Принцип работы трансформатор: определение, классификация и принцип работы

Содержание

Принцип работы трансформатора напряжения | Статьи ЦентрЭнергоЭкспертизы

Администрация2022-02-01T10:19:50+03:00

Статьи 0 Комментариев

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

Трансформация переменного напряжения до требуемых величин производится при помощи силовых трансформаторов напряжения (ТН), специальных устройств, на контакты первичных обмоток которых подается исходное напряжение, а со вторичных обмоток снимается требуемое его значение.

Напряжение для линий электропередач и потребителей преобразуется посредством силовых трехфазных трансформаторов подстанций, масляных трансформаторов, рассчитанных на высокие номинальные мощности. Питание электротехники обеспечивает применение понижающих однофазных трансформаторов.

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

Устройство и принцип действия ТН

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

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

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

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

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

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

Остались вопросы?

Заполните форму обратно связи ниже, наши специалисты свяжутся с Вами, проконсультируют, расскажут про возможные способы решения Вашей задачи.

заказать консультацию

Ваше имя (обязательно)

Ваш e-mail (обязательно)

Телефон

Сообщение

Прикрепить файл

Даю согласие на обработку данных

Устройство масляного трансформатора, принцип работы

С целью снижения потерь электрической энергии при её транспортировке на большие расстояния используются трансформаторы, которые для этой цели преобразуют переменное напряжение генераторных подстанций в более высокое.

Кроме того, с помощью этих агрегатов выполняется распределение энергии по потребителям, для чего напряжение понижается до требуемого уровня.

Используемые сегодня трансформаторы можно разделить на масляные и сухие. Масляные трансформаторы используются успешно уже много десятилетий практически во всех отраслях промышленности, что обусловлено прежде всего их характеристиками и свойствами.

Так, например, они выделяются особой надежностью и устойчивостью к колебаниям температур и перегрузкам. Магнитный провод и обмотки в таких агрегатах охлаждаются с помощью трансформаторного масла.

У маслонаполненных агрегатов немало преимуществ:

Наличие бака обеспечивает защиту обмоток от неблагоприятных воздействий извне;
Способны выдерживать резкие перепады температур в диапазоне от –60 до +40 °С;
Отлично выносят перегрузки во время короткого замыкания;

В зависимости от исполнения обладают относительно невысоким реактивным сопротивлением, что делает подобные аппараты очень надежными.

Устройство силового масляного трансформатора

Устройство силового трансформатора масляного типа аналогично устройству других видов трансформаторов. Основными элементами конструкции трансформаторов являются сердечник, или магнитопровод, из ферромагнитного материала, а также медные или алюминиевые обмотки в виде цилиндров. В конструкцию трансформатора входят также детали из электроизоляционных и конструкционных материалов.

Основная разница в конструкции этих агрегатов заключается в наличии у масляных трансформаторов бака, заполненного маслом. Зачем масло в трансформаторе? Оно является как охлаждающей жидкостью, так и изолятором. Для возмещения всего объема масла и скачков температур в этом устройстве есть специальный расширитель.

Для контроля температуры масла на крышке бака размещают термометр, а также входы и выходы обмоток. Чтобы предотвратить попадание влаги внутрь бака, устанавливают осушитель воздуха. Бак изготавливают из специального прочного материала.

Материал сердечника – специальная электротехническая сталь, которая отличается улучшенными электромагнитными свойствами.

В состав обмоток из медного или алюминиевого обмоточного провода входят проводники и различные изоляционные детали, основной функцией которых является защита витков от негативных воздействий. Подробная схема установки масляного трансформаторного устройства представлена на рис. 1.

Рис. 1. Устройство масляного трансформатора: 1– бак для масла, 2 – вентиль, 3 – болт заземления, 4 – термосифонный фильтр, 5 – радиатор, 6 – переключатель, 7 – расширитель, 8 – маслоуказатель, 9 – воздухоосушитель, 10 – выхлопная труба, 11 – газовое реле, 12 – ввод высокого напряжения (ВН), 13 – привод переключающего устройства, 14 – ввод низкого напряжения (НН), 15 – подъемный рым, 16 – отвод НН, 17 – остов, 18 – отвод ВН, 19 – ярмовые балки остова (верхняя и нижняя), 20 – регулировочные ответвления обмоток ВН, 21 – обмотка ВН (внутри НН), 22 – каток тележки

Принцип работы масляного трансформатора

В основе работы прибора – передача энергии из одной обмотку в другую посредством электромагнитной индукции. Простейший трансформатор имеет две индуктивно связанные обмотки. Ток переменного напряжения поступает на так называемую первичную обмотку, после чего вокруг витков обмотки образуется переменное магнитное поле, которое концентрируется, в основном, в ферромагнитном сердечнике. Магнитное поле пронизывает витки не только первичной, но и вторичной обмотки, индуцируя в ней ЭДС. Под действием этой индуцированной ЭДС на выводах вторичной обмотки возникает разность потенциалов, называемая вторичным напряжением.

Масло обладает высокими диэлектрическими свойствами, то есть имеет малую электропроводность. Его заливают в бак, снабженный задвижками и винтовыми заглушками. В нижней части установлен запорный двигатель, который извлекают, когда нужно проверить масло на наличие пыли и других примесей. Для увеличения поверхности бака могут применяться металлические пластины, которые ускоряют процедуру теплообмена между маслом и наружным воздухом.

Попадая в бак, масло начинает движение по внутреннему и внешнему кругу. Функцию первого круга выполняют два коллектора, образующих радиатор. Благодаря установленному в баке термометру можно регулировать температуру масла в зависимости от заданного значения. Для чего необходимо масло в силовых трансформаторах? Оно выполняет три основные функции:

охлаждает трансформаторные обмотки;
действует как изоляция между токоведущими и заземлёнными элементами активной части трансформатора;
наконец, описывает состояние изоляции, служа источником диагностической информации.

Для долгой службы аппарата необходимо придерживаться правил его эксплуатации, и поскольку масло здесь является одним из важнейших компонентов, его качество имеет большое значение.

Важно не допускать нахождения маслонаполненного агрегата вблизи взрывоопасных элементов, так как данный аппарат имеет большой риск возгорания. Еще раз напомним, что трансформаторное масло – легковоспламеняющееся вещество.

Различия между сухими и масляными трансформаторами

Так как масляные трансформаторы имеют некоторые ограничения по размещению и нюансы обслуживания, а также низкую пожаробезопасность, в последнее время все большей популярностью стали пользоваться модели сухих трансформаторов.

В сухом трансформаторе пространство между обмотками не заполнено жидким диэлектриком, как в трансформаторе масляного типа, а охлаждение обмоток и магнитопровода осуществляется с помощью воздуха, который циркулирует естественным образом (естественная циркуляция) или принудительно (принудительная циркуляция).

Кроме данного принципиального различия, заявленного в названии устройств, эти силовые электроустановки отличаются еще по нескольким параметрам.

Во-первых, место установки. Если говорить об агрегатах масляного типа, то они устанавливаются снаружи. Сухие же могут устанавливаться как снаружи, так и внутри. Так как сухие трансформаторные устройства могут устанавливаться внутри, для них не нужны специальные сооружения, что также отличает их от масляных.

Во-вторых, так как масляные аппараты имеют большую угрозу возгорания, они имеют категорию пожарной безопасности В1, то есть пожароопасные, сухие же имеют категорию Д, то есть безопасные.

В-третьих, если говорить о перегрузках, то масляные трансформаторы устойчивы как к температурным перегрузкам, так и к перенапряжениям. Сухие – практически не имеют устойчивости к перегрузкам.

В-четвёртых, они различаются обслуживанием. Приборы сухого типа подлежат лишь наружному осмотру и очистке от пыли. Из-за высоких рисков масляные устройства подвергаются обязательному регулярному разностороннему техническому обслуживанию, включая анализ содержания влаги и газа в масле.

Наконец, они различаются сроком службы. Сухие трансформаторы имеют срок работы 10–15 лет, а это почти в два раза меньше, чем у маслонаполненных, срок службы которых составляет 20–25 лет. Конечно, многое зависит от условий эксплуатации конкретного устройства, однако именно такие сроки в среднем выдерживают данные агрегаты.

Типы масляных трансформаторов

По конструктивному исполнению выделяют трансформаторы типа ТМ (негерметичные) и герметичные – ТМГ. В первом случае масло контактирует с окружающей средой (через расширитель), во втором – нет.

По мощности маслонаполненные аппараты бывают от 10 до 1000 МВа.

Если говорить о количестве фаз, то в большинстве случаев такие трансформаторы имеют трехфазную систему, но также применяются и однофазные.

Кроме того, эти устройства можно классифицировать по назначению: повышающие или понижающие.

Масляные трансформаторы группы СВЭЛ

Группа СВЭЛ изготавливает трансформаторы разной мощности для различных сфер промышленности и условий применения (рис. 2).

Рис. 2. Силовой масляный трансформатор Группы СВЭЛ

На производствах с сетями напряжения до 35 кВ, а также для электроснабжения железной дороги производят устройства с напряжением, соответственно, до 35 кВ.

Для тех же целей, но для сетей с напряжением до 110 кВ выпускают трансформаторы с номинальным напряжением до 110 кВ.

Трансформаторные устройства с напряжением до 220 кВ производства СВЭЛ применяют на предприятиях различных отраслей с напряжением сети до 220 кВ включительно.

Агрегаты с номинальным напряжением 330–750 кВ – в сети с напряжением 330 кВ и выше.

Маслонаполненные агрегаты с номинальным напряжением от 110 до 750 кВ используются на крупных подстанциях России и ряда других государств, где они служат узлами межрегиональных сетей передачи электроэнергии.

На площадках группы СВЭЛ осуществляется полный цикл производства. Контроль на каждом этапе обеспечивает высокое качество электротехнического оборудования и установок.

Конструкция трансформатора, типы, принцип работы и использование

— Реклама —

Что такое трансформатор

Трансформатор — это статическое устройство, которое передает электроэнергию между двумя цепями переменного тока без изменения частоты. Напряжение цепи может быть уменьшено или увеличено в соответствии с текущим соотношением. Это называется повышением (повышением) напряжения и его понижением (уменьшением).

Трансформатор

Трансформатор представляет собой пассивное устройство, работающее на принципах электромагнитной индукции, используемой на входе для повышения напряжения и понижения выходного напряжения на внешнем выводе.

Трансформатор Конструкция

Трансформатор состоит из трех компонентов:

Железный сердечник
Первичная обмотка
Вторичная обмотка

Core

– Реклама –

Сердечник трансформатора прямоугольной формы, многослойный. При сооружении трансформатора его необходимо проектировать таким образом, чтобы при работе трансформатора было меньше потерь в сердечнике. Потери в сердечнике и потери в стали представляют собой комбинацию всех потерь, происходящих внутри сердечника.

Сердечник пропускает через себя переменный поток. Это может привести к потерям энергии в сердечнике из-за гистерезисных потерь. Таким образом, вы должны выбрать высококачественную кремниевую сталь с низкими потерями на гистерезис для изготовления сердечника трансформатора. Эта сталь называется сердечником из мягкой стали трансформатора.

Переменный поток создает определенные токи, известные как вихревые токи. Эти токи потребляют электрическую энергию и вызывают определенные потери, известные под названием потерь на вихревые токи трансформатора. Сердцевина должна быть изготовлена в виде группы пластин. Эти последовательные пластины электрически изолированы для уменьшения вихревых токов. Изоляционный слой состоит из лака, обладающего высокой устойчивостью к вихревым токам.

Обмотки

Трансформатор имеет две обмотки: первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка подключена к входной клемме и отвечает за создание ЭДС самоиндукции. Вторичная обмотка подключена к выходной нагрузке. Эти обмотки размещены на сердечнике и электрически изолированы друг от друга и сердечника для правильного функционирования и уменьшения потерь.

Эти катушки имеют разное количество витков по сравнению друг с другом. Первичная обмотка трансформатора имеет Н 1 витков. Точно так же вторичная обмотка трансформатора имеет Н 2 витков. В зависимости от режима работы трансформатора N1< N2, N1> N2 и N1= N2.

Типы конструкции трансформатора

Трансформаторы бывают двух конструкций в зависимости от расположения сердечника и катушек при конструкции трансформатора.

Конструкция с сердечником

Первичная обмотка закреплена на одном конце железного сердечника, а вторичная обмотка размещена на другом конце. Каждая из катушек разделена на равные части и размещена на двух концах железного сердечника. Обе обмотки охватывают весь сердечник.

Хотя первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга, обе они соединены последовательно в конструкции сердечника.

Это увеличивает среднюю длину сердечника и обеспечивает хорошую магнитную связь между обеими обмотками. Магнитный поток движется по непрерывному пути и создает ЭДС.

Конструкция трансформатора с сердечником подходит для высоковольтных трансформаторов. Они распространены среди обоих типов конструкций и легко ремонтируются благодаря простоте устройства, в случае каких-либо повреждений.

Оболочечная конструкция

Оболочечная конструкция позволяет сердечнику окружать первичную и вторичную обмотки. Железный сердечник имеет три грани: левую, центральную и правую. Первичная и вторичная катушки закреплены на центральной поверхности железного сердечника. Сердечник охватывает обе обмотки, а средняя длина сердечника меньше.

Несмотря на электрическую изоляцию друг от друга, первичная и вторичная катушки генерируют разные напряжения V1 и V2. Это распределяет магнитный поток на две части. Кожуховая конструкция Трансформатора пригодна для низковольтных трансформаторов, но ее трудно ремонтировать из-за сложности их устройства, в случае повреждения.

Принцип работы трансформатора

Трансформатор состоит из сердечника с общими входной и выходной сторонами. В этот сердечник встроены две индуктивные обмотки, которые электрически изолированы друг от друга. Входная катушка, на которую подается электрическое напряжение, называется первичной обмоткой. Выходная катушка, с которой снимается электрическое напряжение, называется вторичной обмоткой.

Вы можете посмотреть подробное видео о том, как работает трансформатор.

Конструкция трансформатора и обмотка

Когда входное переменное напряжение V1 подается на первичную обмотку трансформатора, он генерирует переменный ток I1. В сердечнике создается переменная электродвижущая сила ЭДС e1.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея,

Через первичную катушку проходит ЭДС e1 электродвижущей силы.

Где,

ЭДС является производной электромагнитного потока первого порядка по времени.
e1= Электродвижущая сила
N 1 = количество витков в первичной обмотке

ЭДС электромагнитного потока e1 косвенно равна и противоположна входному переменному напряжению V1.

Если предположить, что поток рассеяния пренебрежимо мал и потерь в трансформаторе нет.

В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея во вторичной катушке создается ЭДС e2 ЭДС.

Электродвижущая сила ЭДС e2 проходит через вторичную обмотку.

Где,

ЭДС является производной электромагнитного потока первого порядка по времени.
e2= Электродвижущая сила
N 2 = Количество витков во вторичной обмотке

По законам Фарадея ЭДС e 1 является электродвижущей силой самоиндукции, а ЭДС e2 является электродвижущей силой взаимного индуцирования.

Передача энергии происходит через первичную обмотку во вторичную с взаимной индукцией. Вторичная обмотка замыкается через нагрузку по току I2. протекает по цепи.

В зависимости от количества витков первичной и вторичной обмотки мы можем разработать повышающий или понижающий трансформатор.

Повышающий и понижающий трансформаторы

Повышающий трансформатор

Если

N 1 < n 2

E 1 < E2

Съемный трансформатор определяется как устройство, которое получает электрическое чередующее напряжение и конвертирует его в высший объем. Это трансформатор, у которого во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной. Используется на входном терминале линии передачи.

Понижающий трансформатор

Если

n 1 > N 2

E 1 > E 2

. Снатовый преобразование дефект. переменное напряжение и преобразует его в более низкое напряжение. Это трансформатор, у которого в первичной обмотке больше витков, чем во вторичной. Используется на выходном терминале линии передачи.

