Как устроен трансформатор: Как устроен трансформатор | Двигатель прогресса

Содержание

Как устроен трансформатор | Двигатель прогресса

May 22, 2015

Трансформатор (от лат. transformare , изменить, преобразовать) представляет собой электромагнитное устройство, которое преобразует электрическую энергию от одной системы к другой при помощи электромагнитной индукции без изменения частоты, является неотъемлемой частью электрических систем. Трансформаторы могут быть самых разных размеров от малого, внутри электронного прибора, до огромных, используемых в электросетях, мощностью до нескольких мегаватт.

История

Закон электромагнитной индукции, на котором основана работа трансформатора, был открыт Фарадеем в 1831 году. В том же году Фарадей представил «кольцо индукции», первый прототип трансформатора. Он использовал его для демонстрации принципа электромагнитной индукции и не видел в нем практического применения.

Первая «индукционная катушка» была изобретена Николаем Иосифом Каллан в Ирландском национальном университете Мейнут в 1836 году. Каллан был одним из первых исследователей, который понял, что увеличение витков вторичной обмотки по отношению к количеству витков в основной обмотке увеличивает напряжение.

Между 1830 и 1870 годами исследования индукционных катушек, в основном методом проб и ошибок, позволили определить принципы работы трансформатора. В 1848 году французский инженер Г. Румкорф представил индукционную катушку особой конструкции, которая стала прообразом трансформатора. Устройства пригодного для практического применения не появлялось до 1880 года, но в течение следующих десяти лет трансформаторы сыграли важнейшую роль в развитии электричества.

В 1876 году российский инженер Павел Николаевич Яблочков изобрел систему освещения на основе набора катушек индуктивности. Первичная обмотка катушек подключалась к источнику питания переменного тока, а вторичная к нескольким лампам. Катушки, используемые в системе, работали по принципу трансформатора. В патенте указывалось «источник различных точек света с различной интенсивностью от одного источника питания».

В 1882 году в Лондоне Люсьен Галард и Джон Гиббс впервые представили «вторичный генератор» – устройство с металлическим сердечником, а затем продали идею американской компании Westinghouse Electric. Подобная система была разработана в Турине, Италия, где она использовалась в системах электрического освещения.

В 1883 году группа инженеров венгерской компании «Ganz & K» разработала и запустила в производство трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов. Они использовались для производства осветительного оборудования в Австрии и Венгрии.

В конце 1880-х годов инженеры Westinghouse Electric разработали масляную систему охлаждения трансформатора. Основные элементы трансформатора помещались в емкости с маслом для охлаждения, что позволило существенно повысить эффективность изоляции обмоток. Эта же американская компания начала использовать трансформатор в коммерческих целях, что привело к дополнительному интересу к этому устройству множества ученых.

В последующие 40 лет, устройство трансформатора неоднократно усовершенствовалось: изобретение трехфазного трансформатора, добавление кремния в состав используемых материалов и другие.

Принцип работы и основные элементы

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразует напряжение переменного тока определенного уровня в напряжение переменного тока другого уровня. Работа трансформатора основана на двух базовых принципах: электромагнетизм и электромагнитная индукция. Трансформатор, как правило, состоит из двух изолированных друг от друга катушек проводящего материала, намотанной на том же ядре. Ядро, как правило но из электротехнической стали – сплава оптимизирующего магнитный поток. На первичную обмотку подаётся напряжение от внешнего источника. Переменный ток в первичной обмотке создает магнитный поток. Этот поток будет вызывать электромагнитную индукцию, появление электродвижущей силы во вторичной обмотке. Напряжение во вторичной обмотке, непосредственно зависит от отношения количества витков к числу витков первичной обмотки.

Основными компонентами трансформатора являются: магнитопровод, обмотка, каркас обмотки, изоляция, система охлаждения, прочие вспомогательные элементы.

Магнитная система трансформатора(магнитопровод) изготовлена из кремнийсодержащих ферритных сплавов стали с высокой магнитной проницаемостью. Предназначается для локализации магнитного потока в пределах трансформатора. Конструкция может состоять из набора тонких пластин с изоляционным слоем между каждой, тонкой ленты, нескольких «подков» и др. Магнитная система в сочетании со всеми деталями необходимыми для скрепления всех узлов в единую конструкцию называется остовом трансформатора.

Обмотка – совокупность электрических проводников обернутых вокруг сердечника (витков) образующих электрическую цепь. Суммарный электрический ток каждого витка определяет суммарную электродвижущую силу трансформатора. Большее число витков вызывает более высокое напряжение. Обмотка трехфазного трансформатора представляет собой совокупность обмоток каждой из трех фаз соединенных между собой.

В качестве материала, используемого в обмотке трансформатора с учетом его применения, используется проводящие металлы и сплавы.

Обычно используется проводящий элемент квадратного сечения (жила). Для более мощных трансформаторов, с целью улучшения функционирования обмотки, сечение жилы может быть разделено на несколько параллельных проводящих элементов. Каждая жила изолируется при помощи тонкой (несколько микрометров) промасленной бумаги или эмали.

Чтобы избежать избыточного нагрева и потерь в трансформаторе применяется система охлаждения. В низковольтных трансформаторах применяется «сухая» система охлаждения с применением изолирующих синтетических смол. В более высоковольтных трансформаторах для отвода избыточного тепла используется масло, как правило минеральное.

Основные виды трансформаторов

Силовой трансформатор используется для преобразования электроэнергии в электрических сетях. Название «силовой» подразумевает возможность работы с напряжением большой мощности.

Их применение необходимо для доставки конечному потребителю электроэнергии необходимой мощности. Напряжение в линиях электропередач может достигать 750 кВ, тогда как напряжение требуемое для работы электроприборов в сети конечного потребления колеблется от 220 до 380 В. Для обеспечения работы применяется одна или несколько вторичных обмоток. Часто используется предохранитель предотвращающий возникновению пожара при перегреве трансформатора.

Автотрансформатор – вариант с последовательным соединением первичной и вторичной обмоток. За счет этого связь между обмотками не только электромагнитная, но и электрическая. Такой трансформатор меньше и дешевле, используется для преобразования напряжения с незначительной разницей между входящим и выходным. Имеет высокий КПД. Недостатком является отсутствие гальванической развязки между обмотками.

Трансформатор тока используется для снижения первичного тока источника до величины требуемой для защиты, измерения, сигнализации и др. Первичная обмотка подсоединяется в цепь переменного тока который необходимо измерить или защитить, а вторичная к измерительному прибору.

Трансформатор напряжения, по области применения, схож с трансформатором тока. Применяется для преобразования высокого напряжения в измерительных цепях. Также существуют: импульсные трансформаторы, разделительные, согласующие, пик-трансформатор, трансфлюксор.

Как устроен трехфазный трансформатор | Русэлт

Трансформатор представляет собой магнитное устройство, заряженное статическим электричеством. Он нужен для преобразования напряжений электрического тока. При этом его частота остаётся неизменной. Существует несколько видов подобных устройств. Один из них-это трёхфазный трансформатор.


Особенности в конструкции устройства

Трансформаторы состоят из следующих частей:

  • Обмотка в каркасе.
  • Магнитопровод.
  • Изоляция.
  • Охлаждающая система.
  • Элементы для установки и защиты аппарата.
  • Приспособления, обеспечивающие доступ к выводам обмотки.

Около стержня трансформатора располагаются обмотки низшего напряжения, на которых размещаются провода с высоким напряжением. Их фазы снабжаются пометками, которые предотвращают неправильное соединение.


Фазы и обмотки аппарата

Среди электромагнитных устройств данного типа выделяется трёхфазный трансформатор. Он имеет магнитную и гальваническую связи фаз. Наличие схемы первого типа обусловлено соединением магнитопроводов в одну систему. При этом потоки магнитного воздействия расположены относительно друг друга под углом 120 °. Стержень в данной системе не нужен, так как при объединении центров трёх фаз сумма электромагнитных русел равняется нулю вне зависимости от времени. Благодаря этому схема с шестью стержнями преобразуется в трёхстержневую.

В соединении обмоток устройства можно использовать схемы трёх типов:

  • Соединение в виде звезды может осуществляться с выводом от общих точек или же без него.
    Здесь каждую обмотку соединяют с нейтральной точкой.
  • По треугольной схеме фазы соединяются последовательно.
  • Зигзаг-это схема, которая чаще всего применяется во время отвода от общей точки. В ней соединяются три обмотки, расположенные на разных стержнях магнитопроводов.

Применение трёхфазного трансформатора является более экономичным, чем использование соединённых однофазных конструкций. Наш сайт предлагает приобрести надёжную аппаратуру, качество которой подтверждено сертификатами. Благодаря этому покупатель может быть уверенным в безопасности и долговечности приобретаемого товара.

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает | Энергофиксик

Трансформатор — это главнейший элемент всей энергосистемы, который позволяет преобразовывать напряжение и за счет этого передавать энергию на значительное расстояние. В этой статье я расскажу, как устроен трансформатор и каким образом он работает.

Что такое трансформатор

Для начала давайте узнаем определение. Трансформатор – это статическое электромагнитное изделие, предназначенное для трансформирования переменного электрического тока одного напряжения и частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.

Функционирование абсолютно любого трансформатора базируется на таком явлении, как электромагнитная индукция.

Для чего необходим трансформатор

Область использования трансформаторов очень широка. Так, например, они принимают непосредственное участие при транспортировке электричества на значительные дистанции.

Генераторы вырабатывают напряжение довольно низкое от 10 до 18 киловольт, которое невозможно передать на значительные расстояния (без значительных потерь на нагрев проводников). Поэтому рядом с генерирующими мощностями и устанавливают повышающие трансформаторы, которые увеличивают напряжение до 110 кВ, 220 кВ, 500 кВ, 750 кВ и даже 1150 кВ и уже такое напряжение вполне возможно передавать при минимальных потерях на значительные расстояния.

И уже возле непосредственного потребителя устанавливаются понижающие трансформаторы, оные преобразуют повышенное напряжение в привычные для нас 380 В и 220 В.

Кроме силовых трансформаторов так же распространены трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и импульсные трансформаторы.

Как работает трансформатор

Трансформаторы бывают как однофазного исполнения, так и многофазные с одной и более обмоток. Для понимания каким образом он работает, давайте рассмотрим самый простой вариант, а именно однофазный трансформатор.

Итак, трансформатор выполнен из следующих деталей: металлический сердечник и две обмотки, которые гальванически развязаны.

Обмотка, именуемая первичной, подсоединяется к источнику переменного тока, а вторая обмотка (именуемая вторичной) подсоединяется непосредственно к нагрузке.

В подсоединенной к генератору первичной обмотке протекает ток I1, этот процесс порождает поток Ф, оный проходя через обмотки, и формирует ЭДС.

В случае если ко вторичке не подсоединена нагрузка, то подобный режим функционирования трансформатора именуется как режим холостого хода. Если же потребитель подключен, то во вторичной обмотке начинает течь ток I2, формирующийся под воздействием наведенной ЭДС

Причем величина ЭДС имеет прямую связь с количеством витков в обмотках.

Таким образом, изменяя количество витков в обмотках трансформатора, происходит регулирование напряжения для потребителя на вторичной обмотке.

Потери энергии в трансформаторе

Невзирая на высокий КПД трансформатора, он не считается идеальным и в нем непременно присутствуют потери, оные выражаются в нагреве самого трансформатора.

Примечание. Эталонным трансформатором считает тот, в котором отсутствуют всякие потери, и получается, что мощность первичной обмотки совпадает с мощностью вторичной обмотки.

Так в трансформаторах малой мощности потери на нагрев минимальны и поэтому отвод выделяющегося тепла осуществлен за счет естественной воздушной конвенцией. Подобные трансформаторы еще именуются сухими.

