2. Между точками B и C приложено переменное напряжение (например, от городской сети) с амплитудой U. Найти амплитуду переменного напряжения между точками A и B.

Обмотка лабораторного регулировочного автотрансформатора (ЛАТР) намотана на железном сердечнике, имеющем форму прямоугольного тороида (рис.). Для защиты от вихревых токов (токов Фуко) сердечник набирают из тонких железных пластин, изолированных друг от друга слоем лака. Такой сердечник можно сделать различными способами; 1) собирая его из тонких колец, положенных стопкой одно на другое; 2) свертывая в рулон длинную ленту, имеющую ширину h; 3) собирая из прямоугольных пластин размера l х h, расположив их вдоль радиусов цилиндра. Какой способ лучше?

Показать, что при пренебрежении током холостого хода трансформатора и активным сопротивлением его обмоток имеет место соотношение I₁/I₂ = N₂/N₁, где I₁ и I₂—токи в обмотках, а N₁ и N₂ — число витков в них. Обмотки рассматривать как катушки с одинаковым поперечным сечением.

Замкнутый сердечник

Обе обмотки размещены на общем ферромагнитном замкнутом сердечнике . На обмотку управления подается входной сигнал в виде напряжения постоянного тока Uy или тока / у, подлежащего усилению. [46]

Обе обмотки размещены на общем ферромагнитном замкнутом сердечнике . На обмотку управления подается входной сигнал в виде напряжения постоянного тока Uy или тока 1У, подлежащего усилению. [48]

Предположим, что нам дан замкнутый сердечник – рис. 5.4 а, выполненный из магнитомягкого материала. [49]

Для усиления магнитного поля применяют замкнутые сердечники из мягкой стали или других ферромагнитных материалов. На более высоких частотах сердечники обычно не применяют и делают катушки специальной формы. Они охватывают трубку и создают более однородное поле. Для уменьшения магнитного рассеяния катушки помещают в ферромагнитный экран. [50]

Даже небольшой воздушный зазор в замкнутом сердечнике ( рис. 42) резко увеличивает магнитное сопротивление и уменьшает магнитный поток. [51]

Шь Обмотка трансформатора размещается на замкнутом сердечнике кз электротехнической стали . [52]

Трансформатор ( рис. 162) имеет замкнутый сердечник и состоит из каркаса /, изготовленного из картона или другого изоляционного материала. На каркас намотаны обмотки 2 из медной проволоки, изолированной эмалью. [54]

Катушка из wl витков намотана на замкнутый сердечник или на его часть. [55]

Конструктивно измеритель тока выполняется в виде замкнутого сердечника из мягкого магнитного материала. В сердечнике делается небольшой воздушный зазор, в который помещают кристаллы элемента Холла. Через сердечник пропускается шина ( или кабель) якорной цепи двигателя. [57]

При такой связи катушки делаются с замкнутым сердечником из карбонильного железа или другого магнитодиэлектрика, что обеспечивает более высокое качество контуров. [59]

ТРАНСФОРМАТОРЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ

ТЕОРИЯ: ПОНЕМНОГУ — ОБО ВСЕМ

1.7. Трансформаторы и электрические сети.

Трансформатор имеет замкнутый магнитопровод (рис. 4,г, д) из материала с высокой относительной проницаемостью (трансформаторной стали, феррита) и содержит несколько обмоток. Магнитопроводы бывают кольцевые — для тороидальных трансформаторов — или набранные из пластин Ш-образной формы. Применяются также, например, в трансформаторах питания телевизоров, магнитопроводы из двух U-образных половинок с пришлифованными торцами. Они называются ленточными разрезными (серии ПЛ), поскольку наматываются из тонкой ферромагнитной ленты, смазанной клеем или лаком, а после высушивания разрезаются на две половинки, которые затем вставляются в катушку трансформатора и туго сжимаются.
На принципиальных схемах трансформаторы обозначают так, как показано на рис. 7. Первичная обмотка (I) присоединяется к источнику переменного тока (на постоянном токе трансформатор не работает!), обычно к электрической сети, и поэтому часто называется сетевой обмоткой.

Для разбора принципа действия трансформатора предположим вначале, что к вторичным обмоткам (II, III) ничего не присоединено — это будет режим холостого хода.

Рис. 7

Через первичную обмотку потечет реактивный ток, намагничивающий сердечник трансформатора и равный напряжению сети, деленному на индуктивное сопротивление первичной обмотки. У правильно спроектированного трансформатора он не должен быть слишком большим, чтобы не вызывать бесполезный нагрев проводов, поэтому первичная обмотка должна иметь достаточное число витков. Очень часто из мнимой экономии берут малое количество витков, и тогда трансформатор гудит, греется и создает большие внешние поля рассеяния, т.е. электромагнитные помехи.

Реактивный ток холостого хода не вызывает потребления мощности из сети, другими словами, электрический счетчик от включенного на холостом ходу трансформатора крутиться не должен. Переменный магнитный поток сердечника по закону электромагнитной индукции создает на выводах всех обмоток переменное напряжение, пропорциональное их числу витков. На первичной обмотке это напряжение равно напряжению сети, а на вторичных обмотках может быть любым, в зависимости от числа витков. Соответственно и вторичные обмотки, а иногда и сам трансформатор, называют повышающими или понижающими. Универсальным показателем для всех обмоток служит число витков на один вольт напряжения.
Подключим теперь к вторичной обмотке (II) какую-либо нагрузку, например лампочку накаливания. Потечет активный ток, и лампочка загорится. Но магнитный поток в сердечнике существенно измениться не может, поскольку он определяется напряжением на первичной обмотке и числом ее витков. Значит, по первичной обмотке тоже потечет ток, компенсирующий магнитное поле тока вторичной обмотки. Этот ток потребляется из сети, и если отношение напряжений на вторичной и первичной обмотках равно коэффициенту трансформации n, то отношение токов составляет 1/n.

Активная мощность в первичной и вторичной обмотках одинакова за вычетом небольших потерь в самом трансформаторе.
Поясним сказанное примером. Допустим, первичная обмотка имеет 2200 витков и подключена к сети напряжением 220 В, а вторичная — 125 витков. Значит, трансформатор намотан из расчета 10 витков на вольт, и напряжение на вторичной обмотке будет 12,5 В, т.е. трансформатор понижающий. Коэффициент трансформации составит n = 12,5/220 = 125/2200 = 0,056. Если лампа, подключенная к вторичной обмотке, потребляет 1 А, то в цепи первичной обмотки потечет ток только 0,056 А, или 56 мА. Мощность, потребляемая от сети, равна мощности лампы, т.е. 12,5 Вт. Таким образом, с помощью трансформатора можно понизить напряжение, увеличив ток нагрузки, либо, напротив, повысить напряжение, уменьшив ток.

Это свойство трансформатора широко используется при построении электрических сетей. Когда надо передать электроэнергию на большие расстояния, неизбежны потери в проводах, вызванные их активным сопротивлением R. Мощность потерь равна I2R, поэтому выгодно передавать одну и ту же мощность при высоком напряжении и малом токе, что и делают, строя повышающие и понижающие трансформаторные подстанции и высоковольтные линии электропередач.
Даже маленькая деревенька или один многоквартирный дом могут потреблять мощность 220 кВт. При напряжении сети 220 В ток составит 1000 А. Для передачи такого тока нужны кабели большого поперечного сечения. Перейдя на напряжение 22 кВ, мы получим ток всего 10 А, который можно передать по стандартному проводу диаметром 3 мм.

Радио, 1998

Как узнать мощность и ток трансформатора по его внешнему виду

Слово “трансформатор” образуется от английского слова “transform” – преобразовывать, изменяться. Но дело в том, что сам трансформатор не может как-либо измениться либо поменять форму и так далее.

Он обладает еще более удивительный свойством – преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения.

Ну разве это не чудо? В этой статье мы будем рассматривать именно трансформаторы напряжения.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения можно отнести больше к электротехнике, чем к электронике. Самый обыкновенный однофазный трансформатор напряжения выглядит вот так.

Если откинуть верхнюю защиту трансформатора, то мы можем четко увидеть, то он состоит из какого-то железного каркаса, который собран из металлических пластин, а также из двух катушек, которые намотаны на этот железный каркас. Здесь мы видим, что из одной катушки выходит два черных провода
а с другой катушки два красных провода
Эти обе катушки одеваются на сердечник трансформатора. То есть в результате мы получаем что-то типа этого
Ничего сложного, правда ведь?

Но дальше самое интересное. Если подать на одну из этих катушек переменное напряжение, то в другой катушке тоже появляется переменное напряжение. Но как же так возможно? Ведь эти обмотки абсолютно не касаются друг друга и они изолированы друг от друга. Во чудеса! Все дело, в так называемой электромагнитной индукции.

Если объяснить простым языком, то когда на первичную обмотку подают переменное напряжение, то в сердечнике возникнет переменное магнитное поле с такой же частой. Вторая катушка улавливает это переменное магнитное поле и уже выдает переменное напряжение на своих концах.

Обмотки трансформатора

Эти самые катушки с проводом в трансформаторе называются обмотками. В основном обмотки состоят из медного лакированного провода. Такой провод находится в лаковой изоляции, поэтому, провод в обмотке не коротит друг с другом. Выглядит такой обмоточный трансформаторный провод примерно вот так.

Он может быть разного диаметра. Все зависит от того, на какую нагрузку рассчитан тот или иной трансформатор.

У самого простого однофазного трансформатора можно увидеть две такие обмотки.

Обмотка, на которую подают напряжение называется первичной. В народе ее еще называют “первичка”. Обмотка, с которой уже снимают напряжение называется вторичной или “вторичка”.

Для того, чтобы узнать, где первичная обмотка, а где вторичная, достаточно посмотреть на шильдик трансформатора.

I/P: 220М50Hz (RED-RED) – это говорит нам о том, что два красных провода – это первичная обмотка трансформатора, на которую мы подаем сетевое напряжение 220 Вольт. Почему я думаю, что это первичка? I/P – значит InPut, что в переводе “входной”.

O/P: 12V 0,4A (BLACK, BLACK) – вторичная обмотка трансформатора с выходным напряжением в 12 Вольт (OutPut). Максимальная сила тока, которую может выдать в нагрузку этот трансформатор – это 0,4 Ампера или 400 мА.

Как работает трансформатор

Чтобы разобраться с принципом работы, давайте рассмотрим рисунок.

Здесь мы видим простую модель трансформатора. Подавая на вход переменное напряжение U1 в первичной обмотке возникает ток I1 .

Так как первичная обмотка намотана на замкнутый магнитопровод, то в нем начинает возникать магнитный поток, который возбуждает во вторичной обмотке напряжение U2 и ток I2 .

Как вы можете заметить, между первичной и вторичной обмотками трансформатора нет электрического контакта. В электронике это называется гальванически развязаны.

Формула трансформатора

Главная формула трансформатора выглядит так.
где
U2 – напряжение на вторичной обмотке
U1 – напряжение на первичной обмотке
N1 – количество витков первичной обмотки
N2 – количество витков вторичной обмотки
k – коэффициент трансформации
В трансформаторе соблюдается также закон сохранения энергии, то есть какая мощность заходит в трансформатор, такая мощность выходит из трансформатора:

Эта формула справедлива для идеального трансформатора. Реальный же трансформатор будет выдавать на выходе чуть меньше мощности, чем на его входе. КПД трансформаторов очень высок и порой составляет даже 98%.

Типы трансформаторов по конструкции

Однофазные трансформаторы

Это трансформаторы, которые преобразуют однофазное переменное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение другого значения.

В основном однофазные трансформаторы имеют две обмотки, первичную и вторичную. На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а со вторичной снимают нужное нам напряжение. Чаще всего в повседневной жизни можно увидеть так называемые сетевые трансформаторы, у которых первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение, то есть 220 В.

На схемах однофазный трансформатор обозначается так:
Первичная обмотка слева, а вторичная – справа.

Иногда требуется множество различных напряжений для питания различных приборов.

Зачем ставить на каждый прибор свой трансформатор, если можно с одного трансформатора получить сразу несколько напряжений? Поэтому, иногда вторичных обмоток бывает несколько пар, а иногда даже некоторые обмотки выводят прямо из имеющихся вторичных обмоток. Такой трансформатор называется трансформатором со множеством вторичных обмоток. На схемах можно увидеть что-то подобное:

Трехфазные трансформаторы

Эти трансформаторы в основном используются в промышленности и чаще всего превосходят по габаритам простые однофазные трансформаторы. Почти все трехфазные трансформаторы считаются силовыми. То есть они используются в цепях, где нужно питать мощные нагрузки. Это могут быть станки ЧПУ и другое промышленное оборудование.

На схемах трехфазные трансформаторы обозначаются вот так:
Первичные обмотки обозначаются заглавными буквами, а вторичные обмотки – маленькими буквами.
Здесь мы видим три типа соединения обмоток (слева-направо)

звезда-звезда
звезда-треугольник
треугольник-звезда

В 90% случаев используется именно звезда-звезда.

Типы трансформаторов по напряжению

Понижающий трансформатор

Это трансформатор, которые понижает напряжение. Допустим, на первичную обмотку мы подаем 220 Вольт, а снимаем 12 Вольт. В этом случае коэффициент трансформации (k) будет больше 1.

Повышающий трансформатор

Это трансформатор, который повышает напряжение. Допустим, на первичную обмотку мы подаем 10 Вольт, а со вторичной снимаем уже 110 В. То есть мы повысили наше напряжение 11 раз. У повышающих трансформаторов коэффициент трансформации меньше 1.

Разделительный или развязывающий трансформатор

Такой трансформатор используется в целях электробезопасности. В основном это трансформатор с одинаковым числом обмоток на входе и выходе, то есть его напряжение на первичной обмотке будет равняться напряжению на вторичной обмотке.

Нулевой вывод вторичной обмотки такого трансформатора не заземлен. Поэтому, при касании фазы на таком трансформаторе вас не ударит электрическим током. Про его использование можете прочесть в статье про ЛАТР.

У развязывающих трансформаторов коэффициент трансформации равен 1.

Согласующий трансформатор

Такой трансформатор используется для согласования входного и выходного сопротивления между каскадами схем.

Работа понижающего трансформатора на практике

Понижающий трансформатор – это такой трансформатор, который выдает на выходе напряжение меньше, чем на входе. Коэффициент трансформации (k) у таких трансформаторов больше 1 . Понижающие трансформаторы – это самый распространенный класс трансформаторов в электротехнике и электронике. Давайте же рассмотрим, как он работает на примере трансформатора 220 В —> 12 В .

Итак, имеем простой однофазный понижающий трансформатор.
Именно на нем мы будем проводить различные опыты.

Подключаем красную первичную обмотку к сети 220 Вольт и замеряем напряжение на вторичной обмотке трансформатора без нагрузки. 13, 21 Вольт, хотя на трансформаторе написано, что он должен выдавать 12 Вольт.

Теперь подключаем нагрузку на вторичную обмотку и видим, что напряжение просело.

Интересно, какую силу тока кушает наша лампа накаливания? Вставляем мультиметр в разрыв цепи и замеряем.

Если судить по шильдику, то на нем написано, что он может выдать в нагрузку 400 мА и напряжение будет 12 Вольт, но как вы видите, при нагрузку близкой к 400 мА у нас напряжение просело почти до 11 Вольт. Вот тебе и китайский трансформатор. Нагружать более, чем 400 мА его не следует. В этом случае напряжение просядет еще больше, и трансформатор будет греться, как утюг.

Как проверить трансформатор

Как проверить на короткое замыкание обмоток

Хотя обмотки прилегают очень плотно к друг другу, их разделяет лаковый диэлектрик, которым покрываются и первичная и вторичная обмотка.

Если где-то возникло короткое замыкание между проводами, то трансформатор будет сильно греться или издавать сильный гул при работе. Также он будет пахнуть горелым лаком.

В этом случае стоит замерить напряжение на вторичной обмотке и сравнить, чтобы оно совпадало с паспортным значением.

Проверка на обрыв обмоток

При обрыве все намного проще. Для этого с помощью мультиметра мы проверяем целостность первичной и вторичной обмотки. Итак, сопротивление первичной обмотки нашего трансформатора чуть более 1 КОм. Значит обмотка целая.

Таким же образом проверяем и вторичную обмотку.
Отсюда делаем вывод, что наш трансформатор жив и здоров.

Как прозвонить трансформатор или как определить обмотки трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru.

На первых порах занятий радиоэлектроникой у начинающих радиолюбителей, да и не только у радиолюбителей, возникает очень много вопросов, связанных с прозвонкой или определением обмоток трансформатора. Это хорошо, если у трансформатора всего две обмотки.

А если их несколько, да и еще у каждой обмотки несколько выводов. Тут просто караул кричи. В этой статье я расскажу Вам, как можно определить обмотки трансформатора визуальным осмотром и с помощью мультиметра.

Как Вы знаете, трансформаторы предназначены для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

Самый обычный трансформатор имеет одну первичную и одну вторичную обмотки. Питающее напряжение подается на первичную обмотку, а ко вторичной обмотке подключается нагрузка.

На практике же большинство трансформаторов может иметь несколько обмоток, что и вызывает затруднение в их определении.

1. Определение обмоток визуальным осмотром

При визуальном осмотре трансформатора обращают внимание на его внешний защитный слой изоляции, потому как у некоторых моделей на внешнем слое изображают электрическую схему с обозначением всех обмоток и выводов; у некоторых моделей выводы обмоток только маркируют цифрами. Также можно встретить старые отечественные трансформаторы, на внешнем слое которых указывают маркировку в виде цифрового кода, по которому в справочниках для радиолюбителей есть вся информация о конкретном трансформаторе.

Если трансформатор попался без опознавательных знаков, то обращают внимание на диаметр обмоточного провода, которым намотаны обмотки.

Диаметр провода можно определить по выступающим выводам концов обмоток, выпущенных для закрепления на контактных лепестках, расположенных на элементах каркаса трансформатора.

Как правило, первичную обмотку мотают проводом меньшего сечения, по отношению к вторичной. Диаметр провода вторичной обмотки всегда больше.

Исключением могут быть повышающие трансформаторы, работающие в схемах преобразователей напряжения и тока. Их первичная обмотка выполнена толстым проводом, так как генерирует высокое напряжение во вторичной обмотке. Но такие трансформаторы встречаются очень редко.

При изготовлении трансформаторов первичную обмотку, как правило, мотают первой. Ее легко определить по выступающим концам выводов обмотки, расположенных ближе к магнитопроводу. Вторичную обмотку наматывают поверх первичной, и поэтому концы ее выводов расположены ближе к внешнему слою изоляции.

В некоторых моделях сетевых трансформаторов, используемых в блоках питания бытовой радиоаппаратуры, обмотки располагают на пластмассовом каркасе, разделенном на две части: в одной части находится первичная обмотка, а в другой вторичная. К выводам первичной обмотки припаивают гибкий монтажный провод, а выводы вторичной обмотки оставляют в виде обмоточного провода.

2. Определение обмоток по сопротивлению

Когда предварительный анализ обмоток произведен, необходимо убедиться в правильности сделанных выводов, а заодно прозвонить обмотки на отсутствие обрыва. Для этого воспользуемся мультиметром. Если Вы не знаете как измерить сопротивление мультиметром, то прочитайте эту статью.

Вначале прозвоним обычный сетевой трансформатор, у которого всего две обмотки.
Мультиметр переводим в режим «Прозвонка» и производим измерение сопротивления предполагаемых первичной и вторичной обмоток. Здесь все просто: у какой из обмоток величина сопротивления больше, та обмотка и является первичной.

Это объясняется тем, что в маломощных трансформаторах и трансформаторах средней мощности первичная обмотка может содержать 1000…5000 витков, намотанных тонким медным проводом, и при этом может достичь сопротивления до 1,5 кОм. Тогда как вторичная обмотка содержит небольшое количество витков, намотанных толстым проводом, и ее сопротивление может составлять всего несколько десятков ом.

Теперь прозвоним трансформатор, у которого несколько обмоток. Для этого воспользуемся листком бумаги, ручкой и мультиметром. На бумаге будем зарисовывать и записывать величины сопротивлений обмоток.

Делается это так: одним щупом мультиметра садимся на любой крайний вывод, а вторым щупом по очереди касаемся остальных выводов трансформатора и записываем полученное значение сопротивлений.

Выводы, между которыми мультиметр покажет сопротивление, и будут являться выводами одной обмотки. Если обмотка без средних отводов, то сопротивление будет только между двумя выводами.

Если же обмотка имеет один или несколько отводов, то мультиметр покажет сопротивление между всеми этими отводами.

Например. Первичная обмотка может иметь несколько отводов, когда трансформатор рассчитан на работу в сети с напряжениями 110В, 127В и 220В. Вторичная обмотка также может иметь один или несколько отводов, когда хотят от одного трансформатора получить несколько напряжений.

Идем дальше. Когда первая обмотка и ее выводы будут найдены, то переходим к поиску следующей обмотки. Щупом опять садимся на следующий свободный вывод, а другим поочередно касаемся оставшихся выводов и записываем результат. И таким образом производим измерение, пока не будут найдены все обмотки.

Например. Между выводами с номерами 1 и 2 величина сопротивления составила 21 Ом, тогда как между остальными выводами мультиметр показал бесконечность. Из этого следует, что мы нашли обмотку, у которой выводы обозначены номерами 1 и 2. Нарисуем ее так:

Теперь щупом садимся на вывод 3, а другим щупом поочередно касаемся выводов с номерами от 4 до 10. Мультиметр показал сопротивление только между выводами 3, 4 и 5.

Причем между выводами 3 и 4 величина сопротивления составила 6 Ом, а между парой выводов 3, 5 и 4, 5 получилось по 3 Ома. Отсюда делаем вывод, что эта обмотка с отводом посередине, т.е.

пары 3, 5 и 4, 5 намотаны равным количеством витков, и что с этой обмотки снимается два одинаковых напряжения относительно общего вывода 5. Рисуем так:

Производим измерение далее.
Между выводами 6 и 7 величина сопротивления составила 16 Ом. Рисуем так:

Ну и между выводами 9 и 10 сопротивление составило 270 Ом.
А так как среди всех обмоток эта оказалась с самой большой величиной сопротивления, то она и является первичной. Рисуем так:

Вывод 8, к которому припаяна желто-зеленая жилка, ни как не звонился, поэтому смело утверждаем, что это экранирующая обмотка (экран), которую наматывают поверх первичной, чтобы устранить влияние ее магнитного поля на другие обмотки. Как правило, экранирующую обмотку соединяют с корпусом радиоаппаратуры.

В итоге у нас получилось четыре обмотки, из которых одна сетевая и три понижающих. Экранирующая обмотка обозначается пунктирной линией и располагается параллельно с сердечником. И вот на основе полученных результатов нарисуем электрическую схему трансформатора.

Теперь остается подать напряжение на первичную обмотку и измерить выходящие напряжения. Однако тут есть один момент, который необходимо знать, если Вы сомневаетесь в правильности определения первичной (сетевой) обмотки.

Здесь все просто: чтобы не сжечь обмотку трансформатора и ограничить через нее нежелательный ток нужно последовательно с этой обмоткой включить лампу накаливания на напряжение 220В и мощностью 40 – 100 Вт.

Если обмотка определена правильно, то нить накала лампы должна не гореть или еле тлеть.

Если же лампа будет гореть достаточно ярко, то есть вероятность того, что сетевая обмотка трансформатора рассчитана на питающее напряжение 110 — 127В или Вы ее прозвонили неправильно.

Второй момент, по которому можно судить о правильности подключения трансформатора к сети — это сама работа трансформатора. При правильном включении работа трансформатора практически беззвучна и сопровождается слегка ощутимой вибрацией.

Если же он будет громко гудеть и сильно вибрировать, и при этом будет нагреваться обмотка и из нее может пойти дым, то трансформатор однозначно включен неправильно.

В этом случае тут же отключайте трансформатор от сети, чтобы не повредить обмотку.

Однако и тут есть пару нюансов, которые необходимо учитывать, потому как у некоторых трансформаторов каркас с обмотками может неплотно прилегать к сердечнику и от этого работа трансформатора может сопровождаться некоторым гудением и вибрацией, но при этом обмотка греться не будет. В этом случае в зазор между сердечником и каркасом можно вставить кусочек дерева, пластмассы или кусок провода в изоляции и, тем самым, плотно зафиксировать каркас.

Также характерный гул и вибрацию может вызвать плохая стяжка пластин, из которых собран сердечник магнитопровода. Как правило, стягивание сердечника производится металлической скобой, специальными планками, болтами или стяжками, которые обеспечивают необходимую механическую прочность и жесткое соединение деталей сердечника.

Ну вот в принципе и все, что хотел сказать о прозвонке и определению обмоток трансформатора. Если у Вас возникли вопросы по этой теме, то задавайте их в х к статье. Также, в дополнение к статье, можете посмотреть видеоролик.

Удачи!

Как определить мощность трансформатора по сечению сердечника

g84jsm9tB4S

Если на трансформаторе имеется маркировка, то вопрос определения его параметров исчерпывается сам собой, достаточно лишь вбить эти данные в поисковик и мгновенно получить ссылку на документацию для нашего трансформатора. Однако, маркировки может и не быть, тогда нам потребуется самостоятельно эти параметры вычислить.

Для определения номинальных тока и мощности неизвестного трансформатора по его внешнему виду, необходимо в первую очередь понимать, какие физические параметры устройства являются в данном контексте определяющими. А такими параметрами прежде всего выступают: эффективная площадь сечения магнитопровода (сердечника) и площадь сечения проводов первичной и вторичной обмоток.

Речь будем вести об однофазных трансформаторах, магнитопроводы которых изготовлены из трансформаторной стали, и спроектированы специально для работы от сети 220 вольт 50 Гц. Итак, допустим что с материалом сердечника трансформатора нам все ясно. Движемся дальше.

Сердечники бывают трех основных форм: броневой, стержневой, тороидальный. У броневого сердечника эффективной площадью сечения магнитопровода является площадь сечения центрального керна. У стержневого — площадь сечения стержня, ведь именно на нем и расположены обмотки. У тороидального — площадь сечения тела тороида (именно его обвивает каждый из витков).

