Трансформатор как работает: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Как работает трансформатор?

Используемая человеком электрическая энергия в основном вырабатывается на крупных электростанциях. Эти предприятия передают электричество на районные подстанции, которые затем распределяют его по потребителям.

Так как линии электропередач обладают электрическим сопротивлением, часть энергии электрического тока теряется, превращаясь в теплоту. Постоянный ток (DC) течет в одном направлении; переменный ток (АС) периодически изменяет свое направление. Первоначально для электроснабжения применялся только постоянный ток. По ряду причин передача и преобразование постоянного тока связаны со значительными трудностями, поэтому по соображениям безопасности электростанции передавали его под низким напряжением. Однако к тому времени, когда постоянный ток достигал потребителей, сопротивление съедало 45 процентов его энергии.

Выход был найден в передаче переменного тока высокого напряжения, которое может быть легко изменено при помощи трансформатора (рисунок внизу). Так как высоковольтным линиям требуется меньший ток для передачи одного и того же количества энергии, ее потери на преодоление сопротивления стали намного меньшими. Когда переменный ток покидает электростанцию, повышающие трансформаторы увеличивают его напряжение с 22 000 до 765 000 вольт, а перед поступлением в дома другие трансформаторы, понижающие, уменьшают его до ПО или 220 вольт.

Принцип действия трансформатора

Трансформаторы увеличивают или уменьшают напряжение переменного тока. Преобразуемый переменный ток проходит по первичной обмотке, охватывающей стальной сердечник (рисунок сверху). Периодически изменяющийся ток создает в сердечнике переменное магнитное поле. При перемещении во вторичную обмотку это магнитное поле генерирует в ней переменный ток. Если вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная, выходное напряжение будет выше, чем входное.

Потери энергии при протекании постоянного тока

Электрическая мощность (Р) вычисляется путем умножения силы тока (I) на напряжение (V), т. е. Р = I х V. Если напряжение возрастает, сила тока, необходимая для обеспечения заданной мощности, уменьшается. Низковольтная мощность постоянного тока требует большей силы тока, чем высоковольтная мощность переменного, чтобы передать одно и то же количество электроэнергии.

Переменный ток легко трансформируется

В отличие от постоянного, переменный ток периодически изменяет свое направление. Если переменный ток проходит по первичной обмотке трансформатора (рисунок слева), образующееся переменное магнитное поле индуцирует ток во вторичной обмотке. При протекании по первичной обмотке постоянного тока (рисунок справа), во вторичной обмотке ток не возникает.

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.

Как работает трансформатор преобразование тока

Преобразование переменного тока

Переменный ток выгодно отличается от постоянного тока тем, что он хорошо поддается трансформированию, т.  е. преобразованию тока относительно высокого напряжения в ток более низкого напряжения, или наоборот. Трансформаторы позволяют передавать переменный ток по проводам на большие расстояния с малыми потерями энергии. Для этого переменное напряжение, вырабатываемое на электростанциях генераторами, с помощью трансформаторов повышают до напряжения в несколько сотен тысяч вольт и «посылают» по линиям электропередачи (ЛЭП) в различных направлениях. С повышением напряжения уменьшается сила тока в ЛЭП при одной и той же передаваемой мощности, что и приводит к снижению потерь и позволяет применять провода меньшего сечения. В городах и селах на расстоянии сотен и тысяч километров от электростанций это напряжение понижают трансформаторами до более низкого, которым и питают лампочки освещения, электродвигатели и другие электрические приборы.

Трансформаторы широко применяют и в радиотехнике.

Схематическое устройство простейшего трансформатора показано на рис. 1. Он состоит из двух катушек из изолированного провода, называемых обмотками, насаженных на магнитопровод, собранный из пластин специальной, так называемой трансформаторной стали. Обмотки трансформатора изображают на схемах так же, как катушки индуктивности, а магнитопровод — линией между ними.

Рис. 1.Трансформатор с магнитопроводом из стали:
а — устройство в упрощенном виде; б — схематическое изображение

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, текущий по одной из обмоток трансформатора, создает вокруг нее и в магнитопроводе переменное магнитное поле. Это поле пересекает витки другой обмотки трансформатора, индуцируя в ней переменное напряжение той же частоты. Если к этой обмотке подключить какую-либо нагрузку, например лампу накаливания, то в получившейся замкнутой цепи потечет переменный ток — лампа станет гореть.

Обмотку, к которой подводится переменное напряжение, предназначаемое для трансформирования, называют первичной, а обмотку, в которой индуцируется переменное напряжение — вторичной.

Напряжение, которое получается на концах вторичной обмотки, зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке приблизительно равно напряжению, подведенному к первичной обмотке. Если вторичная обмотка трансформатора содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее меньше, чем напряжение, подводимое к первичной обмотке. И наоборот, если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подводимого к первичной обмотке. В первом случае трансформатор будет понижать, во втором повышать переменное напряжение.

Напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, можно довольно точно подсчитать по отношению чисел витков обмоток трансформатора: во сколько раз она имеет большее (или меньшее) число витков по сравнению с числом витков первичной обмотки, во столько же раз напряжение на ней будет больше (или меньше) по сравнению с напряжением, подводимым к первичной обмотке. Так, например, если одна обмотка трансформатора имеет 1000 витков, а вторая 2000 витков, то, включив первую обмотку в сеть переменного тока с напряжением 220 В, мы получим во второй обмотке напряжение 440 В — это повышающий трансформатор. Если же напряжение 220 В подвести к обмотке, имеющей 2000 витков, то в обмотке, содержащей 1000 витков, мы получим напряжение 110 В — это понижающий трансформатор. Обмотка, имеющая 2000 витков, в первом случае будет вторичной, а во втором случае — первичной.

Но, пользуясь трансформатором, не стоит забывать о том, что мощность тока (Р = U·I), которую можно получить в цепи вторичной обмотки, никогда не превышает мощности тока первичной обмотки. Это значит, что получить от вторичной обмотки одну и ту же мощность можно, повышая напряжение и уменьшая ток, либо потребляя от нее пониженное напряжение при увеличенном токе. Следовательно, повышая напряжение мы проигрываем в значении тока, а выигрывая в значении тока, обязательно проигрываем в напряжении.

Для питания радиоаппаратуры от сети переменного тока часто используют трансформаторы с несколькими вторичными обмотками с различным числом витков. С помощью таких трансформаторов, называемых сетевыми, или трансформаторами питания, получают несколько напряжений, питающих разные цепи.

Наибольшая мощность тока, которая может быть трансформирована, зависит от размера магнитопровода трансформатора и диаметра провода, из которого выполнены обмотки. Чем больше объем магнитопровода, тем большая мощность тока может быть трансформирована. Практически же в трансформаторе всегда бесполезно теряется часть мощности. Поэтому мощность в цепи вторичной обмотки (или сумма мощностей, получаемых от всех вторичных обмоток) всегда несколько меньше мощности, потребляемой первичной обмоткой.

Если, однако, в первичной обмотке трансформатора течет пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение, частота которого равна частоте пульсаций тока в первичной обмотке. Это свойство трансформатора используется для индуктивной связи между разными цепями, разделения пульсирующего тока на его составляющие и ряда других целей, о которых разговор будет впереди.

Все трансформаторы со стальными магнитопроводами и магнитопроводами из железоникелевых сплавов (пермаллоя) называют низкочастотными трансформаторами, так как они пригодны только для преобразования переменного напряжения низкочастотного диапазона. На схемах низкочастотные трансформаторы обозначают буквой Т, а их обмотки римскими цифрами.

Принцип действия высокочастотных трансформаторов, предназначаемых для трансформации колебаний высокой частоты, также основан на электромагнитной индукции. Они могут быть как с сердечниками, так и без сердечников. Их обмотки (катушки) располагают на одном или разных каркасах, но обязательно близко одну к другой (рис. 2).

Рис. 2.Высокочастотные трансформаторы без сердечников (слева катушки трансформатора с общим каркасом; справа — катушки трансформатора на отдельных каркасах; в центре обозначение на схемах)

При появлении тока высокой частоты в одной из катушек вокруг нее возникает быстропеременное магнитное поле, которое индуцирует во второй катушке напряжение такой же частоты. Как и в низкочастотных трансформаторах, напряжение во вторичной катушке зависит от соотношения чисел витков в катушках.

Для усиления связи между катушками в высокочастотных трансформаторах используют сердечники в виде стержней или колец (рис.  3), представляющие собой спрессованную массу из неметаллических материалов. Их называют магнитодиэлектрическими или высокочастотными сердечниками.

Рис 3.Высокочастотные трансформаторы с магнитодиэлектрическими сердечниками (слева — со стержневым, справа с кольцевым (тороидальным) сердечником)

Магнитодиэлектрический сердечник высокочастотного трансформатора независимо от его конструкции и формы обозначают на схемах так же, как магнитопровод низкочастотного трансформатора, — прямой линией между катушками, а обмотки, как и катушки индуктивности, — латинскими буквами L.

Visits: 871 Total: 252762

Трансформатор напряжения — этого не знает более 80%!

Своим появлением трансформатор обязан английскому ученому Майклу Фарадею. В 1831 году физик описал явление, которое назвал «электромагнитная индукция». Оно заключается в том, что в близко расположенных катушках (обмотках) проявляется ярко выраженная

электромагнитная взаимосвязь. То есть, если в первой катушке (первичной обмотке) создать переменный ток, то во второй катушке (вторичной обмотке) возбуждается напряжение с аналогичной частотой и мощностью, зависящей от многих параметров, которые рассмотрим далее.

[contents]

Трансформаторы напряжения назначение  и принцип действия

Трансформаторы напряжения предназначены для преобразования энергии источника напряжения в напряжение с нужным нам значением (амплитудой). Нужно заметить, что такие трансформаторы работают только с переменным напряжением и его частота остается неизменной.

Для чего нужен трансформатор напряжения?

 Трансформаторы напряжения, в силу своей универсальности, необходимы в блоках питания, устройствах обработки сигналов, передающих устройствах, аппаратах передачи электроэнергии и во многом другом оборудовании.

По коэффициенту трансформации эти устройства могут делиться на 3 типа:

1. трансформатор напряжения понижающий – на выходе устройства напряжение ниже входного (n>1), например, применяется в блоках питания;
2. повышающий трансформатор – на выходе устройства напряжение выше, чем напряжение на входе (n<1), например, применяется в ламповых усилителях;
3. согласующий – трансформатор параметры напряжения не изменяет, происходит только гальваническая развязка цепей (n~1), например, применяется в звуковых усилителях.

В основе работы трансформатора лежит принцип электромагнитной индукции и для наиболее полной передачи энергии, для уменьшения потерь при трансформации, устройство обычно выполняется на магнитопроводе.

Как правило, первичная катушка одна, а вот вторичных может быть несколько, все зависит от назначения трансформатора.

Как работает трансформатор напряжения?

После того, как в первичной обмотке появится переменное напряжение U1, в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф, который возбуждает напряжение во вторичной обмотке U2. Это наиболее простое и краткое описание принципа работы трансформатора напряжения.

Самым главным параметром трансформаторов является «коэффициент трансформации» и обозначается латинской «n».  Он вычисляется делением напряжение в первичной обмотке на напряжение во вторичной обмотке или количества витков в первой катушки на количество витков во второй катушке.