В тех изделиях, где обдув воздухом малоэффективен, применяется охлаждение с применением трансформаторного масла. Здесь трансформатор погружается в специализированный бак залитый маслом и во время работы тепло от трансформатора переходит к маслу, которое рассеивает его через внешний кожух. При этом так же в мощных трансформаторах используется принудительный обдув, охлаждающий радиаторы с маслом.

Заключение

Мы рассмотрели самый простой трансформатор, который позволяет понять сам принцип работы этого изделия. Если статья оказалась вам интересна, то оцените ее лайком и спасибо за ваше внимание!

Трансформатор — устройство и принцип работы

Трансформатор – статический электромагнитный аппарат для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, той же частоты. Трансформаторы применяют в электрических цепях при передаче и распределении электрической энергии, а также в сварочных, нагревательных, выпрямительных электроустановках и многом другом.

Трансформаторы различают по числу фаз, числу обмоток, способу охлаждения. В основном используются силовые трансформаторы, предназначенные для повышения или понижения напряжения в электрических цепях.

Устройство и принцип работы

Схема однофазного двухобмоточного трансформатора представлена ниже.                                         

На схеме изображены основные части: ферромагнитный сердечник, две обмотки на сердечнике. Первая обмотка и все величины которые к ней относятся (i1-ток, u1-напряжение, n1-число витков,Ф1 – магнитный поток) называют первичными, вторую обмотку и соответствующие величины — вторичными.

Первичную обмотку включают в сеть с переменным напряжением, её намагничивающая сила i1n1 создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф, который сцеплен с обеими обмотками и в них индуцирует ЭДС e1= -n1 dФ/dt, e2= -n2dФ/dt. При синусоидальном изменении магнитного потока Ф = Фm sinωt , ЭДС равно e = Em sin (ωt-π/2). Для того чтобы посчитать действующее значение ЭДС нужно воспользоваться формулой E=4.44 f n Фm, где f- циклическая частота, n – количество витков, Фm – амплитуда магнитного потока. Причем если вы хотите посчитать величину ЭДС в какой либо из обмоток, нужно вместо n подставить число витков в данной обмотке.

Из приведенных выше формул можно сделать вывод о том, что ЭДС отстает от магнитного потока на четверть периода и отношение ЭДС в обмотках трансформатора равно отношению чисел витков E1/E2=n1/n2.

Если вторая обмотка не находится под нагрузкой, значит трансформатор находится в режиме холостого хода. В этом случае i2 = 0, а u2=E2, ток i1 мал и мало падение напряжения в первичной обмотке, поэтому u1≈E1 и отношение ЭДС можно заменить отношением напряжений u1/u2 = n1/n2 = E1/E2 = k.  Из этого можно сделать вывод, что вторичное напряжение может быть меньше или больше первичного, в зависимости от отношения чисел витков обмоток. Отношение первичного напряжения ко вторичному при холостом ходе трансформатора называется коэффициентом трансформации k.

Как только вторичная обмотка подключается к нагрузке, в цепи возникает ток i2, то есть совершается передача энергии от трансформатора, который получает ее из сети, к нагрузке. Передача энергии в самом трансформаторе происходит благодаря магнитному потоку Ф.

Обычно мощность на выходе и мощность на входе приблизительно равны, так как трансформаторы являются электрическими машинами с довольно высоким КПД, но если требуется произвести более точный расчет, то КПД находиться как отношение активной мощности на выходе к активной мощности на входе η = P2/P1.

Магнитопровод трансформатора представляет собой закрытый сердечник собранный из листов электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35мм. Перед сборкой листы с обеих сторон изолируют лаком.

По типу конструкции различают стержневой (Г-образный) и броневой (Ш-образный) магнитопроводы. Рассмотрим их структуру.

Стержневой трансформатор состоит из двух стержней, на которых находятся обмотки и ярма, которое соединяет стержни, собственно, поэтому он и получил свое название. Трансформаторы этого типа применяются значительно чаще, чем броневые трансформаторы.

Броневой трансформатор представляет собой ярмо внутри которого заключается стержень с обмоткой. Ярмо как бы защищает стержень, поэтому трансформатор называется броневым. 

Обмотка

Конструкция обмоток, их изоляция и способы крепления на стержнях зависят от мощности трансформатора. Для их изготовления применяют медные провода круглого и прямоугольного сечения, изолированные хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой. Обмотки должны быть прочными, эластичными, иметь малые потери энергии и быть простыми и недорогими в изготовлении.

Охлаждение

В обмотке и сердечнике трансформатора наблюдаются потери энергии, в результате которых выделяется тепло. В связи с этим трансформатору требуется охлаждение. Некоторые маломощные трансформаторы отдают свое тепло в окружающую среду, при этом температура установившегося режима не влияет на работу трансформатора. Такие трансформаторы называют “сухими”, т.е. с естественным воздушным охлаждением. Но при средних и больших мощностях, воздушное охлаждение не справляется, вместо него применяют жидкостное, а точнее масляное. В таких трансформаторах обмотка и магнитопровод помещены в бак с трансформаторным маслом, которое усиливает электрическую изоляцию обмоток от магнитопровода и одновременно служит для их охлаждения. Масло принимает теплоту от обмоток и магнитопровода и отдает ее стенкам бака, с которых тепло рассеивается в окружающую среду. При этом слои масла имеющие разницу в температуре циркулируют, что улучшает теплообмен. Трансформаторам с мощностью до 20-30 кВА хватает охлаждения бака с гладкими стенками, но при больших мощностях устанавливаются баки с гофрированными стенками. Также нужно учитывать что при нагреве масло имеет свойство увеличиваться в объеме, поэтому в высокомощных трансформаторах устанавливают резервные баки и выхлопные трубы (в случае если масло закипит, появятся пары которым нужен выход). В трансформаторах меньшей мощности ограничиваются тем, что масло не заливают до самой крышки.         

Читайте также — Приведение обмоток трансформатора                                                                                                                      

  • Просмотров: 17903
  • Что такое трансформатор и как его проверить 🔴

    Сварочный аппарат, микроволновка, компьютер, блок питания, телевизор — такие разные электроприборы но в каждом из них есть трансформатор. Как прозвонить обмотки и замерить напряжение выдаваемое трансформатором, как посчитать допустимую мощность и что такое ток холостого хода — вопросы на которые Вы получите исчерпывающие ответы и несколько практических советов по работе с трансформаторами. В конце расскажу о трансформаторе тока и где он используется.

    Для чего нужен трансформатор?

    Основное свойство трансформатора преобразование напряжения или тока до требуемого значения и гальванической развязки — это очень полезное свойство трансформаторов о котором расскажем ниже.

    И так, например, в домашней электро-розетке напряжение 220 вольт 50 герц (AC — так на схемах и блоках питания обозначают переменное напряжение — AC 220v 50hz), т.е., переменное напряжение, а для питания ноутбука нам нужно 18 вольт постоянного тока (DC — так обозначается постоянное напряжение DC 18v). С помощью трансформатора мы можем преобразовать напряжение до требуемой величины, а затем выпрямить его. После чего, это напряжение будет пригодно для питания Вашего ноутбука. Не совсем понятно? Не хватает термина — Коэффициент трансформации.


    Как рассчитать обмотки трансформатора

    В нашем примере, 220/18=12,22 это соотношение количества витков обмоток и это значение коэффициента трансформации.
    Зная, коэффициент трансформации , этим числом можно посчитать количество витков трансформатора. Если поменять обмотки, т.е., подать напряжение 220 вольт на вторичную обмотку, с первичной мы получим 2688 вольт — но делать так я не рекомендую, транс сгорит сразу или выбьет автомат в щитке.
    Допустим, вы знаете что в первичной обмотке транса 2200 витков, а сколько витков должно быть во вторичной обмотке для получения 18 вольт? Все просто, 18 (напряжение в вольтах)*12,22 (коэффициент трансформации) = 220 витков.


    Как устроен трансформатор?

    Простейший трансформатор, это две независимых обмотки связанных магнитопроводом. В первой обмотке создается магнитное поле, затем через магнитопровод передается на вторую обмотку, в которой в зависимости от коэффициента трансформации повышается или понижается. На самом деле, все значительно сложнее, много факторов влияющих на выходное напряжение, но для данного контекста этого достаточно.


    Какие бывают трансформаторы?

    1. Повышающий трансформатор (высоковольтный) — повышает напряжение до требуемой величины, но снижает ток пропорционально. При повышении напряжения более чем 20-30 раз большое значение имеет КПД трансформатора, как правило для частоты 50 герц это предел, дальше начинаются значительные потери. Для повышения КПД трансформаторов увеличивают частоту, так высоковольтный трансформатор в электро-шокере повышает напряжение до 20-100 тысяч вольт и работает на частотах от 800гц до 2,4кгц. При этом, ток пропорционально снижается.
    2. Понижающий трансформатор (силовой) — понижает напряжение до требуемой величины, пропорционально увеличивает допустимый ток. Например сварочный аппарат, снижает напряжение до 50 вольт (в 4,4 раза), увеличивает ток в 4,4 раза. Но для соблюдения этого условия сечение провода во вторичной обмотке тоже, должно быть больше в 4,4 раза.
    3. Автотрансформатор (ЛАТР) — понижающий трансформатор с одной обмоткой, с которой с помощью ручки реостата, получают напряжение от 1 до 180 вольт. Такие трансы используются в лабораторных условиях для проверки различных устройств. В быту используется в некоторых регуляторах напряжения.

    4. Масляный трансформатор — трансформатор монстр! с обмотками трубами, заполненными минеральным маслом. Такие устанавливают в силовых подстанциях для снижения напряжения с 10000 вольт до 220. Если передавать на большое расстояние напряжение в 220 вольт по обычным проводам, потери будут значительны. Как известно, чем выше напряжение, тем меньше влияет сопротивление провода. С ТЭЦ и ГРЭС по Линиям Электро Передач передается вообще 100000 вольт!

    5. Импульсный трансформатор — без него не обходится не один современный электроприбор, будь то ТВ, ноутбук, компьютер или зарядник для телефона. Как правило работает на частотах свыше 800гц в паре с контроллером ШИМ который увеличивает частоту импульсов в возрастанием нагрузки. Гениальное изобретение, позволяющее получать большие токи при скромных размерах. Сравните размеры традиционного сварочного аппарата и сварочного инвертора работающего на этом принципе.


    Как отличить первичную обмотку от вторичной в трансформаторе

    Существует три основных признака первичной обмотки трансформатора:

    1) В понижающем трансформаторе сопротивление первичной обмотки значительно выше, чем вторичной.

    2) Как правило, первичная обмотка наматывается более тонким проводом.

    3) Первичная обмотка транса наматывается ближе к магнитопроводу для увеличения КПД трансформатора.

    4) Если трансформатор запаян в схему, можно посмотреть по выводам. Во вторичной обмотке, как правило включается диодный мостик и за ним электролитический конденсатор большой емкости (от 1000мкф). В первичной, обычно ставят предохранитель.
    Подробно, как определить где первичная обмотка смотрите видео ниже.

    В некоторых трансформаторах устанавливают самовосстанавливаемый предохранитель, его скрывает защитная пленка на первичной обмотке. Я часто сталкивался с обрывом обмотки, который на самом деле оказывался сгоревшим предохранителем. Вскрываешь защитную пленку, перепаиваешь и вуаля! Заработало!

    Как прозвонить обмотки трансформатора?

    Если в вашем распоряжении цешка или мультиметр, выяснить где и какая обмотка не так сложно. Включаем тестер в режим измерения сопротивления (100ом) и прозваниваем выводы трансформатора. Допустим, тестер показал на одной из обмоток 89ом, на другой всего 7ом — соответственно это вторичка.

    Как узнать ток холостого хода у трансформатора?