Для определения эффективной площади сечения, измерьте размеры a и b в сантиметрах, затем перемножьте их — так вы получите значение площади Sс в квадратных сантиметрах.

Суть в том, что от эффективной площади сечения сердечника зависит величина амплитуды магнитного потока, создаваемого обмотками. Магнитный поток Ф включает в себя одним из сомножителей магнитную индукцию В, а вот магнитная индукция как раз и связана с ЭДС в витках. Именно поэтому площадь рабочего сечения сердечника так важна для нахождения мощности.

Далее необходимо найти площадь окна сердечника — того места, где располагаются провода обмоток. В зависимости от площади окна, от того насколько плотно оно заполнено проводниками обмоток, от плотности тока в обмотках — также будет зависеть мощность трансформатора.

Если бы, к примеру, окно было полностью заполнено только проводами обмоток (это невероятный гипотетический пример), то приняв произвольной среднюю плотность тока, умножив ее потом на площадь окна, мы получили бы общий ток в окне магнитопровода, и если бы затем разделили его на 2, а после — умножили на напряжение первичной обмотки — можно было бы сказать, что это и есть мощность трансформатора. Но такой пример невероятен, поэтому нам необходимо оперировать реальными значениями.

Итак, давайте найдем площадь сечения окна.

Наиболее простой способ определить теперь приблизительную мощность трансформатора по магнитопроводу — перемножить площадь эффективного сечения сердечника и площадь его окна (все в кв.см), а затем подставить их в приведенную выше формулу, после чего выразить габаритную мощность Pтр.

В этой формуле: j — плотность тока в А/кв.мм, f — частота тока в обмотках, n – КПД, Вm – амплитуда магнитной индукции в сердечнике, Кс — коэффициент заполнения сердечника сталью, Км — коэффициент заполнения окна магнитопровода медью.

Но мы поступим проще: примем сразу частоту равной 50 Гц, плотность тока j= 3А/кв.мм, КПД = 0,90, максимальную индукцию в сердечнике — ни много ни мало 1,2 Тл, Км = 0,95, Кс=0,35. Тогда формула значительно упростится и примет следующий вид:

Как подключить свечи накала через реле схема

Если же есть потребность узнать оптимальный ток обмоток трансформатора, то задавшись плотностью тока j, скажем теми же 3 А на кв.мм, можно умножить площадь сечения провода обмотки в квадратных миллиметрах на эту плотность тока. Так вы получите оптимальный ток. Или через диаметр провода d обмотки:

Узнав по сечению проводников обмоток оптимальный ток каждой из обмоток, разделите полученную по габаритам мощность трансформатора на каждый из этих токов — так вы узнаете соответствующие найденным параметрам напряжения обмоток.

Одно из этих напряжений окажется близким к 220 вольтам — это с высокой степенью вероятности и будет первичная обмотка. Далее вольтметр вам в помощь. Трансформатор может быть повышающим либо понижающим, поэтому будьте предельно внимательны и аккуратны если решите включить его в сеть.

Кроме того, перед вами может оказаться выходной трансформатор от акустического усилителя. Данные трансформаторы рассчитываются немного иначе чем сетевые, но это уже совсем другая и более глубокая история.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно узнать по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов.

Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность. Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.

Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.
P – мощность в Ваттах, B – индукция в Тесла, S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт
Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:
Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.
S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции

Тип магнитопровода	Магнитная индукция мах (Тл) при мощности трансформатора (Вт)
5-10	10-50	50-150	150-300	300-1000
Броневой штампованный	1,2	1,3	1,35	1,35	1,3
Броневой витой	1,55	1,65	1,65	1,65	1,6
Кольцевой витой	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Как выделить зону коридора

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

Описание нескольких способов определения мощности 50 Гц трансформаторов.
Классический теоретический расчет трансформатора достаточно сложен Для его выполнения необходимо знать такие характеристики, как магнитная проницаемость используемых для сердечника пластин трансформаторной стали, длина магнитных силовых линий в сердечнике, средняя длина витка обмотки и другие параметры Профессиональному разработчику НИИ все эти параметры известны, так как он обладает сертификатами применяемых в трансформаторе материалов Радиолюбитель же вынужден использовать для трансформатора совершенно случайно попавший к нему сердечник, характеристики которого ему неизвестны
По указанной причине для расчета трансформатора предлагается эмпирический метод, многократно проверенный радиолюбителями и основанный на практическом опыте Расчет элементарно прост и требует лишь знания простейших основ арифметикиПринцип действия трансформатора

Рис 61 Трансформатор: а – общий вид б – условное обозначение
Трансформатор был изобретен П Н Яблочковым в 1876 году Устройство трансформатора показано на рис 61а, а его схематическое обозначение – на рис 616
Трансформатор состоит из стального сердечника и обмоток, намотанных изолированным обмоточным проводом
Сердечник собирается из тонких пластин специальной электротехнической стали для снижения потерь энергии
Обмотка, предназначенная для подключения к сети переменного тока, называется первичной Нагрузка подключается к вторичной обмотке, которых в трансформаторе может быть несколько Номера обмоток обычно проставляются римскими цифрами Часто обмоткам присваивают номера их выводов
Работа трансформатора основана на магнитном свойстве электрического тока При подключении концов первичной обмотки к электросети по этой обмотке протекает переменный ток, который создает вокруг ее витков и в сердечнике трансформатора переменное магнитное поле Пронизывая витки вторичной обмотки, переменное магнитное поле индуцирует в них ЭДС Соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток определяет получаемое напряжение на выходе трансформатора Если количество витков вторичной обмотки больше, чем первичной, выходное напряжение трансформатора будет больше напряжения сети Такая обмотка называется повышающей Если же вторичная обмотка содержит меньше витков, чем первичная, выходное напряжение окажется меньше сетевого (понижающая обмотка)
Трансформатор – это пассивный преобразователь энергии Его коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше единицы Это означает, что мощность, потребляемая нагрузкой, которая подключена к вторичной обмотке трансформатора, меньше, чем мощность, потребляемая нагруженным трансформатором от сети Известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение, следовательно, в повышающих обмотках сила тока меньше, а в понижающих – больше силы тока, потребляемого трансформатором от сети
Параметры и характеристики трансформатора
Два разных трансформатора при одинаковом напряжении сети могут быть рассчитаны на получение одинаковых напряжений вторичных обмоток Но если нагрузка первого трансформатора потребляет большой ток, а второго – маленький, значит, первый трансформатор характеризуется по сравнению со вторым большей мощностью Чем больше сила тока в обмотках трансформатора, тем больше и магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще Кроме того, чем больше сила тока в обмотке, тем более толстым проводом она должна быть намотана, а это требует увеличения окна сердечника Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности И наоборот, сердечник определенного размера пригоден для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется габаритной мощностью трансформатора

Как почистить турку внутри

Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на ее выводах Но это напряжение зависит также и от количества витков первичной обмотки При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной зависит от отношения количества витков вторичной обмотки к количеству витков первичной Это отношение и называется коэффициентом трансформации
Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации, можно ли выбирать количество витков одной из обмоток, например первичной, произвольно Оказывается, нельзя Дело в том, что чем меньше габариты сердечника, тем больше должно быть количество витков каждой обмотки Поэтому размеру сердечника трансформатора соответствует вполне определенное количество витков его обмоток, приходящееся на один вольт напряжения, меньше которого брать нельзя Эта характеристика называется количеством витков на один вольт
Как и всякий преобразователь энергии, трансформатор обладает коэффициентом полезного действия – отношением мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет от сети
КПД маломощных трансформаторов, которые обычно применяются для питания бытовой электронной аппаратуры, колеблется в пределах от 0,8 до 0,95 Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности
Электрический расчет трансформатора
Прежде чем начать электрический расчет силового трансформатора, необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять Они и будут являться исходными данными для расчета Технические требования к трансформатору определяются также путем расчета, в результате которого определяются те напряжения и токи, которые должны быть обеспечены вторичными обмотками Поэтому перед расчетом трансформатора производится расчет выпрямителя для определения напряжений каждой из вторичных обмоток и потребляемых от этих обмоток токов Если же напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они и являются техническими требованиями к трансформатору
Для определения габаритной мощности трансформатора необходимо определить мощности, потребляемые от каждой вторичной обмотки, и сложить их, учитывая также КПД трансформатора Мощность, потребляемую от любой обмотки, определяют умножением напряжения между выводами этой обмотки на силу потребляемого от нее тока:

где Р – мощность, потребляемая от обмотки, Вт
U – эффективное значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В
I – эффективное значение силы тока, протекающего в этой же обмотке, А
Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, вычисляется по формуле:

Для определения габаритной мощности трансформатора полученное значение суммарной мощности Ps нужно разделить на КПД трансформатора:
где Рг – габаритная мощность трансформатора
η – КПД трансформатора
Заранее рассчитать КПД трансформатора нельзя, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметры проводов и их длина) и параметров сердечника (длина магнитной силовой линии и марка стали) И те и другие параметры становятся известны только после расчета трансформатора Поэтому с достаточной для практического расчета точностью КПД трансформатора можно определить из табл 61

Как определить параметры неизвестного трансформатора

Начинающим радиолюбителям очень полезно уметь и знать, как проверить трансформатор мультимтером. Такие знания полезны по той причине, что позволяют сэкономить время и деньги.

В большинстве линейных блоков питания львиную долю стоимости составляет трансформатор. Поэтому, если в руках оказался трансформатор с неизвестными параметрами не спешите его выбрасывать. Лучше возьмите в руки мультиметр.

Также для некоторых опытов нам понадобится лампа накаливания с патроном.

С целью более осознанного выполнения дальнейших опытов и экспериментов следует понимать, как устроен и работает трансформатор трансформатора. Рассмотрим здесь это в упрощенной форме.

Простейший трансформатор представляет собой две обмотки, намотанных на сердечник или магнитопровод. Каждая обмотка представляет собой изолированные друг от друга проводники.

А сердечник набирается из тонких изолированных друг от друга листов из специальной электротехнической стали.

На одну из обмоток, называемую первичной, подается напряжение, а со второй, называемой вторичной, оно снимается.

При подаче переменного напряжения на первичную обмотку, поскольку электрическая цепь замкнута, то в ней создается пуль для протекания переменного электрического тока. Вокруг проводника с переменным током всегда образуется переменное магнитное поле.

Магнитное поле замыкается и усиливается посредством сердечника магнитопровода и наводит во вторичной обмотке переменную электродвижущую силу ЭДС.

При подключении нагрузки ко вторично обмотке в ней протекает переменный ток i2.

Этих знаний на еще не достаточно, чтобы полностью понимать, как проверить трансформатор мультиметром. Поэтому рассмотрим еще ряд полезных моментов.

Как проверить трансформатор мультимтером правильно

Не вникая в подробности, которые здесь ни к чему, заметим, что ЭДС, как и напряжение, определяется числом витков обмотки при прочих равных параметрах

E ~ w.

Чем больше витков, тем выше значение ЭДС (или напряжения) обмотки. В большинстве случаев мы имеем дело с понижающими трансформаторами. На их первичную обмотку подают высокое напряжение 220 В (230 В по-новому ГОСТу), а со вторичной обмотки снимается низкое напряжение: 9 В, 12 В, 24 В и т.д. Соответственно и число витков также будет разным. В первом случае оно выше, а во втором ниже.

Так как
E1 > E2,
то
w1 > w2.
Также, не приводя обоснований, заметим, что мощности обоих обмоток всегда равны:
S1 = S2.
А так как мощность – это произведение тока i на напряжение u
S = u∙i,
то
S1 = u1∙i1; S2 = u2∙i2.
Откуда получаем простое уравнение:
u1∙i1 = u2∙i2.

Последнее выражение имеет для нас большой практический интерес, который заключается в следующем. Для сохранения баланса мощностей первичной и вторичной обмоток при увеличении напряжения нужно снижать ток.

Поэтому в обмотке с большим напряжением протекает меньший ток и наоборот. Проще говоря, поскольку в первичной обмотке напряжение выше, чем во вторичной, то ток в ней меньше, чем во вторичной. При этом сохраняется пропорция.

Например, если напряжение выше в 10 раз, то ток ниже в те же 10 раз.

Отношение числа витков или отношение ЭДС первичной обмотки ко вторичной называют коэффициентом трансформации:
kт = w1 / w2 = E1 / E2.
Из приведенного выше, мы можем сделать важнейший вывод, который поможет нам понять, как проверить трансформатор мультиметром.

Вывод заключается в следующем. Поскольку первичная обмотка трансформатора рассчитана на более высокое напряжение (220 В, 230 В) относительно вторичной (12 В, 24 В и т.д.), то она мотается большим числом витков.

Но при этом в ней протекает меньший ток, поэтому применяется более тонкий провод большей длины.

Отсюда следует, что первичная обмотка понижающего трансформатора обладает большим сопротивлением, чем вторичная.

Поэтому с помощью мультиметра уже можно определить, какие выводы являются выводами первичной обмотки, а какие вторичной, путем измерения и сравнения их сопротивлений.
Как определить обмотки трансформатора

Измерив сопротивление обмоток, мы узнали, как из них рассчитана на более высокое напряжение. Но мы еще не знаем, можно ли на нее подавать 220 В. Ведь более высокое напряжение еще на означает 220 В. Иногда попадаются трансформаторы, рассчитаны на работу от мети переменного тока 110 В и 127 В или меньшее значение. Поэтому если такой трансформатор включить в сеть 220 В, он попросту сгорит.

В таком случае опытные электрики поступают так. Берут лампу накаливания и последовательно соединяют с предполагаемой первичной обмоткой. Далее один вывод обмотки и вывод лампочки подключают в сеть 220 В.

Если трансформатор рассчитан на 220 В, то лампа не засветится, так как приложенное напряжение 220 В полностью уравновешивается ЭДС самоиндукции обмотки. ЭДС и приложенное напряжение направлены встречно.

Поэтому через лампу накаливания будет протекать небольшой ток – ток холостого хода трансформатора. Величина этого тока недостаточна для разогрева нити лампы накаливания. По этой причине лампа не светится.

Если лампа засветится даже в полнакала, то на такой трансформатор нельзя подавать 220 В; он не рассчитан на такое напряжение.

Очень часто можно встретить трансформатор, имеющий много выводов. Это значит, что он имеет несколько вторичных обмоток. Узнать напряжение каждой из них можно узнать следующим образом.

Раньше мы рассмотрели, как проверить трансформатор мультиметром и определить по отношению сопротивления первичную обмотку. Также с помощью лампы накаливания можно убедится в том, что она рассчитана на 220 В (230 В).

Теперь дело осталось за малым. Подаем на первичную обмотку 220 В и выполняем измерение переменного напряжения на выводах оставшихся обмоток с помощью мультиметра.

Соединение обмоток трансформатора

Вторичные обмотки трансформатора соединяют последовательно и реже параллельно. При последовательном соединении обмотки могут включаться согласно и встречно.

Согласное соединение обмоток трансформатора применяют с целью получения большей величины напряжения, чем дает одна из обмоток.

При согласном соединении начало одной обмотки, обозначаемое на чертежах электрических схем точкой или крестиком, соединяется с концом предыдущей.

Здесь следует помнить, что максимальный ток всех соединенных обмоток не должен превышать значения той, которая рассчитана на наименьший ток.

При встречном соединении начала или концы обмоток соединяются вместе. При встречном соединении ЭДС направлены встречно. На выводах получают разницу ЭДС: от большего значения отнимается меньшее значение. Если соединить встречно две обмотки с равными значениями ЭДС, то на выводах будет ноль.

Теперь мы знаем, как, как проверить трансформатор мультиметром, а также можем найти первичную и вторичную обмотки.

Как узнать мощность трансформатора

Меня неоднократно спрашивали о том, как определить мощность 50Гц трансформатора не имеющего маркировки, попробую рассказать и показать на паре примеров.Вообще способов определения мощности 50Гц трансформатора есть довольно много, я перечислю лишь некоторые из них.

1. Маркировка.

Иногда на трансформаторе можно найти явное указание мощности, но при этом данное указание может быть незаметно с первого взгляда.Вариант конечно ну очень банальный, но следует сначала поискать.

2. Габаритная мощность сердечника.

Есть таблицы, по которым можно найти габаритную мощность определенных сердечников, но так как сердечники выпускались весьма разнообразных конфигураций размеров, а кроме того отличались по качеству изготовления, то таблица не всегда может быть корректна.Да и найти их не всегда можно быстро. Впрочем косвенно можно использовать таблицы из описаний унифицированных трансформаторов.

3. Унифицированные трансформаторы.

Еще при союзе, да и впрочем после него, было произведено огромное количество унифицированных трансформаторов, их вы можете распознать по маркировке начинающейся на ТПП, ТН, ТА.Если ТА распространены меньше, то ТПП и ТН встречаются весьма часто.

Например берем трансформатор ТПП270.

Находим описание маркировки данной серии и в описании находим наш трансформатор, там будет и напряжения, и токи и мощность.

В раздел документация я выложил это описание в виде PDF файла.

Кстати там же можно посмотреть размеры сердечников трансформаторов и определить мощность по его габаритам, сравнив со своим.

Если ваш трансформатор имеет немного больший размер, то вполне можно пересчитать, так как мощность трансформатора прямо пропорциональна его размеру.

На трансформаторе ТН61 маркировка почти не видна, но она есть 🙂

Для него есть отдельное описание, я его также выложил у себя в блоге.

Иногда трансформатор имеет маркировку, но найти по ней что либо вразумительное невозможно, увы, таблицы для таких трансформаторов большая редкость.

4. Расчет мощности по диаметру провода.

Если никаких данных нет, то можно определить мощность исходя из диаметра проводов обмоток.Можно измерить первичную обмотку, но иногда она бывает недоступна.

В таком случае измеряем диаметр провода вторичной обмотки.В примере диаметр составляет 1.5мм.Дальше все просто, сначала узнаем сечение провода. 1.5 делим на 2, получаем 0.75, это радиус.0.75 умножаем на 0.75, а получившийся результат умножаем на 3.14 (число пи), получаем сечение провода = 1.76мм.

квЗначение плотности тока принято принимать равным 2.5 Ампера на 1мм.кв. В нашем случае 1.76 умножаем на 2.5 и получаем 4.4 Ампера.

Так как трансформатор рассчитан на выходное напряжение 12 Вольт, это мы знаем, а если не знаем, то можем измерить тестером, то 4.4 умножаем на 12, получаем 52.

8 Ватта.

На бумажке указана мощность 60 Ватт, но сейчас часто мотают трансформаторы с заниженным сечением обмоток, потому по ольшому счету все сходится.

Иногда на трансформаторе бывает написано не только количество витков обмоток, а и диаметр провода. но к этому стоит относиться скептически, так как наклейки могут ошибаться.В этом примере я сначала нашел доступный для измерения участок провода, немного поднял его так, чтобы можно было подлезть штангенциркулем.А когда измерил, то выяснил что диаметр провода не 0.355, а 0.25мм.Попробуем применить вариант расчета, который я приводил выше.0.25/2=0.1250.125х0.125х3.14=0.05мм.кв0.05=2.5=0.122 Ампера

0.122х220 (напряжение обмотки) = 26.84 Ватта.

Кроме того вышеописанный способ отлично подходит в случаях, когда вторичных обмоток несколько и измерять каждую просто неудобно.

5. Метод обратного расчета.

В некоторых ситуациях можно использовать программу для расчета трансформаторов. В этих программах есть довольно большая база сердечников, а кроме того они могут считать произвольные конфигурации размеров исходя из того, что мы можем измерить.Я использую программу Trans50Hz.

Сначала выбираем тип сердечника.

в основном это варианты кольцевой, Ш-образный ленточный и Ш-образный из пластин.Слева направо — Кольцевой, ШЛ, Ш.В моем примере я буду измерять вариант ШЛ, но таким же способом можно выяснить мощность и других типов трансформаторов.Шаг 1, измеряем ширину боковой части магнитопровода.Заносим измеренное значение в программу.

Шаг 2, ширина магнитопровода.Также заносим в программу.Шаг 3, ширина окна.Здесь есть два варианта. Если есть доступ к окну, то просто измеряем его.Если доступа нет, то измеряем общий размер, затем вычитаем четырехкратное значение, полученное в шаге 1, а остаток делим на 2. Пример — общая ширина 80мм, в шаге 1 было 10мм, значит из 80 вычитаем 40.

Осталось еще 40, делим на 2 и получаем 20, это и есть ширина окна.Вводим значение.Шаг 4, длина окна.По сути это длина каркаса под провод, часто его можно измерить без проблем.Также вводим это значение.После этого нажимаем на кнопку — Расчет.И получаем сообщение об ошибке.

Дело в том, что в программе изначально были заданы значения для расчета мощного трансформатора.Находим выделенный пункт и меняем его значение на такое, чтобы мощность (напряжение умноженное на ток) не превысило нашу ориентировочную габаритную мощность.Можно туда вбить хоть 1 Вольт и 1 Ампер, это неважно, я выставил 5 Вольт.

Заново нажимаем на кнопку Расчет и получаем искомое, в данном случае программа посчитала, что мощность нашего магнитопровода составляет 27.88 Ватта..

Полученные данные примерно сходятся с расчетом по диаметру провода, тогда я получил 26.84 Ватта, значит метод вполне работает.

5. Измерение максимальной температуры.

Обычные (железные) трансформаторы в работе не должны нагреваться выше 60 градусов, это можно использовать и в расчете мощности.Но здесь есть исключения, например трансформатор блока бесперебойного питания может иметь большую мощность при скромных габаритах, это обусловлено тем, что работает он кратковременно и он раньше отключится, чем перегреется.

Например в таком варианте его мощность может быть 600 Ватт, а при длительной работе всего 400.Еще есть китайские производители, которые бывает используют в дешевых адаптерах трансформаторы &amp;amp;amp;amp;amp;amp;quot;маломерки&amp;amp;amp;amp;amp;amp;quot;, которые греются как печки, это ненормально, часто реальная мощность трансформатора может быть в 1.2-1.

5 раза меньше заявленной.Чтобы измерить мощность вышеуказанным способом, берем любую нагрузку, лампочки, резисторы и т.п. Как вариант, можно использовать электронную нагрузку, но в этом случае подключаем ее через диодный мост с фильтрующим конденсатором. Ждем примерно с час, если температура не превысила 60, то увеличиваем нагрузку. Дальше думаю процедура понятна.

Есть правда небольшая оговорка, температура трансформатора может заметно отличаться в зависимости от того, есть ли корпус и насколько он большой, но зато дает весьма точный результат. Единственный минус, тест очень долгий.

Подобные трансформаторы я использую в последние 10-15 лет крайне редко, потому они лежат где нибудь на дальних полках балкона и когда искал, наткнулся на весьма любопытные индикаторы, ИН-13. Покупал для индикатора уровня в усилитель, но так и забросил в итоге. Теперь вот нашел и думаю, что из них можно сделать, возможно у вас есть идеи и предложения.

В случае интересной идеи, попробую сделать и показать процесс в виде обзора.На этом все, а в качестве дополнения видео по определению габаритной мощности трансформатора.

Эту страницу нашли, когда искали: как определить на какой ток рассчитан силовой трансформатор, как мощность передается через трансформатор, рассчитать трансформатор на 12 ватт, 60 вольт, как определить мощность транса по сечению проводу, сколько выдает ампер трансформатор 18в, определить мощность трансформатора напряжения 220 /12 в, узнать трансформатора в ват шеобразный, как найти ток первичную обмотки если известен ток вторичной обмотки напряжение и мощность, как узнать сколько ампер выдаёт понижающий трансформатор на 12 вольт, как правильно проверить сколько вольт выдаёт трансформатор, мощность тр-ра по сечению, как найти мощность и количество трансформаторов, мощность на вторичной обмотке 1%, как можно определить потребляемую мощность первичной обмотки трансформатора?, как посчитать ток потребления трансформатора, как узнать мощность трансформатор tv бу4700.086, как вычислить мощность старой дальнего сердечника трансформатора, как рассчитать понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт, как узнать мощность у трансформатора тока, как узнать мощность тороидального трансформатора если нет этикетки, сколько ватт может выдать трансформатор расчет, как определить какой ток способен выдать трансформатор, мощность малогабаритного силового трансформатора, как определить мощность трансформатора по сечению стержневого сердечника таблица, как определить первичную и вторичную мощность трансформатора

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Возможно ли узнать мощность и ток трансформатора по его внешнему виду

Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Итак, давайте найдем площадь сечения окна.

Если же есть потребность узнать оптимальный ток обмоток трансформатора, то задавшись плотностью тока j, скажем теми же 3 А на кв. мм, можно умножить площадь сечения провода обмотки в квадратных миллиметрах на эту плотность тока. Так вы получите оптимальный ток. Или через диаметр провода d обмотки:

Ранее ЭлектроВести писали, что АББ получила заказ на более 20 млн. долл. США от компании MHI Vestas Offshore Wind на поставку надежных энергоэффективных и компактных трансформаторов WindSTAR, разработанных для установки на ветровых турбинах.

Как узнать мощность трансформатора?

Радиоэлектроника для начинающих

Для изготовления трансформаторных блоков питания необходим силовой однофазный трансформатор, который понижает переменное напряжение электросети 220 вольт до необходимых 12-30 вольт, которое затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором.

Эти преобразования электрического тока необходимы, поскольку любая электронная аппаратура собрана на транзисторах и микросхемах, которым обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.

Чтобы самостоятельно собрать блок питания, начинающему радиолюбителю требуется найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях можно изготовить силовой трансформатор самостоятельно. Такие рекомендации можно встретить на страницах старых книг по радиоэлектронике.

Но в настоящее время проще найти или купить готовый трансформатор и использовать его для изготовления своего блока питания.

Полный расчёт и самостоятельное изготовление трансформатора для начинающего радиолюбителя довольно сложная задача. Но есть иной путь. Можно использовать бывший в употреблении, но исправный трансформатор. Для питания большинства самодельных конструкций хватит и маломощного блока питания, мощностью 7-15 Ватт.

Если трансформатор приобретается в магазине, то особых проблем с подбором нужного трансформатора, как правило, не возникает. У нового изделия обозначены все его главные параметры, такие как мощность, входное напряжение, выходное напряжение, а также количество вторичных обмоток, если их больше одной.

