Общее устройство трансформатора: определение, классификация и принцип работы

Трансформаторы. Общее устройство и принцип работы трансформаторов

Похожие презентации:

3D печать и 3D принтер

Видеокарта. Виды видеокарт

Анализ компании Apple

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Устройство стиральной машины LG. Электрика

Конструкции распределительных устройств. (Лекция 15)

Электробезопасность. Правила технической эксплуатации электроустановок

Магнитные пускатели и контакторы

Работа на радиостанциях КВ и УКВ диапазонов. Антенны военных радиостанций. (Тема 5.1)

Трансформаторы
Трансформатор — это статическое устройство, имеющее две
или более обмотки, предназначенное для преобразования
посредством электромагнитной индукции одной или
нескольких систем переменного напряжения и тока в одну
или несколько других систем переменного напряжения и
тока, имеющих обычно другие значения при той же частоте, с
целью передачи мощности. (Источник: ГОСТ 30830-2002)
Они применяются повсеместно: на подстанциях, в городах и

поселках, стоят силовые трансформаторы, понижающие
высокое напряжение в тысячи и даже десятки тысяч Вольт до
привычных нам 380/220 Вольт, на предприятиях стоят
сварочные трансформаторы которые совершенно незаменимы
на производстве, трансформаторы так же применяются и у
нас дома в бытовой технике: в СВЧ-печах, блоках питания
компьютеров и даже зарядных устройствах для телефонов.
Общее устройство и принцип работы трансформаторов
В общем виде трансформатор представляет собой
две обмотки расположенных на общем магнитопроводе.
Обмотки выполняются из медного или алюминиевого
провода в эмалевой изоляции, а магнитопровод изготовлен
из тонких изолированных лаком пластин
электротехнической стали, для уменьшения потерь
электроэнергии на вихревые токи (так называемые токи
Фуко).
Та обмотка, которая подключается к источнику
питания, называется первичной обмоткой, а обмотка к
которой подключается нагрузка — соответственно
вторичной. Если со вторичной обмотки (W2)
трансформатора снимается напряжение (U2) ниже, чем
напряжение (U1) которое подаётся на первичную обмотку
(W1), то такой трансформатор считается понижающим, а
если выше — повышающим.
Схема общего устройства трансформатора
Металлическая часть на которой располагается электрическая обмотка (катушка),
т.е. которая находится в ее центре, называется сердечником, в трансформаторах этот
сердечник имеет замкнутое исполнение и является общим для всех обмоток
трансформатора, такой сердечник называется магнитопроводом.
Как уже было сказано выше принцип работы трансформаторов основан на законе
электромагнитной индукции, для понимания того как это работает представим
самый простой трансформатор, аналогичный тому который представлен на рисунке
2, т.е. у нас есть магнитопровод на котором располагаются 2 обмотки, представим,
что первая обмотка состоит всего из одного витка, а вторая — из двух.
Теперь подадим напряжение 1 Вольт на первую обмотку, ее единственный виток
условно создаст магнитный поток величиной в 1 Вб (Справочно: Вебер (Вб) —
единица измерения магнитного потока) в магнитопроводе, так как магнитопровод
имеет замкнутое исполнение магнитный поток будет протекать в нем по кругу при
этом пересекая 2 витка второй обмотки, при этом в каждом из этих витков за счет
электромагнитной индукции наводит (индуктирует) электродвижущую силу (ЭДС)
в 1 Вольт, ЭДС этих двух витков складывается и на выходе со второй обмотки мы
получаем 2 Вольта.
Таким образом, подав на первичную обмотку 1 Вольт на вторичной обмотке мы
получили 2 Вольта, т. е. в данном случае трансформатор будет называться
повышающим, т.к. он повышает поданное на него напряжение.
Но этот трансформатор может работать и в обратную сторону, т.е. если на вторую
обмотку (с двумя витками) подать 2 Вольта, то с первой обмотки по тому же
принципу мы получим 1 Вольт, в этом случае трансформатор будет называться
понижающим.
Общие характеристики трансформаторов
К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:
номинальную мощность;
номинальное напряжение обмоток;
номинальный ток обмоток;
коэффициент трансформации;
коэффициент полезного действия;
число обмоток;
рабочую частоту;
количество фаз.
Мощность является одним из главных параметров трансформаторов. В паспортных
(заводских) данных трансформатора указывается его полная мощность (обозначается
буквой S), она зависит от типа используемого магнитопровода, количества и диаметра
витков в обмотках, то есть от массогабаритных показателей электромагнитного
аппарата.
Измеряется мощность в единицах В∙А (Вольт-Ампер). На практике для
трансформаторов больших мощностей, как правило используются кратные ВольтАмперам величины Киловольт-ампер — кВА (103 В∙А) и Мегавольт-ампер — МВА
(106 В∙А).
Фактически каждый трансформатор имеет 2 значения мощности: входную (S1) —
мощность, которую трансформатор потребляет из питающей его сети и выходную
(S2) — мощность, которую трансформатор отдает подключенной к нему нагрузке,
при этом выходная мощность всегда меньше входной за счет электрических потерь
в самом трансформаторе (потери на нагрев обмоток, потери на вихревые токи и
т.д.) величина этих потерь определяется другим основным параметром —
коэффициентом полезного действия, сокращенно — КПД (обозначается буквой η),
данный параметр указывается в процентах.
Например если КПД указано 92% — это значит, что выходная мощность
трансформатора будет меньше входной на 8%, т.е. 8% -это потери в
трансформаторе.
Первичное номинальное напряжение U1н — это напряжение, которое требуется
подать на первичную катушку трансформатора, чтобы в режиме холостого хода
получить номинальное вторичное напряжение U2н.
Вторичное номинальное напряжение U2н — это значение, которое
устанавливается на выводах вторичной обмотки при подаче на первичную обмотку
номинального первичного напряжения U1н, в режиме холостого хода.
Номинальный первичный ток I1н — это максимальный ток, протекающий в
первичной обмотке, т.е. потребляемый трансформатором из сети, на который
рассчитан данный трансформатор и при котором возможна его длительная работа.
Номинальный вторичный ток I2н — это максимальный ток нагрузки,
протекающий во вторичной обмотке, на который рассчитан данный трансформатор