    Ток холостого хода — это ток, который транс потребляет без нагрузки, чем он ниже, тем качественнее рассчитан и изготовлен трансформатор. Низкое качество магнитопровода, межвитковое замыкание, неправильное подключение увеличивают ток холостого хода. Этот ток преобразуется в тепло и если он велик (более 20-100ма) транс может сгореть. Переключите тестер в режим измерения тока и включите последовательно с первичной обмоткой трансформатора. по результату измерения, решайте сами не опасно ли использовать такой трансформатор.

    Как найти первичную обмотку и проверить трансформатор — смотрите видео:

    Понижающие трансформаторы.

    Виды и работа. Особенности

    Большинство электрических бытовых устройств работает от сети питания 220 В. Иногда необходимо понизить это напряжение до определенного значения, чтобы подключить низковольтные потребители нагрузки. Такими потребителями могут быть галогенные светильники, низковольтные нагреватели, светодиодные ленты и множество других.

    Такое снижение напряжение могут выполнить понижающие трансформаторы, которые приобретают в магазине, или изготавливают самостоятельно. Такие трансформаторы популярны в электротехнике и радиоэлектронике, а также в бытовых условиях.

    Особенности конструкции

    Основной частью трансформатора выступает ферромагнитный сердечник, на котором расположены две обмотки, намотанные медным проводником. Эти обмотки разделяют на первичную и вторичную, в зависимости от принципа действия. На первичную обмотку подается сетевое напряжение, а с вторичной – снимается пониженное напряжение для потребителей нагрузки.

    Обмотки связаны между собой переменным магнитным потоком, который наводится в ферромагнитном сердечнике. Между обмотками нет электрического контакта. Первичная обмотка имеет большее количество витков, чем вторичная. Поэтому напряжение на выходе понижено.

    Обычно понижающие трансформаторы со всеми элементами находятся в корпусе. Однако не все модели его имеют. Это зависит от фирмы изготовителя, а также назначения понижающего трансформатора.

    Обозначение на схеме

    Принцип действия

    Работу понижающего трансформатора можно описать следующим образом. Действие трансформатора основывается на принципе электромагнитной индукции. Напряжение, подключенное на первичную обмотку, образует в ней магнитное поле, которое пересекает витки вторичной обмотки. В ней образуется электродвижущая сила, под действием которой возникает напряжение, отличное от входного напряжения.

    Разница в количестве витков первичной и вторичной обмоток определяет разницу между входным и выходным напряжением понижающего трансформатора. В процессе функционирования трансформатора возникают некоторые потери электроэнергии, которые неизбежны, и составляют около 3% мощности.

    Чтобы вычислить точные величины параметров трансформатора, нужно сделать определенные расчеты его конструкции. Электродвижущая сила может возникать при подключении трансформатора только к переменному току. Поэтому большинство бытовых электрических устройств работает от сети переменного тока.

    Понижающие трансформаторы входят в состав многих блоков питания, стабилизаторов и других подобных устройств. Некоторые модели трансформаторов могут содержать несколько выводов на вторичной обмотке для разных групп соединений. Такие виды приборов стали популярными, так как являются универсальными, и обладают многофункциональностью.

    Разновидности
    Понижающие трансформаторы имеют различные исполнения, в зависимости от конструкции и принципа действия:

    • Тороидальные. Такой вариант модели трансформатора (рисунок «а») также применяется для незначительных мощностей, имеет сердечник формы в виде тора. Он отличается от других моделей малым весом и габаритами. Применяется в радиоэлектронных устройствах. Его конструкция позволяет достичь более высокой плотности тока, так как обмотка хорошо охлаждается на всем сердечнике, показатели тока намагничивания самые низкие.
    • Стержневые. На рисунке «б» изображен стержневой вид трансформатора, в конструкции которого обмотки охватывают сердечники магнитопровода. Такие модели чаще всего выполняют для средней и большой мощности приборов. Их устройство довольно простое и дает возможность легче изолировать и ремонтировать обмотки. Их преимуществом является хорошее охлаждение, вследствие чего требуется меньше проводников для обмоток.
    • Броневые. В этом виде трансформатора (рисунок «в») магнитопровод охватывает обмотки в виде брони. Остальные параметры идентичны стержневому виду, за исключением того, что броневые трансформаторы в основном выполняют маломощными, так как они имеют меньший вес и цену в сравнении с предыдущим вариантом, из-за простой сборки и меньшего количества катушек.
    • Многообмоточные. Наиболее популярными являются двухобмоточные 1-фазные понижающие трансформаторы.

    Для получения нескольких различных величин напряжений от одного трансформатора применяют несколько вторичных обмоток на сердечнике. Эти обмотки разные по числу витков и выдаваемому напряжению.

    • Трехфазные. Такая модель применяется для понижения напряжения трехфазной сети. Такие понижающие трансформаторы применяются не только в промышленности, но и для бытовых нужд.

    Они могут быть изготовлены из 3-х однофазных трансформаторов на общем сердечнике. Магнитные потоки всех фаз в сумме равны нулю. Промышленные образцы проходят испытания по определенным параметрам. Результаты испытаний сравнивают с документацией. Если нет соответствия, то трансформатор подлежит выбраковке. 3-фазный трансформатор имеет соединение обмоток по схеме треугольника или звезды. Схема звезды характерна общим узлом выводов всех фаз. Соединение треугольником выполняется последовательной схемой фаз в кольцо.

    • Однофазные. Такие трансформаторы имеют подключение питания от однофазной сети, фаза и ноль поступают на одну первичную обмотку. Принцип их работы аналогичен всем остальным видам трансформаторов. Это наиболее популярный вид устройств.

    Основные свойства
    Маркировка трансформаторов зависит от его свойств. Основными свойствами понижающих трансформаторов являются:
    • Мощность.
    • Напряжение выхода.
    • Частота.
    • Габаритные размеры.
    • Масса.

    Частота тока для разных моделей трансформаторов будет одинаковой, в отличие от других перечисленных характеристик. Габаритные размеры и масса будут больше при повышении мощности модели. Максимальная величина мощности у промышленных образцов понижающих трансформаторов, так же как габаритные размеры и масса.

    Напряжение на выходе вторичных обмоток может быть различным, и зависит от назначения прибора. Модели трансформаторов для бытовых нужд имеют малые габариты и вес. Их легко устанавливать и перевозить.

    Обмотки трансформатора

    Обмотки находятся на магнитопроводе прибора. Ближе к сердечнику располагают низковольтную обмотку, так как ее легче изолировать. Между обмотками укладывают изоляционные прокладки и другие диэлектрики, например электротехнический картон.

    Первичная обмотка соединяется с сетью питания переменного напряжения. Вторичная обмотка выдает низкое напряжение и подключается к потребителям электроэнергии.  К одному трансформатору можно подключать сразу несколько бытовых устройств.

    Для намотки катушек применяют изолированные провода, с изоляцией каждого слоя кабельной бумагой. Проводники бывают различных форм сечения:
    • Круглая.
    • Прямоугольная (шина).
    По способу намотки обмотки делят:
    • Концентрические, на стержне.
    • Дисковые, намотанные чередованием.
    Достоинства и недостатки
    Достоинства
    • Применение понижающих трансформаторов, как в промышленности, так и в домашних условиях можно объяснить необходимостью уменьшения рабочего напряжения до 12 вольт для создания безопасности человека.
    • Другой причиной применения низкого напряжения является нетребовательность трансформаторов к значению входного напряжения, так как они могут функционировать, например, при 110 В, при этом обеспечивая стабильное напряжение на выходе.
    • Компактные размеры.
    • Малая масса.
    • Удобство транспортировки и монтажа.
    • Отсутствие помех.
    • Плавная регулировка напряжения.
    • Незначительный нагрев.
    Недостатки
    • Недолгий срок службы.
    • Незначительная мощность.
    • Высокая цена.
    Как выбрать понижающие трансформаторы
    При выборе конкретного устройства, рекомендуется воспользоваться следующими критериями выбора:
    • Величина напряжения на входе. На корпусе устройства обычно есть маркировка входного напряжения 220, либо 380 вольт. Для бытовой сети подходит модель на 220 В.
    • Величина напряжения выхода. Зависит от назначения и применения устройства. Обычно это 12 или 36 вольт, о чем также должна быть маркировка.
    • Мощность устройства. Чтобы правильно подобрать стабилизатор по мощности, нужно сложить мощности всех планируемых к подключению потребителей, и добавить резервное значение 20%.
    Эксплуатация и ремонт

    Основным условием правильной и надежной эксплуатации понижающего трансформатора является специально оборудованное место для его монтажа и функционирования.

    Понижающие трансформаторы необходимо содержать в чистоте, сухом виде, защищать от пыли и влаги. В домашних бытовых условиях для трансформатора используют специальный шкаф или металлический корпус. Заземление для понижающего трансформатора является обязательным условием.

    Трансформатор требует периодического обслуживания и ухода, в зависимости от выполняемых им задач и условий эксплуатации.

    Чаще всего обслуживание включает в себя следующие работы:
    • Наружный осмотр, очистка от пыли и грязи.
    • Осмотр деталей уплотнения, колец, прокладок, подтяжка клемм.
    • Проверка изоляции на пробой.

    В трансформаторе могут появиться неисправности и повреждения обмоток в виде трещин секций катушек. При этом не требуется демонтировать трансформатор. На поврежденную изоляцию накладывают лакоткань. При серьезных неисправностях, связанных с обрывом или коротким замыканием, осуществляют снятие трансформатора и его ремонт в электромастерской.

    Похожие темы:

    Трансформатор — урок. Физика, 9 класс.

    Переменный ток обладает ещё одним важным свойством: его напряжение можно сравнительно легко менять — трансформировать (слово «трансформация» образовано от латинского слова transformo — «преобразую»). Достигается это посредством несложного устройства — трансформатора, созданного в \(1876\) году русским учёным Павлом Николаевичем Яблочковым. 

    Трансформатор — устройство, осуществляющее повышение и понижение напряжения переменного тока при неизменной частоте и незначительных потерях мощности.

    Простейший трансформатор состоит из двух катушек изолированного провода и замкнутого стального сердечника, проходящего сквозь обе катушки. Катушки изолированы друг от друга и от сердечника. Одна из катушек, называемая первичной, включается в сеть переменного тока. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Магнитное поле первичной катушки — переменное и меняется с той же частотой, что и ток в первичной катушке. Переменный ток в первой катушке создаёт в стальном сердечнике переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле пронизывает другую катушку, называемую вторичной, и создаёт в ней переменный индукционный ток.

     

     

    Допустим, что первичная катушка имеет w1 витков, и по ней проходит переменный ток при напряжении U1. Вторичная обмотка имеет w2 витков, и в ней индуцируется переменный ток при напряжении U2.

    Опыт показывает, что во сколько раз число витков вторичной катушки больше (или меньше) числа витков на первичной катушке, во столько же раз напряжение на вторичной катушке больше (или меньше) напряжения на первичной катушке:

     

    U2U1=w2w1=k.

    Величина \(k\) называется коэффициентом трансформации.  Коэффициент равен отношению числа витков вторичной обмотки к числу витков в первичной обмотке.

    Во сколько раз увеличивается напряжение на вторичной обмотке трансформатора, примерно во столько же раз уменьшается в ней сила тока при работе нагруженного трансформатора.

    В результате мощность тока в первичной и вторичной обмотках трансформатора почти одинакова, поэтому коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора близок к единице. КПД у мощных трансформаторов достигает \(99,5\) %.

     

    Как работают электрические трансформаторы?

    Как работают электрические трансформаторы? — Объясни это

    Реклама

    Криса Вудфорда. Последнее изменение: 27 мая 2020 г.