Но если в ваши руки попал трансформатор, который уже поработал в каком-либо приборе и вы хотите его вторично использовать для конструирования своего блока питания? Как определить мощность трансформатора хотя бы приблизительно? Мощность трансформатора весьма важный параметр, поскольку от него напрямую будет зависеть надёжность собранного вами блока питания или другого устройства. Как известно, потребляемая электронным прибором мощность зависит от потребляемого им тока и напряжения, которое требуется для его нормальной работы. Ориентировочно эту мощность можно определить, умножив потребляемый прибором ток (Iн на напряжение питания прибора (Uн). Думаю, многие знакомы с этой формулой ещё по школе.

P=Uн * Iн

,где Uн – напряжение в вольтах; Iн – ток в амперах; P – мощность в ваттах.

Рассмотрим определение мощности трансформатора на реальном примере. Тренироваться будем на трансформаторе ТП114-163М. Это трансформатор броневого типа, который собран из штампованных Ш-образных и прямых пластин.

Стоит отметить, что трансформаторы такого типа не самые лучшие с точки зрения коэффициента полезного действия (КПД). Но радует то, что такие трансформаторы широко распространены, часто применяются в электронике и их легко найти на прилавках радиомагазинов или же в старой и неисправной радиоаппаратуре.

К тому же стоят они дешевле тороидальных (или, по-другому, кольцевых) трансформаторов, которые обладают большим КПД и используются в достаточно мощной радиоаппаратуре.

Итак, перед нами трансформатор ТП114-163М. Попробуем ориентировочно определить его мощность. За основу расчётов примем рекомендации из популярной книги В.Г. Борисова «Юный радиолюбитель».

Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать сечение его магнитопровода. Применительно к трансформатору ТП114-163М, магнитопровод – это набор штампованных Ш-образных и прямых пластин выполненных из электротехнической стали. Так вот, для определения сечения необходимо умножить толщину набора пластин (см. фото) на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины.

При вычислениях нужно соблюдать размерность. Толщину набора и ширину центрального лепестка лучше мерить в сантиметрах. Вычисления также нужно производить в сантиметрах. Итак, толщина набора изучаемого трансформатора составила около 2 сантиметров.

Далее замеряем линейкой ширину центрального лепестка. Это уже задача посложнее. Дело в том, что трансформатор ТП114-163М имеет плотный набор и пластмассовый каркас. Поэтому центральный лепесток Ш-образной пластины практически не видно, он закрыт пластиной, и определить его ширину довольно трудно.

Ширину центрального лепестка можно замерить у боковой, самой первой Ш-образной пластины в зазоре между пластмассовым каркасом.

Первая пластина не дополняется прямой пластиной и поэтому виден край центрального лепестка Ш-образной пластины. Ширина его составила около 1,7 сантиметра.

Хотя приводимый расчёт и является ориентировочным, но всё же желательно как можно точнее проводить измерения.

Перемножаем толщину набора магнитопровода (2 см. ) и ширину центрального лепестка пластины (1,7 см.). Получаем сечение магнитопровода – 3,4 см2. Далее нам понадобиться следующая формула.

,где S – площадь сечения магнитопровода; Pтр – мощность трансформатора; 1,3 – усреднённый коэффициент.

После нехитрых преобразований получаем упрощённую формулу для расчёта мощности трансформатора по сечению его магнитопровода. Вот она.

Подставим в формулу значение сечения S = 3,4 см2, которое мы получили ранее.

В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора ~ 7 Ватт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звуковой частоты на 3-5 ватт, например, на базе микросхемы усилителя TDA2003.

Вот ещё один из трансформаторов. Маркирован как PDPC24-35. Это один из представителей трансформаторов – «малюток». Трансформатор очень миниатюрный и, естественно, маломощный. Ширина центрального лепестка Ш-образной пластины составляет всего 6 миллиметров (0,6 см.).

Толщина набора пластин всего магнитопровода – 2 сантиметра. По формуле мощность данного мини-трансформатора получается равной около 1 Вт.

Данный трансформатор имеет две вторичные обмотки, максимально допустимый ток которых достаточно мал, и составляет десятки миллиампер. Такой трансформатор можно использовать только лишь для питания схем с малым потреблением тока.

Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Как определить параметры неизвестного трансформатора

Выводы обмоток на картинке следует пронумеровать. Возможно, что выводов получится намного меньше, в самом простейшем случае всего четыре: два вывода первичной (сетевой) обмотки и два вывода вторичной. Но такое бывает не всегда, чаще обмоток несколько больше.

Некоторые выводы, хотя они и есть, могут ни с чем не «звониться». Неужели эти обмотки оборваны? Вовсе нет, скорей всего это экранирующие обмотки, расположенные между другими обмотками. Эти концы, обычно, подключают к общему проводу – «земле» схемы.

Поэтому, желательно на полученной схеме записать сопротивления обмоток, поскольку главной целью исследования является определение сетевой обмотки. Ее сопротивление, как правило, больше, чем у других обмоток, десятки и сотни Ом.

Причем, чем меньше трансформатор, тем больше сопротивление первичной обмотки: сказывается малый диаметр провода и большое количество витков.

Сопротивление понижающих вторичных обмоток практически равно нулю – малое количество витков и толстый провод.

О том, как правильно измерить сопротивление мультиметром смотрите здесь: Как измерить мультиметром напряжение, ток, сопротивление, проверить диоды и транзисторы

Рис. 1. Схема обмоток трансформатора (пример)

Предположим, что обмотку с наибольшим сопротивлением найти удалось, и можно считать ее сетевой. Но сразу включать ее в сеть не надо. Чтобы избежать взрывов и прочих неприятных последствий, пробное включение лучше всего произвести, включив последовательно с обмоткой, лампочку на 220В мощностью 60…100Вт, что ограничит ток через обмотку на уровне 0,27…0,45А.

Мощность лампочки должна примерно соответствовать габаритной мощности трансформатора. Если обмотка определена правильно, то лампочка не горит, в крайнем случае, чуть теплится нить накала. В этом случае можно почти смело включать обмотку в сеть, для начала лучше через предохранитель на ток не более 1…2А.

Если лампочка горит достаточно ярко, то это может оказаться обмотка на 110…127В. В этом случае следует прозвонить трансформатор еще раз и найти вторую половину обмотки. После этого соединить половины обмоток последовательно и произвести повторное включение. Если лампочка погасла, то обмотки соединены правильно. В противном случае поменять местами концы одной из найденных полуобмоток.

Итак, будем считать, что первичная обмотка найдена, трансформатор удалось включить в сеть. Следующее, что потребуется сделать, измерить ток холостого хода первичной обмотки.

У исправного трансформатора он составляет не более 10…15% от номинального тока под нагрузкой.

Так для трансформатора, данные которого показаны на рисунке 2, при питании от сети 220В ток холостого хода должен быть в пределах 0,07…0,1А, т.е. не более ста миллиампер.

Рис. 2. Трансформатор ТПП-281

Как измерить ток холостого хода трансформатора

Ток холостого хода следует измерить амперметром переменного тока.

При этом в момент включения в сеть выводы амперметра надо замкнуть накоротко, поскольку ток при включении трансформатора может в сто и более раз превышать номинальный. Иначе амперметр может просто сгореть.

Далее размыкаем выводы амперметра и смотрим результат. При этом испытании дать поработать трансформатору минут 15…30, и убедиться, что заметного нагрева обмотки не происходит.

Следующим шагом следует замерить напряжения на вторичных обмотках без нагрузки, — напряжение холостого хода. Предположим, что трансформатор имеет две вторичные обмотки, и напряжение каждой из них 24В. Почти то, что надо для рассмотренного выше усилителя. Далее проверяем нагрузочную способность каждой обмотки.

Для этого надо к каждой обмотке подключить нагрузку, в идеальном случае лабораторный реостат, и изменяя его сопротивление добиться, чтобы напряжение на обмотке упало на 10-15%%. Это можно считать оптимальной нагрузкой для данной обмотки.

Вместе с измерением напряжения производится замер тока. Если указанное снижение напряжения происходит при токе, например 1А, то это и есть номинальный ток для испытуемой обмотки. Измерения следует начинать, установив движок реостата R1 в правое по схеме положение.

Рисунок 3. Схема испытания вторичной обмотки трансформатора

Вместо реостата в качестве нагрузки можно использовать лампочки или кусок спирали от электрической плитки. Начинать измерения следует с длинного куска спирали или с подключения одной лампочки. Для увеличения нагрузки можно постепенно укорачивать спираль, касаясь ее проводом в разных точках, или увеличивая по одной количество подключенных ламп.

Для питания усилителя требуется одна обмотка со средней точкой (см. статью «Трансформаторы для УМЗЧ»). Соединяем последовательно две вторичные обмотки и измеряем напряжение.

Должно получиться 48В, точка соединения обмоток будет средней точкой.

Если в результате измерения на концах соединенных последовательно обмоток напряжение будет равно нулю, то концы одной из обмоток следует поменять местами.

В этом примере все получилось почти удачно. Но чаще бывает, что трансформатор приходится перематывать, оставив только первичную обмотку, что уже почти половина дела. Как рассчитать трансформатор это тема уже другой статьи, здесь было рассказано лишь о том, как определить параметры неизвестного трансформатора.

Борис Аладышкин

Трансформатор и его устройство

Простейший трансформатор представляет собой устройство, состоящее из стального сердечника и двух обмоток (рис. 1). При подаче в первичную обмотку переменного напряжения, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС той же частоты. Если ко вторичной обмотке подключить некоторый электроприемник, то в ней возникает электрический ток и на вторичных зажимах трансформатора устанавливается напряжение, которое несколько меньше, чем ЭДС и в некоторой относительно малой степени зависит от нагрузки. Отношение первичного напряжения ко вторичному (коэффициент трансформации) приблизительно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.

Рис. 1. Принцип устройства однофазного двухобмоточного трансформатора. 1 первичная обмотка, 2 вторичная обмотка, 3 сердечник. U1 первичное напряжение, U2 вторичное напряжение, I1 первичный ток, I2 вторичный ток, Ф магнитный поток

Простейшие условные обозначения трансформаторов изображены на рис. 2; для наглядности разные обмотки трансформатора можно, как и на рисунке, представить разными цветами.

Рис. 2. Условное обозначение трансформатора в подробных (многолинейных) схемах (a) и в схемах электрических сетей (b)

Трансформаторы могут быть одно- или многофазными, а вторичных обмоток может быть больше одной. В электрических сетях обычно используются трехфазные трансформаторы с одной или двумя вторичными обмотками. Если первичное и вторичное напряжения относительно близки друг другу, то могут использоваться и однообмоточные автотрансформаторы, принципиальные схемы которых представлены на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальные схемы понижающего (a) и повышающего (b) автотрансформаторов

Важнейшими номинальными показателями трансформатора являются его номинальные первичное и вторичное напряжения, номинальные первичный и вторичный ток, а также номинальная вторичная полная мощность (номинальная мощность). Трансформаторы могут изготовляться как на весьма малую мощность (например, для микроэлектронных цепей), так и на очень большую (например, для мощных энергосистем), охватывая диапазон мощностей от 0,1 mVA до 1000 MVA.

Потери энергии в трансформаторе – обусловленные активным сопротивлением обмоток потери в меди и вызванные вихревыми токами и гистерезисом в сердечнике потери в стали – обычно настолько малы, что кпд трансформатора, как правило, выше 99 %. Несмотря на это, тепловыделение в мощных трансформаторах может оказаться настолько сильным, что необходимо прибегать к эффективным способам теплоотвода. Чаще всего активная часть трансформатора размещается в баке, заполненном минеральным (трасформаторным) маслом, который, при необходимости снабжается принудительным воздушным или водяным охлаждением. При мощности до 10 MVA (иногда и выше) могут применяться и сухие трансформаторы, обмотки которых обычно залиты с эпоксидной смолой. Основные преимущества сухих трансформаторов заключаются в более высокой огнебезопасности и в исключении течи трансформаторного масла, благодаря чему они могут без препятствий устанавливаться в любых частях зданий, в том числе на любом этаже. Для измерения переменных тока или напряжения (особенно в случае больших токов и высоких напряжений) часто используются измерительные трансформаторы.

Устройство трансформатора напряжения по своему принципу не отличается от силовых трансформаторов, но работает он в режиме, близком к холостому ходу; коэффициент трансформации в таком случае достаточно постоянен. Номинальное вторичное напряжение таких трансформаторов обычно равно 100 V. Вторичная обмотка трансформатора тока в идеальном случае короткозамкнута и вторичный ток в таком случае пропорционален первичному. Номинальный вторичный ток обычно составляет 5 A, но иногда может быть и меньше (например, 1 A). Примеры условных обозначений трансформаторов тока приведены на рис. 4.

Рис. 4. Условное обозначение трансформатора тока в развернутых схемах (a) и в однолинейных схемах (b)

Первым трансформатором может считаться изготовленное Майклом Фарадеем (Michael Faraday) индукционное кольцо (англ. induction ring), состоящее из кольцевого стального сердечника и двух обмоток, при помощи которого он 29 августа 1831 года открыл явление электромагнитной индукции (рис. 5). Во время быстрого переходного процесса, возникающего при включении или отключении первичной обмотки, соединенной с источником постоянного тока, во вторичной обмотке индуцируется импульсная ЭДС. Такое устройство может поэтому называться импульсным или транзиентным трансформатором.

Рис. 5. Принцип устройства транзиентного трансформатора Майкла Фарадея. i1 первичный ток, i2 вторичный ток, t время

Исходя из открытия Фарадея, учитель физики колледжа города Маргнута (Margnooth) около Дублина (Dublin, Ирландия) Николас Келлан (Nicholas Callan, 1799–1864) построил в 1836 году индукционную катушку (искровой индуктор), состоящий из прерывателя и трансформатора; это устройство позволяло преобразовать постоянный ток в переменный ток высокого напряжения и вызывать длинные искровые разряды. Индукционные катушки стали быстро усовершенствоваться и в 19-м веке широко применялись при исследовании электрических разрядов. К ним могут быть отнесены и катушки зажигания современных автомобилей. Первый трансформатор переменного тока запатентовал в 1876 году живший в Париже русский электротехник Павел Яблочков, использовав его в цепях питания своих дуговых ламп. Сердечник трансформатора Яблочкова представлял собой прямой пучок стальных проволок, вследствие чего магнитная цепь была не замкнутой, как у Фарадея, а открытой, и в других установках такой трансформатор применять не стали. В 1885 году инженеры-электрики Будапештского завода Ганц и Компания (Ganz & Co.) Макс Дери (Max Deri, 172 1854–1938), Отто Титуш Блати (Otto Titus Blathy, 1860–1939) и Кароль Зиперновски (Karoly Zipernovsky, 1853–1942) изготовили трансформатор с тороидальным проволочным сердечником и заодно разработали систему распределения электроэнергии на переменном токе, основанную на применении этих трансформаторов. Трансформатор с еще лучшими свойствами, сердечник которого собирался из Е- и I-образных стальных листов, создал в том же году американский электротехник Уильям Стенли (William Stanley, 1858–1916), после чего началось быстрое развитие систем переменного тока как в Европе, так и в Америке. Первый трехфазный трансформатор построил в 1889 году Михаил Доливо-Добровольский.

Трансформатор — незаменимое устройство в электротехнике.

Без него энергосистема в ее нынешнем виде не могла бы существовать.

Присутствуют эти элементы и во многих электроприборах.

Желающим познакомиться с ними поближе предлагается данная статья, тема которой — трансформатор: принцип работы и виды приборов, а также их назначение.

Что такое трансформатор

Таким аппаратами оснащают многие приборы, также они применяются в самостоятельном виде.

Например, установки, повышающие напряжение для передачи тока по электромагистралям.

Генерируемое электростанцией напряжение они поднимают до 35 – 750 кВ, что дает двойную выгоду:

уменьшаются потери в проводах;
требуются провода меньшего сечения.

Принцип работы

Работа трансформаторного устройства основана на явлении электромагнитной индукции, состоящей в следующем: при изменении параметров магнитного поля, пересекающего проводник, в последнем возникает ЭДС (электродвижущая сила). Проводник в трансформаторе присутствует в форме катушки или обмотки, и общая ЭДС равна сумме ЭДС каждого витка.

Для нормальной работы требуется исключить электрический контакт между витками, потому используют провод в изолирующей оболочке. Эту катушку называют вторичной.

Магнитное поле, необходимое для генерации во вторичной катушке ЭДС, создается другой катушкой. Она подключается к источнику тока и называется первичной. Работа первичной катушки основана на том факте, что при протекании через проводник тока, вокруг него формируется электромагнитное поле, а если он смотан в катушку, оно усиливается.

Как работает трансформатор

При протекании через катушку постоянного тока параметры электромагнитного поля не меняются и оно неспособно вызвать ЭДС во вторичной катушке. Поэтому трансформаторы работают только с переменным напряжением.

На характер преобразования напряжения влияет соотношение количества витков в обмотках – первичной и вторичной. Его обозначают «Кт» – коэффициент трансформации. Действует закон:

Кт = W1 / W2 = U1 / U2,

W1 и W2 — количество витков в первичной и вторичной обмотках;
U1 и U2 — напряжение на их выводах.

Следовательно, если в первичной катушке витков больше, то напряжение на выводах вторичной ниже. Такой аппарат называют понижающим, Кт у него больше единицы. Если витков больше во вторичной катушке — трансформатор напряжение повышает и называется повышающим. Его Кт меньше единицы.

Большой силовой трансформатор

Если пренебречь потерями (идеальный трансформатор), то из закона сохранения энергии следует:

P1 = P2,

где Р1 и Р2 — мощность тока в обмотках.

Поскольку P = U * I, получим:

U1 * I1 = U2 * I2;
I1 = I2 * (U2 / U1) = I2 / Кт.

в первичной катушке понижающего устройства (Кт > 1) протекает ток меньшей силы, чем в цепи вторичной;
с повышающими трансформаторами (Кт Конструкция

Трансформаторные обмотки надевают на магнитопровод — деталь из ферромагнитной, трансформаторной или иной магнитомягкой стали. Он служит проводником электромагнитного поля от первичной катушки ко вторичной.

Под действием переменного магнитного поля в магнитопроводе также генерируются токи — они называются вихревыми. Эти токи приводят к потерям энергии и нагреву магнитопровода. Последний, с целью свести данное явление к минимуму, набирают из множества изолированных друг от друга пластин.

На магнитопроводе катушки располагают двояко:

рядом;
наматывают одну поверх другой.

Обмотки для микротрансформаторов изготавливают из фольги толщиной 20 – 30 мкм. Ее поверхность в результате окисления становится диэлектриком и играет роль изоляции.

На практике добиться соотношения Р1 = Р2 невозможно из-за потерь трех видов:

рассеивание магнитного поля;
нагрев проводов и магнитопровода;
гистерезис.

Потери на гистерезис — это затраты энергии на перемагничивание магнитопровода. Направление силовых линий электромагнитного поля постоянно меняется. Каждый раз приходится преодолевать сопротивление диполей в структуре магнитопровода, выстроившихся определенным образом в предыдущей фазе.

Потери на гистерезис стремятся уменьшить, применяя разные конструкции магнитопроводов.

Итак, в реальности величины Р1 и Р2 отличаются и соотношение Р2 / Р1 называют КПД устройства. Для его измерения используются следующие режимы работы трансформатора:

холостого хода;
короткозамкнутый;
с нагрузкой.

Режим холостого хода

Первичная обмотка подключена к источнику тока, а цепь вторичной разомкнута. При таком подключении в катушке течет ток холостого хода, в основном представляющий реактивный ток намагничивания.

Такой режим позволяет определить:

КПД устройства;
коэффициент трансформации;
потери в магнитопроводе (на языке профессионалов — потери в стали).

Схема трансформатора в режиме холостого хода

Короткозамкнутый режим

Выводы вторичной обмотки замыкают без нагрузки (накоротко), так что ток в цепи ограничивается лишь ее сопротивлением. На контакты первичной подают такое напряжение, чтобы ток в цепи вторичной обмотки не превышал номинального.

Режим с нагрузкой

В этом состоянии к выводам вторичной обмотки подключен потребитель.

Охлаждение

В процессе работы трансформатор греется.

Применяют три способа охлаждения:

естественное: для маломощных моделей;
принудительное воздушное (обдув вентилятором): модели средней мощности;
мощные трансформаторы охлаждаются при помощи жидкости (в основном используют масло).

Прибор с масляным охлаждением

Виды трансформаторов

Аппараты классифицируются по назначению, типу магнитопровода и мощности.

Силовые трансформаторы

Наиболее многочисленная группа. К ней относятся все трансформаторы, работающие в энергосети.

Автотрансформатор

Повышенный КПД. Объясняется тем, что преобразованию подвергается только часть мощности. Это особенно важно при незначительной разнице между напряжением на входе и выходе.
Низкая стоимость. Это обусловлено меньшим расходом стали и меди (автотрансформатор имеет компактные размеры).

Эти устройства выгодно применять в сетях напряжением 110 кВ и более с эффективным заземлением при Кт не выше 3-4.

Трансформатор тока

Используется для снижения силы тока в подключенной к источнику питания первичной обмотке. Устройство находит применение в защитных, измерительных, сигнальных и управляющих системах. Преимущество в сравнении с шунтовыми схемами измерения, состоит в наличии гальванической развязки (отсутствие электроконтакта между обмотками).

Первичная катушка включается в цепь переменного тока – исследуемую или контролируемую – с нагрузкой последовательно. К выводам вторичной обмотки подключают исполнительное индикаторное устройство, к примеру, реле, или прибор измерения.

Допустимое сопротивление в цепи вторичной катушки ограничено мизерными значениями — почти короткое замыкание. У большинства токовых трансформаторов величина номинального тока в этой катушке составляет 1 или 5 А. При размыкании цепи в ней формируется высокое напряжение, способное пробить изоляцию и повредить подключенные приборы.

Импульсный трансформатор

Работает с короткими импульсами, продолжительность которых измеряется десятками микросекунд. Форма импульса практически не искажается. В основном используются в видеосистемах.

Сварочный трансформатор

понижает напряжение;
рассчитано на номинальный ток в цепи вторичной обмотки до тысяч ампер.

Регулировать сварочный ток можно изменением числа витков обмоток, задействованных в процессе (они имеют по нескольку выводов). При этом изменяется величина индуктивного сопротивления или вторичное напряжение холостого хода. Посредством дополнительных выводов обмотки разбиты на секции, потому регулировка сварочного тока осуществляется ступенчато.

Габариты трансформатора во многом зависят от частоты переменного тока. Чем она выше, тем более компактным получится устройство.

Сварочный трансформатор ТДМ 70-460

На этом принципе основано устройство современных инверторных сварочных аппаратов. В них переменный ток перед подачей на трансформатор подвергается обработке:

выпрямляется посредством диодного моста;
в инверторе — управляемом микропроцессором электронном узле с быстро переключающимися ключевыми транзисторами — снова становится переменным, но уже с частотой 60 – 80 кГц.

Потому эти сварочные аппараты такие легкие и небольшие.

Также устроены блоки питания импульсного типа, например, в ПК.

Разделительный трансформатор

В этом устройстве обязательно присутствует гальваническая развязка (нет электрического контакта между первичной и вторичной обмотками), а Кт равен единице. То есть разделительный трансформатор напряжение оставляет неизменным. Он необходим для повышения безопасности подключения.

Прикосновение к токоведущим элементам оборудования, подключенного к сети через такой трансформатор, к сильному удару током не приведет.

В быту такой способ подключения электроприборов уместен во влажных помещениях— в ванных и пр.

Магнитопроводы

Бывают трех видов:

Стержневые. Выполнены в виде стержня ступенчатого сечения. Характеристики оставляют желать лучшего, но зато просты в исполнении.
Броневые. Лучше стержневых проводят магнитное поле и вдобавок защищают обмотки от механических воздействий. Недостаток: высокая стоимость (требуется много стали).
Тороидальные. Наиболее эффективная разновидность: создают однородное сконцентрированное магнитное поле, чем способствуют уменьшению потерь. Трансформаторы с тороидальным магнитопроводом имеют наибольший КПД, но они дороги из-за сложности изготовления.

Мощность

маломощные: менее 100 ВА;
средней мощности: несколько сотен ВА;

Существуют установки большой мощности, измеряемой в тысячах ВА.

Трансформаторы отличаются назначением и характеристиками, но принцип действия у них одинаков: переменное магнитное поле, генерируемое одной обмоткой, возбуждает во второй ЭДС, величина которого зависит от числа витков.

Необходимость в преобразовании напряжения возникает очень часто, потому трансформаторы получили самое широкое распространение. Данное устройство можно изготовить самостоятельно.

При транспортировке электроэнергии на большие расстояния для снижения потерь используется принцип трансформации. Для этого электричество, вырабатываемое генераторами, поступает на трансформаторную подстанцию. На ней повышается амплитуда напряжения, поступающего в линию электропередачи.

Второй конец ЛЭП подключен на ввод удаленной подстанции. На ней для распределения электричества между потребителями осуществляется понижение напряжения.

На обеих подстанциях трансформацией электроэнергии больших мощностей занимаются специальные силовые устройства:

Они имеют много общих признаков и характеристик, но отличаются определенными принципами работы. Эта статья описывает только первые конструкции, у которых передача электроэнергии между разделенными обмотками происходит за счет электромагнитной индукции. При этом изменяющиеся по амплитуде гармоники тока и напряжения сохраняют частоту колебаний.

Силовые трансформаторы в энергетике устанавливаются на заранее подготовленные стационарные площадки с прочными фундаментами. Для размещения на грунте могут монтироваться рельсы и катки.

Общий вид одного из многочисленных типов силовых трансформаторов, работающего с системами напряжений 110/10 кВ и обладающего величиной полной мощности 10 МВА, показан на фотографии ниже.

Отдельные ярко выраженные элементы его конструкции снабжены подписями. Более подробно устройство основных частей и их взаимное расположение демонстрирует чертеж.

Электрическое оборудование трансформатора размещается внутри металлического корпуса, изготовленного в форме герметичного бака с крышкой. Он заполнен специальным сортом трансформаторного масла, которое обладает высокими диэлектрическими свойствами и, одновременно, используется для отвода тепла от деталей, подвергаемых большим токовым нагрузкам.