и при котором возможна его длительная работа.
Коэффициент трансформации (kт) — это отношение числа витков в первичной
обмотке к числу витков во вторичной обмотке k=W1/W2.
Так же kт определяется как отношение напряжений на зажимах обмоток:
kт=U1н/U2н.
Для понижающего трансформатора коэффициент трансформации больше 1, а для
повышающего — меньше 1.
Примечание: для трансформаторов тока kт определяется как отношение
номинальных значений первичного и вторичного токов kт=I1н/I2н
Число обмоток у однофазных трансформаторов чаще две, но может быть и больше.
На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а с вторичной обмотки
снимают другое значение.
Когда требуются различные напряжения для питания нескольких приборов, то в
этом случае вторичных обмоток может быть несколько. Также есть
трансформаторы с общей точкой на вторичной обмотке для двуполярного питания.
Рабочая частота трансформаторов может быть различной. Но при одинаковых
напряжениях первичной обмотки, трансформатор, разработанный для частоты 50
Гц, может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не наоборот. При частоте
меньше номинальной увеличивается индукция в магнитопроводе, что может
повлечь его насыщение и как следствие резкое увеличение тока холостого хода и
изменение его формы. При частоте больше номинальной повышается величина
паразитных токов в магнитопроводе, повышается нагрев магнитопровода и
обмоток, приводящий к ускоренному старению и разрушению изоляции.
Габариты трансформатора напрямую зависят от частоты тока в цепи, в которой
он будет установлен. Конечно, трансформатор должен быть рассчитан на эту
частоту. Зависимость эта обратная, т.е. с увеличением частоты габариты
трансформатора значительно уменьшаются. Именно поэтому, импульсные блоки
питания (с импульсными высокочастотными трансформаторами) намного
компактнее.
В зависимости от назначения трансформаторы изготавливают однофазными и
трехфазными.
Однофазный трансформатор представляет собой устройство для
трансформирования электрической энергии в однофазной цепи. В основном имеет
две обмотки, первичную и вторичную, но вторичных обмоток может быть и
несколько.
Трехфазный трансформатор представляет собой устройство для
трансформирования электрической энергии в трёхфазной цепи. Конструктивно
состоит из трёх стержней магнитопровода, соединённых верхним и нижним
ярмом. На каждый стержень надеты обмотки W1 и W2 высшего (U1) и низшего
(U2) напряжений каждой фазы
Трехфазный трансформатор
Виды трансформаторов
Все трансформаторы можно разделить на следующие виды:
силовые;
автотрансформаторы;
измерительные;
разделительные;
согласующие;
импульсные;
пик-трансформаторы;
сварочные.
Задание: Необходимо записать область применения каждого вида
трансформаторов

English     Русский Правила

Трансформаторы – презентация онлайн

Похожие презентации:

3D печать и 3D принтер

Видеокарта. Виды видеокарт

Анализ компании Apple

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Устройство стиральной машины LG. Электрика

Конструкции распределительных устройств. (Лекция 15)

Электробезопасность. Правила технической эксплуатации электроустановок

Магнитные пускатели и контакторы

Работа на радиостанциях КВ и УКВ диапазонов. Антенны военных радиостанций. (Тема 5.1)

1. ТРАНСФОРМАТОРЫ

2. Трансформатор — это статическое устройство, имеющее две или более обмотки, предназначенное для преобразования

Трансформатор — это статическое устройство, имеющее две или более обмотки,
предназначенное для преобразования посредством электромагнитной
индукции одной или нескольких систем переменного напряжения и тока в одну или
несколько других систем переменного напряжения и тока, имеющих обычно другие
значения при той же частоте, с целью передачи мощности.