    Могучие линии электропередач, которые пересекаются наша сельская местность или незаметное шевеление под улицами города несут электричество при очень высоких напряжениях от источника питания растения в наши дома. Для линии электропередачи нет ничего необычного в от 400000 до 750000 вольт! Но бытовая техника в наших домах напряжения в тысячи раз меньше — обычно всего от 110 до 250 вольт. Если вы пытались включить тостер или телевизор от опоры электричества, это мгновенно взорваться! (Даже не думайте пытаться, потому что электричество в воздушных линиях почти наверняка убьет вас.) какой-то способ снизить потребление электроэнергии высокого напряжения от электростанций до электричество более низкого напряжения, используемое фабриками, офисами и домами. Устройство, которое это делает, гудит от электромагнитного энергия, как она идет, называется трансформатором. Давайте подробнее разберемся, как это работает!

    Фото: Взрыв из прошлого: Трансформатор странной формы на плотине Чикамауга недалеко от Чаттануги, Теннесси.Сфотографировано в 1942 году Альфредом Т. Палмером, Управление военного управления, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

    Почему мы используем высокое напряжение?

    Фото: Спуск: эта старая подстанция (понижающий трансформатор) снабжает энергией маленькую английскую деревню, где я живу. Его высота составляет около 1,5 м (5 футов), и его задача — преобразовывать несколько тысяч вольт входящей электроэнергии в сотни вольт, которые мы используем в наших домах.

    Ваш первый вопрос, наверное, такой: если наши дома и офисы с помощью копировальных аппаратов, компьютеры, стиральные машины и электробритвы рассчитаны на 110–250 вольт, почему бы электростанциям просто не передавать электричество при таком напряжении? Почему они используют такое высокое напряжение? К Объясните это, нам нужно немного узнать о том, как распространяется электричество.

    Как электричество течет по металлу проволока, электроны, которые несут свою энергию покачиваться сквозь металлическую конструкцию, ударяясь и разбиваясь и обычно тратят энергию как непослушный школьники бегут по коридору. Вот почему провода нагреваются, когда через них течет электричество (что очень полезно в электрических тостерах и других приборы, использующие ТЭНы). Оказывается, что чем выше напряжение электричества, которое вы используете, и тем ниже ток, тем меньше энергии тратится таким образом.Итак, электричество, которое приходит от электростанций передается по проводам под очень высоким напряжением в экономить энергию.

    Но есть и другая причина. У промышленных предприятий есть огромный завод машины, которые намного больше и более энергоемкие, чем все, что вы есть дома. Энергия, которую использует прибор, напрямую связана (пропорциональна) к используемому напряжению. Таким образом, вместо того, чтобы работать от 110–250 вольт, энергоемкие машины могут использовать 10 000–30 000 вольт. Небольшим предприятиям и механическим цехам может потребоваться источники питания на 400 вольт или около того.Другими словами, разное электричество пользователям нужны разные напряжения. Имеет смысл отправлять высоковольтные электричество от электростанции, а затем преобразовать его в более низкое напряжение при достижении различных пунктов назначения. (Даже в этом случае централизованные электростанции по-прежнему очень неэффективны. Около двух третей энергии, поступающей на электростанцию, в виде сырого топлива, тратится на самом заводе и по пути к вам домой.)

    На фото: изготовление больших электрических трансформаторов на заводе Westinghouse во время Второй мировой войны. Фото Альфреда Т. Палмера, Управление военного управления, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

    Как работает трансформатор?

    Трансформатор основан на очень простом факте об электричестве: когда по проводу течет колеблющийся электрический ток, он создает магнитное поле (невидимый образец магнетизма) или «магнитный поток» все вокруг него. Сила магнетизма (которая имеет довольно техническое название плотности магнитного потока) непосредственно связанный с величина электрического тока.Так что чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. Теперь есть еще один интересный факт о электричество тоже. Когда магнитное поле колеблется вокруг куска провод, он генерирует электрический ток в проводе. Итак, если мы поставим вторая катушка проволоки рядом с первой, и посылает колеблющийся электрического тока в первую катушку, мы создадим электрический ток во втором проводе. Ток в первой катушке обычно называется первичным током, а ток во втором проводе это (сюрприз, сюрприз) вторичный ток. Что мы сделали вот пропустить электрический ток через пустое пространство от одной катушки провод к другому. Это называется электромагнитным индукция, потому что ток в первой катушке вызывает (или «индуцирует») ток во второй катушке. Мы можем сделать так, чтобы электрическая энергия передавалась более эффективно от одной катушки к другой, обернув их вокруг стержня из мягкого железа (иногда называемого сердечником):

    Чтобы сделать катушку из проволоки, мы просто скручиваем проволоку в петли или («повороты», как их любят называть физики).Если вторая катушка имеет такое же количество витков, что и первая катушка, электрический ток в вторая катушка будет практически такого же размера, как и первая. катушка. Но (и вот умная часть), если у нас будет больше или меньше ходов во второй катушке мы можем сделать вторичный ток и напряжение больше или меньше, чем первичный ток и напряжение.

    Важно отметить, что этот трюк работает, только если электрический ток каким-то образом колеблется. Другими словами, у вас есть использовать тип постоянно меняющегося электричества, называемый переменным ток (AC) с трансформатором.Трансформаторы не работают с постоянным током (DC), где постоянный ток постоянно течет в одном направление.

    Трансформаторы понижающие

    Если у первой катушки больше витков, чем у второй катушки, вторичная напряжение меньше, чем первичное напряжение:

    Это называется понижающей трансформатор. Если у второй катушки половина столько витков, сколько первая катушка, вторичное напряжение будет вдвое меньше величина первичного напряжения; если во второй катушке в десять раз меньше оказывается, он имеет одну десятую напряжения.Всего:

    Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Число витков во вторичной обмотке ÷ Число витков в начальной

    Ток преобразуется в обратную сторону — увеличивается в размере — в понижающий трансформатор:

    Вторичный ток ÷ Первичный ток = Количество витков в первичный ÷ Количество витков вторичного

    Так понижающий трансформатор со 100 витками в первичной обмотке и 10 катушки во вторичной обмотке снизят напряжение в 10 раз, но одновременно умножьте ток в 10 раз. Сила в электрический ток равен току, умноженному на напряжение (Вт = вольт x ампер — один из способов запомнить это), поэтому вы можете увидеть мощность в вторичная катушка теоретически такая же, как мощность в первичная обмотка. (На самом деле есть некоторая потеря мощности между первичный и вторичный, потому что некоторая часть «магнитного потока» просачивается наружу сердечника часть энергии теряется из-за его нагрева и т. д.)

    Повышающие трансформаторы

    Изменив ситуацию, мы можем сделать шаг вперед трансформатор, который увеличивает низкое напряжение в высокое:

    На этот раз у нас больше витков на вторичной катушка, чем первичная.По-прежнему верно, что:

    Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Количество витков в вторичный ÷ Количество витков первичной обмотки

    и

    Вторичный ток ÷ Первичный ток = Количество витков в первичный ÷ Количество витков вторичного

    В повышающем трансформаторе мы используем больше витков во вторичной обмотке, чем в первичный, чтобы получить большее вторичное напряжение и меньшее вторичное Текущий.

    Рассматривая как понижающие, так и повышающие трансформаторы, вы можете видеть, что это общее правило: катушка с наибольшим числом витков имеет наибольшее напряжение, а катушка с наименьшим числом витков имеет самый высокий ток.

    Трансформаторы в вашем доме

    Фото: Типичные домашние трансформаторы. Против часовой стрелки слева вверху: модем-трансформер, белый трансформер в iPod зарядное устройство и зарядное устройство для мобильного телефона.

    Как мы уже видели, в городах много огромных трансформаторов. и города, где подведена высоковольтная электроэнергия от входящих линий электропередачи. преобразуется в более низкое напряжение. Но есть много трансформаторов в Ваш дом тоже. Большие электрические приборы, такие как стиральные и посудомоечные машины, используют относительно высокое напряжение. 110–240 вольт, но электронные устройства, такие как портативные компьютеры и зарядные устройства для MP3-плееров и мобильных телефонов, используют относительно крошечные напряжения: ноутбуку нужно около 15 вольт, зарядному устройству iPod — 12 вольт, а мобильному телефону обычно требуется менее 6 вольт, когда вы зарядить его аккумулятор. Такие электронные устройства имеют небольшие размеры. встроенные в них трансформаторы (часто устанавливаются в конце силового свинец) для преобразования 110–240 вольт бытовой подавать на меньшее напряжение, которое они могут использовать. Если вы когда-нибудь задумывались, почему у таких вещей, как мобильные телефоны, есть большие толстые короткие шнуры питания, потому что они содержат трансформаторы!

    Фотографии: электрическая зубная щетка, стоящая на зарядном устройстве. Аккумулятор в щетке заряжается за счет индукции: между пластиковой щеткой и пластиковым зарядным устройством в основании отсутствует прямой электрический контакт.Индукционное зарядное устройство — это особый вид трансформатора, разделенный на две части: одна в основании, а другая — в щетке. Невидимое магнитное поле связывает две части трансформатора вместе.

    Зарядные устройства индукционные

    Многие домашние трансформаторы (например, те, что используются в iPod и мобильных телефонов) предназначены для зарядки аккумуляторных батарей. Вы можете точно увидеть, как они работают: течет электричество в трансформатор из розетки на стене, попадает преобразуется в более низкое напряжение и перетекает в аккумулятор в вашем iPod или телефон.Но что происходит с чем-то вроде электрической зубной щетки, у которой нет кабель питания? Он заряжается немного другим типом трансформатор, одна из катушек которого находится в основании щетки, и другой в зарядном устройстве, на котором стоит щетка. Вы можете узнать как работают подобные трансформаторы в нашей статье про индукционные зарядные устройства.

    Трансформаторы на практике

    Если у вас есть дома некоторые из этих зарядных устройств для трансформаторов (обычные или индукционные), вы заметите, что они нагреваются после того, как пробыли какое-то время.Поскольку все трансформаторы выделяют некоторое количество отработанного тепла, ни один из них не является полностью эффективным: вторичная обмотка вырабатывает меньше электроэнергии, чем мы подаем в первичную, и именно отработанное тепло составляет большую часть разницы. В небольшом домашнем зарядном устройстве для мобильного телефона потери тепла довольно минимальны (меньше, чем у старомодной лампы накаливания), и обычно не о чем беспокоиться. Но чем больше трансформатор, тем больший ток он несет и тем больше тепла он производит.Для трансформатора подстанции, подобного изображенному на нашем верхнем фото, который имеет ширину примерно с небольшой автомобиль, отходящее тепло может быть действительно значительным: оно может повредить изоляцию трансформатора, серьезно сократить срок его службы и сделать его гораздо менее надежным (давайте не забывайте, что сотни или даже тысячи людей могут зависеть от мощности одного трансформатора, который должен надежно работать не только изо дня в день, но из года в год). Вот почему вероятное повышение температуры трансформатора во время работы является очень важным фактором в его конструкции.Необходимо учитывать типичную «нагрузку» (насколько интенсивно он используется), сезонный диапазон наружных (окружающих) температур и даже высота (которая снижает плотность воздуха и, следовательно, эффективность его охлаждения) — все это необходимо учитывать. выяснить, насколько эффективно будет работать наружный трансформатор.

    На практике большинство больших трансформаторов имеют встроенные системы охлаждения, использующие воздух, жидкость (масло или вода) или и то, и другое для отвода отработанного тепла. Обычно основная часть трансформатора (сердечник, а также первичная и вторичная обмотки) погружается в масляный бак с теплообменником, насос и охлаждающие ребра прикреплены.Горячее масло перекачивается из верхней части трансформатора через теплообменник (который охлаждает его) и обратно в нижнюю часть, чтобы повторить цикл. Иногда масло перемещается по охлаждающему контуру только за счет конвекции без использования отдельного насоса. Некоторые трансформаторы оснащены электрическими вентиляторами, которые обдувают охлаждающие ребра теплообменника воздухом для более эффективного рассеивания тепла.