Гидравлическая схема трансформатора

Упрощенно состав и взаимодействие ее основных элементов показано на картинке.

Для залива/слива масла используются специальные задвижки и вкручивающаяся пробка, а запорный вентиль, расположенный внизу бака, предназначен для отбора проб масла и последующего проведения его химического анализа.

В силовом трансформаторе образовано два контура циркуляции масла:

Первый контур представлен радиатором, состоящим из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных системой металлических трубок. Через них проходит нагретое масло, которое, находясь в магистралях охладителя, остывает и возвращается в бак.

Внутри бака циркуляция масла может производиться:

принудительно за счет создания давления в системе насосами.

Часто поверхность бака увеличивается за счет создания гофр — специальных металлических пластин, улучшающих теплообмен между маслом и окружающей атмосферой.

Забор тепла от радиатора в атмосферу может выполняться обдувом системой вентиляторов или без них за счет свободной конвекции воздуха. Принудительный обдув эффективно повышает теплосъем с оборудования, но увеличивает затраты энергии на эксплуатацию системы. Они могут снизить нагрузочную характеристику трансформатора до 25%.

Тепловая энергия, выделяемая современными трансформаторами повышенной мощности, достигает огромных величин. Об ее размере может служить тот факт, что сейчас за ее счет стали реализовывать проекты отопления промышленных зданий, расположенных рядом с постоянно работающими трансформаторами. В них поддерживаются оптимальные условия работы оборудования даже в зимнее время.

Контроль уровня масла в трансформаторе

Масло постоянно циркулирует внутри бака. Его температура зависит от целого комплекса воздействующих факторов. Поэтому объем его все время изменяется, но поддерживается в определенных границах. Для компенсации объемных отклонений масла служит расширительный бачок. В нем удобно наблюдать текущий уровень.

Для этого используется маслоуказатель. Наиболее простые устройства изготавливают по схеме сообщающихся сосудов с прозрачной стенкой, заранее проградуированной в единицах объема.

Подключения такого маслоуказателя параллельно расширительному баку вполне достаточно для контроля эксплуатационных характеристик. На практике встречаются и другие, отличные от этого принципа работы маслоуказатели.

Защита от проникновения влаги

Поскольку верхняя часть расширительного бака контактирует с атмосферой, то в ней устанавливают осушитель воздуха, препятствующий проникновению влаги внутрь масла и снижению его диэлектрических свойств.

Защита от внутренних повреждений

Важным элементом масляной системы является газовое реле. Его монтируют внутри трубопровода, соединяющего основной бак трансформатора с расширительным. За счет этого все газы, выделяемые при нагреве из масла и органической изоляции, проходят через емкость с чувствительным элементом газового реле.

Этот датчик отстроен от работы на очень маленькое, допустимое газообразование, но срабатывает при его увеличении в два этапа:

1. на выдачу светового/звукового предупредительного сигнала обслуживающему персоналу о возникновении неисправности при достижении уставки первой величины;

2. на отключение силовых автоматических выключателей со всех сторон трансформатора для снятия напряжения при бурном газообразовании, свидетельствующем о начале мощных процессов разложения масла и органической изоляции, начинающихся при коротких замыканиях внутри бака.

Дополнительная функция газового реле — контроль уровня масла в баке трансформатора. При снижении его до критической величины газовая защита может отработать в зависимости от настройки:

только на сигнал;

на отключение с выдачей сигнала.

Защита от аварийного повышения давления внутри бака

На крышке трансформатора так монтируется выхлопная труба, чтобы ее нижний конец сообщался с емкостью бака, а масло поступало внутрь до уровня в расширителе. Верхняя часть трубы возвышается над расширителем и отводится в сторону, немного загибается вниз. Ее конец герметично закрыт стеклянной предохранительной мембраной, которая разрушается при аварийном повышении давления из-за возникновения нерасчетного нагрева.

Другая конструкция подобной защиты основана на монтаже клапанных элементов, которые открываются при повышении давления и закрываются при его сбросе.

Еще один вид — сильфонная защита. Она основана на быстром сжатии сильфона при резком повышении газа. В результате сбивается защелка, удерживающая боек, который в нормальном положении находится под воздействием сжатой пружины. Освобожденный боек разбивает стеклянную мембрану и тем самым осуществляет сброс давления.

Электрическая схема силового трансформатора

Внутри корпуса бака размещаются:

остов с верхней и нижней балкой;

обмотки высокого и низкого напряжения;

регулировочные ответвления обмоток;

низковольтный и высоковольтный отводы

нижняя часть вводов высокого и низкого напряжения.

Остов вместе с балками служит для механического закрепления всех составных деталей.

Конструкция внутренних элементов Магнитопровод служит для снижения потерь магнитному потоку, проходящему через обмотки. Его изготавливают из сортов электротехнической стали шихтованным способом.

По обмоткам фаз трансформатора протекает ток нагрузки. Материалами для их изготовления выбирают металлы: медь или алюминий с круглым либо прямоугольным сечением. Для изоляции витков используют специальные сорта кабельной бумаги или хлопчатобумажную пряжу.

Концентрические намотанные обмотки выполняют в виде цилиндров, расположенных один в другом. Для стороны высокого напряжения (ВН) создается непрерывная или многослойная обмотка, а для низкого (НН) — винтовая и цилиндрическая.

Обмотку НН располагают ближе к стержню: так легче выполнить слой для ее изоляции. Затем на нее устанавливают специальный цилиндр, обеспечивающий изоляцию между сторонами высокого и низкого напряжения, а на него монтируют обмотку ВН.

Описанный способ монтажа показан на левой части нижерасположенной картинки с концентрическим размещением обмоток на стержне трансформатора.

С правой стороны картинки показан способ размещения чередующихся обмоток, разделяемых изоляционным слоем.

Для повышения электрической и механической прочности изоляции обмоток их поверхность пропитывают специальным сортом глифталевого лака.

Для подключения обмоток одной стороны напряжения между собой используют схемы:

При этом концы каждой обмотки маркируют буквами латинского алфавита, как показано в таблице.

Тип трансформатора	Сторона обмотки
	Низкого напряжения			Среднего напряжения			Высокого напряжения
	начало	конец	нейтраль	начало	конец	нейтраль	начало	конец	нейтраль
Однофазный	а	X	—	Ат	Хт	—	А	X	—
Две обмотки три фазы	a	Х		—	—	—	А	X
	b	Y					B	Y
	с	г					C	Z
Три обмотки три фазы	a	X		Ат	Хт		А	X
	b	Y			Y т		B	Y
	c	Z			Хт		C	Z

Выводы от обмоток подключают к соответствующим токоотводам, которые монтируются на шпильки проходных изоляторов, расположенных на крышке бака трансформатора.

Для осуществления возможности регулировки величины выходного напряжения на обмотках делают ответвления. Один из вариантов выполнения регулировочных ответвлений показан на схеме.

Систему регулирования напряжения создают с возможностью изменения номинальной величины в пределах ±5%. Для этого выполняют пять ступеней по 2,5% в каждой.

У мощных силовых трансформаторов регулирование обычно создают на обмотке высокого напряжения. Это упрощает конструкцию переключателя ответвлений и позволяет повышать точность выходных характеристик за счет большего числа витков на этой стороне.

Для многослойных цилиндрических обмоток регулировочные ответвления выполняют на внешнем стороне слоя у окончания обмотки и компонуют их симметрично на одинаковой высоте относительно ярма.

У отдельных конструкций трансформаторов ответвления делают в средней части. При использовании оборотной схемы одна половина обмотки выполняется с правой намоткой, а вторая — с левой.

Для коммутации ответвлений используют трехфазный переключатель.

У него есть система неподвижных контактов, которые подключены к ответвлениям обмоток, и подвижных, осуществляющих коммутацию схемы за счет создания различных электрических цепей с неподвижными контактами.

Если ответвления сделаны около нулевой точки, то одним переключателем управляют работой сразу всех трех фаз. Это можно делать потому, что между отдельными частями переключателя напряжение не превышает 10% линейной величины.

Когда ответвления выполнены в средней части обмотки, то для каждой фазы используется свой, индивидуальный переключатель.

Способы регулирования выходного напряжения

Существуют два типа переключателей, позволяющие изменять количество витков на каждой обмотке:

1. с отключением нагрузки;

2. под нагрузкой.

Первый способ требует больше времени на выполнение и не пользуется популярностью.

Переключения под нагрузкой обеспечивают более легкое управление электрическими сетями за счет беспрерывного электроснабжения подключенных потребителей. Но, для его выполнения необходимо иметь усложненную конструкцию переключателя, который наделяется дополнительными функциями:

осуществление переходов между ответвлениями без разрыва токов нагрузки за счет подключения двух соседних контактов на момент переключения;

ограничение тока короткого замыкания внутри обмотки между подключаемыми ответвлениями во время их одновременного включения.

Техническое решение этих вопросов заключается в создании переключающих устройств, работающих от дистанционного управления с применением токоограничивающих реакторов и резисторов.

На фотографии, показанной в начале статьи, у силового трансформатора используется автоматическое регулирование выходного напряжения под нагрузкой за счет создания конструкции АРН, сочетающей релейную схему управления электродвигателя с приводным механизмом и контакторами.

Принцип и режимы работы

В основу работы силового трансформатора заложены те же законы, что и у обычного:

Проходящий по входной обмотке электрический ток с изменяющейся по времени гармоникой колебаний наводит внутри магнитопровода меняющееся магнитное поле.

Изменяющийся магнитный поток, пронизывая витки второй обмотки, наводит в них ЭДС.

При эксплуатации и проверках силовой трансформатор может оказаться в рабочем или аварийном режиме.

Рабочий режим создается подключением источника напряжения к первичной обмотке, а нагрузки — ко вторичной. При этом величина тока в обмотках не должна превышать расчетных допустимых значений. В этом режиме силовой трансформатор должен длительно и надежно питать все подключенные к нему потребители.

Разновидностями рабочего режима являются опыт холостого хода и короткого замыкания, создаваемые для проверок электрических характеристик.

Холостой ход создается размыканием вторичной цепи для исключения протекания в ней тока. Он используется для определения:

потерь в стали на намагничивание сердечника.

Опыт короткого замыкания , создается шунтированием накоротко выводов вторичной обмотки, но с заниженным напряжением на входе в трансформатор до величины, способной создать вторичный номинальный ток без его превышения. Этот способ используют для определения потерь в меди.

К аварийным режимам трансформатора относятся любые нарушения его работы, приводящие к отклонению рабочих параметров за границы допустимых для них значений. Особенно опасным считается короткое замыкание внутри обмоток.

Аварийные режимы приводят к пожарам электрооборудования и развитию необратимых последствий. Они способны причинить огромный ущерб энергосистеме.

Поэтому для предотвращения подобных ситуаций все силовые трансформаторы снабжаются устройствами автоматики, защит и сигнализации, которые предназначены для поддержания нормальной работы первичной схемы и быстрого отключения ее со всех сторон при возникновении неисправностей.

назначение, устройство и принцип действия трансформатора

Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство предназначенное для преобразование переменного тока одного напряжения той же частоты подающегося на его входную обмотку, в другое переменное напряжение поступающиеся с его выходной обмотки.

Если на вход трансформатора поступает напряжение ниже, чем образующиеся на его выходе то такой трансформатор называют повышающим. Если на вход поступает напряжение выше чем образующие на его выходе, то это понижающий трансформатор.

Есть некая аналогия с передаточным числом шестереночной передачей.

Назначение и принцип действия трансформатора

Назначение и принцип действия трансформатора — это передача электрической энергии на значительные расстояния от электростанций к различным потребителям: промышленным предприятиям, населению и т.п, с помощью электродвижущей силы и магнитной индукции.

Трансформаторы позволяют значительно экономить на стоимости проводов, а также снижают потери электроэнергии в линиях электропередач. Так как от силы тока зависит сечение проводов то, увеличивая напряжение и снижая силу тока (не снижая при этом передаваемую мощность) можно эффективно предавать напряжение на значительные расстояния.

Повышая напряжение (U), и снижая силу тока (I), передаваемая мощность (Р) остается неизменна.
Формула мощности P = U * I или P = U2 / I

Это позволяет экономить на линиях электропередач:

Используя провода с меньшим поперечным сечение, снижается расход цветных металлов;
Уменьшаются потери мощности при передаче электроэнергии на большие расстояния.

На электростанциях вырабатывается электрическая энергия посредством синхронных генераторов и составляет от 11 кВ до 20кВ, в некоторых случаях может применяться напряжение 30-35 кВ. Эти величины не подходят как в быту, так и на промышленном производстве из-за слишком высокого напряжения. Но эти напряжения также недостаточны для экономичной передачи электроэнергии на расстояния. Поэтому на выходе из электростанций ставятся повышающие трансформаторы, которые повышают напряжение до 750 кВ, U=750kV напряжение которое непосредственно передается по линиям электропередач.

Приемники электрической энергии: различные бытовые приборы, электродвигатели, станки на производстве из-за соображения безопасности и конструктивными сложностями изготовления (требования к усиленной изоляции), также не могут работать с такими высокими напряжениями. Они рассчитываются на более низкое напряжения, как правило, это 220V в быту и 380V на производстве.

Для понижения напряжения используются различные понижающие трансформаторы. Любой трансформатор можно использовать как для повышения, так и для понижения напряжения.

Повышающие трансформаторы используют для передачи электроэнергии на большие расстояния, понижающие для распределения электроэнергии в точке разветвления потребителей.

Электрическая энергия по пути движения от электростанции до потребителя может трансформироваться 3 или 4 раза. Преобразование электроэнергии происходит с помощью магнитопровода трансформатора и переменного магнитного поля.

Трансформатор работает только с переменным напряжением, на постоянном токе не работает, так как не будет создаваться переменного магнитного поля, которое и составляет принцип работы любого трансформатора.

Изобретение трансформатора

Трансформатор изобрел выдающийся русский ученый П.И. Яблочковым в 1876г. Он использовал индукционную катушку с двумя обмотками для питания своей знаменитой лампы, «свечи Яблочкова». Это был первый генератор переменного тока. Этот трансформатор имел незамкнутый сердечник. Замкнутые сердечники, которые используются сейчас, появились только в 1884 г.

В 1889 году русский ученый М. О. Доливо-Добровольским изобрел трехфазную систему переменного тока и построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор.

С 1891г, он демонстрирует на электротехнической выставке в Франкфурте-на-Майне передачу высоковольтного трехфазного тока на расстояние более 100 км. Его трехфазный генератор имел мощность 230 кВА и напряжение U =95V. С помощью трехфазного трансформатора напряжение повышалось до 15 кВ и понижалось в точке приема до 65V (фазное напряжение), питая трехфазный асинхронный двигатель мощностью 75 кВт насосной установки. С помощью последовательного включения двух обмоток высокого напряжения удалось повысить 28 кВ и увеличить КПД электропередачи до 77%, что в то время было достаточно высоким.

Как устроен трансформатор

Простейший трансформатор – это две обмотки катушек, намотанные на магнитопроводе (замкнутом сердечнике трансформатора) с изоляцией по которым пропускают переменный ток.
Для наглядности обмотки расположены на разных стержнях стального сердечника. На самом деле часть обмоток может находится на одном стержне, а часть на другом. Такое расположение обмоток улучшает магнитную связь и снижает потери на магнитный поток рассеяния. Обмотка, на которую подают напряжение, называют первичной обмоткой, а обмотка трансформатора, с которой снимают напряжение, называют вторичной.

Обычно в быту для питания различных устройств, применяют понижающие трансформаторы, где напряжение первичной обмотки всегда больше напряжения на вторичной обмотке.
Трансформаторы предназначены не только для передачи электроэнергии, но и служат в различных электронных устройствах: компьютерах, телевизорах и осветительной аппаратуре. В современном мире трансформаторы являются наиболее употребительными и универсальными устройствами.

Видео: Трансформатор. Принцип работы и советы конструкторам

Видео доступным языком объясняет работу трансформатора и даёт некоторые конструктивные советы

Простое объяснение принципа работы трансформатора

Чтобы понять, что такое трансформатор, попробуем собрать его, попутно разбираясь в каждом шаге.

Для начала соберем электромагнит. Самый простейший электромагнит это кусок ферромагнетика, например гвоздь (сотка), вокруг которого намотана проволока. (катушка).

Намотайте катушку, скажем витков 20-30 на гвоздь, подключите к батарейке или любому блоку питания постоянного напряжения (например 9 вольт).

При подаче тока на катушку, гвоздь усиливает свое магнитное свойство и становится постоянным электромагнитом — полной копией простого магнита.

Количеством витков, их толщиной (сечением провода), напряжением и током, материалом сердечника, способом намотки (например в два провода) Вашей катушки — Вы можете регулировать степень магнитной силы Вашего электромагнита.

А подключением намотки Вы можете регулировать положение полюсов Вашего электромагнита. (это важно)

Поднесите к Вашему электромагниту простой магнит любым из полюсов. Вы увидите электромагнитное взаимодействие. Магнит будет отталкиваться Вашим электромагнитом.

Теперь поменяйте провода от Вашей батарейки местами, т. е. плюс на минус. При этом Вы заметите, что электромагнит поменял направление силы — теперь он наоборот притягивает.

Чем чаще Вы переключаете плюс на минус, тем чаще Ваш магнит будет менять направление силы. Иными словами электромагнит будет притягивать отталкивать с частотой питающей его сети.

Северный и южный полюса магнита будут меняться между собой, потому что ВЫ создали переменное напряжение с частотой Вашего переключения плюс на минус.

Теперь на гвозде намотайте вторую точно такую же катушку и Вы получите простейший трансформатор.

Первая катушка называется первичной обмоткой, а вторая катушка вторичной обмоткой.

Итак соберите такую конструкцию.

Гвоздь, на нем две одинаковые катушки.
Подключите первичную обмотку к блоку питания с возможностью менять направление тока.
Ко второй катушке подключите мультиметр.

Теперь включите блок питания и начинайте переключать полярность с некоторой частотой. На второй катушке у Вас начнет появляться напряжение, которое передается посредством того, что называют электромагнитной индукции. В итоге на Вашем гвозде у Вас работают два электромагнита, на первый вы подаете ток и напряжение, а на втором электромагните этот ток и напряжение индуктируются.

Виды трансформаторов

Силовой трансформатор

Этот виды трансформаторов относится к трансформаторам работающих в сетях промышленных и бытовых установках частотой питающей сети 50-60 Гц. Силовые трансформаторы предназначены для преобразование электрической энергии для передачи ее по ЛЭП например, с 38 кВ до 6кВ, 380V на 220V (380/220В). Электро цепи где используется высокое напряжение принято называть в электротехнике силовыми цепями, а трансформаторы соответственно силовые трансформаторы.

Конструкция силового трансформатора состоит из двух или трёх обмоток, возможно больше. Располагаются обмотки на броневом сердечнике, изготавливаемом из листов электротехнической стали. Некоторые силовые трансформаторы (с расщепленными обмотками) могут иметь несколько обмоток с низшего напряжения (НН) которые запитаны параллельно. Это позволяет получать напряжение больше чем от одного генератора и передавать больше электроэнергии, тем самым повышая КПД электроустановки.

Мощные силовые трансформаторы очень часто делают масляными, то есть его обмотки помещают в бак со специальным трансформаторным маслом. Трансформаторное масло служит для активного охлаждения и одновременной изоляции его обмоток.
Трансформаторы мощностью 400 кВА обладают большим весом и монтируются на специальных платформах или помещениях. Они поступают с завода в собранном состоянии, готовыми к подключению нагрузки на подстанциях или электростанциях. Основное исполнение силовых трансформаторов – это трехфазные трансформаторы. это связно с тем, что потери КПД однофазных трансформаторов на 15% больше.

Сетевые трансформаторы

Сетевые трансформаторы это самый распространенный вид трансформаторов, который можно встретить практически в любом бытовом электроприборе. Все сетевые трансформаторы, как правило, делают однофазными. Эти трансформаторы служат для преобразования высокого напряжение сети 220V до приемлемого напряжения, используемого в том или ином электроприборе. Понижающее напряжение может быть: 220/12V или 220/9V, 220/36V и т.д.

Многие изготавливают сетевые трансформатор не с одной, а с несколькими вторичными обмотками, что делает трансформатор более универсальным, часто используемый на разное напряжение одновременно.

Например, часть схемы запитана напряжение 12 Вольт, а другая 3 Вольта от одного трансформатора с несколькими обмотками.

Изготавливают сетевые трансформаторы чаще всего из электротехнической стали на Ш – образных или стержневых сердечниках. Встречаются тороидальные сердечники. Ш-образный сердечник набирается из пластин, на которые надевают каркас на который наматываются обмотки трансформатора.

Тороидальный трансформатор имеет преимущества из-за своего более компактного вида и обладают более лучшими характеристиками. Обмотки тороидального трансформатора полностью охватывают магнитопровод, нет пустого пространства незанятого обмоткой в отличие от стержневых или броневых трансформаторов.

Сварочные трансформаторы также можно отнести к сетевым, мощность которых не превышает 6 кВт. Все сетевые трансформаторы работают на низкой частоте равной 50-60 Гц.

Автотрансформатор

Автотрансформатор – это трансформатор где обмотки низшего напряжения являются частью обмотки высшего. Обмотки автотрансформатора имеют прямую электрическую связь, а не только посредством магнитопровода. Делая отводы от одной обмотки можно получить различное напряжение. Отличить обмотки низшего и высшего напряжение можно по различному сечению использованного для намотки провода.

Преимущество автотрансформатора – это меньшие размеры, меньше использованного провода, меньше сердечник, меньше затрачено стали на его изготовление в итоге меньшая цена автотрансформатора.

Главный недостаток трансформатора — это гальваническая связь обмоток низшего и высокого напряжения. Возможность попадания сети высшего напряжения в сеть низшего. Невозможность применение автотрансформаторов в сетях с заземлением.
Автотрансформаторы применяют в сетях трехфазного тока с соединением обмоток в чаще всего в звезду, реже в треугольник.

Автотрансформаторы часто применяют в устройствах управления напряжением, в высоковольтных установках, в промышленности для пуска мощных асинхронных электродвигателей переменного тока. Мощность автотрансформаторов может быть до 100 МВт.

Преимущество автотрансформаторов увеличивается с увеличением коэффициента трансформации близкими (К=1-2).

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Разновидностью автотрансформатора можно назвать лабораторный трансформатор (ЛАТР). Его основное назначение — это плавная регулировка напряжения, подающаяся к нагрузке, к любому потребителю электроэнергии. Конструкция автотрансформатора представляет собой тороидальный трансформатор у которого есть только одна обмотка, по которой бежит ползунок (угольный роликовый контакт) подключающий каждый виток не изолируемой обмотки (дорожки) автотрансформатора к схеме. Таким образом, создается регулирующий эффект.

При замыкании соседних витков роликовым ползунком в ЛАТР, не происходит межвитковых замыканий, так как токи питающей сети и нагрузки автотрансформатора в общей обмотке близки друг к другу и направлены встречно. Самые распространенные ЛАТРы регулируют напряжение от 0 до 250V. Трехфазные регулируют от 0/450 вольт. Автотрансформаторы ЛАТРы часто используют в научно исследовательских лабораториях для пусконаладочных работ различного назначения.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока служит в основном в измерительной технике. Первичную обмотку такого трансформатора подключают к источнику тока, вторичная обмотка используется для различных измерительных приборов при небольшом внутреннем сопротивлении (R вн).
Первичная обмотка – это, как правило, всего виток провода включенного последовательно с измеряемой цепью переменного тока. Ток первичной обмотки прямо пропорционален току вторичной, в чем и достигается измерение величины силы тока (А).

Главная особенность трансформаторов тока состоит в том, что вторичная обмотка должна быть всегда нагружена, иначе происходит пробой изоляции высоким напряжением, также при отключенной нагрузке магнитопровод трансформатора тока просто сгорает от некомпенсированных наведенных токов.

Конструктивно трансформатор тока это одна или несколько изолированных обмоток намотанных на шихтованную холоднокатаную электротехническую сталь называемую сердечником. Первичная обмотка может быть просто провод, который пропущенный через окно магнитопровода трансформатора тока который измеряет силу тока проходящий через этот провод или шину. Коэффициент трансформации здесь 100/5, безопасны, так как отсутствует гальваническая связь между обмотками.

Применение трансформаторов тока: измерения силы тока в схемах релейной защиты, в измерительной аппаратуре. Выпускают с 1-2 группами вторичных обмоток. Одна группа может, подсоединяется к защитным устройствам, другая к измерительным приборам и счетчикам.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения – это трансформаторы, преобразующие высокие напряжения пропорционально и точно в соответствии с фазами в величины, пригодные для измерения. Трансформаторы среднего напряжения имеют единственный магнитопровод и могут быть выполнены с одной или несколькими вторичными обмотками. Заземляемые трансформаторы напряжения по желанию помимо измерительной или защитной обмотки могут быть выполнены с дополнительной обмоткой для регистрации замыкания на землю.

Импульсный трансформатор тока

Применяются для измерения направления или силы тока в импульсных схемах. Импульсный трансформатор состоит из кольцевого ферритового сердечника с одной обмоткой. Измеряемый провод проходит сквозь кольцо, обмотку подключают к сопротивлению нагрузки (Rн).
Если обмотка содержит 1000 витков провода, то ток, проходящий через измеряемый провод будет равен 1000\1, то есть на сопротивлении нагрузки будет ток, который в 1000 раз меньше тока проходящего через измеряемый провод.

Производители трансформаторов тока изготовляют импульсные трансформаторы тока с различным коэффициентом трансформации. Инженеру проектировщику нужно лишь рассчитать сопротивление нагрузки и соответствующую схему измерения.
Если нужно измерить направление тока, то вместо сопротивления нагрузки подключают два стабилитрона с встречным включением.

Импульсный трансформатор

Распространен во всех современных электронных схемах. Импульсный трансформатор предназначен для сварочных устройств, блоков питания, импульсных преобразователей. Заменили в настоящее время низкочастотные трансформаторы с сердечниками из шихтованной стали, которые имели больше габариты и вес.
Состоит из ферритового магнитопровода различной формы: кольцо, чашечка, стержень, Ш — образный, П – образный. Ферритовый сердечник импульсных трансформаторов дает им несравненное преимущество перед старыми трансформаторами из стали в том, что они могут работать на частотах до и свыше 500 000 гц.