3. Общее устройство и принцип работы трансформаторов

• Общее устройство и принцип работы
трансформаторов
Обмотка, которая подключается к источнику питания, называется
первичной обмоткой, а обмотка к которой подключается нагрузка
— соответственно вторичной. Если со вторичной обмотки (W2)
трансформатора снимается напряжение (U2) ниже, чем напряжение
(U1) которое подаётся на первичную обмотку (W1), то такой
трансформатор считается понижающим, а если выше —
повышающим.
Металлическая часть на которой располагается электрическая
обмотка (катушка), т.е. которая находится в ее центре, называется
сердечником, в трансформаторах этот сердечник имеет замкнутое
исполнение и является общим для всех обмоток трансформатора,
такой сердечник называется магнитопроводом.

5. Общие характеристики трансформаторов

К основным техническим характеристиками трансформаторов
можно отнести:
номинальную
мощность;
номинальное
напряжение
обмоток;
номинальный
ток обмоток;
коэффициент
трансформации
;
коэффициент
полезного
действия;
число обмоток;
рабочую
частоту;
количество фаз.
Мощность
является
одним
из
главных
параметров
трансформаторов.
В
паспортных
(заводских)
данных
трансформатора указывается его полная мощность (обозначается
буквой S), она зависит от типа используемого магнитопровода,
количества и диаметра витков в обмотках, то есть от
массогабаритных показателей электромагнитного аппарата.
Измеряется мощность в единицах В∙А (Вольт-Ампер).
Формулы расчета мощности:
•Входная мощность: S1=U1х I1 ,ВА;
•Выходная мощность: S2=U2х I2 ,ВА;
где:
•I1,I2 — соответственно, токи в первичной и вторичной
обмотках трансформатора в Амперах;
•U1,U2 — соответственно, напряжения первичной и
вторичной обмоток трансформатора в Вольтах.
Полная мощность состоит из активной (P) и реактивной
(Q) мощностей:
•Активная мощность определяется по формуле:
P=U х I х cosφ ,Ватт (Вт)
•Реактивная мощность определяется по формуле:
Q=U х I х sinφ ,вольт-ампер реактивный
(Вар)
•Коэффициент мощности: cosφ=P/S;
•Коэффициент реактивной мощности: sinφ=Q/S
Формулы расчета КПД (η) трансформатора:
КПД определяет величину потерь в трансформаторе или иными
словами эффективность работы трансформатора и определяется
оно отношением выходной мощности (P2) к входной (P1):
η=P2/P1
Чем ближе КПД к 100% тем лучше, т. е. идеальный
трансформатор — это трансформатор в котором P2=P1, однако в
реальности из-за потерь в трансформаторе выходная мощность
всегда ниже входной.
•P1 — активная мощность, потребляемая трансформатором от источника;
•P2 — активная (полезная) мощность, отдаваемая трансформатором
приемнику;
•∆Pэл — электрические потери в обмотках трансформатора;
•∆Рм — магнитные потери в магнитопроводе трансформатора;
•∆Рдоп — дополнительные потери в остальных элементах конструкции.
Первичное номинальное напряжение U1н — это напряжение,
которое требуется подать на первичную катушку трансформатора,
чтобы в режиме холостого хода получить номинальное вторичное
напряжение U2н.
Вторичное номинальное напряжение U2н — это значение,
которое устанавливается на выводах вторичной обмотки при подаче
на первичную обмотку номинального первичного напряжения U1н, в
режиме холостого хода.
Номинальный первичный ток I1н — это максимальный ток,
протекающий
в
первичной
обмотке,
т. е.
потребляемый
трансформатором из сети, на который рассчитан данный
трансформатор и при котором возможна его длительная работа.
Номинальный вторичный ток I2н — это максимальный ток
нагрузки, протекающий во вторичной обмотке, на который рассчитан
данный трансформатор и при котором возможна его длительная
работа.
Коэффициент трансформации (kт) — это отношение числа
витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке
k=W1/W2.
Так же kт определяется как отношение напряжений на зажимах
обмоток: kт=U1н/U2н.
Для понижающего трансформатора коэффициент трансформации
больше 1, а для повышающего — меньше 1.
Число обмоток у однофазных трансформаторов чаще две, но
может быть и больше. На первичную обмотку подают одно
значение напряжения, а с вторичной обмотки снимают другое
значение.
Рабочая частота трансформаторов может быть различной. Но при
одинаковых напряжениях первичной обмотки, трансформатор,
разработанный для частоты 50 Гц, может использоваться при
частоте сети 60 Гц, но не наоборот. При частоте меньше
номинальной увеличивается индукция в магнитопроводе, что
может повлечь его насыщение и как следствие резкое увеличение
тока холостого хода и изменение его формы. При частоте больше
номинальной повышается величина паразитных токов в
магнитопроводе, повышается нагрев магнитопровода и обмоток,
приводящий к ускоренному старению и разрушению изоляции.
Однофазный трансформатор представляет собой устройство для
трансформирования электрической энергии в однофазной цепи. В основном
имеет две обмотки, первичную и вторичную, но вторичных обмоток может быть
и несколько.
Трехфазный трансформатор предста
вляет
собой
устройство
для
трансформирования
электрической
энергии
в
трёхфазной
цепи.
Конструктивно
состоит
из
трёх
стержней
магнитопровода,
соединённых верхним и нижним ярмом.
На каждый стержень надеты обмотки
W1 и W2 высшего (U1) и низшего (U2)
напряжений каждой фазы

15.

Виды трансформаторов• Виды трансформаторов
1.силовые;
2.автотрансформаторы;
3.измерительные;
4.разделительные;
5.согласующие;
6.импульсные;
7.пик-трансформаторы;
8.сварочные.

16. Силовые трансформаторы

17. Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого имеется только одна обмотка  с  числом витков W1. Часть этой

Автотрансформатором называется такой трансформатор, у
которого имеется только одна обмотка с числом витков W1.
Часть
этой
обмотки
с
числом
витков
W2
принадлежит одновременно первичной и вторичной цепям:
Внешний вид автотрансформаторов:

19. Измерительные трансформаторы 

Измерительные трансформаторы

20. Разделительные трансформаторы

21. Согласующие трансформаторы

22. Импульсные трансформаторы

23. Пик-трансформаторы 

Пик-трансформаторы

24. Сварочные трансформаторы

English     Русский Правила

Трансформеры – Объяснение основ

Объяснение различных типов трансформаторов

Магазин трансформаторов

Трансформатор представляет собой электротехническое устройство, которое по принципу электромагнитной индукции передает электрическую энергию из одной электрической цепи в другую, не изменяя частоты. Передача энергии обычно происходит при изменении напряжения и тока. Трансформаторы либо увеличивают, либо уменьшают переменное напряжение.

Трансформаторы используются для удовлетворения самых разнообразных потребностей. Некоторые трансформаторы могут быть высотой в несколько этажей, например, такие, которые можно найти на электростанции, или достаточно маленькие, чтобы их можно было держать в руке, которые можно использовать с подставкой для зарядки видеокамеры. Независимо от формы или размера, цель трансформатора остается неизменной: преобразование электроэнергии из одного типа в другой.

В настоящее время используется множество различных типов трансформаторов. В этом ресурсе более подробно рассматриваются силовые трансформаторы, автотрансформаторы, распределительные трансформаторы, измерительные трансформаторы, изолирующие трансформаторы, трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Как работают трансформаторы

Важно помнить, что трансформаторы не генерируют электроэнергию; они передают электрическую мощность от одной цепи переменного тока к другой с помощью магнитной связи. Сердечник трансформатора используется для обеспечения управляемого пути для магнитного потока, создаваемого в трансформаторе током, протекающим через обмотки, также известные как катушки. Базовый трансформатор состоит из четырех основных частей. Части включают входное соединение, выходное соединение, обмотки или катушки и сердечник.

Когда на первичную обмотку подается входное напряжение, в первичной обмотке начинает течь переменный ток. При протекании тока в сердечнике трансформатора создается изменяющееся магнитное поле. Когда это магнитное поле пересекает вторичную обмотку, во вторичной обмотке возникает переменное напряжение.

Соотношение между числом фактических витков провода в каждой катушке является ключом к определению типа трансформатора и выходного напряжения. Отношение между выходным напряжением и входным напряжением такое же, как отношение числа витков между двумя обмотками.

Выходное напряжение трансформатора больше входного, если во вторичной обмотке больше витков провода, чем в первичной. Выходное напряжение повышено и считается «повышающим трансформатором». Если вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная, выходное напряжение ниже. Это «понижающий трансформатор».

Трансформаторные конфигурации

Существуют различные конфигурации как для однофазных, так и для трехфазных систем.

• Однофазный источник питания – Однофазные трансформаторы часто используются для подачи электроэнергии для освещения жилых помещений, розеток, кондиционирования воздуха и отопления. Однофазные трансформаторы можно сделать еще более универсальными, если первичная и вторичная обмотки состоят из двух равных частей. Затем две части любой обмотки могут быть повторно соединены последовательно или параллельно.
• Трехфазное питание – Питание может подаваться через трехфазную цепь, содержащую трансформаторы, в которой используется комплект из трех однофазных трансформаторов, или используется трехфазный трансформатор. Когда в преобразовании трехфазной мощности участвует значительная мощность, экономичнее использовать трехфазный трансформатор. Уникальное расположение обмоток и сердечника значительно экономит железо.
• Треугольник и звезда Определено — Существуют две конфигурации подключения для трехфазного питания: треугольник и звезда. «Дельта» и «звезда» — греческие буквы, обозначающие конфигурацию проводников на трансформаторах. При соединении треугольником три проводника соединяются встык в форме треугольника или треугольника. Для звездочки все проводники исходят из центра, то есть они соединены в одной общей точке.
• Трехфазные трансформаторы – Трансформаторы трехфазные имеют шесть обмоток; три первичных и три вторичных. Шесть обмоток соединены производителем либо треугольником, либо звездой. Как указывалось ранее, первичная и вторичная обмотки могут быть соединены по схеме треугольник или звезда. Они не должны быть подключены в одной конфигурации в одном и том же трансформаторе. Фактические используемые конфигурации подключения зависят от приложения.

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор используется в основном для передачи электроэнергии от линии электроснабжения к электрической цепи или к одному или нескольким компонентам системы. Силовой трансформатор, используемый с твердотельными цепями, называется выпрямительным трансформатором. Номинальные характеристики силового трансформатора определяются максимальным напряжением вторичной обмотки и пропускной способностью по току.

Распределительный трансформатор

Распределительный трансформатор опорного типа используется для подачи относительно небольшого количества электроэнергии в жилые дома. Он используется в конце системы подачи электроэнергии.

Автотрансформатор

Автотрансформатор представляет собой особый тип силового трансформатора. Он состоит из одной непрерывной обмотки, на одной стороне которой имеется отвод, обеспечивающий либо повышающую, либо понижающую функцию. Это отличается от обычного двухобмоточного трансформатора, у которого первичная и вторичная обмотки полностью изолированы друг от друга, но магнитно связаны общим сердечником. Обмотки автотрансформатора связаны между собой как электрически, так и магнитно.

Автотрансформатор изначально дешевле двухобмоточного трансформатора аналогичного номинала. Он также имеет лучшую стабилизацию (меньшие падения напряжения) и большую эффективность. Кроме того, его можно использовать для получения нейтрального провода трехпроводной сети 240/120 вольт, точно так же, как вторичную обмотку двухобмоточного трансформатора. Автотрансформатор считается небезопасным для использования в обычных распределительных цепях. Это связано с тем, что первичные цепи высокого напряжения подключены непосредственно к вторичной цепи низкого напряжения.

Изолирующий трансформатор

Разделительный трансформатор — это уникальный трансформатор. Он имеет передаточное отношение 1:1. Следовательно, он не повышает или понижает напряжение. Вместо этого он служит защитным устройством. Он используется для изоляции заземленного проводника линии электропередачи от шасси или любой части нагрузки цепи. Использование изолирующего трансформатора не снижает опасности или поражения электрическим током при контакте со вторичной обмоткой трансформатора.

Технически любой настоящий трансформатор, независимо от того, используется ли он для передачи сигналов или мощности, является изолирующим, поскольку первичная и вторичная обмотки соединены не проводниками, а только индукцией. Однако только трансформаторы, основной целью которых является изоляция цепей (в отличие от более распространенной функции трансформатора преобразования напряжения), обычно называют изолирующими трансформаторами.

Приборный трансформатор

Для измерения высоких значений тока или напряжения желательно использовать стандартные измерительные приборы малого диапазона вместе со специально сконструированными измерительными трансформаторами, также называемыми трансформаторами точного коэффициента. Трансформатор с точным коэффициентом соответствует своему названию. Он преобразуется с точным коэффициентом, позволяющим подключенному прибору измерять ток или напряжение, фактически не пропуская через прибор полную мощность. Требуется преобразовать относительно небольшое количество энергии, потому что единственная нагрузка, называемая нагрузкой, представляет собой тонкие подвижные элементы амперметра, вольтметра или ваттметра.

Существует два типа измерительных трансформаторов:

1. Ток – Используется с амперметром для измерения тока при переменном напряжении
2. Потенциал – Используется с вольтметром для измерения напряжения (разности потенциалов) переменного тока.

Трансформатор тока

Трансформаторы тока относятся к типу приборных

трансформаторов. Они используются для измерения

электрических токов.

Трансформатор тока имеет первичную обмотку из одного или нескольких витков толстой проволоки. Он всегда подключается последовательно в цепи, в которой измеряется ток. Вторичная катушка состоит из множества витков тонкого провода, который всегда должен быть подключен к клеммам амперметра. Вторичная обмотка трансформатора тока никогда не должна быть разомкнута. Это связано с тем, что первичка не подключена к постоянному источнику. Существует широкий диапазон возможных первичных напряжений, поскольку устройство можно подключать ко многим типам проводников. Вторичная обмотка всегда должна быть доступна (замкнута) для реакции с первичной, чтобы предотвратить полное намагничивание сердечника. Если это произойдет, приборы больше не будут точно считывать показания.

Накладной амперметр работает аналогичным образом. При открытии зажима и размещении его вокруг проводника с током сам проводник действует как первичная обмотка с одним витком. Вторичка и амперметр удобно крепятся в рукоятке прибора. Циферблат позволяет точно измерять ряд текущих диапазонов.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — это тщательно спроектированный, чрезвычайно точный понижающий трансформатор. Обычно он используется со стандартным 120-вольтовым вольтметром. Умножая показания вольтметра (называемые отклонениями) на коэффициент трансформации, пользователь может определить напряжение на стороне высокого напряжения. Общие коэффициенты трансформации составляют 10:1, 20:1, 40:1, 80:1, 100:1, 120:1 и даже выше.

В целом трансформатор напряжения очень похож на стандартный двухобмоточный трансформатор, за исключением того, что он имеет очень небольшую мощность. Трансформаторы для этой службы всегда являются корпусными, поскольку доказано, что эта конструкция обеспечивает лучшую точность.

Трансформаторы напряжения (подобные изображенному выше) предназначены для контроля однофазных и трехфазных напряжений в линиях электропередач в приложениях по измерению мощности.

Трансформаторы постоянного напряжения

— обзор видео

(назад к трансформаторам)

Объяснение электрического трансформатора — инженерное мышление

Изучите основы трансформаторов и принцип их работы в этой статье.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube.

Это трансформатор. Мы находим их повсюду, они необходимы для нашего современного образа жизни. Они обеспечивают связь между нашими домами и электростанциями. В этой статье я собираюсь показать вам, как они работают, почему они издают такой шум и как их рассчитать.

Что такое трансформатор?

Трансформеры выглядят примерно так. Мы найдем их проиллюстрированными такими символами на электрических чертежах. Трансформаторы — это просто устройства, используемые для передачи электрической энергии. Он может изменять напряжение и ток в процессе, что очень полезно. Однако они работают только с переменным током, с постоянным током не работают.

Большинство бытовых приборов оцениваются в ваттах или киловаттах, но трансформаторы оцениваются в единицах ВА для вольт-ампер или даже киловольт-ампер, мы узнаем почему позже в статье.

Мы можем найти небольшие трансформаторы, используемые в дверных звонках или зарядных устройствах для ноутбуков, у нас есть более крупные версии для снабжения наших домов и предприятий, а также огромные трансформаторы, которые питают целые районы городов и даже городов.

Итак, где вы видели используемые трансформаторы, дайте мне знать в разделе комментариев ниже.

Существует множество различных способов изготовления трансформатора. У меня есть несколько небольших общих примеров здесь. Но, по сути, это одно и то же. У них две отдельные катушки проволоки, намотанные на железный сердечник. Генератор или источник питания подключается к одной катушке, известной как первичная сторона, а затем нагрузка, на которую нам нужно подавать питание, подключается к другой катушке, известной как вторичная сторона.

Если я разберу его, мы увидим, что это просто два отдельных витка проволоки и множество листов железа. Вот и все. Трансформатор просто преобразует мощность между катушками.

Электричество опасно, поэтому не пытайтесь делать это дома, если вы не квалифицированы и не компетентны.

Итак. Если мы используем что-то, называемое повышающим трансформатором, то мы можем увеличить напряжение на выходе. Если мы используем понижающий трансформатор, то мы можем уменьшить напряжение на выходе. Но зачем нам это? Ну, электростанция может вырабатывать 12000 вольт. Но вашему дому нужно от 120 до 240 вольт. Электростанция, вероятно, находится на большом расстоянии, поэтому в кабелях будет большое сопротивление, что приведет к огромным потерям энергии в пути.

Вместо этого мы используем повышающий трансформатор, чтобы увеличить напряжение примерно до 400 000 вольт. Затем, когда мы добираемся до города, мы используем понижающий трансформатор, чтобы уменьшить это напряжение примерно до 11 000 вольт для местного распределения, а затем снова уменьшить его примерно до 240 вольт для наших домов.

Увеличивая напряжение через трансформатор, мы уменьшаем ток. Потери энергии в кабеле зависят от электрического тока и сопротивления кабеля.

Если этот кабель имеет сопротивление, например, 5 Ом, и мы попытаемся передать через него 10 кВт при 240 Вольтах, мы потеряем около 87%, потому что ток большой, а напряжение низкое, поэтому потери огромны. Но если мы отправим его на 400 000 вольт, мы потеряем крошечную долю 1%, потому что ток низкий. Таким образом, мы можем передавать мощность дальше и эффективнее при высоких напряжениях.

В качестве примечания, причина, по которой дома в Северной Америке могут иметь либо 120, либо 240 В, заключается в том, что они используют 3-проводную систему, где дополнительный провод подключается к центру вторичной катушки. Поэтому мы можем использовать только половину катушки, чтобы получить 120 вольт, или полную катушку, чтобы получить 240 вольт. Тем не менее, в большинстве стран мира используется около 230 вольт, и для этого они используют только 2-проводную систему, которая имеет гораздо более простую конструкцию и обеспечивает большую мощность в розетках. А это пригодится например, чтобы быстро вскипятить воду в чайнике.

Кстати, ранее я подробно рассказывал о системах электроснабжения жилых домов, посмотрите ЗДЕСЬ.

Как это работает

Когда мы пропускаем электрический ток через провод, вокруг провода создается магнитное поле. Если мы изменим направление тока, изменится и магнитное поле. Мы можем увидеть это, поместив циркуль вокруг провода.

Когда мы подключаем генератор переменного тока к замкнутому контуру провода, магнитное поле внутри генератора будет в основном толкать и притягивать электроны в проводе, так что они постоянно меняют направление между движением вперед и назад. Следовательно, магнитное поле постоянно реверсируется. Из-за этого напряжение будет варьироваться между максимальным и минимальным значениями. Вот почему мы видим синусоидальную форму, если подключаем осциллограф к розетке. Этот шаблон повторяется 50 или 60 раз в секунду в зависимости от того, является ли источник питания частотой 50 или 60 Гц. Частота переменного тока в Северной Америке составляет 60 герц, но в большинстве стран мира она составляет 50 герц. С трансформатором частота, которую мы вводим, является частотой, которую мы получаем. Мы можем просто увеличивать или уменьшать напряжение, но не частоту.

Когда мы сворачиваем проволоку в катушку, это магнитное поле становится еще сильнее. Провод должен быть изолирован эмалевым покрытием, чтобы обеспечить протекание тока по всей длине, иначе он просто пойдет по кратчайшему пути и не будет работать.

Если мы поместим вторую катушку провода в непосредственной близости от первой катушки, то магнитное поле индуцирует напряжение в этой второй катушке, потому что это магнитное поле будет толкать и притягивать электроны во второй катушке, заставляя их двигаться. Следовательно, это трансформер.

То же самое произойдет, если мы проведем магнит мимо катушки с проволокой. Магнит будет индуцировать напряжение в катушке.

Ключевым компонентом здесь является то, что магнитное поле постоянно меняет полярность, а также интенсивность. Это возмущает свободные электроны и заставляет их двигаться. Мы называем это электродвижущей силой.

Однако работает только с переменным током. Не получится, если мы подключим к трансформатору источник постоянного тока. Поток электронов по-прежнему будет создавать магнитное поле вокруг первичной катушки, но оно будет постоянным, с фиксированной полярностью и напряженностью. Таким образом, это не будет мешать электронам во вторичной обмотке.

Единственный раз, когда он будет создавать электродвижущую силу с использованием постоянного тока, это кратковременно, когда переключатель размыкается и закрывается, потому что это возбуждает и обесточивает магнитное поле катушки, поэтому оно изменяется. Или, в качестве альтернативы, мы могли бы изменить напряжение, потому что это также будет увеличивать и уменьшать магнитное поле катушки.

Обратите внимание, что когда я пропускаю постоянный ток через этот трансформатор, мы получаем очень короткий всплеск напряжения по мере увеличения и уменьшения магнитного поля. Но если я использую источник переменного тока, мы получаем постоянное выходное напряжение, потому что магнитное поле постоянно меняется. Вот почему мы используем переменный ток.

Теперь мы можем просто использовать два отдельных витка провода в качестве трансформатора, он будет работать, но не очень хорошо. Проблема в том, что мы теряем большую часть магнитного поля, потому что оно не находится в зоне действия вторичной катушки. Итак, между катушками помещаем сердечник из ферромагнитного железа. Это концентрирует магнитное поле и направляет его на вторичную катушку, так что трансформатор работает более эффективно.

Однако это не идеальное решение. Это приведет к вихревым токам, протекающим вокруг сердечника, которые нагревают трансформатор и, следовательно, расходуют энергию. Чтобы уменьшить это, сердечник сделан из множества тонких ламинированных листов, которые ограничивают движение вихревых токов и уменьшают их влияние. Хотя мы по-прежнему теряем часть магнитного поля из-за потока рассеяния, а также получаем некоторые потери из-за помех, возникающих в стыках. Мы также теряем энергию в проводе и катушках, потому что они всегда будут иметь некоторое сопротивление, а это выделяет тепло. Итак, в трансформаторе у нас есть потери в меди, а также потери в железе.

Переменный ток заставляет листы расширяться и сжиматься на крошечные, крошечные величины, что вызывает вибрацию между листами, и поэтому мы получаем этот жужжащий звук.

Повышающий трансформатор работает просто за счет большего количества витков провода на вторичной стороне. Это увеличивает напряжение, но уменьшает ток. Понижающий трансформатор работает за счет меньшего количества витков провода на вторичной стороне. Это снижает напряжение, но увеличивает ток. Это не волшебное устройство, которое производит больше энергии, чем получает.

Например, понижающий трансформатор может получать 240 вольт и выдавать 120 вольт, мы видим, что напряжение уменьшается вдвое, а ток удваивается. Если мы умножим напряжение и ток, мы увидим одно и то же значение с каждой стороны. Это значение вольт-ампер, которое представляет собой мощность или полную мощность, и оно должно оставаться неизменным, поэтому, если напряжение изменяется, ток должен изменяться пропорционально для поддержания мощности.

Почему трансформаторы используют единицы кВА вместо киловатт?

Трансформатор просто передает мощность между катушками, поэтому мы используем вольтамперные единицы. Киловатты зависят от того, что вы подключаете к трансформатору. Производитель не знает, что вы будете подключать к трансформатору, поэтому указывает общую номинальную полную мощность в вольт-амперах. И это потому, что в цепях переменного тока нагрузка зависит от фактической мощности в киловаттах, умноженной на коэффициент мощности, который в основном является эффективностью, и это зависит от устройства.

 Некоторое количество энергии потребляется, но она не производит работы, она просто тратится впустую в виде тепла, и мы называем это реактивной мощностью в единицах В.А.Р. Коэффициент мощности – это просто отношение истинной мощности к кажущейся мощности. (PF=KW/KVA)

Если вы думаете о стакане пива. Жидкое пиво — полезная штука, это ваша истинная мощность в киловаттах. Но всегда есть немного пены, которая бесполезна, мы этого не хотим. Это реактивная мощность или вольт-ампер реактивный. Вы платите за общий объем стакана, вне зависимости от того, сколько внутри пены и пива, это ваша кажущаяся мощность, в вольт-амперах. Если у вас есть хороший бармен, вы получите немного пены и много пива за свои деньги. Если у вас плохой бармен, то за ваши деньги вы получите много пены и мало пива.

Производитель трансформатора фактически заявляет, что трансформатор может выдержать такой большой стакан, но вам решать, сколько пива и пены вы положите в него. Чем меньше пены вы пытаетесь пройти, тем больше пива вы можете получить. Таким образом, чем эффективнее устройство, которое вы подключаете, тем больше вещей вы можете запитать.

Трансформаторы также часто используются в выпрямительных цепях для преобразования переменного тока в постоянный. Трансформатор снижает напряжение, а затем некоторые диоды преобразуют его в грубый постоянный ток, а конденсатор затем сглаживает его в хороший чистый источник питания. Вы можете подробно узнать, как это работает, в нашей предыдущей статье 9.0030 ЗДЕСЬ.

Базовые расчеты трансформаторов

Давайте проведем базовые расчеты трансформаторов, предполагая, что они идеальны и не имеют потерь.

Если бы у нас был трансформатор с 1000 витков на первичной обмотке и 100 на вторичной, и мы подали бы на него 120 вольт, какое напряжение мы бы увидели на вторичной обмотке? Мы можем использовать эту формулу, чтобы узнать это, и мы видим, что ответ — 12 вольт, так что это понижающий трансформатор.

Что, если бы мы знали только выходное напряжение и количество витков. Ну, мы могли бы найти входное напряжение, используя эту формулу; и мы вводим значения, чтобы получить ответ.

Если бы мы хотели найти количество витков на вторичной стороне и знали напряжения и витки на первичной обмотке, то мы могли бы использовать эту формулу, чтобы получить ответ.

Если бы мы хотели найти количество витков на первичном ide, мы могли бы использовать эту формулу, и это даст нам ответ.

Если бы у нас был ток 1,2 ампера на вторичной обмотке, то мы находим ток первичной обмотки, используя эту формулу, и видим, что ответ равен 0,12 ампера
Мы также могли бы найти ответ, если бы знали вторичный ток и оба напряжения, используя эту формулу формула

Если бы мы знали ток на первичной стороне и напряжения на первичной и вторичной обмотках, мы могли бы найти вторичный ток, используя эту формулу, или мы также могли бы найти ответ, используя эту формулу.

Затем мы проверяем, что мощность одинакова на обеих сторонах трансформатора, путем умножения напряжения и тока.

Теперь рассмотрим несколько примеров повышающих трансформаторов.

Если бы у нас было 100 витков на первичной обмотке и 200 на вторичной, и мы подали на нее 120 вольт, какое напряжение мы бы увидели на вторичной обмотке? Мы можем использовать эту формулу, чтобы найти, что ответ равен 240 В, следовательно, это повышающий трансформатор.

Что, если бы мы знали только выходное напряжение и количество витков. Ну, мы могли бы найти входное напряжение с помощью этой формулы.

Если бы мы хотели найти количество витков на вторичной стороне и знали напряжение и витки на первичной обмотке, то мы могли бы использовать эту формулу.

Если бы мы хотели найти количество витков на первичной обмотке, мы могли бы использовать эту формулу.

Если бы у нас был ток 1 ампер на вторичной обмотке, то мы находим ток первичной обмотки по этой формуле и видим ответ 2 ампера.