    Изображение: Большие трансформаторы имеют встроенную систему охлаждения. В этом случае сердечник и катушка трансформатора (красный) находятся внутри большого масляного бака (серый). Горячее масло, взятое из верхней части бака, циркулирует через один или несколько теплообменников, которые отводят отработанное тепло с помощью охлаждающих ребер (зеленые), прежде чем возвращать масло в тот же бак внизу. Иллюстрация из патента США 4 413 674: Структура охлаждения трансформатора Рэндалла Н. Эйвери и др., Westinghouse Electric Corp., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

    Что такое твердотельные трансформаторы?

    Прочитав вышеизложенное, вы поймете, что трансформаторы могут быть очень большими, очень неуклюжими и иногда очень неэффективными.С середины 20 века всевозможные изящные электрические трюки, которые раньше выполнялись крупными (а иногда и механическими) компоненты были сделаны электронным способом, с использованием так называемой «твердотельной» технологии. Так, например, поменяли местами переключающее и усилительное реле. для транзисторов, в то время как магнитные жесткие диски все чаще заменяются флэш-памятью (например, твердотельные накопители, твердотельные накопители и карты памяти USB).

    В течение последних нескольких десятилетий инженеры-электронщики работали над разработкой так называемых твердотельных трансформаторов (SST).По сути, это компактные высокомощные высокочастотные полупроводниковые схемы, которые повышают или понижают напряжение с большей надежностью и КПД по сравнению с традиционными трансформаторами; они также намного более управляемы, поэтому больше реагировать на изменения спроса и предложения. «Умные сети» (будущие системы передачи электроэнергии, питаемые от периодических источников возобновляемые источники энергии, такие как ветряные турбины и солнечные фермы), поэтому будут основным приложением. Несмотря на огромный интерес, SST технологии по-прежнему используются относительно мало, но, вероятно, самая захватывающая область проектирования трансформаторов будущего.

    Узнать больше

    На этом сайте

    На других сайтах

    Книги

    Для читателей постарше
    • Конструкция и применение трансформаторов Роберт М. Дель Веккио и др. CRC Press, 2018. Подробное руководство по трансформаторам питания.
    • Руководство по проектированию трансформаторов и индукторов полковника Уильяма Т. Маклаймана. CRC Press, 2011. Подробное практическое руководство по проектированию электрических машин с использованием индуктивности.
    • Электрические трансформаторы и силовое оборудование Энтони Дж.Пансини. Fairmont Press, 1999. Объясняет теорию, конструкцию, установку и техническое обслуживание трансформаторов и различных типов трансформаторов перед тем, как перейти к рассмотрению соответствующих силовых устройств, таких как автоматические выключатели, предохранители и защитные реле.
    • Трансформеры и моторы Джорджа Патрика Шульца. Newnes, 1997. Эта книга гораздо более практическая, чем некоторые другие книги, перечисленные здесь; он больше предназначен для электриков и людей, которым приходится работать с трансформаторами, чем для тех, кто хочет их проектировать.
    • Трансформаторы и индукционные машины М. В. Бакши и У. А. Бакши. Технические публикации, 2009 г. Объясняет различные типы трансформаторов и связанное с ними электрическое оборудование, работающее по индукции.
    Книги общего характера для младших читателей
    • Д.К. Свидетель: Электричество Стива Паркера. Дорлинг Киндерсли, 2005. Исторический взгляд на электричество и на то, как люди применяют его на практике.
    • Мощность и энергия Криса Вудфорда. Факты в файле, 2004.В одной из моих собственных книг описывается, как люди использовали энергию (включая электричество) на протяжении всей истории.

    Патенты

    Существуют сотни патентов на электрические трансформаторы различных типов. Вот несколько особенно интересных (ранних) из базы данных Управления по патентам и товарным знакам США:

    • Патент США 351,589: Система распределения электроэнергии Люсьена Голлара и Джона Гиббса, 26 октября 1886 г. Голлард и Гиббс описывают, как можно использовать трансформаторы для повышения и понижения напряжения для эффективного распределения энергии — основы современного электроснабжения. система во всем мире.
    • Патент США 433702: Электрический трансформатор или индукционное устройство. Автор Никола Тесла, 5 августа 1890 года. Тесла описывает трансформатор со сдвигом фаз (такой, который может создавать разность фаз между первичным и вторичным токами).
    • Патент США 497113: Трансформаторный двигатель, автор Отто Титус Блати, 9 мая 1893 г. Комбинированный трансформатор и двигатель, произведенный одним из изобретателей трансформатора.
    • Патент США 1422653: Электрический трансформатор для регулирования или изменения напряжения тока, подаваемого от него, Эдмунд Берри, 11 июля 1922 г.Трансформатор со шкалой, позволяющей регулировать выходное напряжение.

    Новостные статьи

    Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

    статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

    Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

    Следуйте за нами

    Поделиться страницей

    Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

    Цитировать эту страницу

    Вудфорд, Крис. (2007/2020) Трансформаторы электрические. Получено с https://www.explainthatstuff.com/transformers.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

    Подробнее на нашем сайте…

    Как работают электрические трансформаторы?

    Как работают электрические трансформаторы? — Объясни это

    Реклама

    Криса Вудфорда. Последнее изменение: 27 мая 2020 г.

    Могучие линии электропередач, которые пересекаются наша сельская местность или незаметное шевеление под улицами города несут электричество при очень высоких напряжениях от источника питания растения в наши дома. Для линии электропередачи нет ничего необычного в от 400000 до 750000 вольт! Но бытовая техника в наших домах напряжения в тысячи раз меньше — обычно всего от 110 до 250 вольт.Если вы пытались включить тостер или телевизор от опоры электричества, это мгновенно взорваться! (Даже не думайте пытаться, потому что электричество в воздушных линиях почти наверняка убьет вас.) какой-то способ снизить потребление электроэнергии высокого напряжения от электростанций до электричество более низкого напряжения, используемое фабриками, офисами и домами. Устройство, которое это делает, гудит от электромагнитного энергия, как она идет, называется трансформатором. Давайте подробнее разберемся, как это работает!

    Фото: Взрыв из прошлого: Трансформатор странной формы на плотине Чикамауга недалеко от Чаттануги, Теннесси.Сфотографировано в 1942 году Альфредом Т. Палмером, Управление военного управления, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

    Почему мы используем высокое напряжение?

    Фото: Спуск: эта старая подстанция (понижающий трансформатор) снабжает энергией маленькую английскую деревню, где я живу. Его высота составляет около 1,5 м (5 футов), и его задача — преобразовывать несколько тысяч вольт входящей электроэнергии в сотни вольт, которые мы используем в наших домах.

    Ваш первый вопрос, наверное, такой: если наши дома и офисы с помощью копировальных аппаратов, компьютеры, стиральные машины и электробритвы рассчитаны на 110–250 вольт, почему бы электростанциям просто не передавать электричество при таком напряжении? Почему они используют такое высокое напряжение? К Объясните это, нам нужно немного узнать о том, как распространяется электричество.

    Как электричество течет по металлу проволока, электроны, которые несут свою энергию покачиваться сквозь металлическую конструкцию, ударяясь и разбиваясь и обычно тратят энергию как непослушный школьники бегут по коридору. Вот почему провода нагреваются, когда через них течет электричество (что очень полезно в электрических тостерах и других приборы, использующие ТЭНы). Оказывается, что чем выше напряжение электричества, которое вы используете, и тем ниже ток, тем меньше энергии тратится таким образом. Итак, электричество, которое приходит от электростанций передается по проводам под очень высоким напряжением в экономить энергию.

    Но есть и другая причина. У промышленных предприятий есть огромный завод машины, которые намного больше и более энергоемкие, чем все, что вы есть дома. Энергия, которую использует прибор, напрямую связана (пропорциональна) к используемому напряжению. Таким образом, вместо того, чтобы работать от 110–250 вольт, энергоемкие машины могут использовать 10 000–30 000 вольт. Небольшим предприятиям и механическим цехам может потребоваться источники питания на 400 вольт или около того.Другими словами, разное электричество пользователям нужны разные напряжения. Имеет смысл отправлять высоковольтные электричество от электростанции, а затем преобразовать его в более низкое напряжение при достижении различных пунктов назначения. (Даже в этом случае централизованные электростанции по-прежнему очень неэффективны. Около двух третей энергии, поступающей на электростанцию, в виде сырого топлива, тратится на самом заводе и по пути к вам домой. )

    На фото: изготовление больших электрических трансформаторов на заводе Westinghouse во время Второй мировой войны.Фото Альфреда Т. Палмера, Управление военного управления, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

    Как работает трансформатор?

    Трансформатор основан на очень простом факте об электричестве: когда по проводу течет колеблющийся электрический ток, он создает магнитное поле (невидимый образец магнетизма) или «магнитный поток» все вокруг него. Сила магнетизма (которая имеет довольно техническое название плотности магнитного потока) непосредственно связанный с величина электрического тока.Так что чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. Теперь есть еще один интересный факт о электричество тоже. Когда магнитное поле колеблется вокруг куска провод, он генерирует электрический ток в проводе. Итак, если мы поставим вторая катушка проволоки рядом с первой, и посылает колеблющийся электрического тока в первую катушку, мы создадим электрический ток во втором проводе. Ток в первой катушке обычно называется первичным током, а ток во втором проводе это (сюрприз, сюрприз) вторичный ток.Что мы сделали вот пропустить электрический ток через пустое пространство от одной катушки провод к другому. Это называется электромагнитным индукция, потому что ток в первой катушке вызывает (или «индуцирует») ток во второй катушке. Мы можем сделать так, чтобы электрическая энергия передавалась более эффективно от одной катушки к другой, обернув их вокруг стержня из мягкого железа (иногда называемого сердечником):

    Чтобы сделать катушку из проволоки, мы просто скручиваем проволоку в петли или («повороты», как их любят называть физики).Если вторая катушка имеет такое же количество витков, что и первая катушка, электрический ток в вторая катушка будет практически такого же размера, как и первая. катушка. Но (и вот умная часть), если у нас будет больше или меньше ходов во второй катушке мы можем сделать вторичный ток и напряжение больше или меньше, чем первичный ток и напряжение.

    Важно отметить, что этот трюк работает, только если электрический ток каким-то образом колеблется. Другими словами, у вас есть использовать тип постоянно меняющегося электричества, называемый переменным ток (AC) с трансформатором.Трансформаторы не работают с постоянным током (DC), где постоянный ток постоянно течет в одном направление.

    Трансформаторы понижающие

    Если у первой катушки больше витков, чем у второй катушки, вторичная напряжение меньше, чем первичное напряжение:

    Это называется понижающей трансформатор. Если у второй катушки половина столько витков, сколько первая катушка, вторичное напряжение будет вдвое меньше величина первичного напряжения; если во второй катушке в десять раз меньше оказывается, он имеет одну десятую напряжения.Всего:

    Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Число витков во вторичной обмотке ÷ Число витков в начальной

    Ток преобразуется в обратную сторону — увеличивается в размере — в понижающий трансформатор:

    Вторичный ток ÷ Первичный ток = Количество витков в первичный ÷ Количество витков вторичного

    Так понижающий трансформатор со 100 витками в первичной обмотке и 10 катушки во вторичной обмотке снизят напряжение в 10 раз, но одновременно умножьте ток в 10 раз. Сила в электрический ток равен току, умноженному на напряжение (Вт = вольт x ампер — один из способов запомнить это), поэтому вы можете увидеть мощность в вторичная катушка теоретически такая же, как мощность в первичная обмотка. (На самом деле есть некоторая потеря мощности между первичный и вторичный, потому что некоторая часть «магнитного потока» просачивается наружу сердечника часть энергии теряется из-за его нагрева и т. д.)