Импульсный трансформатор – это ВЧ (высокочастотный) трансформатор габариты и вес, которого с ростом частоты становиться только меньше!
Обмотка требует меньшего количества витков, а для регистрации высокочастотного тока достаточно полевого или биполярных транзисторов включенных по специальной схеме:

Прямоходовая;
Двухтактная;
Полумостовая;
Мостовая схема

Применяют импульсные трансформаторы и дроссели на феррите в энергосберегающих лампах, зарядных для мобильных устройств, в мощных инверторах тока, сварочных аппаратах.

Трансформатор Тесла

Трансформатор Николы Теслы — это аппарат, с помощью которого получают токи высокой частоты. Реализовывается при помощи первичной и вторичной обмотки, но первичная обмотка получает питание на частоте резонанса вторичной обмотки, при этом напряжение на выходе возрастает в десятки раз.

По мнению специалистов, Тесла изобретал трансформатор для решения глобального вопроса передачи электрической энергии из одного пункта в другой без применения проводов. Для того чтобы получилась задуманная изобретателем передача энергии при помощи эфира, необходимо на двух удаленных точках иметь по одному мощному трансформатору, которые работали бы на одной частоте в резонансе. сли проект реализовать, тогда не понадобятся гидроэлектростанции, мощные ЛЭП, наличие кабельных линий, что, конечно, противоречит монопольному владению электрической энергией разными компаниями.

С проектом Николы Теслы каждый гражданин общества мог бесплатно воспользоваться электричеством в нужный момент в любом месте, где бы он ни находился.

С точки зрения бизнеса эта система нерентабельна, так как она не окупится, ведь электричество становится бесплатным, именно по этой причине патент №645576 до сих пор ожидает своих инвесторов.

Видео: Принцип работы трансформатора

Основы — как работает трансформатор, первичная и вторичная обмотка, каким образом понижается или повышается напряжение у трансформатора за счет магнитного поля, для чего нужен магнитопровод и что такое взаимоиндуктивность — обо всем этом смотрите в видео!

Поделиться ссылкой:

Кликните на звездочку чтобы выставить рейтинг страницы

Магнитные Трансформаторы — Вторичные обмотки

[c.58]

[c.53]

Напряжение переменного тока с двух фаз статора через зажимы 1 я 2 поступает на трансформатор Т. Вторичная обмотка этого трансформатора питает обмотку возбуждения генератора через дроссель насыщения ДН (обмотки переменного тока Пх и Яг), выпрямитель СВ, зажим Ш, зажим М и массу. На среднем стержне дросселя насыщения ДП имеется управляющая обмотка ОУ постоянного тока. Как известно из курса электротехники, путем изменения величины тока управления, проходящего через обмотку ОУ, можно изменять магнитное насыщение крайних стержней дросселя ДП, а следовательно, изменять величину индуктивного сопротивления обмоток Пх и Пг. В результате этого изменится величина тока возбуждения генератора. Следовательно, уменьшая или увеличивая ток управления в обмотке ОУ можно уменьшать или увеличивать ток возбуждения генератора. [c.113]

Изменение вторичного напряжения производится плавно с помощью механического коммутатора увеличением или уменьшением магнитной коммутации во вторичной обмотке Изменение вторичного напряжения производится с помощью вольтодобавочных трансформаторов, переключение под нагрузкой контакторами [c.30]

От синхронного возбудителя к первичной обмотке подводится переменное напряжение. Ток, протекающий в этой обмотке, создает магнитный поток, направленный по стали замкнутого магнитного сердечника. Во вторичных обмотках от потока индуктируется переменное напряжение, величина которого зависит от числа витков первичной и вторичной обмоток. От выводов вторичных обмоток питание распределяется к трансформаторам ТПТ и ТПН и блоку управления возбуждением (БУВ). Электрические схемы трансформаторов ТР-20 приведены на рис. 143. [c.227]

Сварочные трансформаторы, как правило, имеют падающую внешнюю характеристику, их используют для дуговой ручной сварки и автоматической сварки под флюсом. Широко применяют трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием и подвижной вторичной обмоткой (типов тс и ТД). В этих трансформаторах (рис. 5.5, о) первичная I и вторичная 2 обмотки раздвинуты относительно друг друга, что обусловливает их повышенное индуктивное сопротивление вследствие появления магнитных потоков рассеяния. [c.188]

[c.59]

Более высокие показатели имеют нагреватели трансформаторного типа. На магнитной системе трехфазного трансформатора с цилиндрическими первичными обмотками монтируются вторичные обмотки в виде змеевиков (по которым пропускается нагреваемая жидкость или газ), электрически замкнутых накоротко, желательно из немагнитного материала с высоким удельным сопротивлением (аустенитная сталь). Расчет установки проводится, как для обычного трансформатора с активной нагрузкой. Эти нагреватели более сложны в изготовлении, зато обеспечивают высокие КПД, коэффициент мощности (свыще 0,9) и большие удельные мощности, ограниченные лишь условиями теплоотвода от первичной и вторичной обмоток и насыщением магнитной системы. Мощность нагревателей составляет десятки и сотни киловатт. Благодаря высокому коэффициенту мощности они включаются в сеть без компенсации реактивной мощности. [c.225]

Энергия термоядерных реакций в плазме из ядер дейтерия и трития в основном передается быстрым нейтронам. Для преобразования этой энергии в тепловую плазменное кольцо нужно окружить специальной оболочкой толщиной около метра — бланкетом. В бланкете нейтроны будут замедляться и отдавать энергию теплоносителю. Исследования процессов, протекающих при слиянии тяжелых ядер водорода, ведутся на различных установках. Наибольшие результаты в решении этой проблемы достигнуты на советской установке Токамак. Эту установку можно сравнить с трансформатором, у которого вторичная обмотка выполнена в виде замкнутого (полого) кольца — тора. Заполнение кольцевой камеры дейтерием осуществляется при глубоком вакууме. При пропускании тока по первичной обмотке в камере происходит пробой в газе, газ ионизируется и протекающий по нему ток нагревает его до высокой температуры. Возникающее магнитное поле удерживает плазму от соприкосновения ее со стенками, предохраняя последние от разрушения под воздействием высокой температуры. Для стабилизации плазмы создается дополнительное магнитное поле, образуемое катушками, расположенными вдоль тора. [c.194]

Наибольшие результаты в решении этой проблемы достигнуты на советской установке Токамак. Эту установку можно сравнить с трансформатором, у которого вторичная обмотка выполнена в виде замкнутого (полого) кольца — тора. Заполнение кольцевой камеры тяжелыми ядрами водорода — дейтерием осуществляется при глубоком вакууме. При пропускании тока по первичной обмотке в камере происходит пробой в газе, газ ионизируется и нагревается до высокой температуры. В этом процессе много научных и технических сложностей. Одной из них является проблема создания устройств, способных выдерживать температуру до многих миллионов градусов. В Токамаке магнитное поле удерживает плазму от соприкосновения со стен- [c.176]

Измерительная схема включает в себя два германиевых диода типа Д2Г, переменные сопротивления Re, — для грубой установки нуля и — Для точной установки нуля, а также резонансную катушку La, которая является измерительным датчиком. Напряжение высокой частоты снимается со вторичной обмотки трансформатора. Разность токов при измерении покрытия отмечается индикатором Я, по показанию которого отсчитывается соответствующая толщина покрытия. В качестве индикатора использован микроамперметр на 300 мт, зашунтированный диодом типа ДГЦ-24. Переключатель /7 служит для переключения полярности индикатора при измерении покрытий, имеющих магнитную проницаемость [i[c.63]

Для создания падающей характеристики трансформатор выполняется с повышенным магнитным рассеиванием. С этой целью обмотки высокого и низкого напряжений располагаются на разных стержнях магнитной системы трансформатора. Трансформаторы рассчитаны на первичное напряжение 380 в. Изменение вторичного напряжения осуществляется секционированием вторичной обмотки. [c.345]

Алюминиевый стакан, являясь проводником, представляет в данном случае вторичную обмотку короткозамкнутого трансформатора. Первичной обмоткой служит основная катушка реле НР. Магнитные линии, создаваемые катушкой, пересекают алюминиевый стакан. [c.56]

[c.75]

Трансформаторы с подвижными обмотками чаще других применяются для ручной дуговой сварки. Кроме них применяют трансформаторы, в которых поток рассеяния (и сварочный ток) изменяют поворотом магнитного шунта — среднего подвижного звена сердечника (трансформаторы типа СТШ), а также малогабаритные трансформаторы типов ТДП, ТСП, АДЗ, в которых регулирование тока производят с помощью переключения секций вторичной обмотки или с помощью дополнительных обмоток. [c.97]

Трансформаторы н автотрансформаторы. Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Различают двух-, трех- и многообмоточные трансформаторы, имеющие соответственно две, три и более гальванически не связанные обмотки. Передача энергии из первичной цепи трансформатора во вторичную происходит посредством магнитного поля. [c.598]

Т — трансформатор L — дроссель 1 — первичная обмотка 2 — вторичная обмотка 3 — обмотка дросселя 4 — магнитопровод 5 — воздушный зазор 6 — подвижный магнитный пакет 7 — привод [c.119]

НОЙ цепи (рис. 5.5). Дроссель имеет магнитопровод 4, обмотку J и подвижный магнитный пакет 6. Обмотка дросселя включается последовательно в цепь вторичной обмотки 2 трансформатора. Магнитный пакет может перемещаться с помощью привода 7, что вызывает изменение индуктивного сопротивления обмотки и, следовательно, тока. [c.119]

Плавное регулирование сварочного тока в трансформаторе с дросселем осуществляется изменением индуктивного сопротивления последнего за счет изменения воздушного зазора в его магнитной цепи. Иногда применяется дополнительное ступенчатое витковое регулирование первичной или вторичной обмотки трансформатора. Индуктивное сопротивление дросселя можно регулировать не только механическим, но и электрическим путем. Этот принцип реализован в конструкции трансформатора с дросселем насыщения. Он имеет броневой магнитопровод, обмотку управления, подключенную к вспомогательному источнику постоянного тока, и две последовательно соединенные рабочие обмотки в цепи дуги переменного тока. Принцип действия трансформатора основан на взаимодействии магнитных потоков обмотки управления и рабочих обмоток. [c.119]

Трансформаторы амплитудного регулирования с увеличенным магнитным рассеянием имеют падающую ВВАХ. Конструктивная схема трансформатора со стержневым магнитопроводом 3, первичной 1 и вторичной 2 цилиндрическими обмотками, каждая из которых разбита на две катушки, приведена на рис. 5.6. Подвижная обмотка (обычно вторичная) перемещается винтовым приводом 4. Основной магнитный поток трансформатора Ф,. замыкается по магнитопроводу, а потоки рассеяния Ф]р и Фзр — по воздуху в пространстве между первичной и вторичной обмотками. Падающая ВВАХ трансформатора с подвижной обмоткой обусловлена увеличенным магнитным рассеянием, вызванным размещением [c.119]

По достижении определенного напряжения на вторичной обмотке трансформатора происходит пробой искрой воздушного промежутка разрядника. Конденсатор Q разряжается на катушку индуктивности Lf., являющуюся первичной обмоткой высокочастотного трансформатора Т2. Последний осуществляет магнитную связь осциллятора со сварочным контуром L , который содержит источник питания ИП. В колебательном контуре возникает знакопеременный, затухающий по амплитуде колебательный процесс. [c.143]

В трансформаторах с увеличенным магнитным рассеянием (рис. 18.8) первичная Ж, и вторичная обмотки разнесены по высоте магнитопровода /. При прохождении тока по обмоткам возникают магнитные потоки. Основная часть магнитных потоков Ф, создаваемых намагничивающей силой первичной и вторичной обмоток, замыкается по стержню магнитопровода. Другая часть магнитных потоков замыкается по воздуху, создавая потоки рассеяния Фр, и Фрз- Потоки рассеяния наводят в трансформаторе реактивную электродвижущую силу, которая и определяет его индуктивное сопротивление. В результате трансформатор имеет падающую характеристику [c.381]

В трансформаторах с нормальным магнитным рассеянием (рис. 18.9) первичная и вторичная обмотки располагаются на магнитопро-Боде в одной плоскости. Благодаря такому размещению магнитные потоки рассеяния минимальны. Индуктивное сопротивление трансформатора незначительно. Для получения падающей характеристики в цепь дуги последовательно с вторичной обмоткой включают дополнительную реактивную катушку с регулируемым индуктивным сопротивлением Жр. [c.382]

Работа контактно-дроссельного регулятора напряжения. При неработающем генераторе контакты ограничителя тока ОТ и регулятора напряжения PH замкнуты. При вращении ротора магнитный поток остаточного магнетизма сердечников индуктирует в обмотке статора э.д.с., переменную по величине и напрарлению. Индуктируемая э.д.с. создает ток в первичной обмотке / трансформатора. Напряжение вторичной обмотки // через обмотку переменного тока ОПТ дросселя подводится к зажимам вьшрямителя тока цепи возбуждения генератора. [c.114]

[c.116]

Принципиальная электрическая схема синхронизированного контактора приведена на фиг. 9. При замыкании кнопки В в основной катушке КК контактора К возбуждается магнитный поток, включающий в сеть первичную обмотку сварочного трансформатора Трсв- Одновременно включается первичная обмотка вспомогательного трансформатора Тр , вторичная обмотка которого присоединена к короткозамкнутому витку КВ. Ток катушки контактора и ток короткозамкнутого витка / , а также возбуждаемые им магнитные потоки не совпадают по фа.зе. [c.328]

Трансформатор выпрямителя состоит из трехстержневого магнитопровода и двух обмоток. Пербичн я и вторичная обмотки состоят из трех катушек каждая, соединяемых в звезду или в треугольник . Однопостовые выпрямители с падающими внешними характеристиками для ручной сварки типов ВСС, ВКС, ВД имеют трехфазный трансс рматор с подвижной обмоткой (с увеличенным магнитным рассеянием). Катушки вторичной обмотки неподвижно закреплены у верхнего ярма магнитопровода, катушки первичной обмотки при помощи винта перемещаются вдоль магнитопровода. Использование такого трансформатора обеспечивает падающую внешнюю характеристику и дает возможность плавно регулировать сварочный ток. [c.56]

При работе трансформатора основной магнитный поток Фо, создаваемый первичной и вторичной обмотками, замыкается через магннтопровод 3. Часть магнитного потока ответвляется и замыкается вокруг обмоток через воздушное пространство, образуя потоки рассеяния и s2- Потоки рассеяния индуктируют в обмотках электродвижущую силу, противоположную основному напряжению. С увеличением сварочного тока увеличиваются потоки рассеяния и, следовательно, возрастает индуктивное сопротивление вторичной обмотки, что и создает внешнюю падающую характеристику трансформатора. [c.189]

На средней частоте используются трансформаторы с замкнутой магнитной цепью броневого типа. Особенностью трансформаторов является высокая концентрация электромагнитной энергии и малые габариты, что позволяет встраивать их в закалочные станки и технологические линии. В некоторых многопозиционных станках, например в станках для закалки коленчатых валов, требование малых размеров трансформаторов является одним из основных. Трансформаторы универсальных закалочных установок и регулировочные автотрансформаторы кузнечных нагревателей должны иметь переменный коэффициент трансформации. Закалочные трансформаторы работают на нагрузку с коэффициентом мощности 0,2—0,4, часто в повторнократковременном режиме. Все трансформаторы имеют водяное охлаждение обмоток и магнитной цепи. Имеются три основные конструкции трансформаторов. Трансформаторы с цилиндрическими обмотками (ВТО-500, ВТО-1000) имеют одновитковую вторичную обмотку и помещенную внутрь нее много-витковую первичную. Магнитная система охлаждается радиаторными листами с припаяины.мп к ним трубками охлаждения. Трансформаторы просты II экономичны, но для изменения коэффициента трансформации ( гр) требуют смены перпичной обмотки. Серийно такие трансформаторы не выпускаются, но изготавливаются многими заводами для своих потребностей. Мощность трансформаторов 500 и 1000 кВ-А, частота 2,5 и 8 кГц. Трансформатор ТВД-3 имеет дисковые первичные и вторичные обмотки, что обеспечивает хорошее использование меди. Трансформатор имеет 44 ступени трансформации за счет переключения первичных и вторичных витков. Мощность 2000 кВ-Л, частота 2,5—8 кГц [41]. [c.170]

Сварочные трансформаторы — это понижающие трансформаторы (вторичное напряжение U. = 60 ч- 80 В), падающая характеристика которых создается за счет повышенного магнитного рассеяния или включения в сварочную цепь индуктивного сопротивления (дросселя). Электрическая схема сварочного трансформатора с повышенным магнитным рассеянием представлена на рис. 2.10, а. Катушки первичной / и вторичной 2 обмоток расположены попарно на обоих стержнях сердечника трансформатора 3. Первичная обмотка неподвижна и закреплена в нижней части сердечника, вторичная перемещается по нему с помощью винтового механизма. При прохождении тока по обмоткам возникают магнитные потоки основной Фт, создаваемый намагничивающей силой обмоток 1 и 2, и потоки рассеяния этих же обмоток Фр1 и Фр , дающие суммарный ноток Фр, который наводит в трансформаторе реактивную ЭДС, определяющую его индуктивное сопротивление XПри рабочей нагрузке трансформатора его ЭДС уравновешивается падением напряжения дуги U, и реактивной ЭДС Ер, а при коротком замыкании — t/д /кяХ следовательно, такой ИП имеет падающую характеристику. Сварочный ток регулируется изменением расстояния между обмотками / и 2 (при его увеличении поток Ф растет, а сварочный ток уменьшается). [c.53]

Электрическая часть прибора состоит из преобразователя с алмазной иглой I, электронного блока 5 с показывающим 6 и записывающим 7 приборами. Магнитная система преобразователя состоит из сдвоенного Ш-образного сердечника 9 с двумя катушками 2. Катушки преобразователя и две половины первичной обмотки дифференциального трансформатора 4 образуют балансный мост, питание которого осуществляется от генератора звуковой частоты 3. При перемещении преобразователя относительно контролируемой поверхности (осуществляемого с помощью привода, состоящего из электродвигателя и коробки передач) алмазная игла, ощупывая неровности контролируемой поверхности, совёршает колебания и приводит в колебательное движение якорь 10. Колебание якоря (относительно неподвижной призмы 8) меняет воздушные зазоры между якорем и сердечником, вследствие чего изменяется индуктивность катушек 2, нарушается равновесие моста и во вторичной обмотке [c.125]

В трансформаторной схеме (переменная взаимоиндукция), не требующей дополнительного усиления, обмотки на крайних сердечниках датчика соединены последовательно навстречу так, что магнитные потоки, возбуждаемые ими в среднем сердечнике, несущем обмотку. вычитаются. При перемещении среднего сердечника относительно соединённых между собой крайних изменяются зазоры ма-гнитопровода, в результате чего меняется ток в средней обмотке. В тензометре Рудашевского (фиг. 165,2) [19] первичная обмотка датчика через трансформатор Тр питается током7000 щ от лампового генератора. Вторичные обмотки, соединённые последовательно (индуцируемые в них токи вычитаются), питают выпрямительный мост ВМ1, собранный по схеме Г реца. Мост ВМ2 позволяет установить знак деформации. Выходы выпрямительных мостов питают стрелочный гальванометр или шлейф осциллографа. [c.230]

Магнитная схема датчика (фиг. 58) состоит из сдвоенного П-образного сердечника 1 с двумя катушками 2. Катушки датчика и две половины первичной обмотки дифференциального трансформатора 3 образуют мост. Питание моста осуществляется от звукового генератора 4. Магнитная цепь сердечника 1 замыкается якорем 5, который может совершать колебательное движение на призме 6. С якорем 5 жестко связана игла 7, ощупывающая измеряемую поверхность. В нейтральном положении якоря, при равенстве воздушных зазоров обеих магнитных систем, напряжение на вторичной обмотке трансформатора 3 равно нулю. При отклонении якоря от нейтрали на вторичной обмотке трансформатора появ- [c.153]

[c.177]

Для ЭМО деталей вращения в условиях мелкосерийного и ремонтного производства может быть использована установка типа УЭМО-1 (рис. 59). Установка состоит из понижающего трансформатора, токарного станка с электроконтактным устройством к патрону, а также из зажимаемой в суппорте станка пружинной державки. Напряжение от сети 380 В подается через пакетный выключатель на выходные контакты магнитного пускателя МП, управляемого переносной кнопочной станцией КС, располагаемой на рабочем месте. Катущка К магнитного пускателя питается через небольшой понижающий трансформатор Т2, подающий напряжение 36 В. При включении магнитного пускателя напряжение подается на вилку штепсельного переключателя, позволяющего исключить то или иное число витков первичной обмотки трансформатора Т1. Второй конец вторичной обмотки соединен с пружинной державкой 2, укрепляемой изолированно в резцедержателе станка Пу—П2—Лз— 4— 5 — соответственно числа витков первичной обмотки трансформатора. Трансформатор обеспечивает напряжение во вторичной цепи в 2….6 В п и ступенчатом регулировании силы тока. [c.78]

Однообмоточный трансформатор (автотрансформатор) может быть понижающим, если вторичная обмотка является частью первичной, и повышающим, если первичная обмотка является частью вторичной (рис. 6.32). Обмотки имеют не только магнитную связь между собой, но и электрическую. Имеются однообмоточные трансформаторы с регулируемым вторичным напряжением. [c.318]

Сварочные трансформаторы преобразуют сетевое напряжение (220 или 380 В) в пониженное (меньше 140 В), необходимое для сварки. Особенность конструкции сварочных трансформаторов заключается в том, что они имеют повышенное рассеяние магнитного потока. Это обусловливает их высокое индуктивное сопротивление, что обеспечивает крутопадаюшую внешнюю характеристику тока в сварочной сети. Предусмотрено регулирование степени магнитного рассеяния путем введения внутрь магнитного сердечника трансформатора дополнительного шунта или изменения расстояния между первич-.ной и вторичной обмотками. Таким образом изменяют крутизну внешней характеристики и, соответственно, величину сварочного тока при относительно постоянном напряжении на дуге. [c.225]

На рис. 24.7 приведена гфин-ципиальная схема конденсаторной точечной сварки. Схемы шовной и стыковой сварок не приводятся, так как они отличаются только рабочим инструментом. От сварочного трансформатора Т через выпрямитель В заряжается батарея конденсаторов С, при этом переключатель П замыкается на контакт К[, а после зарядки конденсаторов — на контакт К . В результате этого гфоисходит разрядка конденсаторной батареи на первичную обмотку сварочного понижающего трансформатора Тг. Магнитное поле, возникающее вокруг этой обмотки, пересекает витки вторичной обмотки и наводит в ней ЭДС в сварочной цепи протекает ток в течение времени, соответ ствующего времени разрядки. Количество энергии накопленной конденсатором, зависит от его емкости С и напряжения V [c.482]

Трансформаторы типов ТДФ-1001 УЗ и ТДФ-1601 УЗ с под-магничиваемым шунтом предназначены для механизированной сварки под флюсом. Трансформатор ТДФ-1001 УЗ (рис. 5.8) имеет стержневой магнитопровод J и неподвижный магнитный шунт 4 также стержневого типа. Магнитная проводимость шунта регулируется с помощью обмотки управления 5, питаемой постоянным током. Первичная обмотка 7, состоящая из двух параллельно соединенных катушек, закреплена у верхнего ярма. Вторичная обмотка состоит из трех частей, по две параллельно соединенные катушки в каждой катушки 2а расположены рядом с первичной обмоткой, а катушки 26 и 2в отделены от нее магнитным шунтом. Падающая ВВАХ у трансформатора с подмагничиваемым шунтом обусловлена увеличенным магнитным рассеянием вследствие размещения первичной и вторичной обмоток (или части последней) на значительном расстоянии друг от друга и наличия магнитного шунта. Основной способ регулирования режима работы трансформатора заключается в изменении индуктивного сопротивления магнитного шунта. [c.121]

ТРАНСФОРМАТОРЫ

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатор изменяет электрическую энергию заданного напряжения в электрическую энергию на другом уровне напряжения. Он состоит из двух катушки, которые электрически не связаны, но которые расположены в таких способ, которым магнитное поле, окружающее одну катушку, прорезает другую катушка. Когда на одну катушку подается переменное напряжение, изменяющееся магнитное поле вокруг этой катушки создает переменное напряжение в другой катушке за счет взаимной индукции.Трансформатор также можно использовать с пульсирующий постоянный ток, но нельзя использовать чистое постоянное напряжение, так как напряжение создает переменное магнитное поле, которое является основой взаимного индукционный процесс.

Трансформатор состоит из трех основных частей, как показано на рисунке 8-197. Это железный сердечник, который обеспечивает цепь с низким сопротивлением для магнитного поля. силовые линии, первичная обмотка, которая получает электрическую энергию от источника приложенного напряжения и вторичной обмотки, которая получает электрическая энергия за счет индукции от первичной катушки.

Первичная и вторичная обмотки этого трансформатора с закрытым сердечником на замкнутом сердечнике для получения максимального индуктивного эффекта между двумя катушками.

Существует два класса трансформаторов: (1) Используемые трансформаторы напряжения. для повышения или понижения напряжения и (2) трансформаторы тока используется в схемах приборов.

В трансформаторах напряжения первичные обмотки соединены параллельно через напряжение питания, как показано в A на рисунке 8-198.Первичные обмотки трансформаторов тока соединены последовательно в первичной цепи (B на рисунке 8-198). Из двух типов напряжение трансформатор является более распространенным.

Существует много типов трансформаторов напряжения. Большинство из них либо повышающие или понижающие трансформаторы. Фактор, определяющий, трансформатор — это повышающий или понижающий тип — это коэффициент «витков». В Коэффициент витков — это отношение количества витков в первичной обмотке. к количеству витков вторичной обмотки.Например, повороты передаточное отношение понижающего трансформатора, показанного на А рисунка 8-199 — это 5 к 1, так как в первичной обмотке в пять раз больше витков. как во вторичном. Повышающий трансформатор, показанный на рисунке B 8-199 имеет передаточное число от 1 до 4.

