Первичная обмотка трансформатора: Основные определения и термины, применяемые в трансформаторах

Основные определения и термины, применяемые в трансформаторах

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индукционно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока, в том числе для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.

Рис.   1.   Схема   работы   однофазного трансформатора при холостом ходе

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, заключающемся в том, что при изменении во времени магнитного поля, пронизывающего проводящий контур, в последнем наводится (индуцируется) электродвижущая сила (эдс).
Если к концам одной из обмоток однофазного трансформатора (рис. 1), в данном случае АХ обмотки 1У подведено переменное напряжение U1, то по ней протекает ток /х холостого хода, его также называют намагничивающим, он создает магнитное поле, изменяющееся с той же частотой, что и напряжение.

При этом вследствие высокой магнитной проницаемости стали большая часть магнитного поля, которая называется основным магнитным нолем ф трансформатора, замыкается через контур магнитной системы, другая часть магнитного поля, называемого полем рассеяния Фр  замыкается через воздух, она не связана магнитно с обмоткой 2 и поэтому в трансформировании напряжения (энергии) не участвует. Согласно закону электромагнитной индукции изменяющееся основное магнитное поле Ф, пронизывающее обе обмотки, наводит в них эдс E1 и Е2. Напряжение U2l измеренное вольтметром и подведенное напряжение Uu практически можно считать равными эдс Е2 и Е1 соответственно. Если к концам ах обмотки подсоединить какую-либо электрическую нагрузку, то в ее цепи возникает ток, который одновременно вызовет увеличение тока в обмотке 1.
Таким образом, в рассматриваемом электромагнитном устройстве— трансформаторе происходит трансформация электрической энергии, подведенной к обмотке /, в электромагнитную и далее в электрическую, используемую в цепи нагрузки, подключенной в обмотке 2.
Трансформатор, в магнитной системе 3 которого создается однофазное магнитное поле, называется однофазным, если же создается трехфазное поле, то — трехфазным.
Обмотка, к которой подводится энергия (напряжение) преобразуемого переменного тока, называются первичной;  обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется вторичной.
Под обмоткой трансформатора подразумевают совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются электродвижущие силы, наведенные в витках, с целью получения заданного напряжения.
Обмотка трансформатора, к которой подводится электроэнергия преобразуемого или от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется основной. Силовой трансформатор имеет не менее двух основных обмоток.
Основная обмотка трансформатора, имеющая наибольшее номинальное напряжение, называется обмоткой высшего напряжения (ВН), наименьшее — обмоткой низшего напряжения (НН), а промежуточное между ними — обмоткой среднего напряжения (СН).
Трансформатор с двумя гальванически не связанными обмотками (ВН и НН) называется двухобмоточным, с тремя (ВН, СН и НН) — трехобмоточным. Одна из этих обмоток является первичной, две другие — вторичными. Если у трансформатора первичной является обмотка НН, его называют повышающим, если ВН — понижающим.

Значения вторичной эдс Е2 и соответственно напряжения U2 зависят от числа витков вторичной обмотки. Увеличение числа витков вторичной обмотки приводит к увеличению вторичных эдс и напряжения и наоборот.

Другим расчетным показателем трансформатора является коэффициент трансформации ky равный отношению напряжения на зажимах обмотки высшего напряжения к напряжению на зажимах обмотки низшего напряжения в режиме холостого хода (ненагруженного) трансформатора.
Двухобмоточный трансформатор имеет один коэффициент трансформации, равный отношению высшего напряжения к низшему, трехобмоточный трансформатор — три коэффициента трансформации, равные отношению высшего напряжения к низшему, высшего напряжения к среднему и среднего к низшему.
Для двух обмоток силового трансформатора, расположенных на одном стержне магнитной системы, коэффициент трансформации принимается равным отношению чисел их витков. Поэтому если, например, первичная обмотка с числом витков W\ является обмоткой высшего напряжения, а вторичная с числом витков w2— низшего напряжения, то k=U\fU2=Wi/w2y откуда U\ = kU2, W\ = kw2.

Таким образом, зная коэффициент трансформации и напряжение вторичной обмотки трансформатора, легко определить напряжение первичной обмотки и наоборот. Это относится также к значениям токов и к числам витков.
Для улучшения электрической изоляции токопроводящих частей и условий охлаждения трансформатора обмотки вместе с магнитной системой погружают в бак с трансформаторным маслом. Такие трансформаторы называют маслонаполненным и или масляными.
Некоторые трансформаторы специального назначения вместо масла наполняют негорючей синтетической жидкостью — совтолом. Трансформаторы, у которых основной изолирующей средой служит воздух, газ или твердый диэлектрик, а охлаждающей средой — атмосферный воздух, называют сухими.
Каждый трансформатор характеризуется номинальными данными, основные указывают в прикрепляемой к нему табличке. К ним относятся: мощность, напряжение, ток, частота и др.

Номинальная мощность трансформатора — это мощность, на которую он рассчитан.
Номинальная мощность 5 трансформаторов выражается полной электрической мощностью в киловольт-амперах (кВ-А) или мегавольтамперах (MB-А).

Номинальное первичное напряжение — это напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора; номинальное вторичное напряжение— напряжение на зажимах вторичной обмотки, получающееся при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки. Номинальные токи определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжения.
Высшее номинальное напряжение трансформатора — это наибольшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.

Низшее номинальное напряжение — наименьшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.

Среднее номинальное напряжение — номинальное напряжение, являющееся промежуточным между высшим и низшим номинальным напряжением обмоток трансформатора.
Режим, при котором одна из обмоток трансформатора замкнута накоротко, а вторая находится под напряжением, называется коротким замыканием (к. з.). Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальных напряжениях, в обмотках возникают токи короткого замыкания, в 5—20 раз (и более) превышающие номинальные. При этом резко повышается температура обмоток и в них возникают большие механические усилия. Такое замыкание является аварийным и для предотвращения повреждения трансформатора применяется специальная защита, которая должна отключить его в течение долей секунды.

Если в порядке опыта замкнуть накоротко одну из обмоток трансформатора (рис. 2), в данном случае обмотку НН с числом витков W29 а к другой с числом витков w\ подвести пониженное напряжение и постепенно его повышать, то при определенном значении напряжения С/кз, называемом напряжением короткого замыкания, в обмотках будут проходить токи, соответственно равные номинальным значениям первичной и вторичной обмоток.

Равенство напряжений короткого замыкания параллельно включенных трансформаторов — одно из условий их нормальной работы. Напряжение икз указывают в табличке каждого трансформатора. Оно определено стандартами и зависит от типа и мощности трансформатора: для силовых трансформаторов малой и средней мощности оно составляет 5—7%, для мощных трансформаторов — 6—17% и более.

Рис. 2. Схема и поля рассеяния однофазного трансформатора в режиме короткого замыкания

: а — условного, б — реального

При опыте короткого замыкания в магнитной системе создается незначительное магнитное поле Фк, обусловленное малым намагничивающим током вследствие небольшого подведенного напряжения ик. 3. Проходящие по первичной и вторичной обмоткам номинальные токи создают встречнонаправленные мдс, соответственно им поля рассеяния и Фp1 и Фр2, вынуждены замыкаться через воздух и металлические детали трансформатора (см. рис. 2, а). Поля рассеяния в реальном трансформаторе, в котором первичная и вторичная обмотки размещены на одном стержне магнитной системы, изображены на рис. 2 б.
Результирующее поле рассеяния Фр создает в обмотках индуктивное сопротивление, которое при аварийном коротком замыкании ограничивает ток в обмотках, предохраняя их от чрезмерного нагрева и разрушения. Чем больше иш, тем меньше опасность разрушения обмоток при аварийных коротких замыканиях. Однако напряжение короткого замыкания иш при расчете трансформатора ограничивают до определенного значения, в противном случае, поля рассеяния, создавая значительное индуктивное сопротивление, вызовут недопустимо большое реактивное падение напряжения в обмотках, в результате чего снизятся вторичное напряжение и соответственно мощность, получаемая потребителем.

Напряжение короткого замыкания определяется для каждой пары обмоток: в двухобмоточном трансформаторе — для обмоток ВН — НН; в трехобмоточном трансформаторе — для обмоток ВН—НН; ВН — СН и СН — НН.

Потери трансформатора —  это активная мощность, расходуемая в магнитной системе, обмотках и других частях трансформатора при различных режимах работы.

Потери холостого хода

Рхх — это потребляемая трансформатором активная мощность в режиме холостого хода при номинальном напряжении и номинальной частоте первичной обмотки.
При холостом ходе трансформатор не передает электрическую энергию, так как вторичная обмотка разомкнута. Потребляемая им активная мощность тратится на нагревание стали магнитной системы от перемагничивания и вихревыми токами, а также частично первичной обмотки. Эти суммарные потери называют потерями холостого хода трансформатора. Ввиду малого тока холостого хода потери в активном сопротивлении обмотки при этом незначительны (0,3—0,5% номинальной мощности трансформатора), поэтому ими пренебрегают и считают, что мощность расходуется только на потери в стали магнитной системы. Абсолютное значение потерь холостого хода трансформатора незначительно. Однако их стремятся максимально снизить, так как суммарные годовые потери холостого хода трансформатора сравнительно велики.

Потери короткого замыкания Рш — это потребляемая трансформатором активная мощность при опыте к. з., обусловленная потерями в активном сопротивлении первичной и вторичной обмоток и токоведущих частях трансформатора при прохождении номинального тока и добавочными потерями, вызванными полями рассеяния.

Напряжение Uкз, подводимое к трансформатору при опыте короткого замыкания, в зависимости от его конструкции и назначения в 5—20 раз меньше номинального, поэтому магнитное поле в магнитной системе незначительное, соответственно незначительны и потери в активной стали на перемагничивание. Ими пренебрегают, считая, что потребляемая мощность при коротком замыкании расходуется только на потери в активном сопротивлении обмоток и на добавочные потери, вызванные полями рассеяния. Поля рассеяния наводят в обмотках и других токоведущих частях трансформатора (отводы, вводы и др.) вихревые токи, а в стальных конструкциях (стенки бака, ярмовые балки, детали прессовки и др.) кроме вихревых токов создают гистерезисные потери (потери от перемагничивания). Добавочные потери от полей рассеяния вызывают перегревы отдельных частей трансформатора и снижают его коэффициент полезного действия (кпд). Поэтому при расчетах и конструировании трансформаторов поля рассеяния стараются уменьшить до оптимального значения, для этого первичную и вторичную обмотки размещают концентрически она одном стержне магнитной системы, максимально возможно уменьшая канал между ними (рис. 3). Чем ближе обмотки друг к другу, тем меньше поле рассеяния, а следовательно, добавочные потери от вихревых токов и перемагничивания.

 

Рис. 3. Размещение обмоток ВН и НН на стержне магнитной системы

При опыте короткого замыкания токи и потери мощности такие же, как и при полной нагрузке трансформатора, поэтому их часто называют нагрузочными потерями. Потери холостого хода и короткого замыкания нормируются стандартом.
Суммарные потери трансформатора при номинальной нагрузке составляют потери холостого хода и короткого замыкания. Зная эти потери и мощность, выдаваемую трансформатором в сеть, можно определить его кпд в процентах. Трансформаторы имеют сравнительно высокий кпд (98,5—99,3%).

Первичная и вторичная обмотка трансформатора

Первичная обмотка трансформатора – это часть устройства, к которой подводится преобразуемый переменный ток. Определить, где первичная, а где вторичная обмотка трансформатора, важно при использовании устройств без заводской маркировки и самодельных катушек.

На самодельных трансформаторах нет обозначений первичной обмотки.

Знания о внутреннем строении и принципе действия трансформаторов имеют практическое значение для начинающих радиолюбителей и домашних мастеров. Имея информацию о типах обмоток, методах их расчета и главных отличиях, можно с большей уверенностью начинать создание систем освещения и прочих устройств.

Типы трансформаторных обмоток

В зависимости от взаиморасположения проводящих ток элементов, направления их намотки и формы сечения провода выделяют несколько типов обмоток трансформаторов:

1. Однослойная или двухслойная цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода. Технология ее изготовления очень проста, благодаря чему такие катушки получили широкое распространение. Обмотка имеет небольшую толщину, что уменьшает нагрев устройства. Из недостатков следует выделить небольшую прочность конструкции.
2. Многослойная цилиндрическая обмотка является аналогом предыдущего типа, но провод расположен в несколько слоев. Окна магнитной системы при этом заполняются лучше, но появляется проблема перегрева.
3. Цилиндрическая многослойная обмотка из провода круглого сечения обладает свойствами, близкими к предыдущим разновидностям обмоток, но к недостаткам добавляется утрата прочности по мере роста мощности.
4. Винтовая обмотка с одним, двумя и больше ходами имеет высокую прочность, отличную изоляцию и охлаждение. По сравнению с цилиндрическими обмотками, винтовая обходится дороже в производстве.
5. Непрерывная обмотка из провода прямоугольного сечения не перегревается, она обладает значительным запасом прочности.
6. Многослойная обмотка из фольги устойчива к повреждениям, хорошо заполняет окно магнитной системы, но технология производства таких катушек сложная и дорогостоящая.

У трансформаторов есть шесть основных типов обмотки.

На схемах трансформаторов начало обмоток высокого напряжения обозначается большими буквами латинского алфавита (A, B, C), а такая же часть проводов низкого напряжения – строчными буквами. Противоположный конец обмотки имеет общепринятое условное обозначение, состоящее из конечных трех букв латинского алфавита – X, Y, Z для входящего напряжения и x, y, z для выходящего.

Различают обмотки и по назначению:

• основные – к ним относятся первичная и вторичная обмотки, по которым ток подается из сети и поступает к месту потребления;
• регулирующие – являют собой отводы, главная функция которых – изменение коэффициента трансформации напряжения;
• вспомогательные – используются для обеспечения нужд самого трансформатора.

Вернуться к оглавлению

Автоматизированный расчет намотки трансформатора

Правильно выбрать трансформатор важно не только при проведении ремонта электрической сети, систем освещения и цепей управления. Расчет важен и для радиолюбителей, которые хотят самостоятельно изготовить катушку для конструируемого прибора.

Для этого существуют удобные программы-калькуляторы, которые обладают широким функционалом и оперируют различными методами расчета.

Специальные программы облегчат расчет траснформатора.

Проще всего рассчитать параметры маломощного однофазного трансформатора. Для этого в специальной программе указываются следующие параметры:

• напряжение, подающееся на первичную обмотку катушки , в большинстве случаев это для домашних нужд
• напряжение составляет 220 вольт;
• напряжение на вторичной обмотке;
• сила тока вторичной обмотки.

Далее следует указать тип трансформатора (броневой или стержневой), вторичную мощность, значение магнитной индуктивности сердечника и плотности тока в обмотке.

Результат расчетов представлен в виде удобной таблицы, в которой указаны такие значения, как параметры сердечника и высота стержня, сечение провода, количество витков и мощность обмоток.

Автоматизированный расчет сильно упрощает теоретическую часть процесса конструирования трансформатора, позволяя сосредоточиться на важных деталях.

Вернуться к оглавлению

Отличия первичной обмотки от вторичной

Определить тип обмотки можно по ее сопротивлению.

Определение типа обмотки может быть важным в тех случаях, когда на трансформаторе не сохранилось никаких обозначений. Как узнать, где первичная, а где вторичная обмотка? Они рассчитаны на разное напряжение. Если к сети в 220 В подключить вторичную обмотку, то устройство просто сгорит.

Главный визуальный критерий, при помощи которого можно определить тип обмотки, – толщина провода, припаянного к его выводам. Трансформатор имеет 4 выхода: два для подключения к сети, а еще два для вывода напряжения. Провода, которыми первичная обмотка соединяется с сетью, имеют небольшую толщину. Вторичная обмотка подключена проводами довольно большого поперечного сечения.

Еще один верный признак, позволяющий узнать тип обмотки, – измерение сопротивления провода. Сопротивление первичной обмотки имеет довольно высокое значение тогда, когда у вторичной оно может составлять до 1 Ома.

Вне зависимости от модели, первичная обмотка трансформатора всегда будет одна. На принципиальных схемах она обозначается римской цифрой I. Вторичных обмоток может быть несколько, их обозначение – II, III, IV, и т.д. Не стоит допускать распространенной ошибки, называя такие обмотки третичными, четвертичными и так далее. Все они имеют один ранг и называются вторичными.

Вернуться к оглавлению

Какие функции выполняет трансформатор?

Трансформаторы широко используются в зарядных устройствах.

Главная функция трансформаторов состоит в понижении или повышении напряжения подаваемого на них тока. Эти устройства находят широкое применение в высоковольтных сетях, которые доставляют электричество от места его выработки до конечного потребителя.

В современном домашнем хозяйстве трудно обойтись без трансформатора тока. Данные устройства используются во всех типах техники, начиная от холодильника и заканчивая компьютером.

Еще недавно размеры и вес бытовой техники часто определялись именно параметрами трансформатора, ведь основное правило заключалось в том, что чем выше мощность преобразователя тока, тем он больше и тяжелее. Чтобы увидеть это, достаточно просто сравнить между собой два типа зарядных устройств. Трансформаторы от старого мобильного телефона и современного смартфона или планшета. В первом случае перед нами будет небольшое, но увесистое приспособление для зарядки, которое заметно греется и часто выходит из строя. Импульсные трансформаторы отличаются бесшумной работой, компактностью и высокой надежностью. Принцип их действия заключается в том, что переменное напряжение сначала поступает на выпрямитель и преобразовывается в высокочастотные импульсы, которые подаются на небольшой трансформатор.

В условиях проведения ремонта техники дома часто возникает потребность самостоятельной намотки катушки трансформатора. Для этого используют сборные сердечники, которые состоят из отдельных пластин. Детали соединяются между собой посредством замка, образовывая жесткую конструкцию. Обмотка проводом производится при помощи самодельного устройства, которое работает по принципу коловорота.

Создавая такой трансформатор, следует помнить: чем плотнее и аккуратнее намотана проволока, тем меньше проблем будет возникать с эксплуатацией такого устройства.

Витки отделяются друг от друга одинарным слоем бумаги, промазанной клеем, а первичная обмотка отделяется от вторичной промежутком из 4-5 слоев бумаги. Такая изоляция обеспечит защиту от пробоев и короткого замыкания. Правильно собранный трансформатор гарантирует стабильность работы техники, отсутствие назойливого гула и перегревов.

Вернуться к оглавлению

Заключение по теме

Трансформаторы используются в большинстве окружающей нас техники. Знание об их внутреннем строении дает возможность при необходимости произвести их ремонт, обслуживание или замену.

Отличить первичную обмотку от вторичной бывает важно для правильного подключения устройства в сеть. Подобная проблема может возникнуть и при использовании самодельных устройств или трансформаторов без маркировки.

Непрерывная катушечная обмотка применяется только при напряжении 110 кВ и выше. При использовании в обмотке нескольких параллельных проводов транспозиция делается, как в винтовых параллельных обмотках.

Transformer Basic Operation

Google Ads

• Изучив этот раздел, вы сможете описать:
• • Базовая работа трансформатора.
• • Передаточное отношение.
• • Коэффициент мощности.
• • Коэффициент трансформации.
• • Потери в трансформаторе: медь, гистерезис и вихревые токи.
• • Эффективность трансформатора и ток без нагрузки.

Трансформаторы.

Трансформатор использует принципы электромагнетизма для изменения одного уровня напряжения переменного тока на другой. Работа Фарадея в 19 веке показала, что изменение тока в проводнике (например, в первичной обмотке трансформатора) создает вокруг проводника изменяющееся магнитное поле. Если в это изменяющееся магнитное поле поместить другой проводник (вторичную обмотку), в этой обмотке будет индуцироваться напряжение.

Передаточное отношение.

Фарадей также рассчитал, что напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, будет иметь величину, зависящую от КОЭФФИЦИЕНТА ОБОРОТА трансформатора. т. е. если вторичная обмотка имеет половину числа витков первичной обмотки, то вторичное напряжение будет вдвое меньше напряжения на первичной обмотке. Точно так же, если вторичная обмотка имеет вдвое большее количество витков, чем первичная обмотка, вторичное напряжение будет вдвое больше первичного напряжения.

Коэффициент мощности.

Поскольку трансформатор является пассивным компонентом (у него нет внешнего источника питания), он не может вырабатывать на вторичной обмотке больше мощности, чем подается на первичную. Поэтому, если вторичное напряжение больше первичного напряжения на определенную величину, вторичный ток будет меньше первичного тока на аналогичную величину, т. е. если напряжение удвоится, ток уменьшится вдвое.

Рис. 11.1.1 Базовая работа трансформатора.

Коэффициент трансформации.

Базовая работа трансформатора может быть описана двумя формулами, связывающими коэффициент трансформации с коэффициентом трансформации обмоток трансформатора.

• В _P = первичное напряжение.
• I _P = первичный ток.
• В _S = вторичное напряжение.
• I _S = вторичный ток.
• N _P = количество витков в первичной обмотке.
• N _S = количество витков вторичной обмотки.

Потери трансформатора.

Формулы на рис. 11.1.1 относятся к идеальному трансформатору, т. е. трансформатору без потерь мощности, в котором вольт-ампер первичной обмотки = вольт-ампер вторичной обмотки.

Несмотря на то, что практичные трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективными, в них будут возникать некоторые потери, поскольку не весь магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, будет связан со вторичной обмоткой. Потери мощности в трансформаторе бывают трех типов;

1. Потери меди.

Эти потери также можно назвать потерями в обмотке или потерями I2R, поскольку они могут возникать в обмотках, изготовленных из металлов, отличных от меди. Потери проявляются в виде тепла, выделяемого в обмотках (медных) проводов, когда они рассеивают мощность из-за сопротивления провода.

Потери мощности в обмотке трансформатора можно рассчитать, используя ток в обмотке и ее сопротивление по формуле для мощности P = I ² R. По этой формуле потери в меди иногда называют I ² Р потери. Чтобы свести к минимуму потери, сопротивление обмотки должно поддерживаться на низком уровне с использованием провода подходящей площади поперечного сечения и низкого удельного сопротивления.

2. Гистерезисные потери.

Каждый раз, когда переменный ток меняется на противоположное (один раз за цикл), крошечные «магнитные домены» в материале сердечника меняются местами. Это физические изменения в основном материале, требующие некоторой энергии. Количество используемой энергии зависит от «сопротивления» материала сердцевины; в больших сердечниках силовых трансформаторов, где гистерезисные потери могут быть проблемой, она в значительной степени решается за счет использования в качестве материала сердечника специальной стали с низким сопротивлением, ориентированной на зерна.

3. Потери на вихревые токи.

Поскольку железный или стальной сердечник является электрическим проводником, а также магнитной цепью, изменение тока в первичной обмотке будет иметь тенденцию создавать ЭДС как в сердечнике, так и во вторичной обмотке. Токи, наведенные в сердечнике, будут противодействовать изменениям магнитного поля, происходящим в сердечнике. По этой причине эти вихревые токи должны быть как можно меньше. Это достигается путем разделения металлического сердечника на тонкие листы или «слои», каждый из которых изолирован от другого изолирующим слоем лака или оксида. Многослойные сердечники значительно снижают образование вихревых токов, не влияя на магнитные свойства сердечника.

Ферритовые сердечники.

В высокочастотных трансформаторах потери на вихревые токи уменьшаются за счет использования сердечника из керамического материала, содержащего большое количество мельчайших металлических частиц, железной пыли или марганцево-цинкового. Керамика изолирует металлические частицы друг от друга, создавая эффект, аналогичный ламинату, и лучше работает на высоких частотах.

Благодаря способам снижения потерь, описанным выше, практические трансформаторы близки к идеалу по характеристикам. В больших силовых трансформаторах КПД около 98% может быть достигнуто. Поэтому для большинства практических расчетов можно предположить, что трансформатор является «идеальным», если не указаны его потери. Фактические вторичные напряжения в практическом трансформаторе будут лишь немного меньше рассчитанных с использованием теоретического коэффициента трансформации.

Ток без нагрузки.

Поскольку работа трансформатора почти идеальна, мощность как в первичной, так и во вторичной обмотках одинакова, поэтому, когда вторичная обмотка не нагружена, вторичный ток не течет, а мощность во вторичной обмотке равна нулю (V x I = 0). Следовательно, хотя к первичной обмотке приложено напряжение, ток не будет течь, поскольку мощность в первичной обмотке также должна быть равна нулю. В практических трансформаторах «ток без нагрузки» в первичной обмотке на самом деле очень низкий.

Вольт на оборот.

Трансформатор с первичной обмоткой 1000 витков и вторичной обмоткой 100 витков имеет соотношение витков 1000:100 или 10:1. Следовательно, 100 вольт, приложенные к первичной обмотке, создадут вторичное напряжение 10 вольт.

Еще один способ учета напряжения трансформатора — по вольтам на виток; если 100 вольт, приложенные к первичной обмотке из 1000 витков, дают 100/1000 = 0,1 вольта на виток, то каждый отдельный виток вторичной обмотки из 100 витков будет производить 0,1 В, поэтому общее вторичное напряжение будет 100 × 0,1 В = 10 В.

Тот же метод можно использовать для определения значений напряжения на отдельных ответвлениях автотрансформатора, когда известно число витков на ответвление.

Просто разделите общее напряжение на всей обмотке на общее количество витков и умножьте результат на количество витков в конкретном ответвлении.

 

Определение, принцип работы, детали, типы и назначение

Что такое трансформатор?

Трансформатор представляет собой статическое электрическое устройство, которое передает энергию между двумя или более цепями.

Ток в одной катушке трансформатора создает изменяющийся магнитный поток, который, в свою очередь, индуцирует напряжение во второй катушке, намотанной вокруг того же сердечника.

Электрическая энергия может передаваться между двумя катушками без электрического соединения между ними. Закон индукции Фарадея, открытый в 1831 году, описывал принцип действия трансформатора.

Трансформаторы используются для увеличения или уменьшения переменного напряжения в электроэнергетике.

Как работает трансформатор?

Трансформатор в основном состоит из двух катушек провода, намотанных на общий железный сердечник. Катушка, которая получает энергию, называется первичной катушкой, а другая называется вторичной катушкой.

Первичная катушка подключена к источнику переменного тока, а вторичная катушка подключена к нагрузке (например, к лампе). Ток в первичной обмотке создает изменяющееся магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует напряжение на вторичной обмотке.

Этот процесс известен как электромагнитная индукция. Первичная катушка называется возбуждающей, а вторичная — индуктивной.

Отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки называется коэффициентом трансформации. Он определяет величину вторичного напряжения по отношению к первичному напряжению.

Если вторичное напряжение больше первичного, трансформатор называется повышающим.

Если вторичное напряжение меньше первичного напряжения, это называется понижающим трансформатором.

Три основные части трансформатора

Трансформатор состоит из трех основных частей: сердечника, обмотки и корпуса.

Сердечник

Сердечник изготовлен из высококачественной кремнистой стали или феррита, что обеспечивает узкий магнитный путь для потока.

Обмотка

Первичная и вторичная обмотки выполнены из медных или алюминиевых проводников, изолированных лаком, эмалью, бумагой или волокном.

Корпус

Трансформаторы могут быть как сухими, так и заполненными жидкостью. Кожух защищает трансформатор от влаги, пыли, насекомых и других внешних факторов.

Различные типы трансформаторов

Существует несколько типов трансформаторов, которые классифицируются в зависимости от их применения, функций и конструкции.

Наиболее распространенные типы трансформаторов:

Повышающий трансформатор

Увеличивает напряжение от первичной обмотки к вторичной обмотке. Количество витков вторичной обмотки больше количества витков первичной обмотки.

Понижающий трансформатор

Понижает напряжение от первичной обмотки к вторичной. Количество витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной обмотки.

Изолирующий трансформатор

Используется для электрической изоляции двух цепей. Он имеет первичную обмотку и вторичную обмотку, которые физически разделены.

Автотрансформатор

Имеет только одну обмотку. Первичная и вторичная обмотки физически связаны, а коэффициент трансформации определяется коэффициентом трансформации.

Трансформатор полярности

Используется для изменения полярности напряжения. Он также имеет первичную обмотку и вторичную обмотку, которые физически разделены.

Для чего нужен трансформатор?

Посредством индуктивной связи трансформаторы передают электрическую энергию между двумя или более цепями.

Он служит двум основным целям:

• Для изменения уровня напряжения
• Для изоляции двух цепей
  

 

Трансформаторы используются в различных приложениях, таких как производство, передача и распределение электроэнергии; аудио- и видеоаппаратура; и электрические приборы.

В электроэнергетике трансформаторы используются для повышения напряжения от генератора до высоковольтной линии электропередачи.

При передаче электроэнергии трансформаторы используются для понижения напряжения от высоковольтной линии электропередачи до низковольтной распределительной линии.

В электрораспределении трансформаторы используются для понижения напряжения распределительной линии до уровня, который может использоваться бытовыми приборами.

В аудио- и видеооборудовании используются трансформаторы для согласования импеданса оборудования с импедансом источника сигнала.

Трансформаторы также используются в электроприборах, таких как фены и утюги, для преобразования напряжения в розетке до уровня, который может использоваться прибором.

Итог

Трансформаторы — это электрические устройства, использующие индуктивную связь для передачи электроэнергии между двумя или более цепями.

Они используются в различных приложениях, таких как производство, передача и распределение электроэнергии; аудио- и видеоаппаратура; и электрические приборы.

Он служит либо повышающим, либо понижающим трансформатором для изменения уровня напряжения, а также разделительным трансформатором для физического разделения двух цепей.

Он также является ключевым компонентом в работе электродвигателей и генераторов.

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое трансформатор?

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, использующее индуктивную связь для передачи электрической энергии между двумя или более цепями.

Как работает трансформатор?

Трансформатор работает за счет использования индуктивной связи для передачи электрической энергии от первичной обмотки к вторичной обмотке.

3. Какие существуют типы трансформаторов?

Существуют различные типы трансформаторов: повышающий трансформатор, понижающий трансформатор, изолирующий трансформатор, автоматический трансформатор и трансформатор полярности.

4. Каково назначение трансформатора?

Трансформатор предназначен для изменения уровня напряжения и/или изоляции двух цепей.

5. Чем отличается повышающий трансформатор от понижающего?

Повышающий трансформатор повышает напряжение от первичной обмотки к вторичной, а понижающий трансформатор уменьшает напряжение от первичной обмотки к вторичной.