    Повышающие трансформаторы

    Изменив ситуацию, мы можем сделать шаг вперед трансформатор, который увеличивает низкое напряжение в высокое:

    На этот раз у нас больше витков на вторичной катушка, чем первичная.По-прежнему верно, что:

    Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Количество витков в вторичный ÷ Количество витков первичной обмотки

    и

    Вторичный ток ÷ Первичный ток = Количество витков в первичный ÷ Количество витков вторичного

    В повышающем трансформаторе мы используем больше витков во вторичной обмотке, чем в первичный, чтобы получить большее вторичное напряжение и меньшее вторичное Текущий.

    Рассматривая как понижающие, так и повышающие трансформаторы, вы можете видеть, что это общее правило: катушка с наибольшим числом витков имеет наибольшее напряжение, а катушка с наименьшим числом витков имеет самый высокий ток.

    Трансформаторы в вашем доме

    Фото: Типичные домашние трансформаторы. Против часовой стрелки слева вверху: модем-трансформер, белый трансформер в iPod зарядное устройство и зарядное устройство для мобильного телефона.

    Как мы уже видели, в городах много огромных трансформаторов. и города, где подведена высоковольтная электроэнергия от входящих линий электропередачи. преобразуется в более низкое напряжение. Но есть много трансформаторов в Ваш дом тоже. Большие электрические приборы, такие как стиральные и посудомоечные машины, используют относительно высокое напряжение. 110–240 вольт, но электронные устройства, такие как портативные компьютеры и зарядные устройства для MP3-плееров и мобильных телефонов, используют относительно крошечные напряжения: ноутбуку нужно около 15 вольт, зарядному устройству iPod — 12 вольт, а мобильному телефону обычно требуется менее 6 вольт, когда вы зарядить его аккумулятор. Такие электронные устройства имеют небольшие размеры. встроенные в них трансформаторы (часто устанавливаются в конце силового свинец) для преобразования 110–240 вольт бытовой подавать на меньшее напряжение, которое они могут использовать. Если вы когда-нибудь задумывались, почему у таких вещей, как мобильные телефоны, есть большие толстые короткие шнуры питания, потому что они содержат трансформаторы!

    Фотографии: электрическая зубная щетка, стоящая на зарядном устройстве. Аккумулятор в щетке заряжается за счет индукции: между пластиковой щеткой и пластиковым зарядным устройством в основании отсутствует прямой электрический контакт.Индукционное зарядное устройство — это особый вид трансформатора, разделенный на две части: одна в основании, а другая — в щетке. Невидимое магнитное поле связывает две части трансформатора вместе.

    Зарядные устройства индукционные

    Многие домашние трансформаторы (например, те, что используются в iPod и мобильных телефонов) предназначены для зарядки аккумуляторных батарей. Вы можете точно увидеть, как они работают: течет электричество в трансформатор из розетки на стене, попадает преобразуется в более низкое напряжение и перетекает в аккумулятор в вашем iPod или телефон.Но что происходит с чем-то вроде электрической зубной щетки, у которой нет кабель питания? Он заряжается немного другим типом трансформатор, одна из катушек которого находится в основании щетки, и другой в зарядном устройстве, на котором стоит щетка. Вы можете узнать как работают подобные трансформаторы в нашей статье про индукционные зарядные устройства.

    Трансформаторы на практике

    Если у вас есть дома некоторые из этих зарядных устройств для трансформаторов (обычные или индукционные), вы заметите, что они нагреваются после того, как пробыли какое-то время.Поскольку все трансформаторы выделяют некоторое количество отработанного тепла, ни один из них не является полностью эффективным: вторичная обмотка вырабатывает меньше электроэнергии, чем мы подаем в первичную, и именно отработанное тепло составляет большую часть разницы. В небольшом домашнем зарядном устройстве для мобильного телефона потери тепла довольно минимальны (меньше, чем у старомодной лампы накаливания), и обычно не о чем беспокоиться. Но чем больше трансформатор, тем больший ток он несет и тем больше тепла он производит.Для трансформатора подстанции, подобного изображенному на нашем верхнем фото, который имеет ширину примерно с небольшой автомобиль, отходящее тепло может быть действительно значительным: оно может повредить изоляцию трансформатора, серьезно сократить срок его службы и сделать его гораздо менее надежным (давайте не забывайте, что сотни или даже тысячи людей могут зависеть от мощности одного трансформатора, который должен надежно работать не только изо дня в день, но из года в год). Вот почему вероятное повышение температуры трансформатора во время работы является очень важным фактором в его конструкции.Необходимо учитывать типичную «нагрузку» (насколько интенсивно он используется), сезонный диапазон наружных (окружающих) температур и даже высота (которая снижает плотность воздуха и, следовательно, эффективность его охлаждения) — все это необходимо учитывать. выяснить, насколько эффективно будет работать наружный трансформатор.

    На практике большинство больших трансформаторов имеют встроенные системы охлаждения, использующие воздух, жидкость (масло или вода) или и то, и другое для отвода отработанного тепла. Обычно основная часть трансформатора (сердечник, а также первичная и вторичная обмотки) погружается в масляный бак с теплообменником, насос и охлаждающие ребра прикреплены.Горячее масло перекачивается из верхней части трансформатора через теплообменник (который охлаждает его) и обратно в нижнюю часть, чтобы повторить цикл. Иногда масло перемещается по охлаждающему контуру только за счет конвекции без использования отдельного насоса. Некоторые трансформаторы оснащены электрическими вентиляторами, которые обдувают охлаждающие ребра теплообменника воздухом для более эффективного рассеивания тепла.

    Изображение: Большие трансформаторы имеют встроенную систему охлаждения. В этом случае сердечник и катушка трансформатора (красный) находятся внутри большого масляного бака (серый). Горячее масло, взятое из верхней части бака, циркулирует через один или несколько теплообменников, которые отводят отработанное тепло с помощью охлаждающих ребер (зеленые), прежде чем возвращать масло в тот же бак внизу. Иллюстрация из патента США 4 413 674: Структура охлаждения трансформатора Рэндалла Н. Эйвери и др., Westinghouse Electric Corp., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

    Что такое твердотельные трансформаторы?

    Прочитав вышеизложенное, вы поймете, что трансформаторы могут быть очень большими, очень неуклюжими и иногда очень неэффективными.С середины 20 века всевозможные изящные электрические трюки, которые раньше выполнялись крупными (а иногда и механическими) компоненты были сделаны электронным способом, с использованием так называемой «твердотельной» технологии. Так, например, поменяли местами переключающее и усилительное реле. для транзисторов, в то время как магнитные жесткие диски все чаще заменяются флэш-памятью (например, твердотельные накопители, твердотельные накопители и карты памяти USB).

    В течение последних нескольких десятилетий инженеры-электронщики работали над разработкой так называемых твердотельных трансформаторов (SST).По сути, это компактные высокомощные высокочастотные полупроводниковые схемы, которые повышают или понижают напряжение с большей надежностью и КПД по сравнению с традиционными трансформаторами; они также намного более управляемы, поэтому больше реагировать на изменения спроса и предложения. «Умные сети» (будущие системы передачи электроэнергии, питаемые от периодических источников возобновляемые источники энергии, такие как ветряные турбины и солнечные фермы), поэтому будут основным приложением. Несмотря на огромный интерес, SST технологии по-прежнему используются относительно мало, но, вероятно, самая захватывающая область проектирования трансформаторов будущего.

    Узнать больше

    На этом сайте

    На других сайтах

    Книги

    Для читателей постарше
    • Конструкция и применение трансформаторов Роберт М. Дель Веккио и др. CRC Press, 2018. Подробное руководство по трансформаторам питания.
    • Руководство по проектированию трансформаторов и индукторов полковника Уильяма Т. Маклаймана. CRC Press, 2011. Подробное практическое руководство по проектированию электрических машин с использованием индуктивности.
    • Электрические трансформаторы и силовое оборудование Энтони Дж.Пансини. Fairmont Press, 1999. Объясняет теорию, конструкцию, установку и техническое обслуживание трансформаторов и различных типов трансформаторов перед тем, как перейти к рассмотрению соответствующих силовых устройств, таких как автоматические выключатели, предохранители и защитные реле.
    • Трансформеры и моторы Джорджа Патрика Шульца. Newnes, 1997. Эта книга гораздо более практическая, чем некоторые другие книги, перечисленные здесь; он больше предназначен для электриков и людей, которым приходится работать с трансформаторами, чем для тех, кто хочет их проектировать.
    • Трансформаторы и индукционные машины М. В. Бакши и У. А. Бакши. Технические публикации, 2009 г. Объясняет различные типы трансформаторов и связанное с ними электрическое оборудование, работающее по индукции.
    Книги общего характера для младших читателей
    • Д.К. Свидетель: Электричество Стива Паркера. Дорлинг Киндерсли, 2005. Исторический взгляд на электричество и на то, как люди применяют его на практике.
    • Мощность и энергия Криса Вудфорда. Факты в файле, 2004.В одной из моих собственных книг описывается, как люди использовали энергию (включая электричество) на протяжении всей истории.

    Патенты

    Существуют сотни патентов на электрические трансформаторы различных типов. Вот несколько особенно интересных (ранних) из базы данных Управления по патентам и товарным знакам США:

    • Патент США 351,589: Система распределения электроэнергии Люсьена Голлара и Джона Гиббса, 26 октября 1886 г. Голлард и Гиббс описывают, как можно использовать трансформаторы для повышения и понижения напряжения для эффективного распределения энергии — основы современного электроснабжения. система во всем мире.
    • Патент США 433702: Электрический трансформатор или индукционное устройство. Автор Никола Тесла, 5 августа 1890 года. Тесла описывает трансформатор со сдвигом фаз (такой, который может создавать разность фаз между первичным и вторичным токами).
    • Патент США 497113: Трансформаторный двигатель, автор Отто Титус Блати, 9 мая 1893 г. Комбинированный трансформатор и двигатель, произведенный одним из изобретателей трансформатора.
    • Патент США 1422653: Электрический трансформатор для регулирования или изменения напряжения тока, подаваемого от него, Эдмунд Берри, 11 июля 1922 г.Трансформатор со шкалой, позволяющей регулировать выходное напряжение.

    Новостные статьи

    Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

    статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

    Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

    Следуйте за нами

    Поделиться страницей

    Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

    Цитировать эту страницу

    Вудфорд, Крис. (2007/2020) Трансформаторы электрические. Получено с https://www.explainthatstuff.com/transformers.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

    Подробнее на нашем сайте…

    Как это работает Jameco Electronics

    Меган Тунг

    Трансформаторы — это электрические устройства, состоящие из двух или более катушек проволоки, которые используются для передачи электрической энергии посредством магнитного поля. Трансформаторы — это очень простые статические электромагнитные пассивные электрические устройства, которые работают по принципу закона индукции Фарадея, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое. Две электрические цепи связаны посредством взаимной индукции, которая представляет собой процесс, с помощью которого катушка с проволокой вызывает магнитное напряжение в другой катушке, расположенной в непосредственной близости.Электрическая энергия более эффективно передается от одной катушки к другой за счет наматывания катушек вокруг сердечника. Уровни напряжения и тока увеличиваются или уменьшаются без изменения частоты. Более высокие напряжения и токи передачи переменного тока могут быть снижены до гораздо более низкого, безопасного и пригодного для использования уровня напряжения, где его можно использовать для питания электрического оборудования в домах и на рабочих местах.