Отношение входного напряжения трансформатора к выходному напряжению равно то же, что и коэффициент трансформации, если трансформатор эффективен на 100 процентов. Таким образом, когда на первичную обмотку трансформатора подается 10 вольт, в A на рисунке 8-199 индуцируются два вольта в вторичный.Если на первичную обмотку трансформатора подано 10 вольт в B на рисунке 8-199 выходное напряжение на клеммах вторичной обмотки. будет 40 вольт.

Невозможно построить трансформатор со 100-процентным КПД, хотя Трансформаторы с железным сердечником могут приблизиться к этой цифре. Это потому, что все магнитные силовые линии, установленные в первичной обмотке, не пересекают витки вторичной обмотки. Определенное количество магнитного потока, называемое утечкой. магнитный поток выходит из магнитной цепи.Мера того, насколько хорошо флюс первичной обмотки, соединенной с вторичной, называется «коэффициент муфты ». Например, если предполагается, что первичная обмотка трансформатора развивает 10 000 силовых линий и только 9 000 пересекает второстепенные, коэффициент связи будет 0,9 или, другими словами, трансформатор будет на 90 процентов эффективнее.

Когда напряжение переменного тока подается на первичные выводы трансформатора, будет течь переменный ток и самовосстанавливать напряжение в первичной обмотке. катушка, которая находится напротив и почти равна приложенному напряжению.Разница между этими двумя напряжениями позволяет току в первичной обмотке намагнитите его ядро. Это называется возбуждающим или намагничивающим током. Магнитное поле, вызванное этим возбуждающим током, проходит через вторичную обмотку. катушка и индуцирует напряжение за счет взаимной индукции. Если нагрузка подключена через вторичную обмотку ток нагрузки протекает через вторичную обмотку. катушка будет создавать магнитное поле, которое будет стремиться нейтрализовать магнитное поле. поле, создаваемое первичным током.Это уменьшит самоиндуцированное (противодействие) напряжение в первичной катушке и допускает больший первичный ток течь. Первичный ток увеличивается по мере увеличения вторичного тока нагрузки, и уменьшается по мере уменьшения тока вторичной нагрузки. Когда вторичный снимается нагрузка, первичный ток снова снижается до малого возбуждающего тока, достаточного только для намагничивания железного сердечника трансформатора.

Если трансформатор увеличивает напряжение, он понижает ток в таком же соотношении.Это должно быть очевидно, если принять во внимание формулу мощности, для мощности (I x E) выходной (вторичной) электрической энергии такая же, как входная (первичная) мощность за вычетом потерь энергии при преобразовании процесс. Таким образом, если в сети используются 10 вольт и 4 ампера (мощность 40 ватт). в первую очередь для создания магнитного поля, будет развиваться мощность 40 Вт. во вторичном (без учета потерь). Если у трансформатора есть ступенька 4: 1, напряжение на вторичной обмотке будет 40 вольт и ток будет 1 ампер.Напряжение в 4 раза больше, а ток составляет одну четвертую от значения первичной цепи, но мощность (значение I x E) составляет одинаковый.

Когда известны коэффициент трансформации и входное напряжение, выходное напряжение можно определить следующим образом:

Где E — напряжение первичной обмотки, E2 — выходное напряжение первичной обмотки. вторичный, а N1 и N2 — количество витков первичной и вторичной обмоток, соответственно.

Транспонирование уравнения для определения выходного напряжения дает:

Чаще всего используются следующие типы трансформаторов напряжения:

(1) Силовые трансформаторы используются для повышения или понижения напряжения и ток во многих типах блоков питания.Они варьируются по размеру от маленьких силовой трансформатор, показанный на рисунке 8-200, используемый в радиоприемнике для большие трансформаторы, используемые для понижения напряжения высоковольтной линии до 110 — Уровень 120 вольт, используемый в домах.

На рисунке 8-201 схематический символ трансформатора с железным сердечником. Показано. В этом случае вторичная обмотка состоит из трех отдельных обмоток. Каждая обмотка питает разные цепи с определенным напряжением, которое экономит вес, место и стоимость трех отдельных трансформаторов.Каждый вторичный имеет соединение средней точки, называемое «центральным отводом», которое обеспечивает выбор половины напряжения по всей обмотке. Ведет от различные обмотки имеют цветовую маркировку производителя, как указано на рисунок 8-201. Это стандартный цветовой код, но другие коды или числа может быть использовано.

(2) Звуковые трансформаторы напоминают силовые трансформаторы. У них только один вторичные и предназначены для работы в диапазоне звуковых частот (От 20 до 20 000 с / с).

(3) ВЧ трансформаторы предназначены для работы в оборудовании, которое функционирует в радиодиапазоне частот. Обозначение ВЧ трансформатора: то же, что и для дроссельной катушки RF. Он имеет воздушный сердечник, как показано на рисунке. 8-202.

(4) Автотрансформаторы обычно используются в силовых цепях; однако они может быть разработан для других целей. Два разных символа для автотрансформаторов используемые в силовых или звуковых цепях, показаны на рисунке 8-203.Если используется в Радиочастотная связь или навигационная схема (B на рисунке 8-203), это то же самое, за исключением того, что здесь нет символа железного сердечника. Автотрансформатор использует часть обмотки в качестве первичной; и, в зависимости от от того, идет ли он вверх или вниз, он использует все или часть одного и того же обмотка как вторичная. Например, автотрансформатор, показанный в А из На рисунке 8-203 можно использовать следующие возможные варианты для первичных и вторичных клемм.

Трансформаторы тока

Трансформаторы тока используются в системах питания переменного тока для определения генератора линейный ток и чтобы обеспечить ток, пропорциональный линейному току, для устройств защиты и управления цепями.

Трансформатор тока представляет собой трансформатор кольцевого типа, использующий токопроводящий провод питания в качестве первичного (провод питания или заземляющий провод генератор переменного тока). Ток в первичной обмотке вызывает ток во вторичной обмотке. магнитной индукцией.

Стороны всех трансформаторов тока обозначены на корпусе обозначениями «h2» и «h3». единица базы. Трансформаторы необходимо устанавливать стороной «h2» в сторону генератор в цепи, чтобы соблюсти правильную полярность.Вторичный трансформатора никогда не следует оставлять открытым во время работы системы. эксплуатируется; это может вызвать опасно высокое напряжение и перегрев трансформатор. Следовательно, выходные соединения трансформатора всегда должны быть соединенным перемычкой, когда трансформатор не используется, но осталось в системе.

Потери трансформатора

Помимо потерь мощности, вызванных несовершенным соединением, трансформаторы подвержены «медным» и «железным» потерям.Потеря меди вызвана сопротивление проводника, содержащего витки катушки. Железо потери бывают двух типов, называемых гистерезисными потерями и потерями на вихревые токи. Гистерезис потеря — это электрическая энергия, необходимая для намагничивания сердечника трансформатора, сначала в одном направлении, а затем в другом, одновременно с нанесенным переменное напряжение. Потери на вихревые токи вызваны электрическими токами (вихревые токи), индуцированные в сердечнике трансформатора переменными магнитными полями.Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечники изготовлены из пластин, покрытых изоляция, уменьшающая циркуляцию наведенных токов.

Мощность в трансформаторах

Поскольку трансформатор не добавляет электричества в цепь, а просто изменяет или преобразует электричество, которое уже существует в цепь от одного напряжения к другому, общее количество энергии в цепи должен оставаться таким же. Если бы можно было построить идеальный трансформатор, в нем не было бы потери силы; власть будет передана в неизменном виде от одного напряжения к другому.

Поскольку мощность — произведение вольт на ампер, увеличение напряжения трансформатором должно приводить к уменьшению тока и наоборот. Во вторичной обмотке трансформатора не может быть больше мощности, чем есть в первичном. Произведение ампер на вольт остается одно и тоже.

Передача энергии на большие расстояния осуществляется с помощью трансформаторы. На источнике питания повышается напряжение, чтобы уменьшить потери в линии при передаче.В момент использования, напряжение понижается, так как невозможно использовать высокое напряжение для управления двигателями, осветительными приборами или другими электрическими приборами.

Подключение трансформаторов в цепях переменного тока

Прежде чем изучать различные способы подключения трансформаторов в цепях переменного тока, различия между однофазными и трехфазными цепями должны быть четко обозначены. понял. В однофазной цепи напряжение генерируется одним генератором переменного тока. катушка.Это однофазное напряжение может быть снято с однофазного генератора переменного тока. или от одной фазы трехфазного генератора переменного тока, как объяснено далее в исследование генераторов переменного тока.

В трехфазной цепи три напряжения генерируются генератором переменного тока. с тремя катушками, расположенными внутри генератора так, что три напряжения сгенерированные равны, но достигают своих максимальных значений в разное время. В каждой фазе 400-тактного трехфазного генератора цикл генерируется каждые 1/400 секунды.

При вращении магнитный полюс проходит одну катушку и генерирует максимум Напряжение; через одну треть цикла (1/1200 секунды) этот же полюс проходит другой катушка и генерирует в ней максимальное напряжение; и следующий цикл 1/3 позже он проходит еще одну катушку и генерирует максимальное напряжение в Это. Это приводит к тому, что максимальное напряжение, генерируемое в трех катушках, всегда быть на расстоянии одной трети цикла (1/1200 секунды).

Первые трехфазные генераторы были подключены к их нагрузки с шестью проводами и всеми шестью выводами в цепи пропускают ток.Позже эксперименты показали, что генератор будет давать столько же энергии, сколько и с катушками, соединенными так, что для всех трех потребовалось всего три провода фазы, как показано на рисунке 8-204. Использование трех проводов стандартно для передача трехфазного питания сегодня. Обратный ток от любого одна катушка генератора всегда течет обратно через два других провода в трехфазная цепь.

Трехфазные двигатели и другие трехфазные нагрузки соединены с их катушки или элементы нагрузки расположены так, что требуются три линии передачи для доставки мощности.Трансформаторы, которые используются для повышения напряжения вверх или вниз в трехфазной цепи электрически соединены так, чтобы мощность подается на первичный и снимается со вторичного по стандарту трехпроводная система.

Однако однофазные трансформаторы и однофазные лампы и двигатели может быть подключен к любой одной фазе трехфазной цепи, как показано на рисунке 8-205.Когда однофазные нагрузки подключены к трехфазным цепям, нагрузки распределяются поровну между тремя фазами, чтобы сбалансировать нагрузки на три катушки генератора. Другое применение трансформатора однофазный трансформатор с несколькими отводами во вторичной обмотке. С этот тип трансформатора, напряжение может быть понижено, чтобы обеспечить несколько рабочие напряжения, как показано на рисунке 8-206.

Трансформатор с центральным ответвлением, питающий двигатель, требующий 220 вольт вместе с четырьмя лампами, требующими 110 вольт, показано на рисунке. 8-207.Двигатель подключен ко всему выходу трансформатора, и светильники подключаются от центрального ответвителя к одному концу трансформатора. При таком подключении используется только половина вторичного выхода.

Этот тип трансформаторного подключения широко используется в самолетах. из-за комбинаций напряжений, которые можно снимать с одного трансформатора. На вторичной обмотке трансформатора могут подаваться различные напряжения. вставляя метчики (во время производства) в различные точки вдоль вторичного обмотки.

Различные значения напряжения получаются подключением к любым двум ударов или до одного касания и либо в конец.

Трансформаторы для трехфазных цепей можно подключать к любому из несколько комбинаций соединений звезда (y) и треугольник (D). Связь используемый зависит от требований к трансформатору.

Когда соединение звездой используется в трехфазных трансформаторах, четвертый или нейтральный провод.Нейтральный провод соединяет однофазное оборудование. к трансформатору. Напряжение (115 В) между любой из трех фаз линии и нейтральный провод могут использоваться для питания таких устройств, как фонари или однофазные двигатели.

В комбинации все четыре провода могут обеспечивать питание 208 вольт, три фаза, для работы трехфазного оборудования, такого как трехфазные двигатели или выпрямители. Когда используется только трехфазное оборудование, заземляющий провод может быть опущено. Остается трехфазная трехпроводная система, как показано на рисунке. на рисунке 8-208.

На рисунке 8-209 показаны первичный и вторичный с дельта-соединением. При таком подключении трансформатор имеет такое же выходное напряжение, что и линейное напряжение. Между любыми двумя фазами напряжение 240 вольт. В этом типе подключения провода A, B и C могут предоставить 240 вольт, трехфазное питание для работы трехфазного оборудования. Тип соединения, используемого для первичных обмоток, может быть или не соответствовать такой же, как и тип подключения вторичных обмоток.Например, первичный может быть соединением треугольником, а вторичный — соединением звезды. Это называется трансформатором, соединенным треугольником. Другие комбинации дельта-дельта, звезда-треугольник и звезда-звезда.

Устранение неисправностей трансформаторов

Бывают случаи, когда трансформатор необходимо проверить на обрыв или шорт, и часто бывает необходимо определить, что трансформатор повышающий или понижающий трансформатор. Открытая обмотка трансформатора может можно определить, подключив омметр, как показано на рисунке 8-210.Связаны как показано, омметр будет показывать бесконечность. Если бы не было открытых катушки, омметр покажет сопротивление провода в катушке. Обе таким же образом можно проверить первичный и вторичный.

Омметр также можно использовать для проверки короткого замыкания обмоток, как показано на рисунке. Однако на рис. 8-211 этот метод не всегда точен. Если, например, трансформатор имел 500 витков и сопротивление 2 Ом, а 5 витков были закороченное, сопротивление уменьшится примерно до 1.98 Ом, что не достаточно для того, чтобы считывать показания омметра. В этом случае, номинальное входное напряжение может быть приложено к первичной обмотке для измерения вторичного выходного напряжения. Если вторичное напряжение низкое, оно может Предположим, что у трансформатора есть закороченные обмотки, а трансформатор следует заменить. Если выходное напряжение в норме, оригинал трансформатор можно считать неисправным.

С помощью омметра можно определить, является ли трансформатор ступенчатым. повышающий или понижающий трансформатор.В понижающем трансформаторе сопротивление вторичного будет меньше, чем у первичного, и наоборот будет верно в случае повышающего трансформатора. Еще один метод включает подачу напряжения на первичную обмотку и измерение вторичной обмотки. выход. Используемое напряжение не должно превышать номинальное входное напряжение Главная.

Если обмотка полностью закорочена, она обычно перегревается из-за высокого значения текущего расхода.Во многих случаях высокая температура тает воск в трансформаторе, и это можно определить по появившемуся запаху. Кроме того, показания вольтметра на вторичной обмотке будут нулевыми. Если схема содержит предохранитель, сильный ток может привести к его перегоранию до того, как трансформатор сильно поврежден.

На рисунке 8-212 одна точка на обмотке трансформатора показана подключенной. К земле, приземляться. Если внешняя цепь цепи трансформатора заземлена, часть обмотки эффективно закорочена.Меггер, подключенный между одна сторона обмотки и корпус трансформатора (земля) будут проверять это состояние с низким или нулевым показанием. В таком случае трансформатор должен заменить.

Все трансформаторы, обсуждаемые в этом разделе, спроектированы с одной первичной обмоткой. обмотка. Они работают на одном источнике переменного тока. Трансформаторы, которые работают от трех напряжений от генератора переменного тока или генератора переменного тока называются тремя фазные или многофазные трансформаторы. Об этих трансформаторах и пойдет речь. в изучении генераторов и двигателей.

Различные типы трансформаторов и их применение

Трансформатор — это широко используемое устройство в области электротехники и электроники. Это электромагнитное устройство, которое следует основному принципу электромагнетизма, открытому Майклом Фарадеем. Мы подробно рассмотрели строительство и эксплуатацию трансформаторов в предыдущем руководстве. Здесь мы рассмотрим различных типов трансформаторов , используемых в различных типах приложений.Однако все типы трансформаторов работают по одним и тем же принципам, но имеют разную конструкцию. Приложив немного усилий, вы также можете построить свой собственный трансформатор, но при сборке трансформатора всегда следует соблюдать методы защиты трансформатора.

Типы трансформаторов в зависимости от уровня напряжения

Трансформатор может иметь несколько типов конструкции. Трансформатор не имеет электрического соединения с одной стороны на другую; тем не менее, две электрически независимые катушки могут проводить электричество посредством электромагнитного потока.Трансформатор может иметь несколько катушек или обмоток как на первичной, так и на вторичной стороне. В некоторых случаях несколько первичных сторон, где две катушки соединены последовательно, часто называют центральным отводом . Это состояние центрального отвода также можно увидеть на вторичной стороне.

могут быть сконструированы таким образом, что они могут преобразовывать уровень напряжения первичной стороны во вторичную. В зависимости от уровня напряжения трансформатор бывает трех категорий. Понижающий, повышающий и развязывающий трансформаторы . Для изолирующего трансформатора уровень напряжения одинаков для обеих сторон.

1. Понижающий трансформатор

используется как в электронике, так и в электротехнике. Понижающий трансформатор преобразует уровень первичного напряжения в более низкое напряжение на вторичном выходе. Это достигается соотношением первичной и вторичной обмоток.Для понижающих трансформаторов количество обмоток на первичной стороне больше, чем на вторичной. Таким образом, общее соотношение первичной и вторичной обмоток всегда остается больше 1.

В области электроники, многие приложения работают на 5 В, 6 В, 9 В, 12 В, 24 В или в некоторых случаях 48 В. Для преобразования напряжения однофазной розетки 230 В переменного тока в требуемый низкий уровень напряжения требуются понижающие трансформаторы. В КИП, а также во многих электрических типах оборудования понижающий трансформатор является основным требованием для силовой части.Они также используются в адаптерах питания и схемах зарядных устройств сотовых телефонов.

В электрических системах понижающие трансформаторы используются в системе распределения электроэнергии, работающей от очень высокого напряжения, чтобы обеспечить низкие потери и экономичное решение для передачи электроэнергии на большие расстояния. Для преобразования высокого напряжения в низковольтную линию питания используется понижающий трансформатор.

2. Повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор прямо противоположен понижающему трансформатору.Повышающий трансформатор увеличивает низкое первичное напряжение до высокого вторичного напряжения . Опять же, это достигается за счет соотношения первичной и вторичной обмоток. Для повышающего трансформатора соотношение первичной обмотки и вторичной обмотки остается меньше 1 . Это означает, что количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной обмотке.

В электронике повышающие трансформаторы часто используются в стабилизаторах, инверторах и т. Д., Где низкое напряжение преобразуется в гораздо более высокое напряжение.

Повышающий трансформатор также используется в распределении электроэнергии . Высокое напряжение требуется для приложений, связанных с распределением электроэнергии. Повышающий трансформатор используется в сети для повышения уровня напряжения перед распределением.

3. Разделительный трансформатор

Изолирующий трансформатор не преобразует никакие уровни напряжения. Первичное напряжение и вторичное напряжение изолирующего трансформатора всегда остаются неизменными.Это связано с тем, что передаточное число первичной и вторичной обмоток всегда равно 1 . Это означает, что количество витков первичной и вторичной обмоток в изолирующем трансформаторе одинаково.

Изолирующий трансформатор используется для изоляции первичной и вторичной обмоток. Как обсуждалось ранее, трансформатор не имеет электрических соединений между первичной и вторичной обмотками, он также используется в качестве изолирующего барьера, где проводимость происходит только с магнитным потоком. Используется в целях безопасности и для отмены передачи шума от первичного к вторичному или наоборот.

Типы трансформаторов в зависимости от материала сердечника

Трансформатор передает энергию, проводя электромагнитный поток через материал сердечника. Различные материалы сердечника создают разную плотность потока. В зависимости от материалов сердечника в области энергетики и электроники используются несколько типов трансформаторов.

1.Трансформатор с железным сердечником

с железным сердечником в качестве материала сердечника используется несколько пластин из мягкого железа. Благодаря отличным магнитным свойствам железа магнитная связь трансформатора с железным сердечником очень высока. Таким образом, КПД трансформатора с железным сердечником также высок.

Пластины с сердечником из мягкого железа могут быть разных форм и размеров. Катушки первичной и вторичной обмотки намотаны или намотаны на формирователь катушек. После этого катушечный формирователь устанавливается в пластинах сердечника из мягкого железа.В зависимости от размера и формы сердечника на рынке доступны различные типы сердечниковых пластин. Мало распространенных форм: E, I, U, L и т. Д. Железные пластины тонкие, и несколько пластин сгруппированы вместе, чтобы сформировать собственно сердечник. Например, сердечники типа E изготавливаются из тонких пластин с видом на букву E.

Трансформаторы с железным сердечником широко используются и обычно имеют больший вес и форму.

2. Трансформатор с ферритовым сердечником

В трансформаторе с ферритовым сердечником используется ферритовый сердечник из-за высокой магнитной проницаемости.Этот тип трансформатора обеспечивает очень низкие потери в высокочастотном применении. Из-за этого трансформаторы с ферритовым сердечником используются в высокочастотных приложениях, таких как импульсные источники питания (SMPS), приложения, связанные с RF и т. Д.

с ферритовым сердечником также могут иметь различные формы и размеры в зависимости от требований применения. Он в основном используется в электронике, а не в электротехнике. Наиболее распространенной формой трансформатора с ферритовым сердечником является сердечник E.

3. Трансформатор с тороидальным сердечником

используется материал сердечника тороидальной формы, такой как железный сердечник или ферритовый сердечник. Тороиды представляют собой материал сердечника в форме кольца или пончика и широко используются для обеспечения превосходных электрических характеристик. Благодаря кольцевой форме индуктивность рассеяния очень мала и обеспечивает очень высокую индуктивность и добротность. Обмотки относительно короткие, а вес намного меньше, чем у традиционных трансформаторов того же номинала.

4. Трансформатор с воздушным сердечником

Air Core не использует физический магнитный сердечник в качестве материала сердечника. Потоковая связь трансформатора с воздушным сердечником полностью выполнена с использованием воздуха.

В трансформаторе с воздушным сердечником первичная обмотка питается переменным током, который создает вокруг нее электромагнитное поле. Когда вторичная катушка помещается внутри магнитного поля, согласно закону индукции Фарадея, вторичная катушка индуцируется магнитным полем, которое в дальнейшем используется для питания нагрузки.

Однако трансформатор с воздушным сердечником имеет низкую взаимную индуктивность по сравнению с физическим материалом сердечника, таким как железо или ферритовый сердечник.

Он используется в портативной электронике, а также в приложениях, связанных с радиочастотами. Из-за отсутствия физического материала сердечника он очень легкий с точки зрения веса. Правильно настроенный трансформатор с воздушным сердечником также используется в решениях для беспроводной зарядки, где первичные обмотки расположены внутри зарядного устройства, а вторичные обмотки расположены внутри целевого устройства.

Типы трансформаторов в зависимости от расположения обмоток

Трансформатор можно классифицировать по порядку намотки. Один из популярных типов — трансформаторы с автоматической обмоткой.

Трансформатор с автоматической обмоткой

До сих пор первичная и вторичная обмотки фиксированы, но в случае трансформатора с автоматической обмоткой первичная и вторичная обмотки могут быть соединены последовательно, а центральный ответвительный узел является подвижным. В зависимости от центрального положения ответвлений вторичное напряжение может изменяться.

«Авто» — это не сокращенная форма «Автомат»; скорее, чтобы уведомить себя или одиночную катушку. Эта катушка образует передаточное число, которое состоит из двух частей: первичной и вторичной. Положение центрального ответвительного узла определяет соотношение первичной и вторичной обмоток, таким образом изменяя выходное напряжение.

Чаще всего используется V ARIAC , прибор для создания переменного переменного тока из постоянного входного переменного тока. Он также используется в приложениях, связанных с передачей и распределением электроэнергии, где требуется частая замена высоковольтных линий.

Типы трансформаторов в зависимости от использования

Также доступны несколько типов трансформаторов, которые работают в определенной области. Как в электронике, так и в электротехнике, несколько специализированных трансформаторов используются в качестве понижающих или повышающих трансформаторов в зависимости от области применения. Таким образом, трансформаторы можно классифицировать следующим образом в зависимости от использования:

1. Power Domain

Силовой трансформатор
Измерительный трансформатор
Распределительный трансформатор

2.Электроника Домен

Импульсный трансформатор
Трансформатор аудиовыхода

1. Трансформаторы, используемые в области питания

В области «Электрооборудование» область «Электроэнергетика» связана с производством, измерением и распределением электроэнергии. Однако это очень большая область, где трансформаторы являются важной частью для обеспечения безопасного преобразования энергии и успешной подачи энергии на подстанцию и конечным пользователям.

Трансформаторы, которые используются в области питания, могут быть как наружными, так и внутренними, но в основном наружными.

(a) Силовой трансформатор

больше по размеру и используются для передачи энергии на подстанцию или в общественное электроснабжение. Этот трансформатор действует как мост между генератором энергии и первичной распределительной сетью. В зависимости от номинальной мощности и технических характеристик силовые трансформаторы можно разделить на три категории: трансформатор малой мощности , трансформаторы средней мощности и трансформаторы большой мощности .Номинальная мощность может быть от 30 кВА до 500-700 кВА или, в некоторых случаях, может быть равна или больше 7000 кВА для трансформатора малой номинальной мощности. Силовой трансформатор среднего номинала может иметь мощность до 50-100 МВА, тогда как силовые трансформаторы большого номинала могут выдерживать более 100 МВА.

Из-за очень высокой выработки мощности конструкция силового трансформатора также имеет решающее значение. Конструкция включает прочную изоляционную периферию и хорошо сбалансированную систему охлаждения. Наиболее распространенные силовые трансформаторы заполнены маслом.

Основным принципом силового трансформатора является преобразование высокого тока низкого напряжения в низкий ток высокого напряжения . Это необходимо для минимизации потерь мощности в системе распределения электроэнергии.

Еще одним важным параметром силового трансформатора является наличие фазы. Обычно силовые трансформаторы работают в трехфазной системе , но в некоторых случаях также используются однофазные малые силовые трансформаторы.Трехфазные силовые трансформаторы являются наиболее дорогостоящими и эффективными, чем однофазные силовые трансформаторы.