Этот коэффициент позволяет рассчитать необходимые параметры вашего трансформатора для выбранного устройства. Например, если первичная обмотка имеет 2000 витков, а вторичная -100 витков, то n=20. При напряжении сети 240 вольт, на выходе устройства должно быть 12 вольт. Так же, можно определить количество витков при заданных, входном и выходном, напряжениях.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

По определению эти устройства предназначены для работы с разными электрическими величинами, как основными и соответственно, схемы включения будут различными. Например, трансформатор тока питается от источника тока и не работает, даже может выйти из строя, если его обмотки не нагружены и через них не идет электрический ток. Трансформатор напряжения питаются от источников напряжения и, наоборот, не может долго работать в режиме с большими токовыми нагрузками.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

 При эксплуатации оборудования с высокими рабочими напряжениями и большими токами потребления встает вопрос их измерения и контроля. Здесь на помощь приходят измерительные трансформаторы. Они обеспечивают гальваническую развязку измерительного оборудования от цепей с повышенной опасностью и снижение измеряемой величины до уровня, необходимого для замеров.

Дополнительная информация

 Прежде чем покупать трансформатор напряжение, нужно проанализировать все требования, выдвигаемые к устройству. Необходимо учитывать не только рабочие напряжения, но и токи нагрузки при использовании трансформатора в различных приборах.

Трансформаторы напряжения можно изготовить самому, но если вам нужен простой бытовой трансформатор с напряжением на 220 вольт и понижением до 12 вольт, то лучше его приобрести. Сколько стоят трансформаторы напряжения можно узнать на любом интернет-сайте, как правило, на бытовые понижающие трансформаторы напряжения цены не очень высоки.

С н/п Владимир Васильев

P.S. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок!

Что такое трансформатор и как он работает?

Трансформаторы – устройства для преобразования электрической энергии. Они встречаются везде, где используется электричество. Эти устройства необходимы, потому что в каждой конкретной жизненной ситуации нам требуется только какая-то доля той энергии, которая вырабатывается и накапливается единой сетью электрических станций.

Притом, что даже эта доля получаемой энергии должна быть стандартизована по потребительским параметрам, для удобства пользования. С этой целью производятся различные по назначению трансформаторы (силовые, согласующие, измерительные, специальные и т.д.), среди которых ведущую роль играют силовые трансформаторы, предназначенные для преобразования напряжения или тока, используемого потребителем.

Силовые трансформаторы

Силовыми трансформаторами называются пассивные преобразователи тока и напряжения промышленной частоты, предназначенные для питания промышленных и бытовых электроустановок. Промышленными считаются частоты величиной 50, 60 и 400Гц. Последняя частота используется в автономных транспортных средствах авиации и флота. Принцип работы силового трансформатора основан на явлении электромагнитной взаимоиндукции, действующей между двумя близко расположенными проводниками с током.

Трансформаторное оборудование вы можете заказать в Новосибирске в нашеий компании. По всем вопросам обращайтесь к нашим менеджерам по телефону или e-mail.

Типичный силовой трансформатор имеет две изолированные обмотки (катушки), первичную и вторичную, которые могут быть намотаны на общий каркас или на отдельные каркасы. Каркас катушек одевается на магнитопровод (металлический или керамический сердечник), обеспечивающий циркуляцию магнитного потока, который может иметь различную форму, но должен обладать хорошей магнитной проницаемостью и способностью быстро перемагничиваться (магнитомягкий материал).

На первичную катушку подаётся преобразуемое напряжение или ток, а к вторичной катушке подключается потребитель (нагрузка). Подбором соотношения количества витков в обмотках и толщины проводников, от которых зависит коэффициент взаимоиндукции, можно получить нужную величину напряжения или тока, подаваемого в нагрузку. Промышленностью выпускаются различные типы силовых трансформаторов, отличающиеся по мощности, типу и форме магнитопровода, количеству фаз, специфике применения, системе охлаждения, количеству обмоток и т.д. По типу преобразуемого параметра силовые трансформаторы делятся на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Трансформаторы тока

Пассивные преобразователи, изменяющие силу переменного электрического тока при неизменном напряжении питания, называются трансформаторами тока. Первичная обмотка трансформаторов тока включается в цепь питания последовательно. Чтобы она не влияла на величину протекающего тока, сопротивление первичной обмотки должно быть очень маленьким. Поэтому она имеет небольшое число витков и выполнена из толстого проводника. Вторичная обмотка выполняется из тонкого провода и может иметь большое количество витков в зависимости от необходимого коэффициента трансформации.

Особенностью эксплуатации трансформаторов тока является то, что вторичная обмотка работает в режиме короткого замыкания. Чтобы сопротивление нагрузки не оказывало влияния на силу тока, оно должно быть во много раз меньше сопротивления витков вторичной обмотки. Поэтому недопустимо включать трансформатор в сеть без подключённой нагрузки. При обрыве цепи нагрузки напряжение на обмотке возрастает до таких величин, что происходит электрический пробой изоляции и трансформатор выходит из строя.

Трансформаторы тока делятся по своему назначению на измерительные, защитные, лабораторные и согласующие.

Трансформаторы напряжения

Это наиболее распространённые представители силовых трансформаторов. В отличие от трансформаторов тока они включаются в электрическую цепь параллельно и практически не имеют каких-либо ограничений по сопротивлению обмоток.

В зависимости от назначения, повышающий это трансформатор или понижающий, входные и выходные сопротивления устройства могут изменяться в широких пределах. Коэффициент трансформации определяется, как соотношение количества витков вторичной и первичной обмоток. Идеальным режимом работы для трансформатора напряжения является режим холостого хода, когда сопротивление нагрузки во много раз больше сопротивления вторичной обмотки.

Промышленность выпускает огромное количество разнообразных трансформаторов напряжения, которые применяются практически во всех сферах деятельности человека, начиная от мощных трансформаторных станций, питающих города, заканчивая миниатюрными их вариантами в домашних бытовых приборах.

Устройство и принцип действия понижающего трансформатора

Трансформатор понижающий представляет собой электромагнитный прибор, который состоит из ферромагнитного сердечника и двух проволочных обмоток – первичной и вторичной.

Трансформатор понижающий представляет собой электромагнитный прибор, который состоит из ферромагнитного сердечника и двух проволочных обмоток – первичной и вторичной.

Магнитопровод – это совокупность элементов ферромагнитного материала (обычно электротехническая сталь), которые собраны в определенной геометрической форме. В нем происходит локализация основного магнитного поля трансформатора понижающего.

Вся магнитная система вместе со всеми компонентами называется остовом. При этом часть, где располагаются основные обмотки, называют стержнем. А часть, необходимая для замыкания магнитной цепи, – это ярмо.

В соответствии с расположением стержней в пространстве понижающий трансформатор может иметь плоскую, пространственную, симметричную либо несимметричную магнитную систему.

Понижающие трансформаторы напряжения отличаются конструктивными особенностями. Производители делают выбор в пользу одной из двух концепций – броневая или стержневая. Принципиальное отличие технических решений сводится к тому, что в первом случае обмотки заключены в сердечнике броневого типа, а во втором – сердечник заключен в обмотках стержневого типа. При этом в устройствах первого типа ось обмоток может располагаться вертикально или горизонтально, в то время когда во втором случае – ось размещается вертикально.

Однако способ производства не влияет на эксплуатационные характеристики и надежность устройства. Предприятие выбирает тот вариант, который считает наилучшим с точки зрения организации технологического процесса.

Принцип действия понижающего трансформатора основан на использовании явления взаимной индукции, которая действует через магнитное поле, и обеспечивает передачу электроэнергии из одного контура устройства в другой.

На сегодняшний день в продаже представлен трансформатор понижающий различных типов и видов: одно- или трехфазный, с открытым корпусом или с защитным кожухом.

Одна из важнейших характеристик прибора – это коэффициент трансформации, который не должен превышать 1.

В зависимости от модификации устройство преобразовывает электрический ток разного начального напряжения, которое может достигать 660В. Трансформатор, понижающий до 220В, получил наибольшее распространение. Существует также понижающий до 380 Вольт трансформатор.

В соответствии с предъявляемыми требованиями для каждого случая выходное напряжение может быть разным: например, трансформатор понижающий до 36 Вольт, а также 12, 24, 42В и т.д.

Понижающий трансформатор (220B 110В) обеспечивает нормальную работу оборудования и электроприборов, которые изготовлены в странах, где нормы сетей электропитания отличаются от российского стандарта.

Понижающие трансформаторы напряжения имеют широкую область применения, однако чаще всего они используются в источниках питания различных приборов и в электросетях. Выбор конкретного устройства необходимо осуществлять с учетом определенных запросов для каждого отдельного случая.

Как работает трансформатор понижающий. Как работает трансформатор? Принцип работы и классификация трансформаторов

Назначение и виды трансформатора.

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное оборудование, при работе которого происходит преобразование переменного тока с трансформацией напряжения. Т.е. этот аппарат позволяет его понижать или повышать. Установленные на электростанциях трансформаторы осуществляют на длительные расстояния при высоких напряжениях до 1150кВ. А уже непосредственно в местах потребления происходит понижение напряжения, в пределах 127-660В. При таких значениях обычно работают различные электрические потребители, которые устанавливаются на заводах, фабриках и в жилых домах. Электроизмерительные приборы, электросварка и другие элементы в цепи высокого напряжения также требуют использования трансформатора. Они бывают одно- и трехфазные, двух- и многообмоточные.

Существует несколько видов трансформаторов, каждый из которых определен своими функциями и предназначением. Силовой трансформатор преобразует электрическую энергию в сетях, которые предназначены для использования и приема этой энергии. служит измерением больших токов в устройствах электрических систем. Трансформатор напряжения преобразует высокое напряжение в низкое. Автотрансформатор имеет электрическую и электромагнитную связь, за счет прямого соединения первичной и вторичной обмотки. Импульсный трансформатор преобразует импульсные сигналы. отличается тем, что первичная и вторичная обмотки не связаны друг с другом электрически. Вкратце говоря, во всех видах принцип работы трансформатора чем-то схож. Еще можно выделить гидротрансформатор, принцип работы которого заключается в передаче крутящего момента к коробке передач от двигателя автомобиля. Это устройство позволяет бесступенчато изменять частоту вращения и крутящий момент.

Устройство и принцип действия трансформатора.

Принцип работы трансформатора заключается в проявлении электромагнитной индукции. Это устройство состоит из магнитопровода и двух обмоток, которые расположены на нем. К одной подается электроэнергия, а ко второй подключаются потребители. Как уже указывалось выше, эти обмотки называются первичной и вторичной, соответственно. Магнитопровод выполнен из электротехнической элементы которого изолированы лаком. Его часть, на которой располагаются обмотки, называется стержнем. И именно такая конструкция получила большее распространение, т.к. обладает рядом достоинств — простая изоляция обмоток, простота ремонта, хорошие условия охлаждения. Как видно, принцип работы трансформатора не так уж и сложен.

Существуют еще трансформаторы броневой конструкции, которая значительно уменьшает их габариты. Чаще всего это бывают однофазные трансформаторы. В таком оборудовании боковые ярма играют защитную роль обмотки от механических повреждений. Это очень важный фактор, т.к. малогабаритные трансформаторы не имеют кожуха и находятся с остальным оборудованием в общем месте. чаще всего выполняют с тремя стержнями. Бронестержневая конструкция применяется также в трансформаторах большой мощности. Хоть это и увеличивает расходы электроэнергии, но зато позволяет уменьшать высоту магнитопровода.