    Трансформатор напряжения
    Однофазный трансформатор напряжения состоит из двух электрических катушек с проволокой, первичной обмотки и вторичной обмотки.Первичная обмотка потребляет энергию, а вторичная обмотка обеспечивает ее. Две катушки не связаны электрически, а связаны магнитно. Если вторая катушка имеет то же количество витков, что и первая катушка, электрический ток во второй катушке будет практически такого же размера, как и в первой катушке. Понижающий трансформатор — это когда первая катушка (первичная обмотка) имеет больше витков, чем вторая катушка (вторичная обмотка), поэтому вторичное напряжение меньше первичного напряжения.Повышающий трансформатор — это когда первая катушка имеет меньше витков, чем вторая катушка, в результате чего вторичное напряжение выше первичного.
    Трансформатор с железным сердечником
    Как упоминалось ранее, катушки намотаны вокруг сердечника. Сердечник может быть изготовлен из нескольких различных материалов. Во-первых, это трансформатор с железным сердечником, в котором в качестве материала сердечника используются пластины из мягкого железа. Железо обладает превосходными магнитными свойствами, что приводит к высокой магнитной связи трансформатора с железным сердечником, поэтому эффективность также высока.В трансформаторе с ферритовым сердечником используется ферритовый сердечник, который имеет высокую магнитную проницаемость и обеспечивает очень низкие потери в высокочастотных приложениях. Часто трансформаторы с ферритовым сердечником используются в импульсных источниках питания или в радиочастотных приложениях. В трансформаторе с тороидальным сердечником используется материал сердечника тороидальной формы (кольцевой или кольцевой), такой как железный сердечник или ферритовый сердечник. Форма кольца делает индуктивность рассеяния очень низкой. В трансформаторе с воздушным сердечником потокосцепление полностью выполнено с использованием воздуха; однако они обладают низкой взаимной индуктивностью по сравнению с трансформатором с физическим сердечником.

    Вам также может быть интересно прочитать: Что такое переменный ток


    Меган Тунг — стажер на летний период в Jameco Electronics , посещает Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (UCSB). Ее интересы включают фотографию, музыку, бизнес и инженерное дело.

    Кредиты на фотографии: Учебники по электронике

    Объясняя принцип работы трансформатора

    Энергия, передаваемая при работе

    Электричество и магнетизм

    Объясняя принцип работы трансформатора

    Методические указания для 14-16

    Когда электрический ток проходит через длинную полую катушку с проволокой, внутри катушки возникает сильное магнитное поле, а снаружи — более слабое. Линии рисунка магнитного поля проходят через катушку, расходятся от конца и огибают снаружи и внутрь на другом конце.

    Это не настоящие линии, как те, которые вы рисуете карандашом. Это линии, которые мы представляем, как на рисунке, чтобы показать структуру магнитного поля: направление, в котором образец железа будет намагничен полем. Там, где поле наиболее сильное, очереди наиболее тесны.

    В полой катушке линии образуют полные кольца.Если в катушке есть железный сердечник, он становится намагниченным и, кажется, делает поле намного сильнее, пока есть ток.

    Железный сердечник трансформатора обычно представляет собой законченное кольцо с двумя намотанными на него катушками. Одна подключена к источнику электроэнергии и называется первичной обмоткой ; другой подает питание на нагрузку и называется вторичной обмоткой . Намагничивание из-за тока в первичной катушке проходит по всему кольцу.Первичная и вторичная катушки могут быть намотаны в любом месте кольца, потому что железо переносит изменения намагниченности от одной катушки к другой. Между двумя катушками нет электрического соединения. Однако они связаны магнитным полем в железном сердечнике.

    Когда в первичной обмотке есть постоянный ток, во вторичной обмотке нет эффекта, но есть эффект во вторичной обмотке, если ток в первичной обмотке изменяется. Изменяющийся ток в первичной обмотке вызывает e.м.ф. во вторичном. Если вторичная обмотка подключена к цепи, то есть ток.

    Понижающий трансформатор на 1200 витков на первичной обмотке, подключенный к 240 В переменного тока. будет производить 2 В переменного тока. через 10-витковую вторичную обмотку (при условии минимальных потерь энергии) и зажгите лампу на 2 В.

    Повышающий трансформатор на 1000 витков на первичной обмотке, питаемый от 200 В переменного тока. а вторичная обмотка на 10000 витков даст напряжение 2000 В переменного тока.

    Железный сердечник сам по себе является грубой вторичной обмоткой (как однооборотная катушка), и изменения первичного тока вызывают небольшие круговые напряжения в сердечнике. Железо является проводником, и если бы железный сердечник был твердым, индуцированные напряжения вызывали бы в нем неэффективные вторичные токи (называемые вихревыми токами ). Таким образом, сердечник сделан из очень тонких листов, скрепленных вместе, причем поверхность каждого листа покрыта, чтобы сделать его плохим проводником. Края листов можно увидеть, посмотрев на края сердечника трансформатора.

    Основы электрических трансформаторов

    Что такое электрические трансформаторы?

    Электрические трансформаторы — это машины, которые передают электричество из одной цепи в другую с изменением уровня напряжения, но без изменения частоты.Сегодня они предназначены для использования в сети переменного тока, а это означает, что колебания напряжения питания зависят от колебаний тока. Таким образом, увеличение тока приведет к увеличению напряжения и наоборот.

    Трансформаторы

    помогают повысить безопасность и эффективность энергосистем, повышая и понижая уровни напряжения по мере необходимости. Они используются в широком диапазоне жилых и промышленных применений, в первую очередь и, возможно, наиболее важно для распределения и регулирования мощности на большие расстояния.

    Строительство электрического трансформатора

    Три важных компонента электрического трансформатора — это магнитный сердечник, первичная обмотка и вторичная обмотка. Первичная обмотка — это часть, которая подключена к источнику электричества, откуда первоначально создается магнитный поток. Эти катушки изолированы друг от друга, и основной поток индуцируется в первичной обмотке, откуда он передается на магнитный сердечник и соединяется со вторичной обмоткой трансформатора через путь с низким сопротивлением.

    Сердечник передает поток во вторичную обмотку, чтобы создать магнитную цепь, которая замыкает поток, а внутри сердечника размещается путь с низким сопротивлением, чтобы максимизировать потокосцепление. Вторичная обмотка помогает завершить движение потока, который начинается на первичной стороне, и с помощью сердечника достигает вторичной обмотки. Вторичная обмотка способна набирать импульс, потому что обе обмотки намотаны на один и тот же сердечник, и, следовательно, их магнитные поля помогают создавать движение. Во всех типах трансформаторов магнитный сердечник собирается из многослойных стальных листов, оставляя минимально необходимый воздушный зазор между ними для обеспечения непрерывности магнитного пути.

    Как работают трансформаторы?

    В электрическом трансформаторе для работы используется закон электромагнитной индукции Фарадея: «Скорость изменения магнитной индукции во времени прямо пропорциональна наведенной ЭДС в проводнике или катушке».

    Физическая основа трансформатора заключается во взаимной индукции между двумя цепями, которые связаны общим магнитным потоком. Обычно он имеет 2 обмотки: первичную и вторичную. Эти обмотки имеют общий магнитный сердечник, который является ламинированным, и взаимная индукция, возникающая между этими цепями, помогает передавать электричество из одной точки в другую.

    В зависимости от количества связанного магнитного потока между первичной и вторичной обмотками будут разные скорости изменения магнитного потока. Чтобы обеспечить максимальную потокосцепление, то есть максимальный поток, проходящий через вторичную обмотку и связанный с ней от первичной, для обеих обмоток размещается путь с низким сопротивлением. Это приводит к повышению эффективности работы и образует сердечник трансформатора.

    Приложение переменного напряжения к обмоткам в первичной обмотке создает переменный поток в сердечнике.Это связывает обе обмотки, чтобы навести ЭДС как на первичной, так и на вторичной стороне. ЭДС во вторичной обмотке вызывает ток, известный как ток нагрузки, если к вторичной части подключена нагрузка.

    Таким образом электрические трансформаторы передают мощность переменного тока из одной цепи (первичной) в другую (вторичную) посредством преобразования электрической энергии из одного значения в другое, изменяя уровень напряжения, но не частоту.

    Видео: Инженерное мышление

    Как работает трансформатор — Принцип работы электротехники

    Электрический трансформатор — КПД и потери

    В электрическом трансформаторе не используются движущиеся части для передачи энергии, что означает отсутствие трения и, следовательно, потерь на ветер.Однако электрические трансформаторы страдают от незначительных потерь в меди и железе. Потери меди возникают из-за потерь тепла при циркуляции токов по медным обмоткам, что приводит к потере электроэнергии. Это самые большие потери в работе электрического трансформатора. Потери в железе вызваны запаздыванием магнитных молекул, находящихся внутри сердечника. Это отставание происходит в ответ на изменение магнитного потока, которое приводит к трению, и это трение производит тепло, которое приводит к потере мощности в сердечнике. Эти потери можно значительно уменьшить, если сердечник изготовлен из специальных стальных сплавов.

    Интенсивность потерь мощности определяет эффективность электрического трансформатора и выражается в потерях мощности между первичной и вторичной обмотками. Результирующий КПД затем вычисляется как отношение выходной мощности вторичной обмотки к мощности, потребляемой первичной обмоткой. В идеале КПД электрического трансформатора составляет от 94% до 96%

    Типы трансформаторов

    Электрические трансформаторы можно разделить на различные категории в зависимости от их конечного использования, конструкции, поставки и назначения.

    На основе проектирования
    • Трансформатор с сердечником Этот трансформатор имеет две горизонтальные секции с двумя вертикальными ветвями и прямоугольный сердечник с магнитной цепью. Цилиндрические катушки (ВН и НН) размещены на центральном плече трансформатора сердечника.
    • Корпус типа Трансформатор Трансформатор кожухового типа имеет двойную магнитную цепь и центральную ветвь с двумя внешними ветвями.

    На основе поставки
    • Однофазный Трансформатор Однофазный трансформатор имеет только один набор обмоток.Отдельные однофазные блоки могут дать те же результаты, что и трехфазные переключатели, когда они соединены внешне.
    • Трехфазный Трансформатор Трехфазный (или трехфазный) трансформатор имеет три набора первичной и вторичной обмоток, которые образуют группу из трех однофазных трансформаторов. Трехфазный трансформатор в основном используется для производства, передачи и распределения электроэнергии в промышленности.

    По основанию назначения
    • Повышающий трансформатор
      Этот тип определяется количеством витков провода.Таким образом, если вторичный набор имеет большее количество витков, чем первичная сторона, это означает, что напряжение будет соответствовать тому, которое образует базу повышающего трансформатора.
    • Понижающий трансформатор
      Этот тип обычно используется для понижения уровня напряжения в сети передачи и распределения электроэнергии, поэтому его механизм является полной противоположностью повышающего трансформатора.

    На основе использования
    • Силовой трансформатор
      Обычно используется для передачи электроэнергии и имеет высокий рейтинг.
    • Распределение трансформатор Этот электрический трансформатор имеет сравнительно более низкие номиналы и используется для распределения электроэнергии.
    • Прибор трансформатор Этот электрический трансформатор подразделяется на трансформаторы тока и напряжения.
      • Трансформатор тока
      • Трансформатор потенциала

    Эти трансформаторы используются для реле и защиты приборов одновременно.

    На основе охлаждения
    • Самоохлаждающиеся масляные трансформаторы Этот тип обычно используется в небольших трансформаторах мощностью до 3 МВА и предназначен для самоохлаждения за счет окружающего воздушного потока.
    • Масляные трансформаторы с водяным охлаждением В электрическом трансформаторе этого типа используется теплообменник для облегчения передачи тепла от масла к охлаждающей воде.
    • с воздушным охлаждением (воздушное охлаждение) Трансформаторы В этом типе трансформатора выделяемое тепло охлаждается с помощью нагнетателей и вентиляторов, которые заставляют циркулировать воздух по обмоткам и сердечнику.