(б) Измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор часто называют измерительным трансформатором. Это еще один широко используемый измерительный прибор в области мощности. Измерительный трансформатор используется для изоляции основного питания и преобразования тока и напряжения в меньшем соотношении к его вторичному выходу. Измеряя выходную мощность, можно измерить фазу, ток и напряжение фактической линии электропередачи.

На изображении выше показана конструкция трансформатора тока.

(c) Распределительный трансформатор

Используется на последней фазе системы распределения электроэнергии. Распределительные трансформаторы представляют собой понижающий трансформатор, который преобразует высокое сетевое напряжение в требуемое конечным потребителем напряжение, 110 или 230 В. Он также может быть однофазным или трехфазным.

Распределительные трансформаторы могут быть меньше по форме, а также больше, в зависимости от мощности преобразования или номинальных значений.

можно разделить на другие категории в зависимости от типа используемой изоляции. Он может быть сухим или погружным в жидкость. Он изготовлен из многослойных стальных пластин, в основном С-образной формы в качестве основного материала.

Распределительный трансформатор также имеет другую классификацию в зависимости от того, где он используется. Трансформатор может быть установлен на опоре электросети, в таком случае он называется распределительным трансформатором, устанавливаемым на опоре. Его можно разместить внутри подземной камеры, установить на бетонную площадку (распределительный трансформатор, устанавливаемый на площадку) или внутри закрытого стального ящика.

Обычно распределительные трансформаторы имеют номинальную мощность менее 200 кВА.

2. Трансформатор, используемый в области электроники

В электронике используются различные небольшие миниатюрные трансформаторы, которые могут быть смонтированы на печатной плате или могут быть закреплены внутри небольшого корпуса продукта.

(a) Импульсный трансформатор

Импульсные трансформаторы — одни из наиболее часто используемых трансформаторов на печатных платах, которые вырабатывают электрические импульсы постоянной амплитуды.Он используется в различных цифровых схемах, где генерация импульсов необходима в изолированной среде. Следовательно, импульсные трансформаторы изолируют первичную и вторичную обмотки и распределяют первичные импульсы во вторичную цепь, часто на цифровые логические вентили или драйверы.

Правильно сконструированные импульсные трансформаторы должны иметь надлежащую гальваническую развязку, а также небольшую утечку и паразитную емкость.

(b) Трансформатор аудиовыхода

Audio Transformer — еще один широко используемый трансформатор в области электроники.Он специально используется в приложениях, связанных со звуком, где требуется согласование импеданса. Аудиотрансформатор уравновешивает схему усилителя и нагрузки, обычно громкоговоритель. Аудиопреобразователь может иметь несколько первичных и вторичных обмоток, разделенных или с отводом по центру.

Итак, мы рассмотрели различные типы трансформаторов, кроме трансформаторов специального назначения, но они выходят за рамки этой статьи.

Как сделать повышающий трансформатор

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это статическое устройство, которое используется в электрических или электронных схемах для изменения напряжения в источнике переменного тока (AC).Он преобразует электрическую энергию из одной цепи в другую с помощью взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками. Обычно частота входного сигнала не изменяется, но напряжение может быть увеличено или уменьшено в зависимости от необходимости.

Типы трансформаторов

Как упоминалось выше, существует два основных типа трансформаторов:

Повышающий трансформатор: Повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение по отношению к входному.В трансформаторе этого типа количество витков на вторичной обмотке больше, чем количество витков на первичной обмотке.
Понижающий трансформатор: Понижающий трансформатор снижает выходное напряжение по отношению к входному напряжению. Этот тип трансформатора противоположен вышеуказанному, количество витков на вторичной обмотке меньше количества витков на первичной обмотке.

Детали трансформатора

Прежде чем приступить к созданию повышающего трансформатора, давайте разберемся с основными частями трансформатора:

Первичная обмотка — изготовлена из магнитной проволоки
Магнитный сердечник — выбирается в зависимости от мощности и частоты входного сигнала
Вторичная обмотка — изготовлена из магнитной проволоки

Вещи, необходимые для создания очень простого повышающего трансформатора

Перед началом строительства вам потребуются следующие компоненты:

Лента электроизоляционная
Медный провод с покрытием (т.е.е. магнитный провод)
Материал сердечника (например, сердечник может быть использован стальной болт)
Резистивный элемент (например, лампочка)
Источник питания переменного тока

Создание электрического повышающего трансформатора

Следующие шаги подробно объясняют процесс создания повышающего трансформатора:

В качестве магнитопровода трансформатора используйте большой стальной болт.Сначала проверьте болт на намагничивание, прижав его к кухонному магниту. Если магнит заедает, стальной болт можно использовать в качестве сердечника.
Оберните болт изолентой, чтобы изолировать обмотки от «сердечника». Разрежьте медную проволоку с покрытием на два отрезка одинаковой длины и зачистите их с концов. Использование того же провода поможет вам убедиться, что количество обмоток катушки сопоставимо.
Оберните два медных провода несколько раз (не менее 12 витков) вокруг концов «сердечника» (стального болта).Эти проволочные катушки будут действовать как первичная и вторичная обмотки трансформатора. Убедитесь, что оголенные концы проводов оставлены свободными. Также сохраняйте зазор между первичной и вторичной обмотками. Закрепите изолентой.
Теперь подключите оголенные концы вторичной катушки к контактным выводам резистивного элемента (лампы). Следите за тем, чтобы они не касались друг друга контактами лампы, потому что короткое замыкание не позволит лампочке загореться.При необходимости можно использовать изоляционную ленту, чтобы удерживать провода на месте.
Наконец, подключите оголенные концы первичной катушки к источнику переменного тока. Выбор источника питания переменного тока с выключателем питания, регулируемым напряжением и предохранителем на входе поможет обеспечить безопасность и изоляцию от «настенного» питания. Начните с самого низкого уровня мощности переменного тока и постепенно увеличивайте, чтобы увидеть изменение яркости лампы. Лампочка должна загореться при включении питания.Если нет, проверьте соединения и попробуйте еще раз.
Если вы почувствуете запах гари, немедленно отключите концы первичной обмотки от источника питания. Однако это маловероятная ситуация, поскольку трансформатор должен обеспечивать сопротивление, достаточное для предотвращения прохождения слишком большого тока.
Если вы чувствуете запах гари, проверьте, не вызвано ли короткое замыкание контактом между оголенными проводами.Закройте оголенные провода изолентой и попробуйте еще раз.
Обратите внимание, что яркость лампы будет увеличиваться при увеличении конфигурации. Более того, сердечник трансформатора начнет работать как электромагнит. Это можно проверить, приложив к нему металлические предметы.

Совет: Для изготовления промышленного повышающего трансформатора необходимо, чтобы вторичная обмотка имела больше витков, чем первичная.Более того, если вы хотите, чтобы у трансформатора было вдвое больше напряжения и вдвое меньше тока на вторичной обмотке, вставьте в два раза больше витков во вторичную обмотку.

Сопутствующие товары

После того, как повышающая конфигурация успешно завершена, попробуйте изменить передаточное число катушки на обратное. Это позволит вам сравнить работу трансформатора в понижающем и повышающем режимах. Вы также можете протестировать обе конфигурации на разных резисторных нагрузках.

— Энциклопедия Нового Света

Трансформатор — это устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи к другой посредством магнитной связи, не требуя относительного движения между ее частями. Обычно он состоит из двух или более связанных обмоток и, в большинстве случаев, сердечника для концентрации магнитного потока.

Переменное напряжение, приложенное к одной обмотке, создает изменяющийся во времени магнитный поток в сердечнике, который индуцирует напряжение в других обмотках.Изменение относительного числа витков между первичной и вторичной обмотками определяет соотношение входного и выходного напряжений, таким образом, преобразует напряжение, повышая или понижая его между цепями.

Принцип трансформатора был продемонстрирован в 1831 году Фарадеем, хотя практические разработки не появлялись до 1880-х годов. ^[1] Менее чем за десять лет трансформатор сыграл важную роль во время «Войны токов», когда системы переменного тока одержали победу над своими аналогами постоянного тока, и в этой позиции они остались доминирующими.С тех пор трансформатор сформировал отрасль электроснабжения, позволяя экономично передавать электроэнергию на большие расстояния. Вся электроэнергия в мире, за исключением небольшой, проходит через серию трансформаторов к тому времени, когда достигает потребителя.

Среди самых простых электрических машин, трансформатор также является одним из самых эффективных, ^[2] с большими агрегатами, производительность которых превышает 99,75%. ^[3] Трансформаторы бывают разных размеров, от миниатюрного трансформатора связи, спрятанного внутри сценического микрофона, до огромных блоков с номинальной мощностью гига ВА, используемых для соединения частей национальных электрических сетей.Все они работают с одними и теми же основными принципами и имеют много общего в своих частях, хотя существуют различные конструкции трансформаторов, которые выполняют специализированные функции в доме и в промышленности.

История

Майкл Фарадей построил первый трансформатор в 1831 году, хотя он использовал его только для демонстрации принципа электромагнитной индукции и не предвидел его практического использования. ^[1] Русский инженер Павел Яблочков в 1876 году изобрел систему освещения на основе набора индукционных катушек, в которой первичные обмотки были подключены к источнику переменного тока, а вторичные обмотки могли быть подключены к нескольким «электрическим свечам».В патенте утверждалось, что система может «обеспечивать раздельное питание нескольких осветительных приборов с разной силой света от одного источника электроэнергии». Очевидно, индукционная катушка в этой системе работала как трансформатор.

Люсьен Голар и Джон Диксон Гиббс, которые впервые представили устройство с открытым железным сердечником, названное «вторичным генератором», в Лондоне в 1882 г. ^[4], а затем продали идею американской компании Westinghouse. Возможно, это был первый практический силовой трансформатор.Они также выставили изобретение в Турине в 1884 году, где оно было применено для системы электрического освещения.

Уильям Стэнли, инженер Westinghouse, построил первое коммерческое устройство в 1885 году после того, как Джордж Вестингауз купил патенты Голларда и Гиббса. Ядро было сделано из соединенных друг с другом железных пластин Е-образной формы. Эта конструкция впервые была использована в коммерческих целях в 1886 году. ^[1] Венгерские инженеры Зиперновски, Блати и Дери из компании Ganz в Будапеште создали эффективную модель с закрытым сердечником «ZBD» в 1885 году на основе конструкции Голара и Гиббса.В их заявке на патент впервые было использовано слово «трансформатор». ^[4] Русский инженер Михаил Доливо-Добровольский разработал первый трехфазный трансформатор в 1889 году. В 1891 году Никола Тесла изобрел катушку Тесла, двухканальный резонансный трансформатор с воздушным сердечником для генерации очень высоких напряжений на высокой частоте.

Преобразователи звуковой частоты (в то время называемые повторяющимися катушками) использовались первыми экспериментаторами при разработке телефона. В то время как новые технологии сделали трансформаторы в некоторых электронных устройствах устаревшими, трансформаторы все еще используются во многих электронных устройствах.Трансформаторы необходимы для передачи электроэнергии высокого напряжения, что делает передачу на большие расстояния экономически целесообразной. Это преимущество было основным фактором при выборе передачи энергии переменного тока в «Войне токов» в конце 1880-х годов. ^[1] Многие другие имеют патенты на трансформаторы.

Основные принципы

Муфта взаимоиндукционная

Принципы трансформатора иллюстрируются рассмотрением гипотетического идеального трансформатора, состоящего из двух обмоток с нулевым сопротивлением вокруг сердечника с незначительным сопротивлением.^[5] Напряжение, приложенное к первичной обмотке, вызывает ток, который развивает магнитодвижущую силу (МДС) в сердечнике. Ток, необходимый для создания MMF, называется током намагничивания; в идеальном трансформаторе он считается незначительным. MMF управляет потоком вокруг магнитной цепи сердечника. ^[5]

На каждой обмотке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), эффект, известный как взаимная индуктивность. ^[6] Обмотки в идеальном трансформаторе не имеют сопротивления, поэтому ЭДС равны по величине измеренным напряжениям на клеммах.В соответствии с законом индукции Фарадея они пропорциональны скорости изменения потока:

vP = NPdΦPdt {\ displaystyle {v_ {P}} = {N_ {P}} {\ frac {d \ Phi _ {P}} {dt}}} и vS = NSdΦSdt {\ displaystyle {v_ {S} } = {N_ {S}} {\ frac {d \ Phi _ {S}} {dt}}}

где:

В идеальном трансформаторе весь поток, создаваемый первичной обмоткой, также связывает вторичную, ^[7] и, следовательно, ΦP = ΦS {\ displaystyle \ Phi _ {P} = \ Phi _ {S} \,}, откуда хорошо известное уравнение трансформатора:

vPvS = NPNS {\ displaystyle {\ frac {v_ {P}} {v_ {S}}} = {\ frac {N_ {P}} {N_ {S}}} \, \!}

отношение первичного напряжения к вторичному, следовательно, такое же, как отношение количества витков; ^[5] в качестве альтернативы, что вольты на виток одинаковы в обеих обмотках.

Под нагрузкой

Если сопротивление нагрузки подключено к вторичной обмотке, ток будет течь во вторичной цепи, созданной таким образом. {2} \! \!}.

Практические соображения

Утечка потока

Идеальная модель трансформатора предполагает, что весь поток, создаваемый первичной обмоткой, связывает все витки каждой обмотки, включая ее самого. На практике некоторый поток проходит по путям, выводящим его за пределы обмоток. Такой поток называется потоком рассеяния и проявляется как самоиндукция последовательно с взаимно соединенными обмотками трансформатора. ^[9] Утечка сама по себе не является прямым источником потери мощности, но приводит к ухудшению регулирования напряжения, в результате чего вторичное напряжение не может быть прямо пропорционально первичному, особенно при большой нагрузке.^[9] Распределительные трансформаторы обычно имеют очень низкую индуктивность рассеяния.

Однако в некоторых приложениях утечка может быть желательным свойством, и длинные магнитные пути, воздушные зазоры или магнитные байпасные шунты могут быть намеренно введены в конструкцию трансформатора для ограничения подаваемого им тока короткого замыкания. Негерметичные трансформаторы могут использоваться для питания нагрузок с отрицательным сопротивлением, таких как электрические дуги, ртутные лампы и неоновые вывески; или для безопасного обращения с грузами, которые периодически замыкаются накоротко, например, в аппаратах для электродуговой сварки.Воздушные зазоры также используются для предотвращения насыщения трансформатора, особенно трансформаторов звуковой частоты, в которые добавлен компонент постоянного тока.

Влияние частоты

Член с производной по времени в законе Фарадея означает, что поток в сердечнике является интегралом приложенного напряжения. Идеальный трансформатор, по крайней мере, гипотетически, работал бы при возбуждении постоянным током, при этом магнитный поток в сердечнике линейно увеличивался со временем. На практике магнитный поток очень быстро возрастет до точки, где произойдет магнитное насыщение сердечника, и трансформатор перестанет функционировать как таковой.Поэтому все применяемые трансформаторы должны работать в условиях переменного (или импульсного) тока.

Трансформатор универсальный уравнение ЭДС

Если магнитный поток в сердечнике синусоидальный, соотношение для любой из обмоток между его среднеквадратичной ЭДС E и частотой питания f , числом витков N , площадью поперечного сечения сердечника a и пиковым магнитным потоком плотность B определяется универсальным уравнением ЭДС: ^[5]

E = 2πfNaB2 = 4.44fNaB {\ displaystyle E = {\ frac {2 \ pi fNaB} {\ sqrt {2}}} \! = 4.44fNaB}

ЭДС трансформатора при данной плотности магнитного потока увеличивается с частотой — эффект, предсказываемый универсальным уравнением ЭДС трансформатора. ^[5] Работая на более высоких частотах, трансформаторы могут быть физически более компактными, не достигая насыщения, и данный сердечник может передавать больше мощности. Однако эффективность снижается из-за того, что такие свойства, как потери в сердечнике и скин-эффект в проводнике, также увеличиваются с увеличением частоты.В самолетах и военной технике традиционно используются источники питания 400 Гц, поскольку снижение эффективности более чем компенсируется уменьшением веса сердечника и обмотки.

Как правило, работа трансформатора при расчетном напряжении, но на более высокой частоте, чем предполагалось, приведет к уменьшению тока намагничивания. На частоте ниже проектного значения при приложенном номинальном напряжении ток намагничивания может возрасти до чрезмерного уровня. Эксплуатация трансформатора на частоте, отличной от его расчетной, может потребовать оценки напряжений, потерь и охлаждения, чтобы установить, является ли безопасная работа практичной.Например, трансформаторы могут нуждаться в оборудовании реле перенапряжения «вольт на герц» для защиты трансформатора от перенапряжения с частотой выше номинальной.

Энергетические потери

Идеальный трансформатор не будет иметь потерь энергии и, следовательно, будет иметь 100-процентный КПД. Несмотря на то, что трансформатор является одним из самых эффективных электрических машин, а экспериментальные модели с использованием сверхпроводящих обмоток достигают КПД 99,85%, ^[10] энергия рассеивается в обмотках, сердечнике и окружающих конструкциях.Более крупные трансформаторы, как правило, более эффективны, а трансформаторы, рассчитанные на распределение электроэнергии, обычно работают лучше, чем 95 процентов. ^[11] Небольшой трансформатор, такой как подключаемый «силовой блок», используемый для маломощных [[потребитель электроника]] может быть менее 85 процентов.

Потери в трансформаторе обусловлены несколькими причинами и могут различаться между потерями в обмотках, иногда называемыми потерями в меди , и потерями в магнитной цепи, иногда называемыми потерями в стали , Потери зависят от тока нагрузки и кроме того, могут быть выражены как потери «без нагрузки», «при полной нагрузке» или при промежуточной нагрузке.Сопротивление обмотки преобладает над потерями нагрузки, тогда как потери на гистерезис и вихревые токи составляют более 99 процентов потерь холостого хода.

Потери в трансформаторе возникают из-за:

Сопротивление обмотки: Ток, протекающий по обмоткам, вызывает резистивный нагрев проводников. На более высоких частотах скин-эффект и эффект близости создают дополнительное сопротивление обмотки и потери.
Вихревые токи: Ферромагнитные материалы также являются хорошими проводниками, и сплошной сердечник, сделанный из такого материала, также представляет собой один короткозамкнутый виток по всей своей длине.Таким образом, индуцированные вихревые токи циркулируют внутри сердечника в плоскости, перпендикулярной потоку, и ответственны за резистивный нагрев материала сердечника.
Гистерезисные потери: Каждый раз, когда магнитное поле меняется на противоположное, небольшое количество энергии теряется на гистерезис внутри магнитного сердечника, причем количество зависит от конкретного материала сердечника.
Магнитострикция: Магнитный поток в сердечнике заставляет его физически расширяться и слегка сжиматься с переменным магнитным полем, эффект, известный как магнитострикция.Это производит знакомый жужжащий звук и, в свою очередь, вызывает потери из-за нагрева от трения в чувствительных сердечниках.
Механические потери: Помимо магнитострикции, переменное магнитное поле вызывает колебания электромагнитных сил между первичной и вторичной обмотками. Они вызывают вибрацию в ближайших металлических конструкциях, усиливают гудение и потребляют небольшое количество энергии.
Случайные потери: Не все магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, перехватывается вторичной обмоткой.Часть потока рассеяния может индуцировать вихревые токи в соседних проводящих объектах, таких как опорная конструкция трансформатора, и преобразовываться в тепло.
Система охлаждения: Силовые трансформаторы большой мощности могут быть оснащены охлаждающими вентиляторами, масляными насосами или теплообменниками с водяным охлаждением, предназначенными для отвода тепла. Мощность, используемая для работы системы охлаждения, обычно считается частью потерь трансформатора.

Эквивалентная цепь

Физические ограничения практического трансформатора могут быть сведены воедино в виде модели эквивалентной схемы, построенной на идеальном трансформаторе без потерь.^[12] Потери мощности в обмотках зависят от тока и легко представлены в виде последовательно соединенных сопротивлений R _P и R _S . Рассеивание магнитного потока приводит к падению части приложенного напряжения, не влияя на взаимную связь, и, таким образом, может быть смоделировано как самоиндуктивности X _P и X _S , соединенные последовательно с идеально связанной областью. Потери в стали вызваны в основном гистерезисом и эффектами вихревых токов в сердечнике и, как правило, пропорциональны квадрату потока сердечника для работы на данной частоте.^[13] Поскольку магнитный поток в сердечнике пропорционален приложенному напряжению, потери в стали могут быть представлены сопротивлением R _C параллельно с идеальным трансформатором.

Сердечник с конечной магнитной проницаемостью требует тока намагничивания I _M для поддержания взаимного потока в сердечнике. Ток намагничивания находится в фазе с потоком; Эффекты насыщения делают отношения между ними нелинейными, но для простоты этот эффект имеет тенденцию игнорироваться в большинстве эквивалентов схем.^[13] При синусоидальном питании поток сердечника отстает от наведенной ЭДС на 90 °, и этот эффект можно смоделировать как намагничивающее реактивное сопротивление X _M параллельно с составляющей потерь в сердечнике. R _C и X _M иногда вместе называют ветвью намагничивания модели. Если вторичная обмотка разомкнута, ток, потребляемый ветвью намагничивания, представляет собой ток холостого хода трансформатора.{2} \! \!}.

Полученную модель иногда называют «точной эквивалентной схемой», хотя она сохраняет ряд приближений, таких как предположение о линейности. ^[12] Анализ можно упростить, переместив ветвь намагничивания влево от первичного импеданса, неявно предположив, что ток намагничивания низкий, а затем суммируя первичный и приведенный вторичный импедансы.

Типы и применение трансформаторов

Для определенных инженерных приложений было создано множество специализированных конструкций трансформаторов.Многочисленные области применения трансформаторов позволяют классифицировать их по многим параметрам:

По уровню мощности : от долей вольт-ампера (ВА) до более тысячи МВА;
По диапазону частот : мощность, аудио или радиочастота;
По классу напряжения : от нескольких вольт до сотен киловольт;
По типу охлаждения : с воздушным, масляным, вентиляторным или водяным охлаждением;
С помощью прикладной функции : например, источник питания, согласование импеданса или изоляция цепи;
По конечному назначению : распределитель, выпрямитель, дуговая печь, выход усилителя;
По соотношению витков обмотки : повышающее, понижающее, изолирующее (почти равное соотношение), переменное.

Строительство

Ядра

Стальной стержень

для использования на мощных или звуковых частотах обычно имеют сердечники из высокопроницаемой кремнистой стали. ^[14] За счет концентрации магнитного потока большая его часть соединяет первичную и вторичную обмотки, и ток намагничивания значительно снижается. Первые разработчики трансформаторов вскоре поняли, что сердечники, изготовленные из твердого железа, приводят к недопустимым потерям на вихревые токи, и их конструкции смягчали этот эффект с помощью сердечников, состоящих из пучков изолированных железных проводов.^[4] Более поздние конструкции сконструировали сердечник путем наложения слоев тонких стальных пластин, принцип, который используется до сих пор. Каждая пластина изолирована от соседей слоем непроводящей краски. Уравнение универсального трансформатора указывает минимальную площадь поперечного сечения сердечника, чтобы избежать насыщения.

Эффект расслоения заключается в ограничении вихревых токов высокоэллиптическими путями, которые ограничивают небольшой поток, и, таким образом, уменьшают их величину. Более тонкие листы уменьшают потери, ^[14], но их строительство более трудоемко и дорого.^[15] Тонкие пластинки обычно используются в высокочастотных трансформаторах, при этом некоторые типы очень тонких стальных пластин могут работать на частотах до 10 кГц.

Одна общая конструкция многослойного сердечника состоит из чередующихся стопок стальных листов Е-образной формы, покрытых I-образными деталями, что и привело к названию «трансформатор E-I». ^[15] Срезанный сердечник или С-образный сердечник получают путем наматывания стальной полосы вокруг прямоугольной формы с последующим соединением слоев вместе.Затем его разрезают на две части, образуя две С-образные формы, и сердцевину собирают, связывая две С-половинки вместе стальной лентой. ^[15] Их преимущество в том, что поток всегда направлен параллельно металлическим зернам, что снижает сопротивление.

Остаточная намагниченность стального сердечника означает, что он сохраняет статическое магнитное поле при отключении питания. Когда затем снова подается питание, остаточное поле вызовет высокий пусковой ток до тех пор, пока эффект остаточного магнетизма не уменьшится, обычно после нескольких циклов приложенного переменного тока.Устройства защиты от сверхтоков, такие как предохранители, должны быть выбраны так, чтобы обеспечить прохождение этого безвредного броска тока. На трансформаторах, подключенных к длинным воздушным линиям электропередачи, индуцированные токи из-за геомагнитных возмущений во время солнечных бурь могут вызвать насыщение сердечника и ложное срабатывание устройств защиты трансформатора.

Распределительные трансформаторы могут обеспечить низкие потери без нагрузки за счет использования сердечников, сделанных из кремнистой стали с низкими потерями, высокой проницаемости и аморфной (некристаллической) стали, так называемого «металлического стекла».«Высокая начальная стоимость материала сердечника компенсируется в течение срока службы трансформатора более низкими потерями при малой нагрузке.

Твердые жилы

Сердечники из порошкового железа используются в схемах (например, импульсных источниках питания), работающих на частотах выше сетевых и до нескольких десятков килогерц. Эти материалы сочетают высокую магнитную проницаемость с высоким удельным объемным электрическим сопротивлением. Для частот, выходящих за пределы диапазона VHF, распространены сердечники, изготовленные из непроводящих магнитных керамических материалов, называемых ферритами.^[15] Некоторые радиочастотные трансформаторы также имеют подвижные сердечники (иногда называемые «заглушками»), которые позволяют регулировать коэффициент связи (и полосу пропускания) настроенных радиочастотных цепей.

Сердечники воздушные

В высокочастотных трансформаторах также могут использоваться воздушные сердечники. Это устраняет потери из-за гистерезиса в материале сердечника. Такие трансформаторы поддерживают высокую эффективность связи (низкие потери поля рассеяния) за счет перекрытия первичной и вторичной обмоток.