Различают трансформаторы по способу соединения стержней: стыковые и шихтованные. В стыковых стержни и ярма собираются раздельно и соединяются крепежными частями. А в шихтованных листы собираются внахлест. Шихтованные трансформаторы получили большее применение, т.к. у них намного выше механическая прочность.

Принцип работы трансформатора также зависит от обмотки, которые бывают цилиндрическими, дисковыми и концентрическими. Оборудование большой и средней мощности имеют газовое реле.

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.

Трансформатор — незаменимое устройство в электротехнике.

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

Присутствуют эти элементы и во многих электроприборах.

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

Так называют устройство, изменяющее величину переменного электрического напряжения. Существуют разновидности, способные менять и его частоту.

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

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

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

• уменьшаются потери в проводах;
• требуются провода меньшего сечения.

В городских электросетях напряжение снова уменьшается до величины в 6,1 кВ, опять же с использованием .
В распределительных сетях, раздающих электричество потребителям, напряжение понижают до 0,4 кВ (это привычные нам 380/).

Принцип работы

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

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

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

Как работает трансформатор

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

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

Кт = W1 / W2 = U1 / U2,

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

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

Большой силовой трансформатор

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

P1 = P2,

где Р1 и Р2 — мощность тока в обмотках.

Поскольку P = U * I
, получим:

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

Это означает:

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

Данное обстоятельство учитывают при подборе сечения проводов для обмоток аппаратов.

Конструкция

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

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

На магнитопроводе катушки располагают двояко:

• рядом;
• наматывают одну поверх другой.

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

Конструкция трансформатора

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

1. рассеивание магнитного поля;
2. нагрев проводов и магнитопровода;
3. гистерезис.

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

Потери на гистерезис стремятся уменьшить, применяя разные конструкции магнитопроводов.

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

• холостого хода;
• короткозамкнутый;
• с нагрузкой.

В некоторых разновидностях трансформаторов, работающих с напряжением высокой частоты, магнитопровод отсутствует.

Режим холостого хода

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

Такой режим позволяет определить:

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

Схема трансформатора в режиме холостого хода

Короткозамкнутый режим

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

Такое подключение позволяет определить потери на нагрев обмоток (потери в меди). Это необходимо при реализации схем с применением вместо реального трансформатора активного сопротивления.

Режим с нагрузкой

В этом состоянии к выводам вторичной обмотки подключен потребитель.

Охлаждение

В процессе работы трансформатор греется.

Применяют три способа охлаждения:

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

Прибор с масляным охлаждением

Виды трансформаторов

Аппараты классифицируются по назначению, типу магнитопровода и мощности.

Силовые трансформаторы

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

Автотрансформатор

У этой разновидности между первичной и вторичной обмотками имеется электрический контакт. При намотке провода делают несколько выводов — при переключении между ними задействуется разное число витков, отчего меняется коэффициент трансформации.

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

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

Трансформатор тока

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

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

Трансформатор тока

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

Импульсный трансформатор

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

Сварочный трансформатор

Данное устройство:

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

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

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

Сварочный трансформатор ТДМ 70-460

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

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

Потому эти сварочные аппараты такие легкие и небольшие.

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

Разделительный трансформатор

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

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

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

Кроме силовых трансформаторов, существуют сигнальные разделительные. Они устанавливаются в электроцепи для гальванической развязки.

Магнитопроводы

Бывают трех видов:

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

Мощность

Мощность принято обозначать в вольт-амперах (ВА). По данному признаку устройства классифицируются так:

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

Существуют установки большой мощности, измеряемой в тысячах ВА.

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

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

Добавить сайт в закладки

Трансформатор — это статический (т. е. без движущихся ча­стей) электромагнитный аппарат однофазный или трехфазный, в котором явление взаимоиндукции используется для преобразо­вания электрической энергии. Трансформатор преобразует пере­менный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформатор имеет несколько электрических, изолированных одна от другой обмоток: однофазный — не менее двух, трехфазный — не менее шести.

Обмотки, соединенные с источником электроэнер­гии, именуются первичными; остальные обмотки, отдающие энергию во внешние цепи, называются вторичными. На рисунке внизу схематически показаны первичная и вторичная обмотки од­нофазного трансформатора; они снабжены общим замкнутым сердечником, собранным из листовой электротехнической стали.

Ферромагнитный сердечник служит для усиления магнитной связи между обмотками, т. е. для того, чтобы большая часть магнитного потока первичной обмотки сцеплялась с витками вторичной обмотки.На рис. справа показан сердечник и шесть обмоток трехфазного трансформатора. Эти обмотки соединяются по схеме звезды или треугольника.

Для улучшения условий охлаждения и изоляции трансформа­тор помещается в бак, заполненный минеральным маслом (про­дуктом перегонки нефти). Это так называемый масляный трансформатор.

При частоте переменного тока примерно свыше 20 кГц приме­нение стального сердечника в трансформаторах нецелесообразно из-за больших потерь в стали от гистерезиса и вихревых токов.

Для высоких частот применяются трансформаторы без фер­ромагнитных сердечников — воздушные трансформа­торы.

Если напряжение на зажимах первичной обмотки, первич­ное напряжение U1, меньше вторичного напряжения U 2, то транс­форматор называется повышающим. Если же первичное на­пряжение больше вторичного, то — понижающим (U1>U2). В соответствии с относительной величиной номинального напря­жения принято различать обмотку высшего на­пряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН).

Познакомимся кратко с работой однофазного двухобмоточного трансфор­матора со стальным сердеч­ником. Его рабочий процесс и электрические соотноше­ния можно считать харак­терными в основном для всех видов трансформато­ров.

Напряжение U1, приложенное к зажи­мам первичной обмотки, создает в этой обмотке пе­ременный ток i1.Ток воз­буждает в сердечнике транс­форматора переменный маг­нитный поток Ф. Вследствие периодического изменения этого потока в обеих обмотках трансформатора индуктируются ЭДС.

е1= — w1 (?ф: ?t) и e2= — w2 (?ф:?t), где

w1 и w2 — количество витков той и другой обмоток.

Таким образом, отношение ЭДЕ, индуктируемых в обмотках, равно отношению чисел витков этих обмоток:

е1: e2 = w1: w2

Это коэффициент трансформации трансформатора.

Коэффициент полезного действия трансформатора относи­тельно очень высок, в среднем порядка 98%, что позволяет при номинальной нагрузке считать приближенно одинаковыми первичную мощность, получаемую трансформатором, и вторичную мощность, им отдаваемую, т. е. p1 ? p2 или u1i1 ? u2i2, на основании чего

i1: i2? u2: u1? w 2: w 1

Это отношение мгновенных значений токов и напряжений справедливо и для амплитуд, и для действующих значений:

L1: l2? w 2: w 1?u2: u1,

т. е. отношение токов в обмотках трансформатора (при нагрузке, близкой к номинальной) можно считать обратным отношению напряжений и числу витков соответствующих обмоток. Чем меньше нагрузка, тем больше влияет ток холостого хода, и приведенное приближенное соотношение токов нарушается.

При работе трансформатора совершенно различна роль ЭДС в его первичной и вторичной обмотках.
ЭДС, ей индуктируемая в первичной обмотке, возникает как противодействие цепи изменению в ней тока i1. По фазе эта ЭДС почти противоположна напряжению.

Как в цепи, содержащей индуктивность, ток в первичной о б м о тке трансформатора

i1=(u1 + e1) : r1,

где г 1 — активное сопротивление первичной обмотки.

Отсюда получаем уравнение для мгновенного значения первичного напряжения:

u1 = -e1 + i1r1 = w t(?ф: ?t) + i1r1,

которое можно прочитать как условие электрического равновесия: приложенное к зажимам первичной обмотки напряжение u1 всегда уравновешивается ЭДС и падением напряжения в активном сопротивлении обмотки (второй член относительно весьма мал).

Иные условия имеют место во вторичной цепи. Здесь ток i2 создается ЭДС e1, играющей роль ЭДС источника тока, и при активной нагрузке r/н во вторичной цепи этот ток

i2= l2: (r2 +r/н),

где r2- активное сопротивление вторичной обмотки.

В первом приближении воздействие вторичного тока i2 на первичную цепь трансформатора можно описать следующим образом.

Ток i2, проходя по вторичной обмотке, стремится создать в сердечнике трансформатора магнитный поток, определяемый намагничивающей силой (НС) i2w2. Согласно принципу Ленца, этот поток должен иметь направление, обратное направлению главного потока. Иначе можно сказать, что вторичный ток стре­мится ослабить индуктирующий его магнитный поток. Однако такое уменьшение главного магнитного потока Ф т нарушило бы электрическое равновесие:

u 1 = (-е 1) + i1r1,

так как e1 пропорционально магнитному потоку.

Создается пре­обладание первичного напряжения U1, поэтому одновременно с появлением вторичного тока увеличивается первичный ток, при­том настолько, чтобы компенсировать размагничивающее дей­ствие вторичного тока и, таким образом, сохранить электрическое равновесие. Следовательно, всякое изменение вторичного тока должно вызвать соответствующее изменение первичного тока, при этом ток вторичной обмотки, благодаря относительно малому значению составляющей i1r1, почти не влияет на амплитуду и характер изменений во времени главного магнитно­го потока трансформатора. Поэтому амплитуду этого по­тока Ф т можно считать практически постоянной. Такое постоян­ство Фт характерно для режима трансформатора, у которого поддерживается неизменным напряжение U1, приложенное к зажимам первичной обмотки.

Для того, чтобы в домашних условиях самостоятельно повысить эффективность работы многих устройств и напряжение в электрической сети, часто используются регулирующие устройства. Предлагаем, в связи с этим, рассмотреть принцип работы трансформатора тока понижающего, повышающего, импульсного, Тесла, а также автотрансформатора.

Принцип работы и классификация трансформаторов

Принцип работы измерительного трансформатора (как и разделительного), очень прост. Он подчиняется закону Фарадея электромагнитной индукции. На самом деле взаимная индукция между двумя или более обмотками отвечает за действия преобразования в электрическом трансформаторе.

В соответствии с этим, закон Фарадея гласит: «скорость изменения потокосцепления по времени прямо пропорциональна наведенной ЭДС в проводнике или катушки».

Основы теории трансформатора

Скажем, у нас трансформатор с одной обмоткой, которая соединена с переменным электрическим источником тока. Переменный ток через обмотку производит постоянно меняющийся поток, который окружает катушку. Если любая другая обмотка приближена к предыдущей, определенная часть потока соединяется с ней. Этот поток постоянно меняется в амплитуде и направлении, но в этих случаях должно происходить изменение потокосцепления во вторую обмотку или обмотки.

Согласно закону Фарадея электромагнитной индукции, должно быть ЭДС, которое индуцируется раз в секунду. Если цепь последней обмотки закрыта, то через неё должен проходить электрический ток. Это простейший принцип работы электрического силового или сварочного трансформатора и это основной принцип работы трансформатора.

Схема силового трансформатора

Всякий раз, когда мы используем движение переменного тока к электрической катушки, поток энергии окружает эту обмотку. Поток тока будет неравномерным, и скорость его постоянно изменяется. Естественно ЭКГ будет производиться в нем, как в законе Фарадея, где говорится о явлении электромагнитной индукции. Это наиболее фундаментальное понятие теории трансформатора

Обмотка, которая принимает электрическую мощность от источника, как правило, известна как первичная обмотка трансформатора.

Обмотка, что дает требуемое выходное напряжение из-за взаимной индукции в трансформаторе, называется вторичной обмоткой трансформатора.