    Основные характеристики трансформатора

    Все трансформаторы имеют общие черты, независимо от их типа:

    • Частота входной и выходной мощности одинаковая
    • Все трансформаторы используют законы электромагнитной индукции
    • Первичная и вторичная обмотки не имеют электрического соединения (кроме автотрансформаторов). Передача энергии осуществляется посредством магнитного потока.
    • Для передачи энергии не требуются движущиеся части, поэтому отсутствуют потери на трение или ветер, как в других электрических устройствах.
    • Потери, которые возникают в трансформаторах, меньше, чем в других электрических устройствах, и включают:
      • Потери в меди (потеря электроэнергии из-за тепла, создаваемого циркуляцией токов вокруг медных обмоток, считается самой большой потерей в трансформаторах)
      • Потери в сердечнике (потери на вихревые токи и гистерезис, вызванные запаздыванием магнитных молекул в ответ на переменный магнитный поток внутри сердечника)

    Большинство трансформаторов очень эффективны, вырабатывая от 94% до 96% энергии при полной нагрузке.Трансформаторы очень большой мощности могут выдавать до 98%, особенно если они работают с постоянным напряжением и частотой.

    Применение электрического трансформатора

    Основные области применения электрического трансформатора:

    • Повышение или понижение уровня напряжения в цепи переменного тока.
    • Увеличение или уменьшение значения индуктивности или конденсатора в цепи переменного тока.
    • Предотвращение прохождения постоянного тока из одной цепи в другую.
    • Изоляция двух электрических цепей.
    • Повышение уровня напряжения на объекте выработки электроэнергии до передачи и распределения.

    Общие применения электрического трансформатора включают насосные станции, железные дороги, промышленность, коммерческие предприятия, ветряные мельницы и энергоблоки.

    Советы по поиску и устранению неисправностей электрического трансформатора

    Использование мультиметра — лучший способ проверить и устранить неисправности в электрической цепи.

    1. Начните с проверки напряжения цепи, которую необходимо проверить.Этот шаг поможет вам определить тип лампочки, необходимой для сборки тестера цепей.
    2. Вырежьте 2 полосы из провода AWG 16 калибра , убедившись, что каждая из них имеет длину не менее 12 дюймов.
    3. Используйте инструмент для зачистки, чтобы удалить четверть внешнего пластика с обоих концов проводов и 1 дюйм внешнего пластика с двух других концов. Как только это будет сделано, скрутите оголенную проволоку, чтобы пряди соединялись.
    4. Присоедините два конца, с которых вы сняли 1/4 дюймов пластика, к клеммам патрона лампы.
    5. Вставьте лампочку в патрон и прикрепите два оставшихся конца провода к клеммам, которые вы хотите проверить.

    D&F Liquidators обслуживает потребности в строительных материалах для электротехники более 30 лет. Это международная информационная служба площадью 180 000 квадратных метров, расположенная в Хейворде, Калифорния. В нем хранится обширный перечень электрических разъемов, кабелепроводов, автоматических выключателей, распределительных коробок, проводов, предохранительных выключателей и т. Д.Он закупает электрические материалы у ведущих компаний по всему миру. Компания также ведет обширный инвентарь взрывозащищенной продукции и современных решений в области электрического освещения. Поскольку компания D&F закупает материалы оптом, она имеет уникальную возможность предложить конкурентоспособную структуру ценообразования. Кроме того, он может удовлетворить самые взыскательные запросы и отгрузить материал в тот же день.

    Как работают повышающие и понижающие трансформаторы?

    Что такое электромагнитная индукция?

    Если магнетизм может быть произведен из электричества, Фарадей выдвинул гипотезу, что электричество может быть произведено с помощью магнетизма.Фарадей использовал аппарат, состоящий из сердечника из мягкого железа, подобного показанному ниже. Катушка слева была подключена к батарее, а катушка справа — к гальванометру. Когда ток течет через левую катушку, подключенную к батарее, создается магнитное поле. Сила магнитного поля увеличивается за счет железного сердечника. Хотя Фарадей не мог создать ток в левом проводе, но, как ни странно, он заметил, что ток возникает при изменении тока. Фарадей пришел к выводу, что, хотя постоянное магнитное поле не производит электрического тока, изменение магнитного поля действительно вызывает ток. Такой ток называется индуцированным током . Процесс, при котором ток возникает в результате изменения магнитных полей, называется электромагнитной индукцией.

    Примечание: Электромагнитная индукция была независимо открыта Майклом Фарадеем и Джозефом Генри в 1831 году. Связь между электродвижущей силой, ЭДС (напряжением) и магнитным потоком была формализована в уравнении, которое теперь называется Закон индукции Фарадея

    Как работают трансформаторы

    Трансформатор — это устройство, повышающее или понижающее напряжение переменного тока.Ток в одной катушке индуцирует ток в другой катушке.

    Трансформатор состоит из двух катушек (одна катушка является первичной, а другая — вторичной), намотанных на металлический сердечник. (см. изображения —) Когда переменный ток проходит через первичную катушку и индуцируется магнитное поле — электромагнитная индукция вызывает ток во вторичной катушке. Если количество витков провода одинаково в обеих катушках, индуцированное напряжение во вторичной катушке будет одинаковым.Если количество витков вторичной обмотки больше, чем первичной обмотки, напряжение на вторичной обмотке будет больше. Это пример повышающего трансформатора.

    Как количество петель влияет на напряжение?

    Если количество витков во вторичной обмотке меньше, чем в первичной, то напряжение будет меньше. Это называется понижающим трансформатором.

    СТУПЕНЧАТЫЙ ТРАНСФОРМАЦИЯ 10 КАТУШЕК В 2 КАТУШКИ 5: 1 ВОЛЬТ

    Если количество витков во вторичной катушке больше, чем в первичной, то напряжение будет больше.Это называется повышающим трансформатором.

    СТУПЕНЧАТЫЙ ТРАНСФОРМАТОР 2 КАТУШКИ НА 10 КАТУШЕК 1: 5 Вольт

    Почему трансформаторы важны для передачи электроэнергии.

    Повышающие трансформаторы используются компаниями при передаче электроэнергии по линиям электропередачи. Затем компании используют понижающие трансформаторы для создания 120 В, используемых в домах.Повышающие трансформаторы также используются в домашних телевизорах, где требуется высокое напряжение. Понижающие трансформаторы также используются в радиоприемниках, компьютерах и калькуляторах


    Проверьте свой Понимание: Трансформатор

    — Energy Education

    Рис. 1. Трансформатор, устанавливаемый на площадку для распределения электроэнергии. [1]

    Трансформатор — это электрическое устройство, которое использует электромагнитную индукцию для передачи сигнала переменного тока (AC) от одной электрической цепи к другой, часто изменяя (или «преобразуя») напряжение и электрический ток. Трансформаторы не пропускают постоянный ток (DC) и могут использоваться для снятия постоянного напряжения (постоянного напряжения) из сигнала, сохраняя при этом изменяющуюся часть (переменное напряжение). Трансформаторы в электрической сети являются ключом к изменению напряжений, чтобы уменьшить потери энергии при передаче электроэнергии.

    Трансформаторы изменяют напряжение электрического сигнала, выходящего из электростанции, обычно увеличивая (также известное как «повышение») напряжение. Трансформаторы также снижают («понижают») напряжение на подстанциях и в распределительных трансформаторах. [2] Трансформаторы также используются в составе устройств, как трансформаторы тока.

    Как работают трансформаторы

    Часто кажется удивительным, что трансформатор сохраняет общую мощность неизменной при повышении или понижении напряжения. Следует иметь в виду, что при повышении напряжения ток падает:

    [математика] P = I_1 V_1 = I_2 V_2 [/ математика]

    Трансформаторы используют электромагнитную индукцию для изменения напряжения и тока.Это изменение называется действием трансформатора и описывает, как трансформатор изменяет сигнал переменного тока с его первичной на вторичную составляющую (как в приведенном выше уравнении). Когда сигнал переменного тока подается на первичную обмотку, изменяющийся ток вызывает изменение магнитного поля (увеличение или уменьшение). Это изменяющееся магнитное поле (и связанный с ним магнитный поток) будет проходить через вторичную катушку, создавая напряжение на вторичной катушке, тем самым эффективно связывая вход переменного тока от первичного ко вторичному компоненту трансформатора.Напряжение, приложенное к первичному компоненту, также будет присутствовать во вторичном компоненте.

    Как упоминалось ранее, трансформаторы не пропускают вход постоянного тока. Это известно как изоляция постоянного тока. [2] Это потому, что изменение тока не может быть произведено постоянным током; Это означает, что нет изменяющегося магнитного поля, индуцирующего напряжение на вторичном компоненте.

    Рисунок 1. Простой рабочий трансформатор. [3] Ток [math] I_p [/ math] поступает с напряжением [math] V_p [/ math].Ток проходит через обмотки [math] N_p [/ math], создавая магнитный поток в железном сердечнике. Этот поток проходит через [math] N_s [/ math] витков провода на другом контуре. Это создает ток [math] I_s [/ math] и разность напряжений во второй цепи [math] V_s [/ math]. Электроэнергия ([математика] V \ умноженная на I [/ математика]) остается прежней.

    Основным принципом, позволяющим трансформаторам изменять напряжение переменного тока, является прямая зависимость между соотношением витков провода в первичной обмотке и вторичной обмотке и отношением первичного напряжения к выходному напряжению.Отношение числа витков (или петель) первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки известно как отношение витков . Соотношение витков устанавливает следующее соотношение с напряжением:

    [математика] \ frac {N_p} {N_s} = \ frac {V_p} {V_s} = \ frac {I_s} {I_p} [/ math]
    • [math] N_p [/ math] = Количество витков в первичной катушке
    • [math] N_s [/ math] = Количество витков вторичной катушки
    • [math] V_p [/ math] = напряжение на первичной обмотке
    • [math] V_s [/ math] = Напряжение на вторичной обмотке
    • [math] I_p [/ math] = Ток через первичный
    • [math] I_s [/ math] = Ток через вторичную обмотку

    Из этого уравнения, если количество витков в первичной обмотке больше, чем количество витков во вторичной обмотке ([math] N_p \ gt N_s [/ math]), то напряжение на вторичной катушке будет на меньше, чем на первичной катушке.Это известно как «понижающий» трансформатор, потому что он понижает или понижает напряжение. В таблице ниже показаны распространенные типы трансформаторов, используемых в электрической сети.

    Тип трансформатора Напряжение Передаточное число Текущий Мощность
    Понижение входное (первичное) напряжение> выходное (вторичное) напряжение [math] N [/ math] p > [math] N [/ math] s [math] I [/ math] p <[math] I [/ math] s [math] P [/ math] p = [math] P [/ math] s
    Шаг вперед входное (первичное) напряжение <выходное (вторичное) напряжение [math] N [/ math] p <[math] N [/ math] s [math] I [/ math] p > [math] I [/ math] s [math] P [/ math] p = [math] P [/ math] s
    Один к одному входное (первичное) напряжение = выходное (вторичное) напряжение [math] N [/ math] p = [math] N [/ math] s [math] I [/ math] p = [math] I [/ math] s [math] P [/ math] p = [math] P [/ math] s

    Преобразователь один к одному будет иметь одинаковых значений для всего и используется в основном для цель обеспечения изоляции постоянного тока.

    Понижающий трансформатор будет иметь на более высокое первичное напряжение, , чем вторичное напряжение, но на более низкое значение первичного тока , чем его вторичный компонент.

    В случае повышающего трансформатора первичное напряжение будет ниже на , чем вторичное напряжение, что означает, что первичный ток на больше, чем вторичный компонент.

    КПД

    В идеальных условиях напряжение и ток изменяются с одинаковым коэффициентом для любого трансформатора, что объясняет, почему значение первичной мощности равно значению вторичной мощности для каждого случая в приведенной выше таблице.По мере уменьшения одного значения другое увеличивается, чтобы поддерживать постоянный равновесный уровень мощности. [2]

    Трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективными. Трансформаторы большой мощности могут достигать отметки КПД 99% благодаря успехам в минимизации потерь в трансформаторе. Однако трансформатор всегда будет выдавать немного меньшую мощность, чем его входная мощность, поскольку полностью исключить потери невозможно.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *