Стандартный трансформатор является статическим электромагнитным устройством с двумя и более обмотками, индуктивно связанными между собой посредством магнитопровода. Его основная функция заключается в преобразовании одного значения напряжения в другое, с сохранением одной и той же частоты. Трансформатор в электрических цепях применяется в самых различных областях. Он используется для передачи электроэнергии, а также в электронных и радиотехнических схемах.
Что такое трансформатор
По своей сути, трансформатор является преобразователем электрического тока. Для изменения напряжения используется .
Основные принципы работы данных устройств заключаются в следующем:
- Электрический ток изменяется во времени и создает магнитное поле, подверженное аналогичным изменениям.
- Измененный магнитный поток, проходящий через обмотку трансформатора, вызывает появление в ней электромагнитной индукции. Некоторые устройства с высокими или сверхвысокими частотами могут не иметь магнитопровода. В идеальном варианте не должно быть потерь электроэнергии, расходуемой на потоки рассеивания и нагрев обмоток.
Трансформаторы могут работать в различных режимах:
- Холостой ход. В данном случае вторичная цепь устройства разомкнута и ток по ней не проходит. Компенсация напряжения источника питания происходит за счет компенсации электродвижущей силы индукции в первичной обмотке.
- Режим нагрузки. Вторичная цепь находится в замкнутом состоянии. В ней появляется ток, под действием которого в магнитопроводе возникает магнитный поток. Он действует в противоположном направлении относительно магнитного потока, возникающего в первичной обмотке. Равновесие ЭДС индукции с источником питания оказывается нарушенным. В результате, ток в первичной обмотке будет увеличиваться, пока значение магнитного потока не выйдет на прежний уровень. Это основной рабочий режим для любого трансформатора.
- В режиме короткого замыкания вторичная цепь замыкается накоротко. Данное состояние позволяет определить, насколько теряется полезная мощность трансформатора при нагреве проводов. Подача небольшого переменного напряжения осуществляется на первичную обмотку. Его величина должна быть одинаковой с номинальным током устройства.
Из чего состоит трансформатор
Основой каждого трансформатора является замкнутый сердечник, выполняющий функцию магнитопровода. Для его изготовления применяется электротехническая сталь в виде листов, толщиной 0,35 - 0,5 мм. На магнитопровод наматываются изолированные медные провода.
Участки сердечника с обмотками носят название стержней, а те, которые без обмоток, называются ярмами. Обмотка, на которую поступает электроэнергия, именуется первичной. Другая обмотка, из которой выходит преобразованный ток, называется вторичной. Они обе разделены между собой путем электрической изоляции, кроме автоматических трансформаторов.
Величины каждой обмотки определенным образом соотносятся между собой. Например, отношение напряжения между концами первичной и вторичной обмотки такое же, как и соотношение количества витков в этих обмотках.
В процессе работы трансформатора электрическая энергия, поступающая из сети в первичную обмотку, преобразуется в магнитное поле. Далее, попадая во вторичную обмотку, энергия магнитного поля вновь превращается в электроэнергию с такой же частотой, но с другим значением. На практике таких показателей достичь невозможно, поскольку КПД устройства всегда меньше единицы, поскольку имеют место потери энергии при нагреве обмоток и стержней. Если трансформатору обеспечен нормальный режим работы, то в этом случае КПД может составить даже 0,98 - 0,99.
Виды трансформаторов
Современные трансформаторные устройства имеют множество разновидностей и применяются в самых различных областях.
Силовые трансформаторы
Передача электроэнергии на расстояние осуществляется с помощью силовых трансформаторов. Эти низкочастотные приборы выполняют ее прием и преобразование. Название силовых они получили из-за работы с напряжением, которое может достигать более 1000 киловольт.
Импульсные трансформаторы
Многие устройства, например, сварочные аппараты, сетевые блоки питания, инверторы и другие аналогичные устройства не могут обойтись без импульсных трансформаторов. Основным конструктивным элементом стандартного прибора служит ферритовый сердечник, представленный большим количеством разнообразных форм. Их главным преимуществом является способность работы на частоте 500 кГц и выше.