Основные конструкционные части трансформатора

Существует три основные части трансформатора:

1. Первичная обмотка трансформатора – производит магнитный поток, когда подключена к электрическому источнику.
2. Магнитный сердечник трансформатора – магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, создает замкнутую магнитную цепь.
3. Вторичная обмотка трансформатора – намотана на сердечник.

Как работает силовой или сварочный трансформатор

Электрический силовой трансформатор является статическим устройством, которое преобразует электрическую энергию от одной схемы к другой без непосредственного соединения, с помощью взаимной индукции между своих обмоток. Он преобразует энергию от одной схемы к другой, не меняя свою частоту, но может работать в разных уровнях напряжения, например если сварщик поменял флюс, или произошел сбой генератора при сварке.

Трехфазный трансформатор

Работа однофазного трансформатора напряжения

Принцип работы однофазного трансформатора не слишком отличается от трехфазного понижающего прибора. Когда электрический ток проходит в первичной обмотке, она создает МП, у которого достаточно мощные силовые линии. Они пронизывают первичную катушку полностью, и вторичную частично. Все эти линии замкнуты вокруг проводников катушек, но их часть замкнута непосредственно на проводниках.

Видео: наглядный урок, который рассказывает о принципе работы трансформатора

Согласно закону о магнитной связи, чем ближе объекты друг к другу, тем сильнее эта связь, но чем они дальше расположены – тем она слабее, и так пока не станет нулевой. Это объясняется тем, что при расположении коаксиального типа, чем обмотки расположены дальше, тем меньше сцепление силовых линий и их проникновение в трансформаторные катушки.

Схема: однофазный трансформатор

Нужно понимать, что в однофазном трансформаторе сила магнитного поля также зависит от тока. Скачки переменного электрического тока могут значительно снизить силу МП, или наоборот. Это еще называется законом электродвижущей силы. Т.е. в первой обмотке производится самоиндукция, а во вторичной – взаимоиндукция.

Как только концы этих обмоток соединятся – устройство, которому необходимо получить результаты работы трансформатора, станет снабжаться электрическим током, принцип работы будет запущен, в определенной последовательности катушки начнут работать.

Работа автотрансформатора

Чаще всего в домашних условиях используется трансформатор не с двумя обмотками, а с одной. Рассмотрим принцип работы электронного автотрансформатора (вольтодобавочного трансформатора), и его характеристики. Данные устройства относятся к трансформаторам специального использования, т.к. их обмотка низкого напряжения у обычных трансформаторов, является обмоткой высокого напряжения, те они связаны между собой не только магнитным полем, но и гальваническим.

Схема: автотрансформатор

Переключая обмотки при желании можно получить либо высокое, либо низкое напряжение. Подключая источник переменного тока к сердечнику, мы получим переменное магнитное поле. И между точками сердечника возникнет, и будет усиливаться ЭДС. Благодаря тому, что сердечник выполнен особенным образом, в нем протекает очень малое количество тока, которое создает достаточно сильное МП. Т.е. при экономии материалов мы получаем разное по необходимости, напряжение.

Автотрансформаторы целесообразнее использовать в областях, где нужно совсем незначительное изменение напряжения и РПН, но на продолжительный отрезок времени. Это лаборатории, небольшие предприятия или домашние хозяйства.

Бывают еще и узкоспециализированные лабораторные трансформаторы, у них несколько иная схема:

Обмотка выполнена из специального ферромагнитного материала, которая сводит вероятность резонансного движения к минимуму. Основные отличия от обычного прибора – это:

1. Кроме ферромагнетика они обмотаны медным проводом;
2. Низкие допустимые параметры – максимальная мощность до 7 кВА;
3. Здесь работает система строчного ролика – на поверхности трансформатора имеется дорожка, по которой передвигается контактирующий ролик или щетка.

Но у такого обмоточного трансформатора есть свои недостатки:

• нужно изолировать вторичные и первичные цепи, т.к. они имеют достаточно сильную электрическую связь;
• нельзя использовать дл защиты в мощных сетях, допустим предел от 6 до 10 кВ;
• ремонт и содержание требует значительных вложений.

Работа гидротрансформатора

Каждый водитель бульдозера либо другой машины, знаком с принципом работы трансформатора АКПП или гидротрасформатора, но какое его назначение. На самом деле, данный прибор является модернизированной муфтой, которая вращается не один раз, а два, газовое оборудование требует установки даже нескольких таких приборов.

Его необходимо установить между двигателем и трансмиссией, чтобы получить вращательное движение, которое после перейдет на колеса. Внешне механизм напоминает бублик, за что и получил такое «прозвище» от автослесарей, но у нег достаточно сложная конструкция:

По краю с обеих сторон встроены насосы, а в центре установлен мини реактор. Последний прибор должен передавать жидкость (масло, к примеру), на турбинное колесо, которое в свою очередь распределяет её равномерно по всей поверхности трансформатора.

Переднее колесо жестко соединено с главным валом машинного двигателя, захватывая жидкость, передает её далее по механизму. Но реактор при необходимости блокирует это движение и выводит колесо из работы.

Помимо блокировки вращающегося момента, конструкция масляного трехобмоточного трансформатора позволяет ему выполнять функции демпфинирования. Т.е., если авто достигло своего предела, скажем, 80 км/час, то для предотвращения несчастного случая вращающийся момент начинает передаваться уже через демпфинирующие пружины. Таким образом, производится защита от холостого хода и резкой остановки двигателя.

Таким образом и можно объяснить принцип работы трансформатора, как видите, все очень похоже, но есть некоторые нюансы у разных моделей в зависимости от области применения и конструкции.

Читайте также.

..

Как работают трансформаторы — инженерное мышление

Узнайте, как работают трансформаторы, как создать магнитное поле с помощью электричества, почему в трансформаторах можно использовать только переменный ток, как работают базовые трансформаторы, повышающие и понижающие трансформаторы и, наконец, трехфазные трансформаторы. Эта статья является продолжением нашей серии статей по электротехнике, поэтому ознакомьтесь с другими статьями ЗДЕСЬ , если вы еще этого не сделали.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube

Помните, что электричество опасно и может привести к летальному исходу, вы должны иметь квалификацию и компетентность для выполнения любых электромонтажных работ

Основы трансформатора

Есть два типа электричества; переменного и постоянного тока, но трансформаторы могут работать только с использованием переменного или переменного тока. Теперь, если вы не знаете разницы между этими двумя, то, пожалуйста, прежде всего, сначала прочитайте статьи об основах электричества. Проверьте эти ЗДЕСЬ. Когда мы подключаем генератор переменного тока к замкнутому кабелю, по этому кабелю может течь ток, и направление тока будет меняться назад и вперед при вращении генератора.

Как это работает?

Чередование означает, что ток достигает максимальной и минимальной точки во время цикла, что придает ему синусоидальную форму при подключении к осциллографу.Вы можете думать об этом как о приливе моря; когда он меняет направление и достигает точки максимума и минимума. Когда ток течет по кабелю, он пропускает магнитное поле. Если мы пропустим через кабель постоянный ток, магнитное поле останется постоянным, но если мы пропустим через кабель переменный ток, то магнитное поле будет увеличиваться и уменьшаться по силе и менять полярность по мере того, как ток меняет направление.

Переменный ток

Если мы соединим несколько кабелей и пропустим через них ток, то магнитные поля объединятся, чтобы создать более сильное магнитное поле. Если затем свернуть кабель в катушку, магнитное поле станет еще сильнее. Если мы поместим вторую катушку в непосредственной близости от первой катушки, а затем пропустим переменный ток через первую катушку, то создаваемое ею магнитное поле индуцирует ток во второй катушке, и эта магнитная сила будет толкать и притягивать свободные электроны. заставляя их двигаться.

Электродвижущая сила

Ключевым компонентом здесь является то, что магнитное поле меняет полярность, а также интенсивность.Это изменение интенсивности и направления магнитного поля постоянно возмущает свободные электроны во вторичной обмотке и заставляет их двигаться. Это движение известно как электродвижущая сила или ЭДС.

Магнитное поле, изменяющее полярность

Электродвижущая сила не возникает, когда мы пропускаем постоянный ток через первичную катушку, и это потому, что магнитное поле постоянно, поэтому электроны не вынуждены двигаться. Единственный раз, когда это вызовет ЭДС, очень кратковременно, когда первичная цепь размыкается и закрывается или когда напряжение увеличивается или уменьшается. И это потому, что эти действия приводят к изменению магнитного поля. Поэтому мы используем переменный ток, так как это изменение происходит постоянно.

Постоянный ток через первичную катушку

Теперь проблема с этой установкой заключается в том, что большая часть магнитного поля с первичной стороны тратится впустую, потому что оно не находится в диапазоне вторичной катушки.

Как это исправить?

Чтобы исправить это, поместите сердечник или ферромагнитный материал, например железо, в контур между первичной и вторичной обмотками.Теперь эта петля направляет магнитное поле по пути к вторичной катушке, так что они разделяют магнитное поле, и это делает трансформатор намного более эффективным.

Ферромагнитный материал

Теперь использование железного сердечника не является идеальным решением. Некоторая энергия будет потеряна из-за чего-то, известного как вихревые токи, когда ток закручивается вокруг сердечника, и это нагревает трансформатор, что означает, что энергия теряется в виде тепла. Чтобы уменьшить это, инженеры используют многослойные листы железа для формирования сердечника, и это значительно снижает вихревые токи.

через GIPHY

Повышающие и понижающие трансформаторы

Трансформаторы

изготавливаются как повышающие или понижающие трансформаторы, и они используются для увеличения или уменьшения напряжения просто за счет использования различного количества витков в катушке на вторичной стороне. В повышающем трансформаторе напряжение во вторичной обмотке увеличивается, и это будет означать, что ток уменьшится, но не беспокойтесь прямо сейчас о том, почему это происходит. Мы рассмотрим это в следующей статье по электротехнике.Для повышения напряжения в повышающем трансформаторе; нам просто нужно добавить больше витков к катушке на вторичной стороне, чем на первичной. В понижающем трансформаторе это напряжение уменьшается во вторичной обмотке, а это означает, что ток увеличивается. Для этого мы просто используем меньше витков катушки на вторичной стороне по сравнению с первичной.

Например, электростанции необходимо транспортировать произведенную ею электроэнергию в город, находящийся на некотором расстоянии. Электростанция будет использовать повышающий трансформатор для увеличения напряжения и уменьшения тока, поскольку это снизит потери в длинных кабелях передачи.Затем, когда он достигнет города, его необходимо будет уменьшить, чтобы сделать его безопасным и пригодным для использования в зданиях и домах, поэтому потребуется понижающий трансформатор. Трансформаторы для коммерческих зданий и электростанций обычно имеют трехфазную конфигурацию. Вы увидите, что они размещены вокруг ваших городов и поселков, и они будут выглядеть примерно так.

Пример трансформатора

Эти трехфазные трансформаторы могут быть изготовлены либо из трех отдельных трансформаторов, соединенных вместе, либо могут быть объединены в один большой блок с общим железным сердечником.

В этой конфигурации катушки обычно размещаются концентрически друг с другом, при этом катушка с более высоким напряжением находится снаружи, а катушка с более низким напряжением — внутри. Теперь эти катушки изолированы друг от друга, так что между двумя катушками будет проходить только магнитное поле. Для соединения двух сторон существует множество различных конфигураций, но одной из наиболее часто используемых является соединение катушек в конфигурации, известной как треугольник-звезда, иногда называемой треугольником-звездой. Это относится к первичной стороне, подключенной в конфигурации «треугольник», и к вторичной стороне, которая является широкой в ​​конфигурации «звезда».Центральная точка стороны звезды, где встречаются все три разъема, часто заземляется, что позволяет также подключить нейтральную линию.