Сердечники тороидальные

Тороидальные трансформаторы построены вокруг кольцевого сердечника, который изготовлен из длинной полосы кремнистой стали или пермаллоя, намотанной в катушку, из порошкового железа или феррита, в зависимости от рабочей частоты. Ленточная конструкция обеспечивает оптимальное выравнивание границ зерен, повышая эффективность трансформатора за счет уменьшения сопротивления сердечника. Форма замкнутого кольца устраняет воздушные зазоры, присущие конструкции сердечника E-I.Поперечное сечение кольца обычно квадратное или прямоугольное, но доступны и более дорогие сердечники с круглым поперечным сечением. Первичная и вторичная обмотки часто наматываются концентрически, чтобы покрыть всю поверхность сердечника. Это сводит к минимуму необходимую длину провода, а также обеспечивает экранирование, чтобы минимизировать магнитное поле сердечника от создания электромагнитных помех.

Ферритовые тороидальные сердечники используются на более высоких частотах, обычно от нескольких десятков килогерц до мегагерц, для уменьшения потерь, физических размеров и веса импульсных источников питания.

Тороидальные трансформаторы более эффективны, чем более дешевые ламинированные E-I типы аналогичного уровня мощности. Другие преимущества по сравнению с типами EI включают меньший размер (около половины), меньший вес (около половины), меньший механический гул (что делает их лучше в усилителях звука), более низкое внешнее магнитное поле (около одной десятой), низкие потери без нагрузки. (что делает их более эффективными в резервных цепях), монтаж на одном болте и больший выбор форм. Последний пункт означает, что для заданной выходной мощности можно выбрать либо широкий плоский тороид, либо высокий узкий тороид с одинаковыми электрическими свойствами, в зависимости от доступного пространства.Основные недостатки — более высокая стоимость и ограниченный размер.

Недостатком конструкции тороидального трансформатора является более высокая стоимость обмоток. Как следствие, редко встречаются тороидальные трансформаторы мощностью выше нескольких кВА. Небольшие распределительные трансформаторы могут достичь некоторых преимуществ тороидального сердечника, разделив его и заставив открыть, а затем вставив катушку, содержащую первичную и вторичную обмотки.

При установке тороидального трансформатора важно избегать непреднамеренного короткого замыкания сердечника.Это может произойти, если стальной крепежный болт в середине сердечника коснется металлоконструкций с обоих концов, образуя петлю из проводящего материала, которая проходит через отверстие в тороиде. Такая петля может привести к протеканию в болте опасно большого тока.

Обмотки

**Условные обозначения**
	Трансформатор с двумя обмотками и железным сердечником.
	Понижающий или повышающий трансформатор.Символ показывает, у какой обмотки больше витков, но обычно не указывает точное соотношение.
	Трансформатор с тремя обмотками. Точки показывают относительную конфигурацию обмоток.
	Трансформатор с электростатическим экраном, предотвращающим емкостную связь между обмотками.

Проводящий материал, используемый для обмоток, зависит от области применения, но во всех случаях отдельные витки должны быть электрически изолированы друг от друга и от других обмоток.^[16] Для небольших силовых и сигнальных трансформаторов катушки часто наматываются из эмалированной магнитной проволоки, такой как проволока Formvar. Большие силовые трансформаторы, работающие при высоком напряжении, могут быть намотаны проволочными, медными или алюминиевыми прямоугольными проводниками, изолированными пропитанной маслом бумагой. ^[17] Полосовые проводники используются для очень сильных токов. Высокочастотные трансформаторы, работающие на частотах от десятков до сотен килогерц, будут иметь обмотки из литцовой проволоки, чтобы минимизировать потери на скин-эффект в проводниках.^[16] В силовых трансформаторах большой мощности также используются многожильные проводники, поскольку даже при низких частотах мощности в противном случае в сильноточных обмотках могло бы существовать неравномерное распределение тока. ^[17] Каждая жила изолирована по отдельности, и жилы расположены так, что в определенных точках обмотки или по всей обмотке каждая часть занимает разные относительные положения в проводнике в целом. Эта перестановка уравнивает ток, протекающий в каждой жилке проводника, и снижает потери на вихревые токи в самой обмотке.Многожильный провод также более гибкий, чем сплошной провод аналогичного размера, что облегчает производство. ^[17]

Для сигнальных трансформаторов обмотки могут быть расположены таким образом, чтобы минимизировать индуктивность рассеяния и паразитную емкость для улучшения высокочастотной характеристики. Это можно сделать, разделив каждую катушку на секции, и эти секции будут размещены слоями между секциями другой обмотки. Это известно как многослойная обмотка или перемежающаяся обмотка.

Как первичная, так и вторичная обмотки силовых трансформаторов могут иметь внешние соединения, называемые ответвлениями, с промежуточными точками на обмотке, чтобы обеспечить возможность выбора соотношения напряжений.Отводы могут быть подключены к автоматическому переключателю ответвлений под нагрузкой для регулирования напряжения в распределительных цепях. Преобразователи звуковой частоты, используемые для передачи звука на громкоговорители громкоговорителей, имеют ответвители, позволяющие регулировать импеданс каждого динамика. Трансформатор с центральным отводом часто используется в выходном каскаде усилителя мощности звука в двухтактной схеме. Трансформаторы модуляции в передатчиках AM очень похожи.

Изоляция обмотки

Витки обмоток должны быть изолированы друг от друга, чтобы ток проходил по всей обмотке.Разность потенциалов между соседними витками обычно невелика, поэтому для трансформаторов малой мощности может хватить эмалевой изоляции. Дополнительная листовая или ленточная изоляция обычно используется между слоями обмотки в более крупных трансформаторах.

Трансформатор также можно погружать в трансформаторное масло, которое обеспечивает дополнительную изоляцию. Хотя масло в основном используется для охлаждения трансформатора, оно также помогает уменьшить образование коронного разряда внутри высоковольтных трансформаторов. При охлаждении обмоток изоляция не так легко разрушается из-за тепла.Чтобы предотвратить ухудшение изоляционных свойств трансформаторного масла, корпус трансформатора полностью изолирован от проникновения влаги. Таким образом, масло служит как охлаждающей средой для отвода тепла от сердечника и змеевика, так и частью системы изоляции.

Обмотки некоторых силовых трансформаторов защищены эпоксидной смолой. Пропитывая трансформатор эпоксидной смолой в вакууме, воздушные пространства внутри обмоток заменяются эпоксидной смолой, тем самым герметизируя обмотки и помогая предотвратить возможное образование короны и поглощение грязи или воды.Таким образом производятся трансформаторы, подходящие для влажной или грязной среды, но с повышенными производственными затратами.

Базовый уровень импульсной изоляции (BIL)

Наружные электрические распределительные системы подвержены ударам молнии. Даже если молния ударяет в линию на некотором расстоянии от трансформатора, скачки напряжения могут распространяться по линии и попадать в трансформатор. Выключатели высокого напряжения и автоматические выключатели также могут создавать аналогичные скачки напряжения при размыкании и замыкании. Оба типа скачков имеют крутые волновые фронты и могут нанести серьезный ущерб электрическому оборудованию.Чтобы свести к минимуму влияние этих скачков, электрическая система защищена осветительными разрядниками, но они не полностью исключают попадание скачка на трансформатор. Базовый уровень импульсов (BIL) трансформатора измеряет его способность выдерживать эти скачки. Все трансформаторы на 600 В и ниже рассчитаны на 10 кВ BIL. Трансформаторы на 2400 и 4160 вольт рассчитаны на 25 кВ BIL.

Экранирование

Если трансформаторы предназначены для минимальной электростатической связи между первичной и вторичной цепями, между обмотками может быть помещен электростатический экран для уменьшения емкости между первичной и вторичной обмотками.Экран может быть однослойной металлической фольгой, изолированной там, где он перекрывается, чтобы предотвратить его действие как закороченный виток, или однослойной обмоткой между первичной и вторичной обмотками. Экран подключен к заземлению.

Трансформаторы также могут быть заключены в магнитные экраны, электростатические экраны или и то, и другое, чтобы предотвратить влияние внешних помех на работу трансформатора или предотвратить влияние трансформатора на работу расположенных поблизости устройств, которые могут быть чувствительны к полям рассеяния, таким как ЭЛТ. .

Охлаждающая жидкость

Малосигнальные трансформаторы не выделяют значительного количества тепла. Силовые трансформаторы мощностью до нескольких киловатт используют естественное конвективное воздушное охлаждение. Особые меры должны быть предусмотрены для охлаждения трансформаторов большой мощности. Трансформаторы, работающие с большей мощностью или имеющие большой рабочий цикл, могут охлаждаться вентилятором.

Некоторые сухие трансформаторы заключены в герметичные резервуары и охлаждаются азотом или газообразным гексафторидом серы.

Обмотки мощных или высоковольтных трансформаторов погружены в трансформаторное масло — минеральное масло высокой степени очистки, устойчивое при высоких температурах. В больших трансформаторах, используемых в помещении, должна использоваться негорючая жидкость. Раньше использовался полихлорированный бифенил (ПХБ), поскольку он не представлял опасности возгорания в силовых трансформаторах внутри помещений и очень стабилен. Из-за стабильности и токсического воздействия побочных продуктов ПХБ, а также их накопления в окружающей среде, это больше не допускается в новом оборудовании.Старые трансформаторы, которые все еще содержат ПХБ, следует еженедельно проверять на предмет утечки. В случае обнаружения утечки ее следует заменить и профессионально обеззаразить или утилизировать экологически безопасным способом. Сегодня можно использовать нетоксичные, стабильные масла на основе силикона или фторированные углеводороды, если стоимость огнестойкой жидкости компенсирует дополнительные затраты на строительство хранилища трансформатора. Могут использоваться и другие менее воспламеняющиеся жидкости, такие как масло канолы, но все огнестойкие жидкости имеют некоторые недостатки в производительности, стоимости или токсичности по сравнению с минеральным маслом.

Масло охлаждает трансформатор и обеспечивает часть электрической изоляции между внутренними частями, находящимися под напряжением. Он должен быть стабильным при высоких температурах, чтобы небольшое короткое замыкание или дуга не привели к пробою или возгоранию. Бак, заполненный маслом, может иметь радиаторы, через которые масло циркулирует за счет естественной конвекции. Очень большие или мощные трансформаторы (мощностью в миллионы ватт) могут иметь охлаждающие вентиляторы, масляные насосы и даже масляные теплообменники. Масляные трансформаторы подвергаются длительным процессам сушки с использованием парофазной теплопередачи, электрического самонагрева, создания вакуума или их комбинации, чтобы гарантировать полное отсутствие водяного пара в трансформаторе перед подачей охлаждающего масла.Это помогает предотвратить электрический пробой под нагрузкой.

Масляные силовые трансформаторы могут быть оснащены реле Бухгольца, которые являются устройствами безопасности, которые обнаруживают скопление газа внутри трансформатора (побочный эффект электрической дуги внутри обмоток) и, таким образом, отключают трансформатор.

Экспериментальные силовые трансформаторы в диапазоне 2 МВА были построены со сверхпроводящими обмотками, которые исключают потери в меди, но не потери в стали сердечника. Они охлаждаются жидким азотом или гелием.

Клеммы

Очень маленькие трансформаторы будут иметь провода, подключенные непосредственно к концам катушек и выведенные к основанию блока для подключения цепей. Более крупные трансформаторы могут иметь тяжелые болтовые клеммы, шины или высоковольтные изолированные вводы из полимеров или фарфора. Большой ввод может иметь сложную конструкцию, поскольку он должен обеспечивать электрическую изоляцию, не допуская утечки масла из трансформатора.

Корпус

Небольшие трансформаторы часто не имеют корпуса.Трансформаторы могут иметь защитный кожух, как описано выше. Более крупные блоки могут быть закрыты для предотвращения контакта с токоведущими частями и для содержания охлаждающей среды (масла или сжатого газа).

См. Также

Банкноты

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 J.W. Колтман, «Трансформатор» Scientific American 1 (январь 1988 г.): 86-95
↑ Уильям Фланаган. 1993. Справочник по проектированию и применению трансформаторов. (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0070212910).
↑ ENERGIE. Возможности энергосбережения в ЕС за счет использования энергоэффективных распределительных трансформаторов 1999 [1]. Проверено 25 июня 2007 года.
↑ ^4,0 ^4,1 ^4,2 Д.Дж. Аллан, «Силовые трансформаторы — второй век» Power Engineering Journal IEE (1991)
↑ ^5,0 ^5,1 ^5,2 ^5,3 ^5,4 M.Г. Сэй. 1983. Машины переменного тока, 5 изд. (Лондон, Великобритания: Pitman), 13-14.
↑ Нэйв, C.R. HyperPhysics Государственный университет Джорджии, 2005; Проверено 25 июня 2007 года.
↑ ^7,0 ^7,1 ^7,2 ^7,3 Уильям Фланаган. 1993. Справочник по проектированию и применению трансформаторов. (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макгроу-Хилл), 2
↑ Джон Хиндмарш. 1977. Электрические машины и их применение, 4-е изд.(Эксетер, Великобритания: Пергаммон), 142-143.
↑ ^9,0 ^9,1 Питер Макларен. 1984. Элементарная электроэнергетика и машины. (Западный Сассекс, Великобритания: Эллис Хорвуд), 68-74
↑ H. Riemersma, et al. 1981. Применение сверхпроводящей технологии в силовых трансформаторах. Транзакции IEEE в силовых аппаратах и системах PAS-100 (7): 3398-3407 [2] дата обращения 25 июня 2007 г.
↑ Кубо Т., Х. Sachs, S. Nadel. 2001. Возможности внедрения новых стандартов эффективности бытовой техники и оборудования. Американский совет по энергоэффективной экономике [3], 39. Дата доступа 25 июня 2007 г.
↑ ^12,0 ^12,1 ^12,2 A.R. Дэниелс, 1985. Введение в электрические машины. (Лондон, Великобритания: Macmillan. ISBN 0333196279)
↑ ^13,0 ^13,1 M.G. Сказать. 1983. Машины переменного тока, 5 изд. . (Лондон, Великобритания: Pitman), 142-143.
↑ ^14,0 ^14,1 Джон Хиндмарш.1977. Электрические машины и их применение. (Сент-Луис, Миссури: Пергамон. ISBN 0080305733), 29-31.
↑ ^15,0 ^15,1 ^15,2 ^15,3 Полковник Уильям Маклайман. 2004. Справочник по проектированию трансформаторов и индукторов. (Уорминстер, Пенсильвания: CRC. ISBN 0824753933), 3.9–3.14.
↑ ^16,0 ^16,1 Ллойд Диксон, Вихретоковые потери в обмотках трансформатора и проводке. Техас Инструментс .Проверено 25 июня 2007 года.
↑ ^17,0 ^17,1 ^17,2 Центральное электрическое генерирующее управление. 1982. Практика современной электростанции. (Сент-Луис, Миссури: Пергамон. ISBN 0080164366).

Список литературы

Центральная электрогенерирующая дирекция. 1982. Практика современной электростанции. Оксфорд, Великобритания: Пергамон. ISBN 0080164366.
Дэниэлс, А. 1985. Введение в электрические машины | издательство. Саут-Ярра, Виктория, Австралия: Макмиллан.ISBN 0333196279.
Fitzgerald, A. 1983. Electric Machinery, 4-е изд. Колумбус, Огайо: Макгроу-Хилл. ISBN 0070211450.
Фланаган, Уильям. 1993. Справочник по проектированию и применению трансформаторов. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0070212910.
Heathcote, MJ. 1998. J&P Transformer Book, , 12-е изд. Оксфод, Великобритания: Newnes. ISBN 0750611588.
Хиндмарш, Дж. 1984. Электрические машины и их приложения, 4-е изд.Оксфорд, Великобритания: Пергамон. ISBN 0080305725.
Макларен, Питер. 1984. Элементарная электроэнергетика и машины. Западный Сассекс, Великобритания: Эллис Хорвуд. ISBN 047020057X.
Маклайман, полковник Уильям. 2004. Справочник по проектированию трансформаторов и индукторов. Уорминстер, Пенсильвания: CRC. ISBN 0824753933.
Нил, Дж. П. 1960. Основы электротехники. Колумбус, Огайо: Макгроу-Хилл. ASIN B000BSOZ66. (Раздел 7-9 о взаимной индуктивности, 301).
Скажи, М.1983. Машины переменного тока, 5-е изд. Лондон, Великобритания: Питман. ISBN 0273019694.
Шеперд, Мортон Дж. И А. Х. Спенс. 1970. Высшая электротехника. Nominet, Великобритания: Pitman Publishing. ISBN 0273400258.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 25 марта 2020 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и дополнили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедия Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Разрушители мозга — Магнитная индукция и т. Д.

«Лектор должен дать аудитории все основания полагать
, что все его силы были приложены для их удовольствия и наставления «.

Попробуйте эти «бастеры» для тренировки своего мозга … они должны помочь вам понять концепции, лежащие в основе свойств магнитной индукции, закона Фарадея и Ленца и т. Д.Чтобы получить максимальный эффект, вы должны попытаться ответить на них , прежде чем просматривают ответы!

[1] Почему железный сердечник увеличивает магнитную индукцию катушки с проволокой?

Отвечать

[2] Если вы поместите металлическое кольцо в область, где магнитное поле быстро меняется, оно может нагреться. Почему?

Отвечать

[3] Отрезок провода сгибается в замкнутый контур, и через него пропускается магнит, вызывая ЭДС и, следовательно, ток в проводе.Второй отрезок проволоки, вдвое длиннее, сгибается в две петли из проволоки, и через нее аналогичным образом пропускается магнит. Дважды индуцируется ЭДС, но ток такой же, как и в одиночном контуре. Почему?

Отвечать

[4] Друг говорит, что согласно закону Ома высокое напряжение производит большой ток. Затем ваш друг спрашивает … как может передаваться мощность при высоком напряжении и низком токе в линии электропередачи? Как бы вы ответили?

Отвечать

[5] Когда магнит падает через вертикальный отрезок медной трубы, он падает заметно медленнее, чем при падении через идентичный кусок пластиковой трубы.Если медная труба достаточно длинная, магнит достигнет предельной скорости падения. Почему?

Отвечать

[6] Сфера помещается рядом с длинным прямым проводом, по которому течет постоянный ток. Что вы можете сказать об общем магнитном потоке, проходящем через сферу?

Отвечать

[7] По длинному прямому проводу проходит постоянный ток. Прямоугольная петля лежит в той же плоскости, что и проволока, с двумя сторонами, параллельными проволоке, и двумя сторонами, перпендикулярными проволоке, как показано ниже.

Предположим, петля внезапно подталкивается к проводу … что происходит?

Отвечать

[8] Первичная обмотка трансформатора соединена последовательно с переключателем, батареей и резистором. Вторичная обмотка подключена к амперметру (измерителю, измеряющему ток).

Объясните, что происходит, когда переключатель замыкается, а затем, через короткое время, снова открывается.

Отвечать

[9] Когда переключатель замкнут в цепи ниже, ток увеличивается экспоненциально, приближаясь к максимальному значению I = E / R.

Если количество витков на единицу длины индуктора увеличивается, что вы можете сказать о времени, которое требуется для того, чтобы ток достиг значения I / 2, т. Е. Потребуется ли больше времени, меньше времени или столько же? время? (Попробуйте ответить на этот концептуально, без использования фомулы.)

Отвечать

[10] Магнитное поле должно присутствовать, если через катушку проходит магнитный поток. Если через катушку не проходит магнитный поток, означает ли это, что магнитного поля нет?

Отвечать

[11] Вы многому научитесь из этого вопроса! Проводящий стержень может свободно скользить по паре проводящих рельсов в области, где однородное и постоянное магнитное поле направлено на страницу, как показано ниже.

Первоначально стержень находится в состоянии покоя. Полностью объясните, что происходит, когда переключатель замкнут, предполагая, что контакт между стержнем и рельсами не имеет трения.

Отвечать

[12] Отличный! Во время грозы рядом с радиоприемником часто можно услышать «электрический шум» или, если рядом с телевизором, вы можете увидеть «шум» на экране; это происходит из-за наведенного в приборе постороннего тока. Почему молния может производить посторонний ток, даже если на самом деле она не «ударяет» по устройству?

Отвечать

[13] На рисунке ниже металлическое кольцо свободно надевается на железный сердечник, вокруг которого намотана катушка.

Когда переключатель замкнут, в катушке начинает течь ток. Что, если что, случится с кольцом? Что бы произошло, если бы аккумулятор повернули в обратном направлении, чтобы ток протекал в обратном направлении?

Отвечать

[14] Один трансформатор — это повышающее устройство, а другой — понижающее. Если у них обоих одинаковое напряжение и одинаковые токи через первичную катушку, производит ли какая-либо из них больше энергии для цепи, подключенной к их вторичным катушкам? Поясните свой ответ.(Вы можете игнорировать любые потери из-за тепла, вибрации и т. Д.)

Отвечать

[15] Медное кольцо падает через область, где есть магнитное поле (показано заштрихованным на рисунке ниже), направленное на страницу.

Опишите, что происходит в точках от A до E.

Отвечать

[16] «Вихревые токи» — это электрические токи, которые могут возникать в куске металла, когда он движется через область, где изменяется магнитное поле. На картинке ниже кусок металла извлекается из области, где магнитное поле направлено внутрь страницы.

В момент, когда был сделан снимок, только половина листа находится в поле, и, поскольку поле меняется, возникает наведенная ЭДС (закон Фарадея), которая создает «вихревые токи», как показано. Оказывается, наличие вихревых токов заставляет лист замедляться … почему?

Отвечать

[17] На рисунке показан стержень магнитов, проходящий через металлические кольца. Слева — законченное кольцо, справа на кольце есть прорезь.

В обоих случаях объясните, что происходит, когда магниты проваливаются; например, проходят ли они через каждое кольцо с одинаковой скоростью?

Отвечать

[18] На рисунке (а) показан простой маятник, состоящий из металлического листа, прикрепленного к тонкой подвеске.Лист качается довольно свободно, как обычный маятник. Однако, когда он проходит через магнитное поле, например, между полюсами магнита, как показано на (b), он почти сразу перестает раскачиваться! Однако, если в листе есть прорези, как показано на (c), он будет раскачиваться в магнитном поле в течение гораздо большего времени, чем (b).

Вы можете объяснить все эти наблюдения?

Отвечать

[19] На схеме ниже катушка слева несет переменный ток (пропорциональный sin (ωt)).Изменяющийся поток обнаружил катушкой справа.

Является ли ток, индуцированный в катушке детектора, синфазным или не синфазным с током в передающей катушке?

Если теперь между двумя катушками поместить лист металла, ток в катушке детектора увеличится, уменьшится или останется прежним?

Отвечать

[20] Почему электровентилятор будет работать довольно долго, пока вращаются лопасти?..

… но когда вы остановите лопасти, есть вероятность, что обмотки двигателя «перегорят»?

Отвечать

[21] Как влияет на самоиндукцию соленоида, если

на тот же каркас наматывается вдвое больше проволоки;
проволока той же длины намотана на каркас с таким же радиусом, но в два раза большей длины;
проволока такой же длины наматывается на каркас такой же длины, но в два раза большего радиуса?

Отвечать

«Концептуальная физика»,

«Инструктаж коллег»,

«Физика» для ученых и инженеров »

« Университетская физика »

« Физика »

« Летающий цирк физики »

Тороидальные силовые трансформаторы | APITech

Замкнутая кольцевая форма тороидального трансформатора устраняет воздушные зазоры, присущие конструкции сердечника E-I.Первичная и вторичная обмотки часто намотаны концентрически, чтобы покрыть всю поверхность сердечника, что обеспечивает экранирование, чтобы минимизировать магнитное поле сердечника от создания электромагнитных помех.

APITech наматывает свои сердечники из кремнистой стали, чтобы обеспечить оптимальное выравнивание границ зерен, повышая эффективность трансформатора за счет уменьшения сопротивления сердечника.

Размер эскиза
Передача электроэнергии высокого напряжения
Преобразование переменного / переменного тока одной промышленной частоты или преобразование мощности сигнала в широком диапазоне частот
Повышающие или понижающие трансформаторы

Сценические микрофоны
Медицинская электроника
Блок управления двигателем
Электромобили
Промышленные панели управления
Светильники
Робототехника
ИБП
Авионика

Ядро электрического трансформатора: краткая история

В 1878 году компания Ganz Works из Будапешта превратилась из постройки океанских лайнеров в строительство систем освещения (конкурируя с Westinghouse & Edison Company за лидирующие позиции на европейском рынке электрического освещения) основал кафедру электротехники, которую возглавил венгерский инженер Карой Циперновски.Под его руководством компания Ganz Works установила системы освещения по всей Европе, в которых использовался примитивный трансформатор, основанный на двух медных проводах, намотанных на железное кольцо. Дамы и господа, первый в мире сердечник электрического трансформатора находился в процессе изготовления.

Войдите в Отто Блати, замечательного молодого инженера-механика без формального образования в области электротехники, но страстного читателя теории электромагнетизма и работ Джеймса Максвелла. Летом 1884 года он и еще один молодой инженер из Сербии по имени Микса Дери решили улучшить конструкцию Зиперновского и начали проводить эксперименты с этой целью.

Вместе три инженера Ganz Works разработали новый тип системы распределения электроэнергии переменного тока, основанный на использовании первого устройства, обозначенного как «трансформатор». Это устройство состояло из двух катушек, равномерно расположенных вокруг железного кольца, и предназначалось для понижения мощности переменного тока высокого напряжения для использования в системах освещения лампами накаливания. Впервые инженеры представили свою систему, получившую название трансформатор ZBD, на Национальной выставке в Будапеште в 1885 году.

Это делает компанию Ganz Works изобретателем первого высокоэффективного трансформатора с шунтирующим соединением с замкнутым сердечником.После этого изобретения «ZBD Transformer Team» продолжила разработку современной системы распределения электроэнергии: вместо прежнего последовательного соединения они подключают трансформаторы, которые питают приборы параллельно основной линии. Блати изобрел ваттметр переменного тока, и они также изобрели необходимый генератор постоянного напряжения. Интересно отметить, что Ganz Works построили первые трансформаторы с использованием железного покрытия из эмалированной проволоки из мягкого железа и начали использовать ламинированный электрический сердечник сегодня — еще в 1885 году.