Принципы работы трансформатора: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Всего комментариев: 0

Как работает трансформатор, его принцип действия и устройство на простом языке.

Обычный силовой трансформатор является достаточно важным и распространенным электротехническим устройством. Он позволяет преобразовывать напряжение и ток в нужные величины. Конструктивно он прост, имеется магнитный сердечник определенной формы, на который наматываются обмотки изолированного провода (медный, чаще всего). Эти обмотки делятся на первичную (входную) и вторичную (выходная). Их может быть не две (входная и выходная), а более двух (несколько входных и выходных) в зависимости от конкретного назначения силового трансформатора.

В основе работы любого трансформатора заложен один простой принцип, точнее электро физическое явление — это электромагнитная индукция. Что это такое? Все очень просто! Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц (в твердых телах это электроны. а в жидких и газообразных это ионы). При движении заряда по проводнику вокруг него образуется магнитное поле (именно движущегося заряда, вокруг не движущегося имеется только электрическое поле). Магнитное поле также существует вокруг постоянных магнитов. Так вот, если взять кусок изолированного провода, намотать из него катушку, подсоединить к концам этой катушки вольтметр, после чего быстро провести возле катушки магнитом, то мы на вольтметре увидим скачок электрического напряжения. Получается, что если постоянно воздействовать на катушку магнитным полем (движущемся), то можно из нее получить некий источник или преобразователь электрической энергии.

В трансформаторе одна катушка (первичная, входная) выполняет роль источника магнитного поля. Стоит учесть, что магнитное поле должно быть обязательно переменным (постоянно меняющееся в направлении и величине). На эту входную катушку подается переменное напряжение определенной величины (то, на которую рассчитана эта катушка, чтобы основная часть электрической энергии тратилось именно на создание магнитного поля, и лишь минимальная его часть тратилась на выделение тепла, это неизбежные потери).

В результате вокруг этой входной катушки образуется переменное магнитное поле, которое по сердечнику передается на вторую катушку. Как было сказано выше, если воздействовать на проводник переменным магнитным полем, на нем индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). То есть, на выходной катушке появляется напряжение. Вот и получаем простой электромагнитный преобразователь электрической энергии.

Материал сердечника трансформатора подбирается так, чтобы он максимально хорошо проводил через себя электромагнитные поля, усиливая их. В итоге мы имеем несколько цепей. Первая — электрическая, которая образована движением зарядов по первичной обмотке. Она вокруг себя образовывает магнитное поле, которое замыкается по контуру магнитного сердечника, и это вторая цепь (электромагнитная, смещена на 90 градусов). Ну, а третья цепь опять электрическая, которая образована вторичной обмоткой (где индуцируется напряжение) и подключенной к ней нагрузкой (она также смещена на 90 градусов относительно магнитной цепи).

От количества витков на катушке зависит напряжение, а от сечения провода этой катушки зависит сила тока. То есть, если первичная и вторичная катушка будут иметь одинаковое количество витков — выходное напряжение будет такое же как и входное. Если вторичную обмотку намотать в два раза больше (по количеству витков), то и выходное напряжение увеличится вдвое (относительно входного). От диаметра провода катушки зависит выходной ток. При большой нагрузке и слишком малом сечении провода будет происходит нагрев катушки, что может привести к перегреву, повреждению изоляции и выходу из строя трансформатора.

Существуют специальные таблицы, в которых указаны нужные сечения проводов с учетом определенной плотности тока в них. При расчете трансформатора и выборе сечения провода под нужный выходной ток необходимо брать данные с этих таблиц.

Что касается магнитопровода, который замыкает магнитные поля на себе. Чем лучше материал магнитопровода проводит через себя электромагнитные поля, тем выше коэффициент полезного действия трансформатора. Следовательно, существуют специальные сплавы, имеющие лучшие электромагнитные характеристики, которые и используют в сердечнике трансформаторов. Помимо этого в трансформаторе не должны быть зазоров между частями магнитопровода (на пути течения магнитного поля). Только лишь при полной замкнутости магнитопровода можно получить минимальные потери при трансформации электрической энергии.

Работа трансформатора также зависит от частоты тока, который подается на входную обмотку. Чем выше частота тока, тем лучше происходит трансформация энергии. То есть, с повышением частоты будут уменьшаться размеры трансформатора при тех же выходных мощностях. Если взять обычный трансформатор, который рассчитан на сетевое напряжение стандартной частоты в 50 герц, то он по размерам будет значительно больше того, который будет работать на килогерцовых частотах. Но там уже и магнитопровод используется из других ферромагнитных материалов.

Более короче работу трансформатора можно выразить так — на входную обмотку подается переменное напряжение (которое должно быть изначально рассчитано), в катушке начинает течь переменный ток, который образовывает переменное магнитное поле вокруг себя. Это магнитное поле начинает протекать по магнитопроводу сердечника трансформатора проходя также через выходную катушку. В результате на этой выходной обмотке образуется переменное напряжение, величина которого зависит от количества витков катушек. При подключении нагрузки к выходной обмотки мы получаем течение переменного тока в выходной цепи.

P.S. В нынешнее время все чаще стали использовать электрические схемы, где для источников питания делается специальный модуль, работающий на более высоких частотах, отличных от стандартных 50 герц. То есть, если раньше повсеместно для блоков питания использовали обычные силовые трансформаторы, имеющие железный магнитопровод, рассчитанный на сетевую частоту, имеющие только выпрямительный диодный мост и фильтрующий конденсатор электролит, то сейчас схемы блоков питания более сложнее. Они уже содержать выпрямитель, фильтр, электронный преобразователь напряжения и частоты (на транзисторах, микросхемах), стабилизатор, обратную связь (гальваническую развязку) и т.д. Размеры, масса и выходные характеристики таких источников питания гораздо выше, чем у их предшественников (обычных силовых трансформаторов). Хотя по надежности все же классический вариант блоков питания будет получше.

Принцип работы трансформаторов постоянного и переменного тока

С целью преобразования электрической энергии высокого напряжения до значений, приемлемых при эксплуатации бытовых приборов в частных домах и квартирах, используются специальные устройства – трансформаторы. В этой статье мы дадим определение трансформаторам постоянного и переменного тока, рассмотрим принцип их работы и разновидности.

Определение трансформаторов тока

Трансформатором тока называют устройство, используемое для образования переменного тока на вторичной обмотке с напряжением, значение которого пропорционально измеряемой величине. Выпускаются разных мощность – 25, 100, 1000 кВА и т. д.

Но трансформатор необязательно понижает входное напряжение – он может работать и на повышение. Существуют приборы различного класса точности, что зависит от погрешности. В общей сложности есть пять классов точности – 0,2, 0,5, 1, 3 и 10. С ростом класса точности повышается и значение погрешностей. Это значит, что приборы классом точности 0,2 характеризуются минимальными погрешностями и используются преимущественно в лабораторных условиях.

Принцип действия трансформаторов тока

Конструктивно трансформатор ТМГСУ и любого другого типа состоит из магнитопровода (сердечника), изготавливаемого из электротехнической стали, и обмоток (в автотрансформаторах одна, срощенная) из меди.  Первичная обмотка бывает плоской или в форме ролика, и оборачивается вокруг сердечника или проводника. Это позволяет создать трехфазный трансформатор с первичной обмоткой, состоящей из минимального числа витков. Такой подход существенно повышает эффективность работы устройства и его коэффициент трансформации.

На вторичной обмотке обычно больше витков. Они наматываются на основу магнитопровода, характеризующегося малыми потерями и при поперечном рассмотрении большой площадью сечения. Величина плотности магнитного потока минимальна, низки и потери напряжения. Для вторичных обмоток обычно используют стандартные величины 1 или 5 А.

Разновидности трансформаторов тока

Трансформаторы делятся на три основных типа:

• Сухие – устройства, в которых обмотка соединяется с проводником, а процесс охлаждения протекает за счет естественной циркуляции воздуха.
• Масляные – первичная обмотка расположена на кабеле или шине. Периодичность устройств равна одному ходу обычного сухого трансформатора. Охлаждения происходит за счет трансформаторного масла, забирающего тепло с нагретых элементов и передающего его через стенки и крышки гофрированного бака в окружающую среду.
• Тороидальные – отсутствует первичная обмотка.

Принцип работы трансформатора напряжения | Статьи ЦентрЭнергоЭкспертизы

Эксплуатация электрической энергии требует постоянных ее преобразований. Для снижения потерь при транспортировке она требует увеличения напряжения до сотен киловольт (вплоть до 1150 кВ), в местах потребления электроэнергии напряжение переменного тока наоборот снижается для привычных 380 (220) вольт. Да и компоненты самого электрооборудования зачастую нуждаются в более низких напряжениях, нежели привычные 220 вольт.

Трансформация переменного напряжения до требуемых величин производится при помощи силовых трансформаторов напряжения (ТН), специальных устройств, на контакты первичных обмоток которых подается исходное напряжение, а со вторичных обмоток снимается требуемое его значение. Напряжение для линий электропередач и потребителей преобразуется посредством силовых трехфазных трансформаторов подстанций, масляных трансформаторов, рассчитанных на высокие номинальные мощности. Питание электротехники обеспечивает применение понижающих однофазных трансформаторов.

Сегодня все чаще находят применение импульсные блоки питания, использующие более высокие частоты переменного тока. Их можно встретить в компьютерах, любой бытовой технике, электроприборах, сварочных инверторах и т.д. За счет отказа от силовых трансформаторов номинальной частоты 50 Гц, они в разы компактнее, легче, однако и они не обходятся без импульсных трансформаторов, работающих на частотах в десятки килогерц.

Устройство и принцип действия ТН

В своем принципе действия силовые, как в принципе и трансформаторы любого другого назначения опираются на электромагнитную индукцию – физическое явление, отвечающее за появление электрического поля в проводниках при изменениях внешнего магнитного поля.

Чтобы понять принцип действия трансформатора, рассмотрим его упрощенную схему. Как правило, она представлена двумя обмотками из медного изолированного провода (первичной и вторичной) объединенными единым замкнутым магнитопроводом. Обмотки могут находиться на одной катушке, двумя отдельными катушками быть расположены на разных сердечниках одного магнитопровода, но суть их кроется в одном – магнитный поток проходит через центральные оси обеих катушек. Тело магнитопровода может быть собрано из пластин электротехнической стали (для снижения вихревых токов) или навито из стальной ленты. Для импульсных трансформаторов их изготавливают ферритовыми.

Преобразования переменного напряжения в ТН происходят следующим образом. При подаче на вход трансформатора переменного напряжения вокруг витков первичной катушки образуется электромагнитное поле, формированию переменных магнитных полей способствует сердечник магнитопровода. Проходя через обмотки вторичной катушки, переменное магнитное поле наводит в ней ЭДС индукции, которая в случае подключения нагрузки вызывает появление тока во вторичных цепях.

Соотношение выходного напряжения к входному определяется коэффициентом трансформации, который также зависит от соотношения витков вторичной и первичной обмоток, так:

• для понижающего трансформатора количество витков вторичной обмотки меньше чем первичной;
• у повышающего трансформатора, наоборот количество витков вторичной обмотки превышает первичную;
• в случае, когда количество витков совпадает (коэффициент трансформации равен 1), напряжения также будут равны, такая конструкция характерна для разделительных трансформаторов, их целью считается обеспечение гальванической развязки сетей.

Принцип работы мы рассмотрели на примере однофазного силового трансформатора, однако сказанное справедливо и в отношении трехфазных ТН.

Смотрите также другие статьи :

Как сопротивление влияет на падение напряжения?

Предположим такой отрезок кабеля понадобится для питания нагрузки током в 10 А, соответственно падение напряжения на кабеле составит почти 12 В. Для сети 220 В такая разница мало критична и в худшем случае может грозить незначительная потеря мощности.

Закон Ома простыми словами

Легко представить, что чем выше резервуар с водой, тем больше потенциальная энергия ею запасенная (аналог напряжения) и тем сильнее будет напор жидкости в трубе (сила тока), определяющий расход. Кроме того на расход жидкости влияет диаметр трубы (аналог сопротивления) – чем он меньше (сопротивление выше) тем меньше расход.

Принцип работы трансформаторов тока | Бесплатные дипломные работы на DIPLOMKA.NET

1.3 Принцип работы
Трансформатор тока состоит из замкнутого сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной. Первичную обмотку включают последовательно в контролируемую цепь, ко вторичной обмотке присоединяют токовые катушки различных приборов и реле.

Рисунок 1 – Трансформатор тока:
а — устройство, б, в — схемы включения амперметра непосредственно в контролирующую цепь и через трансформатор тока
Устройство трансформатора тока и схемы включения амперметра показаны на рисунке 1, а—в. Магнитный поток в магнитопроводе 3 создается токами первичной 1 и вторичной 2 обмоток. Соотношение первичного I1 и вторичного I2 токов определяется формулой:
KТТ = I1/I2 = w2/wl ,
где KТТ — коэффициент трансформации; w1 и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток.
Если в силовых трансформаторах и трансформаторах напряжения увеличение сопротивления во вторичной цепи вызывает уменьшение тока во вторичной и в первичной цепях, а напряжение на выводах обеих обмоток почти не изменяется, то у трансформаторов тока увеличение сопротивления во вторичной цепи приводит к повышению напряжения на выводах вторичной обмотки. Это объясняется тем, что ток в первичной цепи не зависит от нагрузки трансформатора тока. Ток во вторичной цепи трансформатора тока практически не меняется с изменением ее сопротивления при данном режиме первичной цепи. Вследствие этого нагрузка трансформатора тока увеличивается с возрастанием сопротивления во вторичной цепи, складывающегося из сопротивлений, подключенных к трансформатору тока аппаратов и приборов, соединительных проводов и переходных контактов.
Трансформаторы тока для электроустановок напряжением до 1000 В показаны на рисунке 2, а, б, в (катушечный, шинный ТШ-0,5 и шинный с литой изоляцией ТШЛ-0,5). В шинных трансформаторах тока в качестве первичной обмотки используют шину, пропускаемую через окно 5 сердечника трансформатора тока, на который намотана вторичная обмотка.
Проходные трансформаторы тока для внутренней установки на напряжение 10 кВ выполняют многовитковыми, одновитковыми и шинными с фарфоровой и пластмассовой (литой) изоляцией (Рисунок 3, а—в).
Опорный трансформатор тока ТФНД-220 для наружной установки на напряжение 220 кВ (Рисунок 4) имеет обмотки, помещенные в фарфоровый корпус 3, залитый маслом и укрепленный на основании 4. На верхнем торце фарфорового корпуса укреплен чугунный расширитель 1 для масла с маслоуказателем и зажимами 2 первичной обмотки. Сердечник с вторичной обмоткой охватывается первичной обмоткой, имеющей в этом месте форму кольца. Выводы вторичной обмотки размещены в коробке 5 на основании трансформатора.

Рисунок 2 – Трансформаторы тока на напряжение до 1000 В:
а — катушечный, б, в — шинные ТШ-0,5 и ТШЛ-0,5; 1 — каркас, 2, 4 — зажимы вторичной и первичной обмоток, 3 — защитный кожух, 5 — окно

Рисунок 3 – Трансформаторы тока на напряжение 10 кВ с литой изоляцией:
а — многовитковый ТПЛ-10, б — одновитковый ТПОЛ-10, в —шинный ТПШЛ-10; 1, 2 — зажимы первичной и вторичной обмоток, 3 — литая изоляция, 4 — установочный угольник, 5 — сердечник

Рисунок 4 – Опорный трансформатор тока ТФНД-220 наружной установки
В высоковольтных распределительных устройствах подстанций применяют проходные (Рисунок 5, а) и опорные (Рисунок 5, б) трансформаторы тока.

Рисунок 5 – Трансформаторы тока:
а — проходной ТПФМ-10 на 10 кВ, б — опорный ТФН-35М на 35 кВ; 1 и 3 — первичная и вторичная обмотки, 2 — фарфоровый изолятор, 4 — сердечник вторичной обмотки, 5 — контактный угольник, 6 — крышка, 7 — кожух, 8 — верхний фланец, 9 — зажимы выводов вторичной обмотки, 10 — якореобразный болт, 11 — крышка, 12 — фарфоровая покрышка, 13 — изоляционное масло, 14 — кольцевые обмотки («восьмеркой»), 15 — полухомут, 16 — масловыпускатель, 17 — цоколь, 18 — коробка вторичных выводов, 19 — кабельная муфта, 20 — маслоуказатель

Трансформатор. Методические материалы

Цифровой ресурс может использоваться для обучения в рамках программы средней школы (профильного и углубленного уровней).

Компьютерная программа иллюстрирует принцип действия трансформатора.

Краткая теория

Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы. Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная. Различают два режима работы трансформатора.

1. Трансформатор на холостом ходу (нагрузка отсутствует)

При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В режиме холостого хода, то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность.

Если полную ЭДС индукции, возникающую в первичной обмотке (имеющей N₁ витков) обозначить как ε₁, а полную ЭДС индукции, возникающую во вторичной обмотке (N₂ витков) как ε₂, то имеет место следующее соотношение:

Активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен модулю ЭДС индукции.

Величина K называется коэффициентом трансформации. При K > 1 трансформатор является понижающим, а при K < 1 – повышающим.

2. Работа нагруженного трансформатора

Если к концам вторичной обмотки присоединить нагрузку, потребляющую электроэнергию, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна нулю. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца должен уменьшить изменения магнитного потока в сердечнике. Уменьшение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока должно уменьшить и ЭДС индукции в первичной обмотке. Но это невозможно, так как модуль напряжения на зажимах первичной катушки по прежнему приблизительно равен модулю ЭДС индукции. Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока в первичной обмотке. Его амплитуда возрастает таким образом, чтобы восстановить прежнее значение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока. Мощность в первичной цепи при нагрузке трансформатора, близкой к номинальной, приблизительно равна мощности во вторичной цепи:

Отсюда:

Таким образом, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).

Работа с моделью

Компьютерная программа моделирует два режима работы трансформатора.

• Трансформатор на холостом ходу (ненагруженный).
• Нагруженный трансформатор.

В режиме холостого хода модель позволяет проводить эксперимент, изменяя число витков первичной и вторичной обмотки трансформатора, напряжение на первичной обмотке (напряжение на вторичной обмотке изменяется автоматически, в соответствии с выбранными пользователем параметрами).

В режиме нагруженного трансформатора можно изменять число витков первичной и вторичной обмотки, напряжение на первичной обмотке, сопротивление нагрузки. Выводятся значения напряжения на вторичной обмотке, а также силы тока в первичной и вторичной обмотках.

Рекомендации по применению модели

Данная модель может быть применена в качестве иллюстрации на уроках изучения нового материала в 11 классе по теме «Трансформатор». На примере этой модели можно рассмотреть с учащимися принцип действия трансформатора, его работу на холостом ходу и с нагрузкой.

Пример планирования урока с использованием модели

Тема «Трансформатор»

Цель урока: рассмотреть принцип действия трансформатора, ввести понятие холостого хода трансформатора, коэффициента трансформации.

Примеры вопросов

• Что можно сказать о магнитном потоке, пронизывающем первичную и вторичную обмотки трансформатора? Какая часть трансформатора это обеспечивает?
• За счет чего трансформатор изменяет величину напряжения?
• По данным модели определить коэффициент трансформации.
• Определить повышающий трансформатор или понижающий.

Принцип работы трансформатора. Устройство и режимы работы

Здравствуйте, дорогие читатели! Сегодня поговорим про принцип работы трансформатора, рассмотрим его устройство и режимы работы. И так…

В энергетике, электронике и других отраслях прикладной электротехники большая роль отводится преобразованиям электромагнитной энергии из одного вида в другой. Этим вопросом занимаются многочисленные трансформаторные устройства, которые создаются под различные производственные задачи.

Одни из них, имеющие наиболее сложную конструкцию, выполняют трансформацию мощных потоков высоковольтной энергии, например 500 или 750 киловольт в 330 и 110 кВ или в обратном направлении.

   Высоковольтный трансформатор

Другие работают в составе малогабаритных устройств бытовой техники, электронных приборов, системах автоматизации. Они также широко используются в различных блоках питания мобильных устройств.

   Плата с трансформатором, от блока питания, для мобильных устройств

Трансформаторы работают только в цепях переменного напряжения разной частоты и не предназначены для применения в схемах постоянного тока, в которых используются преобразователи других типов.

Общий принцип работы трансформатора

Мы знаем, что электромагнитная энергия неразрывна. Но ее принято представлять двумя составляющими:

1. электрической
2. магнитной

Так проще понимать происходящие явления, описывать процессы, делать расчеты, конструировать различные устройства и схемы. Целые разделы электротехники посвящены раздельным анализам работы электрических и магнитных цепей.

Электрический ток, как и магнитный поток, протекает только по замкнутой цепи, обладающей сопротивлением (электрическим или магнитным). Его создают внешние приложенные силы — источники напряжения соответствующих энергий.

Однако, при рассмотрении принципов работы трансформаторных устройств придётся одновременно исследовать оба этих фактора, учесть их комплексное воздействие на преобразование мощности.

Простейший трансформатор состоит из двух обмоток, выполненных намоткой витками изолированной проволоки, по которым протекает электрический ток и одной магистрали для магнитного потока. Ее принято называть сердечником или магнитопроводом.

   Принцип работы трансформатора

К вводу одной обмотки приложено напряжение от источника электроэнергии U1, а с выводов второй оно после преобразования в U2, подается на подключенную нагрузку R.

Под действием напряжения U1 в первой обмотке по замкнутой цепи протекает ток I1, величина которого зависит от полного сопротивления Z, состоящего из двух составляющих:

1. активного сопротивления проводов обмотки
2. реактивной составляющей, обладающей индуктивным характером

Величина индуктивного сопротивления оказывает большое влияние на работу трансформатора.

Протекающая по первичной обмотки электрическая энергия в виде тока I1 представляет собой часть электромагнитной, магнитное поле которой направлено перпендикулярно движению зарядов или расположению витков проволоки. В его плоскости размещен сердечник трансформатора — магнитопровод, по которому замыкается магнитный поток Ф.

Все это наглядно отражено на картинке и строго соблюдается при изготовлении. Сам магнитопровод тоже замкнут, хотя в отдельных целях, например, для снижения магнитного потока в нем могут делать зазоры, увеличивающие его магнитное сопротивление.

За счет протекания первичного тока по обмотке магнитная составляющая электромагнитного поля проникает в магнитопровод и циркулирует по нему, пересекая витки вторичной обмотки, которая замкнута на выходное сопротивление R.

Под действием магнитного потока во вторичной обмотке наводится электрический ток I2. На его величине сказывается значение приложенной напряженности магнитной составляющей и полной сопротивление цепи, включая подключенную нагрузку R.

При работе трансформатора внутри магнитопровода создается общий магнитный поток Ф и его составные части Ф1 и Ф2.

Как устроен и работает автотрансформатор

Среди трансформаторных устройств особой популярностью пользуются упрощенные конструкции, использующие в работе не две разные отдельно выполненные обмотки, а одну общую, разделенную на секции. Их называют автотрансформаторами.

   Схема устройства автотрансформатора

Принцип работы трансформатора такой схемы практически остался прежним. Происходит преобразование входной электромагнитной энергии в выходную. По виткам обмотки W1 протекают первичные токи I1, а по W2 — вторичные I2. Магнитопровод обеспечивает путь движения для магнитного потока Ф.

У автотрансформатора имеется гальванически связь между входными и выходными цепями. Так как преобразованию подвергается не вся приложенная мощность источника, а только часть ее, то создается более высокий КПД, чем у обычного трансформатора.

Такие конструкции позволяют экономить на материалах: стали для магнитопровода, меди для обмоток. Они обладают меньшим весом и стоимостью. Поэтому их эффективно используют в системе энергетики от 110 кВ и выше.

Особых отличий в режимах работы трансформатора и автотрансформатора практически нет.

Рабочие режимы трансформатора

При эксплуатации любой трансформатор может находиться в одном из состояний:

1. выведен из работы
2. номинальный режим
3. холостой ход
4. короткое замыкание
5. перенапряжение

1. Режим вывода из работы

Для его создания достаточно снять питающее напряжение источника электроэнергии с первичной обмотки и этим исключить прохождение электрического тока по ней, что и делают всегда в обязательном порядке с подобными устройствами.

Однако на практике при работе со сложными трансформаторными конструкциями такая мера не обеспечивает полностью меры безопасности: на обмотках может оставаться напряжение и приносить вред оборудованию, подвергать опасности обслуживающий персонал за счет случайного воздействия разрядов тока.

Как это может произойти?

У малогабаритных трансформаторов, которые работают в качестве блока питания, как показано на верхней фотографии, постороннее напряжение никакого вреда не причинит. Ему там просто неоткуда взяться. А на энергетическом оборудовании его обязательно следует учитывать. Разберём две часто встречающиеся причины:

1. Подключение постороннего источника электроэнергии
2. Действие наведенного напряжения

   Подключение постороннего источника электроэнергии

На сложных трансформаторах работает не одна, а несколько обмоток, которые используются в разных цепях. Со всех их необходимо отключать напряжение.

Кроме того, на подстанциях, эксплуатируемой в автоматическом режиме без постоянного оперативного персонала к шинам силовых трансформаторов подключают дополнительные трансформаторы, обеспечивающие собственные нужды подстанции электроэнергией 0,4 кВ. Они предназначены для питания защит, устройств автоматики, освещения, отопления и других целей.

Их так и называют — ТСН или трансформаторы собственных нужд. Если со входа силового трансформатора снято напряжение и его вторичные цепи разомкнуты, а на ТСН проводятся работы, то существует вероятность обратной трансформации, когда напряжение 220 вольт с низкой стороны проникнет на высокую по подключенным шинам питания. Поэтому их необходимо обязательно отключать.

   Действие наведенного напряжения

Если около шин отключенного трансформатора проходит высоковольтная линия, находящаяся под напряжением, то токи, протекающие по ней, способны наводить напряжение на шинах. Необходимо применять меры для его снятия.

2. Номинальный режим работы

Это обычное состояние трансформатора во время его эксплуатации для которого он и создан. Токи в обмотках и приложенные к ним напряжения соответствуют расчетным значениям.

Трансформатор в режиме номинальной нагрузки потребляет и преобразует мощности, соответствующие проектным значениям в течение всего предусмотренного ему ресурса.

3. Режим холостого хода

Он создается в том случае, когда на трансформатор подано напряжение от источника питания, а на выводах выходной обмотки отключена нагрузка, то есть разомкнута цепь. Этим исключается протекание тока по вторичной обмотке.

Трансформатор в режиме холостого хода потребляет минимально возможную мощность, определяемую его конструкторскими особенностями.

4. Режим короткого замыкания

Так называют ситуацию, когда нагрузка, подключенная к трансформатору оказывается закороченной, наглухо зашунтированной цепочками с очень малыми электрическими сопротивлениями и на нее действует вся мощность питания источника напряжения.

В этом режиме протекание огромных токов КЗ ни чем практически не ограничивается. Они обладают огромной тепловой энергией и способны сжечь провода или оборудование. Причем действуют до тех пор, пока схема питания через вторичную или первичную обмотку не выгорит, разорвавшись в наиболее слабом месте.

Это самый опасный режим, который способен возникнуть при работе трансформатора, причем, в любой, самый неожиданный момент времени. Его появление можно предвидеть, а развитие следует ограничивать. С этой целью используют защиты, которые отслеживают превышение допустимых токов на нагрузке и максимально быстро их отключают.

5. Режим перенапряжения

Обмотки трансформатора покрыты слоем изоляции, который создается для работы под определенным напряжением. При эксплуатации возможно его превышение по различным причинам, возникающим как внутри электрической системы, так и в результате воздействия атмосферных явлений.

В заводских условиях определяется величина допустимого превышения напряжения, которое может действовать на изоляцию до нескольких часов и кратковременных перенапряжений, создаваемых переходными процессами при коммутациях оборудования.

Для предотвращения их воздействия создают защиты от повышения напряжения, которые при возникновении аварийной ситуации отключают питание со схемы в автоматическом режиме или ограничивают импульсы разрядов.

Видео, принцип работы трансформатора

Смотрите также по теме:

   Трансформатор Тесла (Tesla coil). Делаем своими руками.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

— Принцип работы

Трансформатор — это устройство, которое соединяет две электрические цепи через общее магнитное поле. Трансформаторы используются при преобразовании импеданса, преобразовании уровня напряжения, изоляции цепей, преобразовании между режимами несимметричного и дифференциального сигналов и других приложениях. В основе электромагнитного принципа лежит закон Фарадея (раздел 8.3) — в частности, ЭДС трансформатора.

Основные характеристики трансформатора могут быть получены из простого эксперимента, показанного на рисунках 8.5.1 и 8.5.2. В этом эксперименте две катушки расположены вдоль общей оси. Шаг намотки небольшой, так что все силовые линии магнитного поля проходят по длине катушки, и никакие линии не проходят между обмотками. Чтобы дополнительно сдерживать магнитное поле, мы предполагаем, что обе катушки намотаны на один и тот же сердечник, состоящий из некоторого материала, обладающего высокой проницаемостью. Верхняя катушка имеет

витка, а нижняя —

витка.

В части I этого эксперимента (рис. 8.5.1), верхняя катушка подключена к источнику синусоидально изменяющегося напряжения

, в котором нижний индекс относится к катушке, а верхний индекс относится к «части I» этого эксперимента. Источник напряжения создает в катушке ток, который, в свою очередь, создает изменяющееся во времени магнитное поле

в сердечнике.

Рисунок 8.5.1: Часть I эксперимента, демонстрирующая соединение электрических цепей с помощью трансформатора.

Нижняя катушка имеет

витков, намотанных в направлении в противоположном направлении и разомкнутого.Учитывая близкорасположенные обмотки и использование сердечника с высокой магнитной проницаемостью, мы предполагаем, что магнитное поле в нижней катушке равно

, создаваемому в верхней катушке. Потенциал, наведенный в нижней катушке, равен

с эталонной полярностью, указанной на рисунке. Из закона Фарадея имеем

, где

— поток через один виток нижней катушки. Таким образом:

Обратите внимание, что направление

определяется полярностью, которую мы выбрали для

.

Во второй части эксперимента (рисунок 8.5.2) мы вносим следующие изменения. Подаем напряжение

на нижнюю катушку и размыкаем верхнюю катушку. Далее, мы настраиваем

так, чтобы плотность индуцированного магнитного потока снова была

, то есть равной полю в Части I эксперимента.

Рисунок 8.5.2: Часть II эксперимента, демонстрирующего соединение электрических цепей с помощью трансформатора

По причинам, которые станут очевидными через мгновение, давайте сместим ведущую знак минус в интеграл.Тогда у нас будет

. Сравнивая это с уравнениями 8.5.1 и 8.5.2, мы видим, что можем переписать это в терминах потока в нижней катушке в Части I эксперимента:

Фактически, мы можем выразить это в виде с точки зрения потенциала в Части I эксперимента:

Мы обнаружили, что потенциал в верхней катушке в Части II связан простым образом с потенциалом в нижней катушке в Части I эксперимента. эксперимент. Если бы мы сначала выполнили Часть II, мы получили бы тот же результат, но с поменкой местами надстрочных индексов.Следовательно, в целом должно быть верно — независимо от расположения выводов — что

Это выражение должно быть знакомо из теории элементарных цепей — за исключением, возможно, знака минус. Знак минус — следствие того, что катушки намотаны в разные стороны. Мы можем сделать приведенное выше выражение немного более общим:

, где

определяется как

, когда катушки намотаны в одном направлении, и

, когда катушки намотаны в противоположных направлениях.(Это отличное упражнение, чтобы подтвердить, что это правда, повторяя приведенный выше анализ с изменением направления обмотки для верхней или нижней катушки, для которого

тогда окажется

.) Это «закон трансформатора». теории основных электрических цепей, из которой могут быть получены все другие характеристики трансформаторов как устройств с двумя портами (см. раздел 8.6 для дальнейшего изучения).

Подведение итогов:

Отношение напряжений катушек в идеальном трансформаторе равно отношению витков со знаком, определяемым относительным направлением обмоток, согласно уравнению 8.5.9.

Более знакомая конструкция трансформатора показана на рисунке 8.5.3 — катушки, намотанные на тороидальный сердечник, а не на цилиндрический сердечник. Зачем это делать? Такое расположение ограничивает магнитное поле, связывающее две катушки с сердечником, в отличие от того, чтобы силовые линии выходили за пределы устройства. Это ограничение важно для предотвращения того, чтобы поля, возникающие вне трансформатора, мешали магнитному полю, соединяющему катушки, что могло бы привести к электромагнитным помехам (EMI) и проблемам электромагнитной совместимости (EMC).Принцип действия во всем остальном тот же.

Рисунок 8.5.3: Трансформатор выполнен в виде катушек с общим тороидальным сердечником. Здесь

. Изображение используется с разрешения (CC BY SA 3.0; BillC).

Сноски

Дополнительная литература

Электрический трансформатор — Основная конструкция, работа и типы

Принцип работы трансформатора

Базовая конструкция трансформатора

Виды трансформаторов

(A) По конструкции трансформаторы можно разделить на два типа: (i) трансформатор с сердечником и (ii) трансформатор с корпусом, которые описаны ниже.

(i) Трансформатор с сердечником

В трансформаторе с сердечником обмотки представляют собой цилиндрическую намотку, установленную на плечах сердечника, как показано на рисунке выше. Цилиндрические катушки имеют разные слои, и каждый слой изолирован друг от друга. Для изоляции можно использовать такие материалы, как бумага, ткань или слюда. Обмотки низкого напряжения располагаются ближе к сердечнику, так как их легче изолировать.

(ii) Трансформатор корпусного типа

(B) В зависимости от назначения

1. Повышающий трансформатор: Напряжение увеличивается (с последующим уменьшением тока) на вторичной обмотке.
2. Понижающий трансформатор: Напряжение уменьшается (с последующим увеличением тока) на вторичной обмотке.

1. Однофазный трансформатор
2. Трехфазный трансформатор

1. Силовой трансформатор: Используется в сети передачи, высокий рейтинг
2. Распределительный трансформатор: Используется в распределительных сетях, сравнительно более низкий номинал, чем у силовых трансформаторов.
3. Измерительный трансформатор: используется для реле и защиты в различных приборах в промышленности

• Трансформатор тока (CT)
• Трансформатор потенциала (ПТ)

1. Самоохлаждаемый масляный тип
2. Масляные с водяным охлаждением типа
3. Воздуховоздушного типа (с воздушным охлаждением)

Теория работы однофазных трансформаторов

Определение трансформатора

Трансформатор электроэнергии — это статическое устройство, которое преобразует электрическую энергию из одной цепи в другую без какого-либо прямого электрического соединения.Он также выполняет это с помощью взаимной индукции между двумя обмотками. Он может преобразовывать мощность из одной цепи в другую без изменения ее частоты, но может иметь разные уровни напряжения в зависимости от необходимости.


Схема однофазного трансформатора


Символ трансформатора

Трансформатор Строительство

Три основные части трансформатора:

• Первичная обмотка : Обмотка, которая потребляет электроэнергию и создает магнитный поток, когда она подключена к источнику электроэнергии.
• Магнитный сердечник : Это относится к магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. Поток проходит через путь с низким сопротивлением, связанный со вторичной обмоткой, создавая замкнутую магнитную цепь.
• Вторичная обмотка : Обмотка, которая обеспечивает желаемое выходное напряжение за счет взаимной индукции в трансформаторе.

Принцип работы трансформаторов

Принцип работы однофазного трансформатора основан на законе электромагнитной индукции Фарадея.В основном, взаимная индукция между двумя или более обмотками отвечает за действие преобразования в электрическом трансформаторе.

Законы электромагнитной индукции Фарадея

Согласно закону Фарадея, «скорость изменения магнитной связи во времени прямо пропорциональна наведенной ЭДС в проводнике или катушке».

Основная теория трансформатора

Первичная обмотка питается от источника переменного тока.Переменный ток через первичную обмотку создает переменный поток, окружающий обмотку. Другая обмотка, также известная как вторичная обмотка, приближена к первичной обмотке. В конце концов, некоторая часть потока в первичной обмотке будет связана с вторичной. Поскольку этот поток постоянно изменяется по амплитуде и направлению, происходит изменение магнитной связи и во второй обмотке. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, во вторичной обмотке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), которая называется наведенной ЭДС.Если цепь вторичной обмотки замкнута, через нее будет протекать индуцированный ток. Это простейшая форма преобразования электроэнергии; это самый основной принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора был объяснен в следующих простых шагах:

• Как только первичная обмотка подключается к однофазному источнику питания, через нее начинает течь переменный ток.
• Переменный поток создается в сердечнике первичным переменным током.
• Переменный поток через сердечник связывается со вторичной обмоткой.
• Теперь, согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, этот изменяющийся поток будет индуцировать напряжение во вторичной обмотке.

Сопутствующие товары

Вышеупомянутый тип трансформатора теоретически возможен, но не практически, потому что есть потери, связанные с работой трансформаторов.

Что такое трансформатор? Строительство, работа, типы и применение

Что такое трансформатор? Его части, работа, типы, ограничения и применение

Что такое трансформатор?
• Как следует из названия, трансформатор передает электроэнергию из одной электрической цепи в другую. Это не меняет ценности власти.
• Трансформатор не изменяет частоту цепи во время работы.
• Трансформатор работает по принципу электрического i.е. взаимная индукция.
• Трансформатор работает, когда обе цепи действуют за счет взаимной индукции.
• Трансформатор не может повышать или понижать уровень постоянного напряжения или постоянного тока.
• A Трансформатор только повышает или понижает уровень переменного напряжения или переменного тока.
• Трансформатор не изменяет значение магнитного потока.
• Трансформатор не работает от постоянного напряжения.

Без трансформаторов электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях, вероятно, будет недостаточно для подачи энергии в город.Представьте себе, что трансформаторов нет. Как вы думаете, сколько электростанций необходимо установить, чтобы обеспечить город энергией? Создать электростанцию ​​непросто. Это дорого.

Для обеспечения достаточной мощности необходимо установить множество электростанций. Трансформаторы помогают, усиливая выходной сигнал трансформатора (повышая или понижая уровень напряжения или тока).

Когда количество витков вторичной катушки больше, чем количество витков первичной обмотки, такой трансформатор известен как повышающий трансформатор.

Точно так же, когда количество витков катушки первичной обмотки больше, чем у вторичного трансформатора, такой трансформатор известен как понижающий трансформатор.

Конструкция трансформатора (части трансформатора)
Детали трансформатора Сброс давления 9030 1 25 Ручка смены 15

1	Клапан масляного фильтра	17	Клапан слива масла
2	Консерватор		Втулка домкрата
3	Реле Бухгольца	19	Пробка
4	Клапан масляного фильтра	20	Фундаментный болт
	Клемма заземления
6	Высоковольтная втулка	22	Подставка
7	Низковольтная втулка	23	Катушка
					Прижимная пластина змеевика
9	BCT Клемма	Сердечник
10	Резервуар	26	Клеммная коробка для защитных устройств
11	Устройство РПН без напряжения	27	Паспортная табличка
28	Термометр со шкалой
13	Крепление для сердечника и катушки	29	Радиатор
14	Подъемный крюк для сердечника и катушки	30	30	Концевая рама	31	Подъемный крюк
16	Болт давления змеевика	32	Датчик уровня масла шкального типа

Принцип работы трансформатора

статический устройство (и не содержит вращающихся частей, следовательно, нет потерь на трение), которые преобразуют электрические Калибровка мощности от одной цепи к другой без изменения ее частоты.Он повышает (или понижает) уровень переменного напряжения и тока.

Трансформатор работает по принципу взаимной индукции двух катушек или закону Фарадея об электромагнитной индукции. Когда ток в первичной катушке изменяется, магнитный поток, связанный с вторичной катушкой, также изменяется. Следовательно, во вторичной катушке индуцируется ЭДС из-за закона электромагнитной индукции Фарадея.

Трансформатор основан на двух принципах: во-первых, электрический ток может создавать магнитное поле (электромагнетизм), и, во-вторых, изменяющееся магнитное поле внутри катушки с проволокой индуцирует напряжение на концах катушки (электромагнитная индукция ).Изменение тока в первичной катушке изменяет развиваемый магнитный поток. Изменяющийся магнитный поток индуцирует напряжение во вторичной катушке.

Простой трансформатор имеет сердечник из мягкого железа или кремнистой стали и размещенные на нем обмотки (железный сердечник). И сердечник, и обмотки изолированы друг от друга. Обмотка, подключенная к основному источнику питания, называется первичной, а обмотка, подключенная к цепи нагрузки, называется вторичной.

Обмотка (катушка), подключенная к более высокому напряжению, известна как обмотка высокого напряжения, в то время как обмотка, подключенная к низкому напряжению, известна как обмотка низкого напряжения.В случае повышающего трансформатора первичная катушка (обмотка) является обмоткой низкого напряжения, количество витков вторичной обмотки больше, чем у первичной. И наоборот, для понижающего трансформатора.

Как объяснялось ранее, ЭДС вызывается только изменением величины магнитного потока.

Когда первичная обмотка подключена к сети переменного тока, через нее протекает ток. Поскольку обмотка соединяется с сердечником, ток, протекающий через обмотку, создает переменный поток в сердечнике.ЭДС индуцируется во вторичной катушке, поскольку переменный поток связывает две обмотки. Частота наведенной ЭДС такая же, как у магнитного потока или подаваемого напряжения.

Таким образом (изменение магнитного потока) энергия передается от первичной катушки ко вторичной посредством электромагнитной индукции без изменения частоты напряжения, подаваемого на трансформатор. Во время этого процесса в первичной катушке создается самоиндуцированная ЭДС, которая противодействует приложенному напряжению.Самоиндуцированная ЭДС известна как обратная ЭДС.

Ограничение трансформатора

Чтобы понять основные моменты, мы должны обсудить некоторые основные термины, относящиеся к работе трансформатора. Итак, давайте ненадолго вернемся к основам.

Трансформатор — это машина переменного тока, повышающая или понижающая переменное напряжение или ток. Однако трансформатор, являющийся машиной переменного тока, не может повышать или понижать постоянное напряжение или постоянный ток. Хотя это звучит немного странно. Вы можете подумать: «А разве нет трансформаторов постоянного тока?»

Чтобы ответить на два вопроса о том, есть ли трансформаторы постоянного тока или нет, и знать, «почему трансформатор не может повышать или понижать напряжение постоянного тока», необходимо знать, как электрический ток и магнитное поле взаимодействуют друг с другом при работе трансформатора.

Похожие сообщения:

Правило правой руки Флеминга

В нем говорится, что «если большой, указательный и средний пальцы удерживаются таким образом, что они взаимно перпендикулярны друг другу (составляет 90 ° из Углы), затем указательный палец указывает направление поля, большой палец указывает направление движения проводника, а средний палец указывает направление индуцированного тока (от ЭДС).

Почему трансформаторы не могут повышать или понижать напряжение или ток постоянного тока?

Трансформатор не может повышать или понижать напряжение постоянного тока.Не рекомендуется подключать источник постоянного тока к трансформатору, потому что, если номинальное напряжение постоянного тока приложено к катушке (первичной) трансформатора, магнитный поток, создаваемый в трансформаторе, не изменится по своей величине, а останется тем же самым и как результат ЭДС не будет индуцироваться во вторичной катушке, кроме момента включения, поэтому трансформатор может начать дымиться и гореть, потому что;

В случае питания постоянного тока Частота равна нулю . Когда вы прикладываете напряжение к чисто индуктивной цепи, то согласно

X _L = 2 π f L

Где:

• X _L = индуктивное реактивное сопротивление
• L = индуктивность
• f = Частота

, если мы положим частоту = 0, то общее X _L (индуктивное реактивное сопротивление) также будет равно нулю.

Теперь перейдем к току, I = V / R (а в случае индуктивной цепи, I = V / X _L )…. основной закон Ома

Если мы положим индуктивное реактивное сопротивление равным 0, тогда ток будет бесконечным (короткое замыкание)…

Итак, если мы подадим постоянное напряжение на чистую индуктивную цепь, цепь может начать дымить и гореть.

Таким образом, трансформаторы не могут повышать или понижать напряжение постоянного тока. Кроме того, в таких случаях в первичной катушке не будет самоиндуцированной ЭДС, что возможно только с изменяющейся магнитной связкой для противодействия приложенному напряжению.Сопротивление первичной обмотки низкое, и поэтому сильный ток, протекающий через нее, приведет к сгоранию первичной обмотки из-за чрезмерного нагрева, производимого током.

Также прочтите: При каких условиях питание постоянного тока безопасно подается на первичную обмотку трансформатора?

Типы трансформаторов

Существуют следующие типы трансформаторов в зависимости от их использования, конструкции и конструкции.

Типы трансформаторов в зависимости от их фаз
1. Однофазный трансформатор
2. Трехфазный трансформатор
Типы трансформаторов на основе конструкции сердечника
• Трансформатор типа сердечника
• Трансформатор типа оболочки
• Берри Трансформатор
Типы трансформаторов на основе его сердечника
• Трансформатор с воздушным сердечником
• Трансформатор с ферромагнитным / железным сердечником
Типы трансформаторов в зависимости от его использования
• Трансформатор большой мощности
• Распределительный трансформатор
• Трансформатор малой мощности
• Трансформатор сигнального освещения
• Трансформатор управления и сигнализации
• Трансформатор газоразрядной лампы
• Трансформатор звонка
• Инструментальный трансформатор
• Трансформатор постоянного тока
• Последовательный трансформатор fo r Уличное освещение

Сообщение по теме: Разница между силовыми и распределительными трансформаторами?

Типы трансформаторов на основе изоляции и охлаждения
• Трансформатор с воздушным охлаждением или сухого типа
• Сухой тип с воздушным воздушным охлаждением
• Масло-погружной, самоохлаждаемый (OISC) или ONAN (масляное натуральное, воздушное естественное)
• Погруженный в масло, комбинация самоохлаждения и обдувки воздухом (ONAN)
• Погруженный в масло, с водяным охлаждением (OW)
• Погруженный в масло, с принудительным масляным охлаждением
• Погруженный в масло, сочетание самоохлаждения и водяного охлаждения (ONAN + OW)
• Масло с принудительным воздушным охлаждением (OFAC)
• Масляное принудительное с водяным охлаждением (FOWC)
• Масляное принудительное с принудительным охлаждением (OFAN)
Типы измерительных трансформаторов


Связанная публикация: Защита силового трансформатора и неисправности

Использование и применение трансформатора

Использование и применение трансформатора уже обсуждалось в этой предыдущей публикации.

Преимущества трехфазного трансформатора перед однофазным трансформатором

Прочтите преимущества и недостатки однофазного и трехфазного трансформатора здесь.

Похожие сообщения:

Что такое трансформатор? | Определение, принцип работы и типы

Определение трансформатора

Итак, что же такое трансформатор в конце концов? Простое определение трансформатора состоит в том, что это статическое электрическое устройство, которое преобразует электрическую энергию из одной электрической цепи в другую без какого-либо изменения частоты посредством процесса электромагнитной индукции.Интересно отметить, что передача энергии от одной цепи к другой происходит с помощью взаимной индукции, то есть поток, индуцированный в первичной обмотке, связывается со вторичной обмоткой, что мы объясним позже. Отказ трансформатора также может произойти, если для его работы не будут приняты соответствующие меры.

Основная роль трансформатора заключается в повышении или понижении напряжения в зависимости от ситуации, в которой он установлен.

Работа трансформатора

Работа трансформатора основана на простом принципе взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками, которые иначе называются катушками, которые помогают преобразовывать энергию из одной цепи в другую.Теперь давайте попробуем понять общую картину:

Итак, в общем случае первичная обмотка трансформатора получает переменное по своей природе напряжение. Переменный ток, следующий за катушкой, создает непрерывно изменяющийся переменный поток, который создается вокруг первичной обмотки. Затем у нас есть другая катушка или вторичная катушка, которая находится рядом с первичной катушкой, которая связана с первичной, потому что связан некоторый переменный поток. Поскольку поток непрерывно изменяется, он индуцирует ЭДС во вторичной катушке в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея.Если цепь вторичной стороны замкнута, будет течь ток, и это самая основная работа трансформатора.

Конструкция трехфазного трансформатора

Три основных части любого трансформатора — это первичная обмотка, вторичная обмотка и магнитопровод. Теперь мы подробно рассмотрим каждый из этих компонентов.

Первичная обмотка

Это основная обмотка, через которую ожидается поступающий переменный ток. В зависимости от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим трансформатором, конструкция обмотки изменяется соответствующим образом.

Вторичная обмотка

Это обмотка, в которой объединяется поток, создаваемый первичной обмоткой. В этом случае также в зависимости от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим трансформатором, конструкция обмотки изменяется соответствующим образом.

Магнитный сердечник

Это требуется для обеспечения пути с низким сопротивлением для магнитного потока, проходящего от первичной обмотки ко вторичной обмотке, чтобы сформировать замкнутую магнитную цепь.Обычно он состоит из CRGOS (холоднокатаная кремниевая сталь с ориентированной зернистостью).

Уравнение трансформатора

Итак, теперь давайте посмотрим на теоретический аспект трансформатора, для этого нам важно понять уравнение трансформатора и то, как оно получено, а также различные отношения, которые мы имеем в отношении напряжения, витков и поток.

ЭДС, индуцированная в каждой обмотке трансформатора, может быть рассчитана по его уравнению для ЭДС.

Связь потока представлена ​​законом электромагнитной индукции Фарадея.Это выражается как,

Вышеупомянутое уравнение может быть записано как,

, где E _m = 4,44ωΦ _m = максимальное значение e. Для синусоидальной волны среднеквадратичное значение ЭДС определяется как

ЭДС, индуцированная в их первичной и вторичной обмотках, выражается как

Среднеквадратичное вторичное напряжение составляет

, где φ _м — максимальное значение магнитного потока по Веберу. (Wb), f — частота в герцах (Гц), а E ₁ и E ₂ в вольтах.

If, B _м = максимальная плотность магнитного потока в Тесла (Тл)

A = площадь поперечного сечения сердечника в квадратных метрах (м ² )

Обмотка, имеющая более высокую Номер напряжения имеет высокое напряжение, а первичная обмотка имеет низкое напряжение.

Соотношение напряжений и оборотов

Отношение E / T называется вольт на оборот. Первичное и вторичное вольт на виток определяется формулой

Уравнение (1) и (2) показывает, что напряжение на виток в обеих обмотках одинаковое, то есть

Отношение T ₁ / T ₂ называется коэффициентом поворота. Соотношение витков выражается как

Отношение витков первичной обмотки к вторичному, которое равно индуцированному напряжению первичной обмотки и вторичной обмотки, показывает, насколько первичное напряжение понижено или повышено.Коэффициент трансформации или коэффициент наведенного напряжения называется коэффициентом трансформации и обозначается символом a. Таким образом,

Любое желаемое соотношение напряжений может быть получено путем изменения числа витков.

Типы трансформаторов

Поскольку трансформаторы используются, вероятно, в каждой области, они представляют собой различные типы трансформаторов в зависимости от нескольких факторов, таких как конструкция трансформатора, применение, область, в которой он используется, конечное назначение трансформатора и т. Д.и т.д. или понижающий трансформатор.

Повышающий трансформатор

Как следует из названия, повышающие трансформаторы используются для увеличения напряжения на вторичной стороне трансформатора. Это достигается за счет большего количества витков на вторичной обмотке трансформатора по сравнению с первичной обмоткой трансформатора.Такой тип трансформатора обычно используется на генерирующих станциях, где напряжение генератора, как правило, составляет 23,5 кВ, повышается до 132 кВ или более.

Понижающий трансформатор

Как следует из названия, понижающие трансформаторы используются для понижения напряжения на вторичной стороне трансформатора. Это достигается за счет меньшего количества витков на вторичной обмотке трансформатора по сравнению с первичной обмоткой трансформатора. Трансформаторы такого типа обычно используются в распределительных сетях, где сетевое напряжение с 11 кВ понижается до 415 В для бытового или коммерческого использования.

Классификация трансформаторов на основе Core Medium

Теперь в зависимости от сердечника между первичной и вторичной обмотками обмотки трансформатора трансформаторы классифицируются как с воздушным сердечником или железным сердечником.

Трансформаторы с воздушным сердечником

Первичная и вторичная обмотки трансформатора намотаны на магнитную ленту, а магнитная связь между ними осуществляется по воздуху. Этот тип трансформаторов обычно не является предпочтительным, поскольку взаимная индуктивность значительно меньше по сравнению с сердечником, поскольку сопротивление, обеспечиваемое воздушным сердечником, очень велико.Но интересно отметить, что гистерезис и потери на вихревые токи полностью устранены.

Железный сердечник

Первичная обмотка и вторичная обмотка размещены на железном сердечнике, который обеспечивает идеальную связь потока между ними. Этот тип трансформатора обычно является предпочтительным, поскольку он обеспечивает очень меньшее сопротивление потоку связи из-за его превосходных магнитных свойств, что делает общий КПД трансформатора намного выше по сравнению с трансформатором с воздушным сердечником.

Классификация трансформаторов на основе использования

Трансформаторы далее классифицируются в зависимости от области применения; мы подробно рассмотрим каждый из них:

Силовой трансформатор

Это те трансформаторы, которые используются в сети передачи, работающие при очень высоких уровнях напряжения и используемые либо для повышающих, либо для понижающих приложений. Класс напряжения включает 400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ и обычно имеет номинальное значение выше 200 МВА.

Поскольку они используются для передачи при большой нагрузке и напряжении более 33 кВ, они имеют большие размеры, поскольку требуется высокая изоляция. Они также предназначены для работы со 100% -ным КПД, чтобы избежать потерь при передаче.

Для них, чтобы избежать потерь передачи или потерь I2r, они спроектированы таким образом, чтобы сердечник использовался по максимуму и имел потери в стали, равные потерям в меди при нагрузке утечки, для достижения максимальной эффективности.

Распределительный трансформатор

Как следует из названия, такой тип трансформаторов используется в распределительных сетях низкого напряжения в качестве средства обеспечения энергией конечного пользователя. Класс напряжения для распределительного трансформатора составляет 11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В и 230 В и обычно составляет менее 200 МВА.

Этот тип трансформатора используется для подачи энергии в промышленность на 33 кВ или для бытовых целей на 415 В. Они работают с более низким КПД, составляющим 50-70%, и имеют небольшие размеры, поскольку требуемая изоляция меньше по сравнению с силовым трансформатором.

Распределительный трансформатор можно дополнительно классифицировать по типу изоляции: жидкостный трансформатор или трансформатор сухого типа.

Жидкостный трансформатор

Этот тип распределительного трансформатора использует масло в качестве охлаждающей жидкости внутри корпуса трансформатора. Обмотки погружены в трансформатор, а изоляционное масло помогает поддерживать температуру внутри. Следует отметить, что изоляционное масло со временем ухудшается, и его необходимо обрабатывать через некоторое время, потому что значение BDV (напряжение пробоя) падает из-за образования осадка в масле.

Более того, они должны находиться в строгом режиме технического обслуживания и проверяться на наличие утечек в течение многих лет эксплуатации. Далее они подразделяются в зависимости от схем охлаждения:

1. Масло Natural Air Natural (ONAN)
2. Oil Natural Air Forced (ONAF)
3. Oil Forced Air Forced (OFAF)
4. Oil Forced Water Forced (OFWF)

Сухой трансформатор

Как следует из названия, в трансформаторах этого типа в качестве изоляционной среды используется масло, а не трансформаторы с воздушным охлаждением, а обмотки изготовлены из изоляции классов F и H.Обычно они предпочитают выбирать трансформатор, когда приложение находится внутри здания или в месте, где безопасность является главным приоритетом. Они также очень компактны по сравнению с масляным трансформатором, поскольку к ним не прикреплены радиаторы для охлаждения. В зависимости от того, как они охлаждаются, они подразделяются на два типа:

5. Air Natural (AN)
6. Air Blast

Измерительный трансформатор

Этот тип трансформатора используется для регистрации напряжения и тока в местах прямого измерения невозможны из-за очень высокой стоимости.Поэтому приборный трансформатор используется для понижения этих токов / напряжений с целью измерения. Есть два типа:

Трансформаторы тока

Эти типы трансформаторов используются для того, чтобы амперметры катушек других приборов не были напрямую подключены к линиям высокого тока или, другими словами, трансформатор тока понижал значения на известное соотношение, чтобы его можно было безопасно зарегистрировать с помощью измерительного устройства.

Трансформаторы потенциала

Они работают более или менее по тому же принципу, что и силовой или распределительный трансформатор.Единственная разница в том, что их мощность невелика и колеблется от 100 до 500 ВА, а сторона низкого напряжения обычно намотана на 115–120 В

Часто задаваемые вопросы по трансформаторам

Почему мы слышим гудящий звук возле трансформатора?

Отв. Это происходит из-за явления, которое с научной точки зрения называется магнитострикцией, когда магнитная сталь, используемая в сердечнике, расширяется при намагничивании и сжимается при размагничивании в течение полного цикла намагничивания.Несмотря на то, что они крошечные пропорционально и поэтому обычно не видны невооруженным глазом, их достаточно, чтобы вызвать вибрацию и, следовательно, шум.

Могут ли трансформаторы работать при напряжении, отличном от номинального?

Отв. Они могут работать при напряжении ниже номинального, но ни в коем случае не выше номинального напряжения до тех пор, пока они не будут снабжены переключателем ответвлений. Следует отметить, что если трансформатор работает ниже номинального напряжения, мощность LVA также будет соответственно уменьшена.

Может ли трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, работать на частоте 50 Гц?

Отв. Трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, не может работать на частоте 50 Гц, так как будут возникать большие потери, что также приведет к более высокому повышению температуры и сокращению срока службы. Но, с другой стороны, трансформатор с номинальной частотой 50 Гц может работать на частоте 60 Гц.

Почему трансформаторы рассчитаны в кВА, а не в кВт?

Отв. Когда мы говорим о трансформаторе, у нас есть два типа потерь: потери в стали и потери в меди.Теперь, поскольку потери в стали зависят от напряжения, а потери в меди от тока, общие потери зависят от напряжения и тока, и коэффициент мощности не учитывается. Трансформаторы указаны в кВА, так как кВт будет включать коэффициент мощности.

Могут ли 3-фазные трансформаторы работать параллельно?

Отв. Да, они могут работать параллельно при условии, что они имеют одинаковое полное сопротивление, номинальное напряжение и одинаковую полярность.

Прочтите наши другие интересные статьи по электротехнике здесь

Устройство и принцип действия трехфазного трансформатора

Силовой трансформатор — важное оборудование в электрической системе.Он используется для передачи и распределения электроэнергии для потребления. У вас должна быть машина с достаточно большой мощностью, чтобы удовлетворить потребности в передаче энергии на большие расстояния. Вот почему родился трехфазный трансформатор.

Итак, что такое трехфазный трансформатор? И что это за структура? Давайте рассмотрим статью ниже.

Содержание

1. Что такое трехфазный трансформатор?

2. Устройство и принцип действия трехфазного трансформатора

а.Устройство 3-х фазного трансформатора

г. Принцип действия 3-х фазного трансформатора

3. Некоторые типы 3-х фазных трансформаторов

а. Трансформатор трехфазный закрытый

г. Трехфазный трансформатор открытого типа

г. Сухой трансформатор

4. Прейскурант на трансформаторы трехфазные

1. Что такое трехфазный трансформатор?

Трехфазный трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для передачи энергии или посылки переменных электрических сигналов между цепями посредством явления Фарадея электромагнитной индукции .

Трехфазные трансформаторы играют важную роль в системе передачи электроэнергии. Это оборудование в основном используется в промышленных целях для выработки, передачи и распределения электроэнергии. Трехфазные трансформаторы используются и устанавливаются в местах, потребляющих очень большое количество электроэнергии, таких как здания, квартиры, больницы, электростанции и т. Д.