Конфигурация треугольником и звездой

Мы рассмотрим соединения трансформаторов и расчеты в других более сложных статьях, так как это может быть довольно сложным. Так что пока просто сосредоточьтесь на том, как они работают, чтобы построить свои базовые знания.

Как работают повышающие и понижающие трансформаторы?

Что такое электромагнитная индукция?

Если магнетизм может быть получен из электричества, Фарадей выдвинул гипотезу, что электричество может быть получено из магнетизма.Фарадей использовал аппарат, состоящий из сердечника из мягкого железа, аналогичный 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 странным образом он заметил, что ток возникает при изменении тока.Фарадей пришел к выводу, что, хотя постоянное магнитное поле не создает электрического тока, изменение магнитного поля создает ток. Такой ток называется индуцированным током . Процесс, при котором ток создается за счет изменения магнитных полей, называется электромагнитной индукцией.

Примечание: Электромагнитная индукция была открыта независимо друг от друга 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 — первичная, другая — вторичная), намотанных на металлический сердечник. (см. изображения —) Когда переменный ток проходит через первичную катушку и магнитное поле в наведенном — электромагнитная индукция вызывает ток во вторичной катушке. Если количество витков провода одинаково в обеих катушках, индуцированное напряжение будет одинаковым во вторичной катушке.Если количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, напряжение во вторичной обмотке будет больше. Это пример повышающего трансформатора.

Как количество контуров влияет на напряжение?

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

ПОНИЖЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ 10 КАТУШЕК В 2 КАТУШКИ 5:1 ВОЛЬТ

Если количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, то и напряжение будет больше.Трансформатор называется повышающим.

ПОВЫШАЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР С 2 КАТУШЕК НА 10 КАТУШЕК 1:5 В

Почему трансформаторы важны для передачи электроэнергии.

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

.

Проверьте свои
Понимание:

Как работает трансформатор напряжения ~ Изучение электротехники

Функция трансформатора основана на том принципе, что электрическая энергия эффективно передается за счет магнитной индукции из одной цепи в другую.В основном трансформатор состоит из двух или более обмоток, размещенных на одном и том же магнитном пути. Обмотка, на которую подается электрическая энергия, называется первичной обмоткой, а обмотка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной обмоткой. Ниже показано типичное действие двухобмоточного трансформатора:

Когда первичная обмотка трансформатора питается от источника переменного тока (AC), в сердечнике трансформатора создается переменное магнитное поле.Переменные магнитные силовые линии, называемые «потоком», проходят через сердечник. При второй (вторичной) обмотке вокруг того же сердечника напряжение индуцируется переменными силовыми линиями. Нагрузка, подключенная к клеммам вторичной обмотки, приводит к протеканию тока.

Части трансформатора

Трансформатор состоит из двух основных неподвижных частей:

(a) Многослойный железный сердечник

(b) Обмотки (первичная и вторичная)

Многослойный железный сердечник

Железный сердечник трансформатора состоит из листов катаного железа.Это железо обрабатывается таким образом, чтобы оно имело высокое качество магнитной проводимости (высокую магнитную проницаемость) по всей длине сердечника. Проницаемость — это термин, используемый для обозначения случая, при котором материал будет проводить магнитные силовые линии.

Железо также имеет высокое омическое сопротивление поперек пластин (через толщину сердечника). Листы железа необходимо ламинировать, чтобы уменьшить нагрев сердечника. Существует два распространенных типа сердечников трансформаторов:

(а) Основной тип

(б) Корпус типа

В трансформаторе с сердечником (форма сердечника) обмотки окружают сердечник.В оболочечном трансформаторе стальной магнитопровод (сердечник) образует оболочку, окружающую обмотки. В сердечнике обмотки находятся снаружи; в виде оболочки обмотки находятся внутри.

Обмотки

Трансформатор имеет две обмотки; первичная обмотка и вторичная обмотка.

Первичная обмотка представляет собой катушку, которая получает энергию. Он формируется, наматывается и надевается на железный сердечник. Вторичная обмотка представляет собой катушку, которая разряжает энергию при преобразованном или измененном напряжении.

Типы трансформаторов

Трансформаторы классифицируют по разным критериям. Однако вот список наиболее распространенных универсальных типов трансформаторов:

(а) Однофазные трансформаторы

(б) Трехфазные трансформаторы

(c) Трансформаторы напряжения или напряжения

(г) Автотрансформаторы

(e) Трансформаторы тока

(е) Силовые трансформаторы

Коэффициент трансформации трансформатора

Напряжение на обмотках трансформатора прямо пропорционально числу витков на витках обмоток.Это отношение выражается формулой:

Где:

Vp = напряжение на первичных обмотках, В

Vs = напряжение на вторичных обмотках, В

Np = число витков первичной обмотки

Ns = число витков вторичной обмотки

Отношение Vp/Vs называется коэффициентом напряжения (VR). Отношение Np/Ns называется коэффициентом витков (TR).

Соотношение напряжений 1:4 (читается как 1 к 4) означает, что на каждый вольт на первичной обмотке трансформатора приходится 4 В на вторичной. Когда вторичное напряжение больше первичного, трансформатор называется повышающим.

Соотношение напряжений 4:1 означает, что на каждые 4 В на первичной обмотке приходится только 1 В на вторичной. Когда вторичное напряжение меньше первичного, трансформатор называется понижающим.

Коэффициент тока

Ток в катушках трансформатора обратно пропорционален напряжению в катушках.Это соотношение выражается уравнением:

Где:

Ip = ток в первичной обмотке, А

Is = ток во вторичной обмотке, А

В приведенном выше уравнении мы можем заменить Vp / Vs Np / Ns, чтобы мы получили:

Эффективность трансформатора

КПД трансформатора равен отношению выходной мощности вторичной обмотки к мощности, подводимой к первичной обмотке.

Идеальный трансформатор имеет 100-процентный КПД, потому что он отдает всю получаемую энергию.

Однако из-за потерь в сердечнике и меди КПД даже самого лучшего трансформатора составляет менее 100 процентов. Выражается уравнением:

Где:

Эфф = эффективность

Ps = выходная мощность вторичной обмотки = входная мощность – потери в сердечнике – потери в меди

Pp = потребляемая мощность первичной обмотки

Эффективность хорошо спроектированных трансформаторов очень высока, в среднем более 98 процентов (%) для силовых трансформаторов.Единственные потери в трансформаторе связаны с потерями в сердечнике, которые идут на поддержание переменного магнитного поля, потерями сопротивления в катушках и мощностью, используемой для охлаждения больших трансформаторов, требующих охлаждения.

Основной причиной высокого КПД трансформаторов по сравнению с другим оборудованием является отсутствие движущихся частей. Трансформаторы называются статическими машинами переменного тока.

Что такое трансформатор? | Вандополис

Что вы считаете величайшим научным открытием или изобретением всех времен? Для некоторых открытие электричества Бенджамином Франклином, вероятно, заняло бы первое место в списке.Ведь без электричества наша жизнь была бы совсем другой, чем сегодня.

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, как электричество поступает от электростанции в ваш дом? Простое подключение электронного устройства к ближайшей розетке — это удобство, которое мы часто воспринимаем как должное. Однако путь электричества к этим маленьким розеткам в стене — увлекательное путешествие.

Если вы когда-нибудь видели предметы, свисающие с верхушек опор линий электропередач, или большие ящики возле зданий, то вы знакомы с некоторыми из наиболее важных механизмов в системе, которая поставляет энергию в ваш дом.Эти машины называются трансформаторами. Нет, они не превращаются в автомобили супергероев, когда вы не смотрите, но все они меняются!

Трансформаторы представляют собой электрические машины, которые преобразуют электричество с одного напряжения на другое напряжение. Напряжение — это мера электрической силы, которая толкает электроны по цепи. В некоторых случаях трансформаторы могут принимать электричество более низкого напряжения и изменять его на более высокое напряжение. Такие трансформаторы называются повышающими трансформаторами.

Однако большинство трансформаторов являются понижающими трансформаторами.Они берут электричество с высоким напряжением и преобразуют его в более низкое напряжение. Это критический этап в процессе доставки энергии, поскольку электричество, поступающее от электростанции, имеет чрезвычайно высокое напряжение, которое слишком велико для использования в вашем доме.

Например, линия электропередачи может передавать электричество напряжением от 400 000 до 750 000 вольт. Электричество передается с таким высоким напряжением, потому что ему часто приходится преодолевать большие расстояния. Использование более высоких напряжений помогает свести к минимуму потери энергии при ее перемещении.

В определенных областях, называемых электрическими подстанциями, огромные трансформаторы уменьшают эти высокие напряжения до более низких напряжений, чтобы отправить их в определенные области. Вы когда-нибудь видели электрическую подстанцию ​​возле своего дома? Обычно их можно узнать по наличию множества электрических линий и оборудования, в том числе многочисленных трансформаторов.

Понижающие трансформаторы на подстанциях снижают высокое напряжение до более низкого в диапазоне 7200 вольт. Когда электричество достигает вашего района, трансформаторы на вершинах опор или заземляющих коробок, подключенных к подземным проводам, снижают напряжение электричества до 220-240 вольт для использования в вашем доме.Некоторые крупные электроприборы, такие как водонагреватели, плиты и кондиционеры, будут использовать 220-240 вольт, в то время как большинство других более мелких электроприборов будут использовать 110-120 вольт.

Так как же трансформаторы работают с этой электрической магией? Все это происходит из-за пары простых фактов об электричестве. Трансформаторы работают, потому что переменный ток электричества (известный как переменный ток или переменный ток), протекающий по проводам, входящим в трансформатор (первичный ток), создает магнитное поле. Это флуктуирующее магнитное поле создает ток (вторичный ток) во втором наборе проводов, выходящих из трансформатора, посредством процесса, называемого электромагнитной индукцией.

Чтобы сделать этот процесс более эффективным, провода, входящие и выходящие из трансформатора, скручиваются в петли или обвиваются вокруг железного стержня, называемого сердечником. Если первичная и вторичная катушки имеют одинаковое количество витков или витков, напряжение в каждой из них будет одинаковым. Однако если вторичная катушка имеет больше или меньше петель или витков, то напряжение вторичного тока будет больше или меньше первичного тока.

Например, если первичная обмотка имеет 10 витков, а вторичная обмотка имеет один виток, то трансформатор уменьшит первичное напряжение в 10 раз. Таким образом, ток, поступающий в трансформатор при 1000 вольт, оставит трансформатор при 100 вольт .

Трансформатор — его работа, конструкция, типы и использование

Они являются неотъемлемой частью электрической системы, и их применение можно наблюдать практически во всех областях электротехники, начиная от систем электроснабжения и заканчивая обычными бытовыми приборами.

С развитием источников питания переменного тока возникла потребность в трансформаторах. Раньше передача электроэнергии постоянного тока осуществлялась, что приводило к большим потерям и низкой эффективности.

Мы только что запустили нашу серию Power Systems Engineering Vlog , и в этой серии мы собираемся рассказать о всевозможных исследованиях и комментариях по инженерным системам питания. Мы рассмотрим различные блоги, написанные AllumiaX. Это весело, живо, по сути это видеоблог, и мы надеемся, что вы присоединитесь к нам и получите от этого пользу.