Поскольку данное устройство относится к высокочастотным трансформаторам, его габаритные размеры существенно снижаются с увеличением частоты. Обмотки требуют меньшего количества проводов, а высокочастотный ток в первичной цепи вырабатывается за счет применения полевых или биполярных транзисторов.
Маркировка трансформаторов
Очень многие пользователи не всегда обращают внимания на маркировку трансформаторов, а некоторые просто не умеют правильно ее расшифровывать. Основные конструкции маркируются как ТМ, ТМЗ, ТСЗ, ТСЗС, ТРДНС, ТМН, ТДН, ТДНС и так далее.
Буквенные обозначения соответствуют следующим характеристикам:
- Т - трехфазное устройство.
- Р - разделение обмотки низкого напряжения на две части.
- С - сухой трансформатор.
- М - наличие масляного охлаждения с естественной циркуляцией.
- Ц - принудительная циркуляция воды и масла. Вода циркулирует по трубам, а масло течет между ними в виде ненаправленного потока.
- МЦ - циркуляция воздуха - естественная, а масло циркулирует принудительно, ненаправленным потоком.
- Д - движение масла принудительное, а воздуха - естественное.
- ДЦ - принудительное движение воздуха и масла.
- Н - регулировка напряжения осуществляется под нагрузкой.
- С - если проставлена в конце маркировки, значит трансформатор используется для собственных нужд электростанции.
- З - трансформатор без расширителя, герметичный, с азотной подушкой.
Трансформаторы с тремя обмотками маркируются как ТМТН, ТДТН, ТДЦТН, где на три обмотки указывает вторая буква Т. Наличие буквы А указывает на автотрансформатор, О - однофазное устройство, Г - грозоупорная конструкция.
Кроме того, в маркировке указывается класс напряжения, применяемый в работе, режим и условия функционирования, а также точная конструкция устройства. Номинальная мощность и класс напряжения проставляется после буквенной маркировки через дефис. Обозначение имеет вид дроби, где числитель является номинальной мощностью в киловольт-амперах, а знаменатель соответствует классу напряжения в киловольтах.
Применение трансформатора
Недостаточно только выработать электрическую энергию. Не меньшую сложность представляет ее передача на значительные расстояния и дальнейшее распределение среди потребителей. И здесь не обойтись без специальных аппаратов - трансформаторов, выполняющих повышение или понижение напряжения.
Каждый трансформатор в электрических цепях может применяться на открытом воздухе или внутри помещений. Эти устройства дали возможность передачи электроэнергии с минимальными потерями в проводах, за счет уменьшенной площади сечения.
Высокое напряжение, поступающее со станции, не может напрямую поставляться потребителям. Поэтому на входе производится установка понижающих трансформаторов. Они доводят ток до нужного значения, при котором нормально функционирует оборудование и бытовая техника.
Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на магнитопроводе. Предназначен для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.
Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.
Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.
Принцип действия
На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.
Режимы работы
1. Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. По первичной обмотке протекает ток холостого хода, главной составляющей которого является реактивный ток намагничивания. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.
2. Режим нагрузки. Этот режим характеризуется работой трансформатора с подключенным источником в первичной, и нагрузкой во вторичной цепи трансформатора. Во вторичной обмотке протекает ток нагрузки, а в первичной — ток, который можно представить как сумму тока нагрузки и ток холостого хода. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.
3. Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. Это разновидность режима нагрузки, при котором сопротивление вторичной обмотки является единственной нагрузкой. С помощью опыта короткого замыкания можно определить потери на нагрев обмоток в цепи трансформатора. Это явление учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.
Габаритная мощность определяется следующей формулой:
P габ = (P 1 + P 2) / 2
P габ - габаритная мощность трансформатора
P 1 - мощность первичной обмотки
P 2 - мощность вторичной обмотки
Виды трансформаторов
Силовой трансформатор переменного тока предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Силовой трансформатор переменного тока используется для непосредственного преобразования напряжения в цепях переменного тока. Термин «силовой» показывает отличие таких трансформаторов от измерительных устройств класса «Трансформатор постоянного тока».
Автотрансформатор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше.
Трансформатор тока — трансформатор, первичная обмотка которого питается от источника тока. Типичное применение: снижения тока первичной обмотки до удобной величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации, кроме того, трансформатор тока осуществляет гальваническую развязку.
Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.
Импульсный трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса.
Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.
Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей (каскадов) электронных схем при минимальном искажении формы сигнала.
Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.
Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.
Трансфлюксор — разновидность трансформатора, используемая для хранения информации. Основное отличие от обычного трансформатора это большая величина остаточной намагниченности магнитопровода. Иными словами трансфлюксоры могут выполнять роль элементов памяти.
Вращающийся трансформатор - трансформатор который применяется для передачи сигнала на вращающиеся объекты, например на барабан блока магнитных головок в видеомагнитофонах. Состоит из двух половин магнитопровода, каждая со своей обмоткой, одна из которой вращается относительно другой с минимальным зазором. Позволяет реализовать большие скорости вращения, при которых контактный способ съёма сигнала невозможен.
Трансформатор Тесла (катушка Тесла) — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты.
Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления.
Обозначение на схемах
На схемах трансформатор обозначается следующим образом:
Центральная толстая линия соответствует сердечнику, 1 — первичная обмотка (обычно слева), 2 и 3 — вторичные обмотки. Число полуокружностей в очень грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности). Жирной точкой около вывода могут быть указаны начала катушек.
Лекция №7
Что такое трансформатор?
Трансформатор́ (от лат. Transformo - преобразовывать) -
статическое (не имеющее подвижных частей) электромагнитное устройство,
предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока обычно другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности.
Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток,
охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.
Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство,
имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной
(первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.
При подведении к первичной обмотке трансформатора переменного напряжения, по ней начинает протекать переменный ток, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток. Этот поток наводит переменную ЭДС в первичной и вторичной обмотках. При замыкании вторичной обмотки на нагрузку (электродвигатель на рисунке) по ней начинает протекать переменный ток.
В общем случае вторичная система переменного тока может отличаться любыми параметрами: величиной напряжения и тока, числом фаз,
формой кривой напряжения (тока), частотой.
Наибольшее применение в электротехнических установках, а также в энергетических системах передачи и распределения электроэнергии имеют
силовые трансформаторы, посредством которых изменяют величину переменного напряжения и тока. При этом число фаз, форма кривой напряжения (тока) и частота остаются неизменными.
Простейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода – сердечника, выполненного из ферромагнитного материала (обычно листовая электротехническая сталь) и двух обмоток (катушек), расположенных на стержнях магнитопровода. Одна из обмоток присоединена к источнику переменного тока на напряжение U1 , эту обмотку называют первичной. К
другой обмотке подключен потребитель Zн – ее называют вторичной.
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток i 1 , который создает в магнитопроводе переменный магнитный потокФ . Замыкаясь на магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками (первичной и вторичной) и индуктирует в них э. д. с.:
e 1 = - w1 (d Ф/dt); (1) e 2 = - w2 (d Ф/dt); (2)
где w 1 иw 2 , - число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.
При подключении нагрузки Zн к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием Э.Д.С.е 2 в цепи этой обмотки создается токi 2 , а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжениеU 2 . В
повышающих трансформаторах U 2 >U 1 , а в понижающих -U 1
Из (1) и (2) следует, что Э.Д.С. е 1 ие 2 , отличаются друг от друга числом витков обмоток, в которых они наводятся. Поэтому, применяя обмотки с требуемым соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений.
Обмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напряжением, называют обмоткой высшего напряжения (ВН); обмотку,
присоединенную к сети меньшего напряжения, - обмоткой низшего напряжения (НH).
Типы трансформаторов
Трансформаторы классифицируется по следующим параметрам:
1) по фазности – однофазные и трехфазные;
2) по числу обмотки:
а) двухобмоточные;
б) трехобмоточные;
в) двухобмоточные с расщепленной обмоткой;
г) трехобмоточные с расщепленной обмоткой;
3) по роду изоляции:
а) М- масляные;
б) С – сухие;
в) Н – с негорючим заполнением (совтолом); 4) по роду охлаждения:
а) М – естественное масляное охлаждение;
б) Д – масляное охлаждение с воздушным дутьем;
в) Ц- масляное охлаждение с принудительной циркуляцией;
г) С- трансформаторы с воздушным охлаждением (сухие);
д) З–трансформатор без расширителя, защита которого осуществляется с помощью азотной подушки.
Структурная схема условного обозначения трансформатора:
Буквенная часть условного обозначения должна содержать обозначения в следующем порядке:
Назначению трансформатора (может отсутствовать)
А - автотрансформатор
Э - электропечнойКоличество фаз
О - однофазный трансформатор
Т - трехфазный трансформатор Расщепление обмоток (может отсутствовать)
Р - расщепленная обмотка НН;Cистема охлаждения
Сухие трансформаторы
С - естественное воздушное при открытом исполнении
СЗ - естественное воздушное при защищенном исполнении
СГ - естественное воздушное при герметичном исполнении
СД - воздушное с дутьем Масляные трансформаторы
М - естественное масляное
МЗ - с естественным масляным охлаждением с защитой при помощи азотной подушки без расширителя
Д - масляное с дутьем и естественной циркуляцией масла
ДЦ - масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла
Ц - масляно-водяное с принудительной циркуляцией маслаС негорючим жидким диэлектриком
Н - естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком
НД - охлаждение негорючим жидким диэлектриком с дутьемОсобенность трансформатора (может отсутствовать)
Л - исполнение трансформатора с литой изоляцией;
Т - трехобмоточный трансформатор (Для двухобмоточных трансформаторов не указывают);
Н - трансформатор с РПН;
Назначение (может отсутствовать)
С - исполнение трансформатора для собственных нужд электростанций
П - для линий передачи постоянного тока Для автотрансформаторов при классах напряжения стороны СН или
НН 110 кВ и выше после класса напряжения стороны ВН через черту дроби указывают класс напряжения стороны СН или НН.
Масляные трансформаторы (ТМ, ТМЗ, ТМН)
Эти трансформаторы наиболее экономичны и надежны для наружной установки, а также для внутренней установки при размещении на уровне первого этажа в камерах с двумя дверьми наружу.
Особенности масляных трансформаторов:
1) должны иметь маслоприемные устройства (яму или приямки),
которые могут вобрать в себя до 20-30% от всего объема масла,
2) уровень ямы должен быть не ниже 1 м;
3) запрещена их установка в подвале и на втором этаже зданий;
4) требуют отдельной камеры для установки.
Трансформаторы с негорючим диэлектриком
Изготавливаются мощностью до 2500 кВА. Их применение целесообразно только в тех случаях, когда по условиям среды невозможно приблизить к ЦЭН масляные трансформаторы и недопустима их открытая установка в здании или около него и в тоже время недопустима установка сухих трансформаторов.
Применение трансформаторов ограничено ввиду сильной токсичности совтола, так как его пары могут вызвать раздражение слизистых оболочек носа и глаз.
Главным преимуществом этих трансформаторов является то, что они могут вводится в эксплуатацию без предварительной ревизии, не обслуживаются и не ремонтируются.
Сухие трансформаторы
Изготавливаются мощностью до 2500 кВА. Их применение целесообразно только в тех случаях, когда по условиям среды невозможно установка масляных трансформаторов из-за пожароопасности, а
трансформаторов с негорючим заполнением – из-за их токсичности.
Устанавливаются в общественных, административных зданиях, т.е.
там, где возможно большое скопление людей.
Сухие трансформаторы небольшой мощности легко разместить в помещениях, на колоннах, антресолях и т. п., так как они не содержат охлаждающей жидкости и, следовательно, не требуют устройства маслосборников. Их применение целесообразно, например, для питания освещения при системе раздельного питания силовых и осветительных нагрузок. Сухие трансформаторы обладают повышенным раздражающим шумом, что следует учитывать при установке трансформаторов в местах с возможным присутствием людей.
Группы соединения обмоток
Важным параметром подключения трансформатора к электрической сети является группа и схема соединения его обмоток.
Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:
Y-соединение, так называемой соединение звездой, где все три обмотки соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной точке,
называемой нейтральной точкой или звездой
∆-соединение, так называемое дельта-соединение, или соединение треугольником, где три фазных обмотки соединены последовательно и образуют кольцо (или треугольник)
Z-соединение, так называемое соединение зигзагом.
Первичная, вторичная и третичная стороны трансформатора могут быть соединены любым из трёх способов, показанным выше. Данные способы предлагают несколько различных комбинаций соединений в трансформаторах с различными характеристиками, выбор которых также может быть обусловлен типом сердечника.
Y-соединение обычно является естественным выбором для самых высоких напряжений, когда нейтральная точка предназначена для зарядки. В
любом случае в целях защиты от перенапряжения или для прямого заземления предусмотрено наличие нейтрального проходного изолятора. В
последнем случае в целях экономии уровень изоляции нейтрали может быть ниже, чем уровень изоляции фазного конца обмотки. Соединённая звездой обмотка также имеет то преимущество, что переключение регулирования коэффициента трансформации может быть предусмотрено на нейтральном конце, где также может быть размещён переключатель числа витков.
Поэтому переключатель числа витков сможет функционировать при напряжении низкого логического уровня, а разница напряжений между фазами также будет незначительная. По сравнению с расходами,
затраченными на установку переключателя числа витков, при более высоком уровне напряжения экономические затраты будут ниже.
Соединение звездой используется на одной стороне трансформатора,
другая сторона должна быть соединена треугольником, особенно в случаях,
если нейтраль соединения звездой планируется для зарядки. Соединение обмотки треугольником обеспечивает баланс ампер-виток для тока нулевой последовательности, следующего по нейтрали, и каждой фазы соединения звездой, что даёт приемлемый уровень полного сопротивления нулевой последовательности. Без соединения треугольником обмотки ток нулевой последовательности привёл бы к образованию поля токов нулевой последовательности в сердечнике. Если сердечник имеет три стержня, данное поле от ярма к ярму проникнет сквозь стенки бака и приведёт к выделению тепла. В случае с броневым сердечником, или при наличии пяти стержней сердечника, данное поле проникнет между раскрученными боковыми стержнями и полное сопротивление нулевой последовательности существенно повысится. Вследствие этого ток, в случае пробоя на землю может стать настолько слабым, что защитное реле не сработает.
В соединенной треугольником обмотке ток, протекающий по каждой
фазовой обмотке равен фазному току, разделённому на 3 , в то время как в соединении звездой, линейный ток каждой фазной обмотки идентичен линейному току сети. С другой стороны, для одинакового напряжения соединение треугольником требует наличия трёхкратного количества витков по сравнению с соединением звездой. Соединение обмотки треугольником выгодно использовать в высоковольтных трансформаторах, когда сила тока высока, а напряжение относительно низкое, как например, в обмотке низшего напряжения в повышающих трансформаторах.
Соединение обмотки треугольником позволяет циркулировать троичным синусоидальным токам внутри треугольника, образованного тремя последовательно соединёнными фазными обмотками. Троичные синусоидальные токи необходимы во избежание искажения потока
магнитных индукций в сердечнике, а также искажения при синусоидальной форме наведённого напряжения. Троичные синусоидальные токи во всех трёх фазах имеют одинаковую продолжительность, данные токи не могут циркулировать в обмотке, соединённой звездой, пока нейтраль обмотки не замкнута.
Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток принято выражатьгруппой соединений . Для описания напряжения смещения между первичной и вторичной, или первичной и третичной обмотками,
традиционно используется пример с циферблатом часов. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0° до 360°,а кратность сдвига составляет 30°, то для обозначения группы соединений выбирается ряд чисел от 1 до 12, в котором каждая единица соответствует углу сдвига в 30°. Одна фаза первичной указывает на 12, а соответствующая фаза другой стороны указывает на другую цифру циферблата.
Наиболее часто используемая комбинация Y∆-11 означает, например,
наличие 30? смещения нейтрали между напряжениями двух сторон.
Что такое трансформатор . Начиная с 1830-х годов, трансформаторы стали важным компонентом в электрических и электронных схемах. И, несмотря на то, что новые передовые технологии в области электроники позволили снизить потребность в трансформаторах, они по-прежнему востребованы в различных устройствах.
Принцип работы трансформатора
Работа трансформатора основана на принципах электромагнетизма, и это позволяет уменьшать или увеличивать напряжения переменного тока. Опыты Майкла Фарадея в 19 веке показали, что изменения тока в проводнике (например, первичная обмотка трансформатора) влияет на изменение магнитного поля вокруг этого проводника. Если другой проводник (вторичная обмотка) находится непосредственно в области меняющегося магнитного поля, то в нем будет происходить наводка напряжения.
Коэффициент трансформации
Фарадей также подсчитали, что напряжение, индуцированное во вторичной обмотке будет иметь величину, которая зависит от коэффициента трансформации самого трансформатора. То есть, если вторичная обмотка имеет половину витков от числа витков первичной обмотки, то напряжение на вторичной обмотки будет в два раза ниже, чем напряжение на первичной обмотке. И на оборот, если вторичная обмотка имеет в два раза больше витков, чем у первичной обмотки, вторичное напряжение будет в два раза больше чем первичное напряжение.
Соотношение мощности обмоток
Поскольку трансформатор является пассивным компонентом схемы (не имеет никакого внешнего источника питания), он не может отдавать больше энергии, чем получает. Поэтому, если вторичное напряжение больше первичного напряжения на определенную величину, то ток вторичной будет меньше, чем ток первичной на ту же величину. То есть, если напряжение вторичной обмотки в два раза превышает напряжение в первичной, то ток во вторичной будет в два раза ниже, чем в первичной.
Работа трансформатора может быть описана двумя формулами, связывающие коэффициент трансформации с соотношением витков обмоток трансформатора.
- U1 = первичное напряжение.
- I1 = первичный ток.
- U2 = вторичное напряжение.
- I2 = вторичный ток.
- N1 = количество витков в первичной обмотке.
- N2 = число витков вторичной обмотки.
Потеря мощности в трансформаторе
Формулы, приведенные выше, относятся к идеальному трансформатору. У идеального трансформатора нет каких-либо потерь мощности, то есть мощность первичной обмотки (U1*I1) равна мощности вторичной обмотки (U2*I2).
В то время, как реальные трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективным, некоторые потери все же будут происходить, поскольку не весь магнитный поток исходящий от первичной обмотки достигает вторичной обмотки. Потери мощности, которые происходят в трансформаторе бывают трех типов:
Потери мощности в обмотках
Данные потери могут произойти в обмотках, изготовленных из других металлов, чем медь. Потери проявляются в виде тепла, которое возникает в проводах обмоток. Потери мощности в обмотках трансформатора могут быть рассчитаны на основании тока в обмотке и его сопротивления по следующей формуле: P = I2*R2. Чтобы свести к минимуму потери, сопротивления обмоток должно быть низким, используя для этого обмоточные провода подходящего сечения.
Потери на гистерезис
Каждый раз, когда переменный ток вызывает намагничивание и размагничивание сердечника трансформатора (один раз в каждом цикле), вектор напряженности магнитного поля меняет свое направление и на это затрачивается определенное количество энергии.
При этом количество используемой энергии зависит от магнитного сопротивления материала сердечника. В больших сердечниках силовых трансформаторах, где потери на гистерезис представляют собой большую проблему, это решается путем применения специальной кристаллизованной стали, которая создает минимальное магнитное сопротивление.
Потери от вихревых токов
Поскольку железо или стальной сердечник является электрическим проводником в магнитной цепи, изменение тока в первичной обмотке будет иметь тенденцию генерировать ЭДС в сердечнике, а также и во вторичной обмотке. Ток будет оказывать сопротивление изменению магнитного поля, возникающего в сердечнике. По этой причине эти вихревые токи должны быть снижены.
Поэтому железный сердечник изготавливают не из цельного куска железа, а собирают из тонких листов или пластин, причем каждая пластина имеет изолирующий слой в виде лака или оксидной пленки. Многослойные сердечники значительно уменьшают образование вихревых токов, не ухудшая при этом магнитных свойств сердечника.