2. Устройство и принцип действия трехфазного трансформатора
а.Конструкция трехфазного трансформатора

В состав трехфазного трансформатора входят 3 основных компонента:

• Стальной сердечник — один из основных компонентов трехфазного трансформатора. Стальной сердечник трехфазного трансформатора имеет три магнитных столба для наматывания провода и магнит для замыкания магнитной цепи. Стальной сердечник машины изготовлен из листов электротехнической стали, с двух сторон покрыт изоляционной краской и собран вместе в цилиндрическую форму.
• Трехфазная обмотка машины имеет шесть изолированных медных обмоток, намотанных вокруг цилиндра. Обмотка используется для приема и передачи энергии во время работы машины.
Кожухи трансформатора
• также очень важны, помогая защищать и поддерживать срок службы трансформатора. Обычно корпус трехфазного трансформатора изготавливается из пластика, железа, стали и т. Д., В зависимости от конструкции машины и каждого производителя трехфазного трансформатора, они будут иметь разную конструкцию.

Внутри трехфазного трансформатора

б. Принцип работы трехфазного трансформатора

Принцип работы трехфазного трансформатора очень прост, трехфазные трансформаторы будут работать на основе двух физических явлений:

+ Электрический ток течет через генерируемый провод Магнитное поле

+ Изменение магнитного потока в катушке проводника создает индуцированное напряжение
Когда вы поймете принцип работы машины, вы быстро поймете порядок работы и принципы, обеспечивающие эффективную работу трехфазных трансформаторов и правильную мощность устройства.

3. Некоторые типы 3-х фазных трансформаторов

Обычно трансформаторы классифицируются по классам напряжения, используемому сердечнику, компоновке и расположению обмотки. Ниже мы перечисляем наиболее часто используемые трехфазные трансформаторы на рынке сегодня:

• Трехфазный трансформатор герметичного типа
• Трансформатор трехфазный открытый
• Сухой трехфазный трансформатор
а.Трехфазный трансформатор закрытого типа

Трехфазный трансформатор герметичного типа, охлаждаемый расширительными лопастями. Когда температура в VH высока, эти лопасти расширяются; воздух, идущий непосредственно через лопасти, помогает машине охладиться.

Трехфазный трансформатор закрытого типа

б. Трехфазный трансформатор открытого типа

Трехфазный трансформатор открытого типа имеет цикл охлаждения через вспомогательный масляный бак и лопасти вентилятора.Разница между открытым и герметичным типом заключается в дополнительном масляном баке.

Трехфазный трансформатор открытого типа MBT

г. Сухой трансформатор

Сухие трансформаторы, также известные как трансформаторы из литого пластика, представляют собой трансформаторы с катушками, покрытыми эпоксидной смолой. В отличие от обычных трансформаторов, обмотки и магнитопроводы сухого трансформатора находятся под давлением воздуха. Сухие трансформаторы были созданы, чтобы преодолеть недостатки масляных трансформаторов.Сухие трансформаторы используются в особых условиях, таких как сильное загрязнение окружающей среды, влажность воздуха выше 95%, температура окружающей среды до — 25 ºC.

MBT — Сухой трехфазный трансформатор

Статьи по теме:

Что такое силовой трансформатор? https://diasureplus.com/

Назначение трансформатора

4.Прейскурант на трехфазные трансформаторы

Трехфазный трансформатор — флагманский продукт акционерного общества «MBT Electrical Equipment» (MBT) . Наша компания гордится тем, что является ведущим производителем и поставщиком престижных распределительных трансформаторов во Вьетнаме с более чем 20-летним опытом в области исследований и производства трансформаторов с командой сотрудников. Сотрудники компании обладают высокой квалификацией; рынок высоко оценил современное технологическое оборудование и станки, продукцию и услуги компании.


Обладая четырьмя заводами площадью более 20000 м2, MBT предлагает полную линейку продукции, включая однофазные трансформаторы, 3-фазные масляные трансформаторы герметичного типа, трансформаторы открытого типа, сухие трансформаторы и т. Д. На сегодняшний день количество трансформаторов объем экспортированных на рынок ОБТ достиг более 50 000 единиц. Кроме того, существуют другие продуктовые линейки, такие как распределительные щиты среднего и низкого напряжения, киоски, одноколоночные интегрированные электростанции, стабилизаторы напряжения, реакторы переменного и постоянного тока и т. Д…


С девизом бизнеса: «Качество питает надежность» — обращаясь в MBT, клиенты всегда получат высококачественную продукцию, разумные цены, самые быстрые сроки доставки и лучшее гарантийное обслуживание.

Немедленно свяжитесь с +84913 006 538 или по электронной почте: [адрес электронной почты защищен] для бесплатной консультации и поддержки и получения наиболее выгодного предложения.

Конструкция и принцип работы трансформатора

Принцип работы силового трансформатора очень прост, он аналогичен принципу взаимной индукции.Трансформатор представляет собой статическое (или стационарное) устройство, с помощью которого электрическая мощность в одной цепи преобразуется в электрическую энергию той же частоты в другой цепи. Он может повышать или понижать напряжение в цепи, но с соответствующим уменьшение или увеличение тока. Физической основой силового трансформатора является взаимная индукция между двумя цепями, связанными общим магнитным потоком. В своей простейшей форме он состоит из двух индуктивных катушек, которые электрически разделены, но магнитно связаны через путь с низким сопротивлением, как показано на рисунке ниже.
Две катушки обладают высокой взаимной индуктивностью. Если одна катушка подключена к источнику переменного напряжения, переменный поток создается в многослойном сердечнике, большая часть которого связана с другой катушкой, в которой он создает взаимно индуцированную ЭДС. (согласно законам электромагнитной индукции Фарадея e = M.dI / dt) .Если вторая цепь катушки замкнута, в ней протекает ток, и поэтому электрическая энергия передается (полностью магнитным путем) от первой катушки ко второй катушке.Первая катушка, в которую электроэнергия подается от сети переменного тока. питающая сеть называется первичной обмоткой, а другая, от которой отбирается энергия, называется вторичной обмоткой. Короче говоря, силовой трансформатор — это устройство, которое



1. передает электроэнергию из одной цепи в другую

2. делает это без изменения частоты

3. это достигается за счет электромагнитной индукции и

4. где две электрические цепи находятся во взаимоиндуктивном влиянии друг друга.





Конструкция трансформатора:


Силовой трансформатор состоит из двух катушек с взаимной индуктивностью и многослойного стального сердечника. Две катушки изолированы друг от друга и стального сердечника. Другими необходимыми частями являются подходящий контейнер для собранного сердечника и обмоток; подходящая среда для изоляции сердечника и его обмоток от контейнера; подходящие вводы (фарфоровые, маслонаполненные или конденсаторные) для изоляции и вывода выводов обмоток из бака.
Во всех типах силовых трансформаторов сердечник изготовлен из листов трансформаторной листовой стали, собранных для обеспечения непрерывного магнитного пути с минимальным включенным воздушным зазором. Используемая сталь имеет высокое содержание кремния, иногда термообработанную для получения высокая проницаемость и низкие гистерезисные потери при обычных рабочих плотностях потока. Потери на вихревые токи сводятся к минимуму за счет ламинирования сердечника, причем слои изолированы друг от друга легким слоем лака для сердечника и пластины или оксидным слоем на поверхности.
Толщина пластин варьируется от 0,35 мм для частоты 50 Гц до 0,5 мм для частоты 25 Гц. Пластины сердечника (в виде полос) соединяются, как показано на рисунке. чередующиеся слои расположены в шахматном порядке, чтобы избежать наличия узких зазоров прямо через поперечное сечение сердечника. Такие шахматные стыки называются «черепичными».

Конструктивно трансформаторы относятся к двум основным типам, отличающимся друг от друга только тем, как первичная и вторичная обмотки размещены вокруг многослойного сердечника.Эти два типа известны как

(i) трансформаторы с сердечником
(ii) трансформаторы с корпусом

Другой недавней разработкой является трансформатор со спиральным сердечником или с намотанным сердечником, торговая марка — Трансформатор со спиральным сердечником . В так называемых трансформаторах сердечника обмотки окружают значительную часть сердечника, тогда как в трансформаторах с корпусом сердечник окружает значительную часть обмоток, как схематично показано на рисунках (а) и (b) соответственно.

На упрощенной схеме трансформаторов с сердечником первичная и вторичная обмотки показаны расположенными на противоположных ветвях (или ветвях) сердечника, но в реальной конструкции они всегда чередуются для уменьшения потока утечки. первичная и половина вторичной обмоток размещены рядом или концентрично на каждой конечности, а не первичная обмотка на одной конечности (или ноге), а вторичная — на другой.


Как в трансформаторах с сердечником , так и в трансформаторах корпусного типа отдельные листы нарезаются в виде длинных полос L, E и I, как показано на рисунке.Сборка полного сердечника для двух типов трансформаторов показана на рисунках ниже.



Как сказано выше, во избежание высокого сопротивления в соединениях, где ламинаты стыкуются друг с другом, чередующиеся слои укладываются по-разному, чтобы исключить эти соединения, как показано на рисунках ниже.

No related posts.