​Однако, увеличив напряжение передачи с помощью трансформатора, эта проблема была решена. Увеличение напряжения сопровождается уменьшением тока, чтобы поддерживать постоянную мощность в трансформаторе.

А при потерях мощности, прямо пропорциональных квадрату тока, приводит к уменьшению тока в 10 раз, следовательно, к уменьшению потерь в 100 раз. Действительно, без трансформаторов мы не смогли бы использовать электрические сила, которую мы используем сейчас.

Вот почему мы производим электроэнергию с напряжением от 11 до 25 кВ, а затем повышаем его до 132 220 или 500 кВ для передачи с минимальными потерями, а затем понижаем напряжение для безопасного бытового и коммерческого использования.

Строительство трансформатора

Трансформатор состоит в основном из сердечника, обмоток и бака, однако в некоторых трансформаторах также присутствуют втулки, сапуны, радиаторы и расширители.

​ Сердечник:  Сердечник трансформатора изготовлен из мягкого железа или кремнистой стали, что обеспечивает путь с низким магнитным сопротивлением (линии магнитного поля могут легко проходить через них).

Сердечники трансформаторов ламинированы для уменьшения потерь на вихревые токи, пластины обычно имеют толщину от 2,5 мм до 5 мм и изолированы друг от друга и обмоток оксидным, фосфатным или лаковым покрытием. Сердцевина состоит из пластин различной формы, таких как E, L, I, C и U.

В трансформаторах с кожухом сердечник окружает или покрывает обмотки наподобие оболочки.

В трансформаторах с сердечником обмотки наматываются вокруг двух ветвей или прямоугольников сердечника.

Обмотки:

​Однофазный 2-обмоточный трансформатор обычно имеет 2 обмотки, первичную и вторичную обмотки, изготовленные из высококачественной многопроволочной меди. Обмотки намотаны вокруг сердечника и совершенно не имеют электрического контакта друг с другом.

Их также можно назвать обмотками высокого напряжения и обмотками низкого напряжения соответственно, при этом обмотка высокого напряжения имеет большую изоляцию, чем обмотка низкого напряжения.

Принцип работы:

Основным принципом работы трансформатора является работа взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками, которые связаны общим магнитным потоком через сердечник трансформатора. Сердечник обеспечивает путь с низким сопротивлением для прохождения магнитного потока.

Трансформатор имеет первичную и вторичную обмотки, как описано выше. Обмотку, подключенную к источнику, можно рассматривать как первичную обмотку, а ток, который она несет, можно рассматривать как имеющую собственное магнитное поле.

Это магнитное поле создается поперек сердечника и меняет направление из-за переменного тока, и теперь согласно закону электромагнитной индукции Фарадея:

Скорость изменения потокосцепления во времени прямо пропорциональна ЭДС, индуцированной в проводнике или катушке

​Это изменение магнитного поля индуцирует напряжение на вторичной обмотке, которое пропорционально числу витков на обмотках.Это можно дополнительно понять с помощью следующего уравнения:

Коэффициент трансформации трансформатора:

Обе обмотки трансформатора Т.е. первичный и вторичный имеют определенное количество витков. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называется коэффициентом витков.

Где:

N _P =

витков первичной обмотки

N _S =

витков вторичной обмотки

Идеальный трансформатор:

Идеальный трансформатор — это трансформатор, который дает выходную мощность, точно равную входной мощности.Это означает, что у него нет никаких потерь.

Идеальных трансформаторов не существует, они используются только для упрощения расчетов трансформаторов. Их отношение напряжений можно смоделировать с помощью этих простых уравнений:

Где:

В _P = напряжение на первичной стороне

В _S = напряжение вторичной стороны

А мощность дается:

И

или

Где:

Другими словами, идеальный трансформатор будет иметь 100% КПД за счет отсутствия потерь мощности.

Мы можем предположить, что идеальный трансформатор будет иметь нулевое сопротивление обмотки, поток рассеяния и потери в меди или сердечнике.

Эквивалентная схема идеального трансформатора:

Эквивалентная схема идеального трансформатора не будет моделировать какое-либо сопротивление или какое-либо реактивное сопротивление, потому что все типы присутствующих потерь считаются несуществующими. Итак, мы получаем очень упрощенную принципиальную схему.

Чем Идеальный Трансформер отличается от Реального Трансформера?

На самом деле у нас есть трансформаторы, которые состоят из некоторых потерь мощности; следовательно, выходная мощность никогда не равна входной мощности трансформатора.

Реальные трансформаторы будут иметь некоторое значение сопротивления обмотки, поток рассеяния, а также потери в меди и сердечнике, которые мы обсудим ниже.

Ток намагничивания:

Это ток, необходимый для создания потока в сердечнике трансформатора (или его намагничивания).

Можно заметить, что, когда на трансформатор подается питание переменного тока при размыкании вторичной цепи, небольшой ток все равно будет протекать через первичную сторону.

​ Этот ток состоит из тока намагничивания (i _m ) и тока потерь в сердечнике (i _h+e ).

​Некоторые важные моменты о токе намагничивания:

1. Он не является чистой синусоидой и будет иметь более высокие частотные составляющие, как только ядро ​​начнет насыщаться.​
2. Как только сердечник достигает своего максимального потока, небольшое увеличение потока потребует очень высокого тока намагничивания.​

Ток потерь в сердечнике компенсирует потери на гистерезис и вихревые токи в сердечнике.​

Сумма тока намагничивания и тока потерь в сердечнике известна как ток возбуждения трансформатора.

Потери:

Трансформатор представляет собой статическое устройство и не имеет вращающихся частей, поэтому у него нет потерь при вращении. Однако он имеет следующие электрические потери:

1. Потери в сердечнике или стали
2. Медные потери

Потери в сердечнике:

Потери в сердечнике называются потерями в железе, потому что они связаны или являются следствием железного сердечника трансформатора.

Их можно разбить на 2 части.

1. Гистерезис потерь
2. Потери на вихревые токи

Потеря гистерезиса:

Можно считать, что любой ферромагнитный материал имеет множество небольших магнитных доменов (маленьких постоянных магнитов), которые указывают в случайных направлениях. Когда к железу приложено внешнее магнитное поле, эти домены выстраиваются в направлении поля.

Однако, когда переменный ток меняет свое направление, магнитное поле также меняет свое направление, и магнитные домены также должны менять свое направление в соответствии с магнитным полем.

Некоторые магнитные домены будут выравниваться, но для выравнивания некоторых потребуется дополнительная энергия. Эта энергия, необходимая для переориентации магнитных доменов во время каждого цикла переменного тока, известна как гистерезисные потери.

Потери на вихревые токи:

Переменный поток в сердечнике трансформатора соединяется со вторичной обмоткой и индуцирует на ней напряжение в соответствии с законом Фарадея.

Также вероятно, что этот переменный поток будет связан с другими проводящими частями трансформатора, такими как железный сердечник и железный кожух или корпус.

Этот переменный поток будет индуцировать локальные напряжения в этих частях, что затем приведет к завихрениям тока, протекающим внутри них. Эти токи известны как вихревые токи.

Эти токи вызывают потери энергии из-за удельного сопротивления сердечника или проводящей части, на которой они возникают, поэтому энергия рассеивается в виде тепла.

Как гистерезис, так и потери на вихревые токи приводят к нагреву сердечника трансформатора.

Потери меди:

Первичная и вторичная обмотки трансформатора всегда будут иметь некоторое собственное сопротивление, и протекание тока через это сопротивление всегда будет приводить к потерям энергии.

Поскольку обмотки изготовлены из меди, потери энергии или тепла в них называются потерями в меди.

Потери меди можно дать:

Итак, чем больше величина тока, тем больше будут потери в меди. Вот почему эти потери также известны как переменные потери, поскольку они зависят от нагрузки.

Реактивное сопротивление утечки:

Первичная и вторичная обмотки создают собственный поток, который связан друг с другом, это известно как взаимный поток.

Однако не весь магнитный поток между первичной и вторичной обмотками связан.

Некоторый поток, создаваемый первичной обмоткой, не будет связан со вторичной обмоткой, а некоторый поток, создаваемый вторичной обмоткой, не будет связан с первичной обмоткой.

Этот поток, который связан только с одной из обмоток, а не с обеими, известен как поток рассеяния.

Обмотки индуктивны по своей природе, поэтому этот поток рассеяния будет создавать собственное реактивное сопротивление или полное сопротивление в обмотках, известное как реактивное сопротивление рассеяния.

Это реактивное сопротивление утечки вызовет падение напряжения в первичной и вторичной обмотках.

Эквивалентная схема трансформатора:

Эквивалентная схема трансформатора представляет собой упрощенное представление трансформатора, состоящее из сопротивлений и реактивных сопротивлений.

Эквивалентная схема помогает нам выполнять расчеты трансформатора, поскольку базовый анализ схемы теперь можно применить к трансформатору.

Резистор R

_P и Резистор R _S :

​Эти резисторы моделируют резистивные потери в меди в трансформаторе и легко представляются.

Х _М :

Как мы упоминали ранее, ток возбуждения или ток холостого хода равен сумме тока намагничивания и тока потерь в сердечнике.

Таким образом, ток намагничивания можно смоделировать реактивным сопротивлением X _M , подключенным к первичному источнику напряжения.

Р _С :

Потери в сердечнике, состоящие из потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис, можно смоделировать сопротивлением R _C  , подключенным к первичному источнику напряжения

Xm и Rc известны как ветвь возбуждения.

X _P и X _S :

X _p — реактивное сопротивление рассеяния на первичной обмотке, а X _S — реактивное сопротивление рассеяния на вторичной обмотке.

В отношении первичной и вторичной сторон:

Эквивалентная схема, показанная выше, является точным представлением трансформатора. Однако для решения практических схем трансформатора необходимо преобразовать всю схему в единый уровень напряжения.

Это делается путем обращения цепи к ее первичной или вторичной стороне.

На первичную сторону:

Чтобы сослаться или преобразовать схему в первичную сторону, мы сначала находим значение константы »a».

Где a  =  N _p N _s

Теперь, когда мы нашли «a», мы можем преобразовать сопротивление вторичной обмотки Rs и реактивное сопротивление Xs в первичную сторону, умножив их оба на a ² .

R _S ^‘ = R _S x a ²

X _S ^‘ = X _S x a ²

Вторичное напряжение Vs умножается на «а», а вторичный ток Is делится на «а».

На вторичную сторону:

Учитывая значение константы «а», мы делим значения сопротивления первичной стороны и реактивного сопротивления на a ² .

То же самое будет сделано для X _M  и R _C .

R _P ^‘  =  R _P a ²

X _P ^‘  =  X _P a ²

R _C ^‘  =  R _C a ²

X _M ^‘  =  X _M a ²

Первичный ток умножается на «а», а первичное напряжение делится на «а».

После того, как мы отнесли наши значения к одной конкретной стороне, первичной или вторичной, мы можем затем переместить ветвь возбуждения на передний план и последовательно добавить сопротивления и реактивные сопротивления, как показано на принципиальных схемах.

Эффективность:

КПД трансформатора — это отношение выходной мощности трансформатора к входной мощности.

Дано

η = P _{= P OUT P OUT + P потери x 100%}

Где:

​Поскольку выходная мощность всегда будет меньше входной мощности, КПД трансформатора всегда будет находиться в пределах 0-100%, в то время как идеальный трансформатор будет иметь КПД 100%.