Ферритовые сердечники трансформатора
В высокочастотных трансформаторах потери на вихревых токах снижают путем использования сердечников, выполненный из керамического материала, содержащего большое количество мелких частиц железа, цинка или порошка марганца. Керамика изолирует металлические частицы друг от друга, что дает такой же эффект, как и от тонких пластин и более эффективно при высоких частотах.
Из-за применяемых способов снижения потерь, которые описаны выше, реальные трансформаторы приближаются к трансформаторам с идеальной производительностью. В крупных силовых трансформаторах, КПД составляет около 98%. Поэтому для большинства практических расчетов можно исходить из того, что трансформатор является «идеальным».
Соотношение вольт на виток обмотки
Трансформатор, имеющий в первичной обмотке 1000 витков и вторичной обмотке 100 витков, имеет коэффициент трансформации 1000:100 или 10:1. Поэтому 100 вольт, приложенное к первичной обмотке будет производить вторичное напряжение равное 10 вольтам.
Другой способ расчета напряжения трансформатора является соотношение вольт / на виток. Если подается 100 вольт к первичной обмотке содержащей 1000 витков, то на 1 виток приходится 0,1 вольт (100/1000). Поэтому каждые десять витков на вторичной обмотке будут создавать 1 воль напряжения.
Трансформатор – это электромагнитное устройство, которое передаёт электрическую энергию от одной схемы к другой через индуктивно связанные провода. Другими словами, если поставить две катушки проводов близко друг к другу, без касания, магнитное поле от первой катушки (называется первичной обмоткой) воздействует на другую катушку (так называемую вторичную обмотку). Свойство называется «индукция». Индукция была обнаружена Джозефом Генри и Майклом Фарадеем в 1831 году.
Принцип работы трансформатора?
Трансформатор используется для приведения напряжения вверх или вниз в электрической цепи переменного тока. Трансформатор может быть использован для преобразования переменного тока в постоянный. Они могут быть очень большими, как в национальных коммунальных системах, или это может быть очень небольшое устройство, встроенное внутрь электроники. Это неотделимая часть всей электрики сегодня.
Теперь, если вы хотите изменить напряжение на схеме, вы можете сделать это путем изменения тока, протекающего в первичной обмотке (напряжение остается высоким). При этом уровень тока влияет на наведенное напряжение на вторичной обмотке. Переменное магнитное поле индуцирует изменение электромагнитной силы или «напряжение».
Разновидности трансформаторов
Сварочный трансформатор
Стабилизатор напряжения (основное составляющее прибора — трансформатор)
Трансформаторы тока
Электронный трансформатор для галогенных ламп 220В/12В
Кто изобрёл трансформатор?
Отто Блати, Микша Дери, Карой Циперновский, инженеры Австро-Венгерской империи, впервые разработали и использовали трансформатор, одинаково в экспериментальной, и коммерческой системе. Позже Люсьен Голард, Себастьян де Ферранти, и Уильям Стэнли усовершенствовали конструкцию. См. следующий вопрос для более подробной информации.
Когда был изобретён трансформатор?
Свойство индукции было открыто в 1830-х годах, но устройство не существовало до 1886 года, когда Уильям Стэнли, работающий на Вестингауза, собрал первый переработанный, коммерческий трансформатор. Его работа была построена на некоторой элементарной конструкции «Ганц и Ко.», в Венгрии, и Люсьена Голарда, и Джона Диксона Гиббса, в Англии. Никола Тесла не изобрёл трансформатор, как некоторые сомнительные источники утверждают. Европейцы, упомянутые выше, сделали первые работы в этой области, Джордж Вестингауз и Стэнли разработали трансформатор, дешёвый в производстве, и лёгкий для конечного использования.
Где использовали первые трансформаторы?
Первая система переменного тока, которая использовала новый трансформатор, была в Грейт Баррингтон, штат Массачусетс, в 1886 году. Ранее устройства были использованы в Австро-Венгрии в 1878-1880-х, и в 1882 в Англии. Люсьен Голард (француз) употребил систему переменного тока для революционного Ланцо, на электрической выставке в Турине в 1884 (Северная Италия). В 1891 году Михаил Добровский разработал и продемонстрировал трехфазный трансформатор на электро-технической экспозиции во Франкфурте, Германии.