Чтобы рассчитать КПД трансформатора из эквивалентной схемы, мы просто добавляем потери в меди и потери в сердечнике к уравнению КПД, чтобы получить следующее уравнение:

η = P _{= P out P Out + P CU + P Core x 100%}

Регулировка напряжения:

Также важно знать, что, поскольку внутри трансформатора есть последовательные импедансы, на них также будут падения напряжения. Это приведет к изменению выходного напряжения с переменной нагрузкой, даже если входное напряжение остается постоянным.

Величина, которая сравнивает выходное напряжение без нагрузки с выходным напряжением при полной нагрузке, называется регулированием напряжения.

Его можно рассчитать по следующему уравнению:

VR = V _{= V S.nl — V S.FL V S.FL}

5 x 100%

Где:

В _С.NL = выходное напряжение без нагрузки

В _S.FL  = Выходное напряжение при полной нагрузке

Следует отметить, что идеальный трансформатор будет иметь регулировку напряжения 0%.

Типы трансформаторов и их применение

Здравствуйте! На связанную тему мы ранее писали в блоге о типах трансформаторов.  Если это вас заинтересует, проверьте и сообщите нам, что вы думаете

Повышающий трансформатор:

​Эти трансформаторы повышают более низкий уровень напряжения на первичной стороне до более высокого значения напряжения на вторичной стороне. При этом вторичная обмотка имеет большее число витков, чем первичная.

Они в основном используются на генерирующих станциях, где генерируемое напряжение около 11 кВ повышается до 132 кВ или более для передачи.

Понижающий трансформатор:

Понижающие трансформаторы снижают высокое напряжение на первичной стороне до более низкого значения напряжения на вторичной стороне. При этом первичная обмотка имеет большее число витков.

Понижающие трансформаторы используются на сетевых станциях для снижения высокого напряжения передачи до более низкого значения, подходящего для распределения и использования.Их также можно найти на наших мобильных зарядных устройствах.

Другие типы включают силовые трансформаторы, распределительные трансформаторы, трансформаторы с сердечником, однофазные и трехфазные трансформаторы, внутренние и наружные трансформаторы. Вы можете проверить наш предыдущий блог, посвященный типам трансформаторов и их применению.

Ограничения трансформатора:

Здесь также важно отметить, что трансформатор будет работать только в сети переменного тока. Это связано с тем, что постоянный ток (DC) будет создавать постоянное магнитное поле вместо изменяющегося магнитного поля, и, следовательно, во вторичной обмотке не будет индуцироваться ЭДС.

На этом мы завершаем тему трансформаторов. Мы надеемся, что этот блог был полезен и дал вам ценную информацию по этой теме. Не стесняйтесь предлагать или задавать любые вопросы, которые могут у вас возникнуть, в разделе комментариев ниже. Спасибо.

Все, что вам нужно знать о понижающем трансформаторе

Трансформатор — это устройство, которое обеспечивает изменение напряжения в электронной цепи переменного тока. Они используются во многих электрических и электронных устройствах.Эти трансформаторы различаются по конструкции и принципу действия. Есть два очень общих типа трансформаторов, повышающие и понижающие трансформаторы. Из этих двух типов понижающие трансформаторы являются одними из самых популярных. Итак, что такое понижающий трансформатор напряжения? Этот пост знакомит вас с этим трансформатором и принципами его работы.

Понижающий трансформатор напряжения Обсуждается в
Краткое описание

Это просто устройство, которое понижает или понижает входное напряжение на заданный коэффициент, так что вторичное напряжение становится ниже первичного.Это важно в случае распределения электроэнергии, когда напряжение от электростанции подается на подключенные электростанции и в сеть. Понижающий трансформатор работает синхронно с системой распределения электроэнергии, беря гораздо более высокое напряжение электростанции и понижая его до напряжения, которое можно использовать во всех видах электрических устройств. Снижение уровней напряжения имеет важное значение при распределении энергии, поставляемой электростанциями и распределяемой между конечными потребителями.

Как
Понижающий трансформатор напряжения работает?

В первую очередь, понижающий трансформатор работает по основному принципу электромагнитной индукции. Согласно первому закону электромагнитной индукции Фарадея, проводник, помещенный в переменное электромагнитное поле, будет видеть индуцированный ток, зависящий от скорости изменения потока. Так как трансформатор состоит из двух катушек, первичной и вторичной обмоток, они имеют большую взаимную индукцию и общее магнитное поле.Таким образом, первичная обмотка может индуцировать ток во вторичной обмотке.

Что включает в себя
понижающий трансформатор напряжения?

Трансформатор напряжения понижающий состоит из первичной и вторичной обмотки и магнитопровода. Первичная катушка имеет большее количество витков, чем вторичная. Эти катушки в основном изготавливаются из медных или алюминиевых проводников. Вот несколько советов, которые вы должны учитывать:

• Первичная обмотка подключена к первичному напряжению, а вторичная обмотка к нагрузке, которая потребляет результирующее пониженное напряжение/ток.
• Приложенное переменное напряжение дает толчок первичной обмотке. Переменный ток в первичной обмотке индуцирует поток в магнитном сердечнике, вокруг которого намотана первичная обмотка.
• Общий переменный магнитный поток, который теперь также проходит через центр вторичной обмотки, теперь индуцирует ток в проводе вторичной обмотки.
• Уровень напряжения вторичной обмотки зависит от количества обмоток, через которые проходит поток. Количество витков первичной обмотки и количество витков вторичной обмотки дают результирующее отношение витков, при котором напряжение снижается.
• Мы знаем, что ток прямо пропорционален напряжению. Таким образом, ток во вторичной обмотке обычно выше из-за более низкого напряжения (при том же уровне мощности). Это означает, что ток в первичной обмотке обычно меньше.

Трансформаторы широко используются в производстве, передаче и распределении электроэнергии. Кроме того, они используются для обеспечения электрической изоляции в таких устройствах, как дверной звонок, в целях безопасности. Они также помогают управлять двигателем в различных электрических и электронных устройствах.

Custom Coils — известный производитель трансформаторов всех типов мирового класса. Компания предлагает понижающие трансформаторы напряжения в различных конфигурациях, которые помогут вам удовлетворить ваши требования.

Все, что вам нужно знать о понижающем трансформаторе Последнее изменение: 21 августа 2020 г., автор: gt stepp

О gt stepp

GT Stepp — инженер-электрик с более чем 20-летним опытом работы, специалист в области исследований, оценки, тестирование и поддержка различных технологий.Посвященный успеху; включая сильные аналитические, организационные и технические навыки. В настоящее время работает менеджером по продажам и операциям в Custom Coils, разрабатывая стратегии продаж и маркетинга, которые увеличивают продажи, чтобы сделать Custom Coils более узнаваемыми и уважаемыми на рынке.

Понимание того, как работают трансформаторы

Как работают трансформеры

Там

есть много размеров, форм и конфигураций трансформаторов от крошечных до гигантских, как те

используется в силовой передаче. Некоторые поставляются с заглушенными проводами, другие с винтами или

плоские клеммы, некоторые из которых предназначены для монтажа на печатных платах, другие для привинчивания или болтового соединения

вниз.

Трансформаторы состоят из многослойного железного сердечника.

с одной или несколькими обмотками провода. Их называют трансформерами, потому что они трансформируют

напряжение и ток с одного уровня на другой. Переменный ток, протекающий через

одна катушка провода, первичная, индуцирует напряжение в одной или нескольких других катушках проволоки,

вторичные катушки.Это изменяющееся напряжение переменного тока, которое индуцирует напряжение в

другие катушки через изменяющееся магнитное поле. Напряжение постоянного тока, например, от батареи или постоянного тока

блок питания не будет работать в трансформаторе. Только переменный ток заставляет трансформатор работать.

Магнитное поле проходит через железный сердечник. Чем быстрее меняется напряжение, тем

выше частота.

Чем ниже частота, тем больше железа требуется в

ядро для эффективной передачи энергии.В США частота линии 60

Герц с номинальным напряжением 110 вольт. В других странах используется 50 Гц, 220 вольт.

Трансформаторы, рассчитанные на 50 Гц, должны быть немного тяжелее трансформаторов, рассчитанных на 60 Гц, потому что

у них должно быть больше железа в ядре. Напряжение в сети может немного варьироваться и обычно составляет

от 110 до 120 вольт или от 220 до 240 вольт в зависимости от страны или мощности

соединения. В дом в США поступает 220 вольт, но он разделен на две ноги.

110 В путем заземления центрального ответвления (см. раздел конфигурации ниже)

Отношение входного напряжения к выходному напряжению равно

к отношению витков провода вокруг сердечника на входной стороне к выходной стороне. А

катушка провода на входе называется первичной, а на выходе называется

вторичный. Первичных и вторичных катушек может быть несколько. Коэффициент текущей ликвидности

противоположно соотношению напряжений. Когда выходное напряжение ниже входного

напряжение, выходной ток будет выше, чем входной ток. Если есть 10

количество витков провода на первичной обмотке больше, чем на вторичной, и вы подаете 120 вольт.

на первичке будет 12 вольт на вторичной.Если вытащить 2 ампера из

вторичный, вы будете использовать только 0,2 ампера или 200 миллиампер для первичного.

Трансформаторы можно построить так, чтобы они имели одинаковое количество

обмоток на первичной и вторичной обмотках или разное количество обмоток на каждой. Если они

одинаковы, входное и выходное напряжение одинаковы, а трансформатор используется только для

изоляция, поэтому нет прямого электрического соединения (они связаны только через

общее магнитное поле). Если на первичной обмотке больше витков, чем на

вторичная сторона, то это понижающий трансформатор. Если витков больше

вторая сторона, то это повышающий трансформатор.

Трансформатор можно использовать в обратном направлении, и он

работать нормально. Например, если у вас есть повышающий трансформатор, рассчитанный на преобразование 120

вольт до 240 вольт, так же можно использовать для понижающего трансформатора поставив 240 вольт

во вторичную сторону, и вы получите 120 вольт на первичной стороне.Эффективно,

вторичное становится первичным и наоборот.

Номинальная мощность трансформатора

Напряжение измеряется в вольтах, ток измеряется в

ампер, а единицей измерения мощности является ватт. Ватты равны вольтам, умноженным на

усилители. В трансформаторе есть небольшая потеря мощности из-за комбинации

сопротивление и реактивность. Реактивное сопротивление аналогично сопротивлению, за исключением того, что

сопротивление переменному току или, более технически, сопротивление изменению изменения

текущий из-за изменения в созданном поле.Это тепло ограничивает количество

тока или мощности, с которыми может справиться трансформатор. Чем выше ток, тем больше тепла

произведено. Когда провода сильно нагреваются, изоляция разрушается и происходит короткое замыкание.

соседние провода, что вызывает больше тепла, что в конечном итоге плавит провода и разрушает

трансформатор.

Базовый трансформатор не имеет дополнительных компонентов, поэтому

ничто не защитит его от перегрузки. Если бы вы соединили два выходных провода

непосредственно вместе, это создаст короткое замыкание и вызовет слишком большой ток для

протекать как по первичной, так и по вторичной обмотке, и вы сожжете трансформатор. в

таким же образом, если вы используете трансформатор для питания резака для пены с горячей проволокой, и вы используете

провод со слишком маленьким сопротивлением для вашего пенореза, вы сожжете свой трансформатор, если

у вас нет защиты с помощью предохранителя или прерывателя надлежащего номинала. Вы должны убедиться

что сопротивление провода, другими словами, калибр или диаметр и длина соответствуют

ограничить величину тока ниже номинала трансформатора.

Чем выше ток, тем больше должны быть провода

которые несут этот ток.Когда провода больше, сопротивление меньше и поэтому

меньше тепла. Мощность, которая преобразуется в тепло и теряется, может быть рассчитана как P=I ² Р.

Это означает, что если вы удвоите ток, мощность, теряемая на тепло, увеличится в четыре раза.

Если трансформатор понижающий, то ток на выходе будет больше.

и поэтому провод во вторичной обмотке будет тяжелее первичной. То

обратное верно для повышающего трансформатора.

Трансформатор может быть рассчитан в амперах, вольт-амперах (ВА) или

Вт (Вт). Для малых трансформаторов ВА и Ватты — это одно и то же для всех практических

целей. В больших промышленных трансформаторах участвуют коэффициенты мощности, и они могут

будь другим. Если номинал трансформатора указан в амперах, обычно указывается X ампер при X вольт.

и оценивается на выходе или вторичной стороне. Трансформатор на 120 В с выходным напряжением 24 В, рассчитанным на

2 ампера означает, что вы можете безопасно тянуть только 2 ампера со вторичной стороны.Ты сможешь

Найдите номинальную мощность трансформатора, умножив номинальный ток на выходную мощность.

напряжение, поэтому 2 х 24 = 48 Вт.

Если мощность трансформатора указана в ВА или ваттах, вы можете

рассчитайте максимально допустимый выходной ток, разделив ВА или ватты на выходную мощность

Напряжение. Таким образом, если трансформатор рассчитан на 48 ВА с выходным напряжением 24 В, допустимая

выходной ток 48 / 24 = 2 ампера.

Конфигурации трансформатора

А

Трансформатор на 120 вольт с двумя входными и двумя выходными проводами очень прост.Вы подключить

два провода на первичной стороне, стороне 120 В, к розетке и вашему выходному напряжению

находится на двух проводах, идущих от вторичной стороны.

Когда трансформатор показан в электронной схеме,

это показано в виде диаграммы, как показано здесь. Параллельные линии представляют собой ламинированные

железный сердечник, изогнутые линии обозначают первичную и вторичную обмотки, кружки

представляют собой окончания, будь то клеммы или короткие провода.

Центральный кран

Распространенной конфигурацией является центральный отвод или ТТ. То

вторичная сторона имеет три провода. Средний провод на выходной стороне присоединен к

вторичная катушка, обычно в середине. Если коэффициент намотки 5 к 1, то при

120 В, вы получите 24 В на выходе на двух внешних проводах, но если вы подключите

внешний провод и центральный провод, вы получаете 12 вольт, потому что вы используете только половину

вторичная обмотка, обеспечивающая соотношение 10 к 1.Если трансформатор рассчитан на

при 2 амперах вы по-прежнему можете использовать только 2 ампера на выходе, независимо от того, используете ли вы 12 вольт или 24 вольта.

Часто центральный ответвитель заземлен, поэтому у вас есть два источника на 12 В, которые можно использовать для

сделать + и — 12В постоянного тока после прохождения через преобразователь (выпрямитель и фильтр).

Двойной выход

То

конфигурация с двумя выходами похожа на центральный ответвитель, за исключением того, что вместо подключения

провод к центру катушки, катушка разделена на две отдельные катушки с проводами

с клеммами или проводами, выходящими с обоих концов обеих катушек, так что четыре провода выходят из

вторичная сторона вместо трех.

Если трансформатор представляет собой вход 110 В с двумя входами 12 В

выходы, вы можете соединить две вторичные катушки последовательно, чтобы получить 24 вольта, или вы можете

соедините их параллельно, чтобы получить 12В. Вы должны быть осторожны, чтобы правильно подключить

концы двух вторичных катушек как при последовательном, так и при параллельном соединении. Если

вы поменяете местами соединения, вы получите 0 вольт, потому что два напряжения аннулируются

друг друга.

Если трансформатор рассчитан на 48 ВА, то можно использовать

до 2 ампер для 24-вольтового соединения, которое ничем не отличается от центрального крана или

конфигурация с одним выходом 24В. Однако при параллельном соединении получается 12 вольт

выход, но удвойте доступный выходной ток, чтобы вы могли получить 4 ампера. Вы получаете

полный выход 48 ВА, где с выходом 12 В с центральным отводом вы можете получить только половину номинального

выход или 24 ВА. Это преимущество резаков для пенопласта с горячей проволокой, потому что у вас более широкий

диапазон диаметров и длин проводов в зависимости от того, подключаете ли вы выходы параллельно

или серия. Последовательное и параллельное соединения показаны ниже.

Двойной ввод

То

Трансформатор с двойным входом часто используется, чтобы трансформатор можно было использовать как в

страны с линейным напряжением 120 В и линейным напряжением 240 В.Первичный разделяется на

две отдельные обмотки с клеммами на каждом конце обеих обмоток, так что есть четыре провода или

терминалы на первичной стороне.

Чтобы использовать его с входом 110 вольт, два первичных

обмотки соединены параллельно, как на левой схеме ниже. Необходимо соблюдать осторожность

соедините правильные концы вместе. Если они перевернуты, поля отменяют друг друга

out, потому что поля, генерируемые каждым разделом первичного, противоположны.

Обычно клеммы маркируются цифрами или буквами, а на клеммах имеется схема.

трансформатора или в сопроводительном техпаспорте, показывающем, как должны быть выполнены соединения для

110В и 220В.

Если трансформатор должен быть подключен к сети 220 В,

затем две катушки соединяются последовательно, и снова необходимо позаботиться о подключении

Правильные окончания вместе. Параллельные подключения для 110 В и серийных соединений

для 220В показано ниже.

Двойной вход и выход

И, конечно же, можно иметь как двойной вход, так и

двойной выход, поэтому у вас есть четыре входа и четыре выхода, что дает еще большую гибкость

к использованию трансформатора.

Некоторые специализированные трансформаторы могут иметь несколько

вторичные ответвления или несколько вторичных обмоток для обеспечения различных напряжений, и они не должны

быть четными числами.Трансформатор может иметь выход 3 В, 5 В, 12 В и 24 В для

пример.

Автотрансформаторы (вариак)

Автотрансформатор часто называют Variac

что на самом деле является торговой маркой автотрансформатора одной компании. Оно имеет

непрерывное выходное напряжение от нуля до значения, немного превышающего входное значение. Он работает аналогично

к потенциометру или реостату, за исключением того, что изменение напряжения происходит из-за изменения поля

а не сопротивление.Еще одно отличие состоит в том, что потенциометр или реостат очень

неэффективен, потому что он преобразует ток, протекающий через него, в тепло (Ватт = Ампер X

вольт). Как и во всех трансформаторах, сопротивление низкое, поэтому количество выделяемого тепла

намного меньше и намного эффективнее при преобразовании напряжения

Автотрансформатор имеет только одну обмотку, которая обслуживает

как первичная, так и вторичная обмотка.Потому что обмотка всего одна.

нет гальванической развязки между входом и выходом, но если изоляция не

требуется, то он обеспечивает альтернативу многообмоточным трансформаторам в некоторых

ситуации.

У этого трансформатора входные провода подключены к одному

конец обмотки и другой немного пути от другого конца. Вторичный это

подключен к той же точке, что и входная сторона, которая находится на конце. Другой вторичный

подключение к грязесъемнику, который едет поверх обмоток, где была изоляция

удалены, чтобы грязесъемник мог соприкасаться с обмотками в любой точке одной поверхности.

Стеклоочиститель подключен к ручке в верхней части автотрансформатора, чтобы человек мог включить

ручку, чтобы получить напряжение, которое они хотят. Поскольку один первичный провод подключен далеко от

конец обмотки, движок может пройти мимо этой точки и, таким образом, обеспечить более высокое напряжение

чем на входе, обычно выходное напряжение 110 В может достигать примерно 130 В на вторичной стороне.

Поскольку автотрансформатор имеет только одну обмотку,

есть только один размер провода, поэтому максимальный входной ток также является максимальным выходным

Текущий. Если автотрансформатор на 110 вольт рассчитан на 10 ампер, то максимальная выходная мощность

ток 10 ампер независимо от напряжения. Если он измеряется в ваттах или ВА, то

Ампер рассчитывается путем деления Вт или ВА на номинальное входное напряжение.

Автотрансформатор — хорошая альтернатива ступени

понижающий трансформатор, когда диапазон требуемых напряжений находится на верхнем уровне или весь диапазон

напряжение необходимо, но становится дороже, если диапазон находится на нижнем уровне, потому что вы

иметь много неиспользуемых обмоток. Понижающий трансформатор более экономичен.

Для резки пеноматериала горячей проволокой автотрансформатор намного

дороже, чем понижающие трансформаторы в большинстве приложений.Если напряжение

требуется более 24 вольт, тогда можно рассмотреть автотрансформатор.

Фазы и соединение нескольких обмоток

Для простоты я не упомянул фазу, но

при соединении двух и более обмоток вместе фаза становится очень важной. переменный ток

ток представляет собой синусоиду, а напряжение изменяется от положительного к отрицательному и обратно в

синусоидальный ритм несколько раз в секунду.Как часто меняется напряжение, называется

частота и раньше называлась циклами в секунду, но теперь называется герцами (сокращенно Гц).

Бытовой ток в США и некоторых других странах 60 Гц, в других странах 50 Гц.

Когда речь идет о двух формах волны, таких как две обмотки, связь между

две синусоиды — это фаза. Если синусоидальные волны совпадают, они находятся в фазе, если

положительный пик одной волны совпадает с отрицательным пиком другой волны, две волны

на 180 не совпадают по фазе.Фаза между одним концом катушки и другим также равна 180

не в фазе. Когда один конец находится на положительном пике, другой конец будет на

противоположный пик. Так как должна быть разница в напряжении между двумя точками для

ток течет, два конца обмотки должны иметь противоположное напряжение в любой момент времени.

Разность фаз между двумя обмотками зависит от

направление обмоток и способ их соединения, поэтому на электрических схемах точка у

один конец обмотки указывает начало этой обмотки.Для простоты,

Я оставил точки на схемах в этой статье. Однако при соединении двух

катушки вместе, очень важно правильно их соединить.

Для последовательного соединения необходимо соединить конец

одна обмотка к началу другой обмотки (обмотки для нескольких катушек всегда наматываются

в том же направлении). Если соединить начало одной обмотки с концом

другая обмотка в последовательном соединении, поля аннулируются, и вы получите ноль

вывод.Это не повредит трансформатору, но вы не получите выходного напряжения.

Когда

соединяя две обмотки параллельно, необходимо соединить начало одной обмотки с началом

другой обмотки и два конца обмоток вместе. Параллельно

подключение, подключение проводов в обратном порядке сожжет ваш трансформатор , если нет

должным образом защищены (надлежащий номинальный ток) предохранителем или автоматическим выключателем.Будь очень

осторожно при соединении двух катушек вместе.

Дальнейшее чтение

По сути, это был всего лишь обзор

мирянин. Хотя физически трансформатор представляет собой довольно простое устройство с небольшим количеством деталей,

как это на самом деле работает, довольно сложно. Я рекомендую превосходную книгу Рода Эллиота.

статьи, если вы хотите лучше их понять:

Трансформеры — Основы (Раздел 1),
(раздел 2),
(Раздел 3)
 

У него также есть много других статей по электронике

включая блоки питания.