Изолирующий трансформатор

N 1 = N 2

Это называется изолирующим трансформатором, в котором количество витков в первичной и вторичной обмотках одинаково. Это означает, что индуцированные значения напряжения и тока для первичной и вторичной катушек равны. Этот тип трансформатора используется для обеспечения гальванической развязки, снижения шума и защиты от поражения электрическим током между проводниками и землей.

Проектирование трансформатора

Уравнение ЭДС трансформатора

Уравнение ЭДС трансформатора важно для проектирования повышающей или понижающей конфигурации.

Переменное напряжение синусоидальной формы подается на вход через первичную обмотку. В соответствии с работой трансформатора переменное напряжение создает поток в железном сердечнике. Этот переменный поток изменяется синусоидально через трансформатор.

Уравнение переменного потока в железном сердечнике трансформатора

Согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС e 1 является самоиндукцией, а ЭДС e2 – взаимно индуцированной.

Самоиндуцированная EMF E 1 Первичная обмотка дается

, поставив значения уравнения 1 в уравнении 2

Дифференцирование по отношению к T.

Путем сравнения уравнений i и iii , можно сделать вывод, что ЭДС самоиндукции e 1 отстает от электрического потока на 900. На

по уравнению IV,

ЭМФ E 1 в первичной обмотке дается:

Аналогично, взаимоизмеримый EMF E 2

Аналогично, индуцированная EMF E 2

.0008 во вторичной обмотке определяется как:

Где f — частота питания, а m — максимальный поток.

Эти уравнения (уравнения vi и vii) известны как уравнения ЭДС трансформатора .

Плотность потока ( B M )
Максимальная плотность потока B M в поперечном сечении выражена в Теслах .

Катушка с большим количеством витков будет иметь обмотку с более высоким напряжением, а катушка с меньшим количеством витков будет иметь обмотку с меньшим напряжением.
Коэффициент трансформации (K)
Коэффициент трансформации (K) является решающим фактором при конструировании трансформатора при проектировании повышающего и понижающего трансформатора.
Рассмотрение уравнений ЭДС трансформатора с помощью (уравнения vi и vii),
Разделение уравнения vii на уравнение vi,
Этот коэффициент известен как коэффициент трансформации (K).
Если считать первичное и вторичное падение напряжения равным 0,
V1= E1 — уравнение viii
V2= E2 — уравнение ix
= V2/V1
Если считать, что потери трансформатора равны 0,
V1I1= V2I2 — уравнение x
Преобразование уравнения x,
K = I1/I2 = V2/V1
Формула коэффициента трансформации принимает вид
K = N2/N1 = E2/E1 = V2/V1 = I1/I2
,
N1 < N2
K > 1
Step-down Transformers ,
N1 > N2
K < 1
Isolation Transformers ,
N1 = N2
K = 1
Идеальные и практичные трансформаторы
Идеальный трансформатор
Идеальный трансформатор — это теоретический трансформатор, в котором отсутствуют потери. Описанный выше трансформатор является идеальным трансформатором, в котором отсутствуют потери в сердечнике по обе стороны линии передачи. Но в системах реального времени идеального преобразователя не существует. Вместо этого используется практичный трансформатор с потерями.
Практический трансформатор
В практическом трансформаторе первичная и вторичная обмотки не идеальны, так как они имеют малое сопротивление. Это приводит к некоторым потерям мощности в обмотках, эти потери известны как потери в меди.
Переменный поток создает определенные токи внутри трансформатора, известные как вихревые токи. Потери на вихревые токи и потери на гистерезис вместе составляют потери в сердечнике. Кроме того, было замечено, что вблизи обмоток происходит утечка электрического потока.
Сравнение идеального трансформатора и практичного трансформатора
Потери в сердечнике и меди трансформатора с любыми другими утечками как таковые составляют практический трансформатор. Регулировка напряжения Практического Трансформатора никогда не составляет 0%, а эффективность колеблется между 93-97%.
В идеальном трансформаторе отсутствует сопротивление первичной и вторичной обмоток. Отсутствие сопротивления не вызывает падения напряжения или потери мощности. Утечки электрического потока вблизи обмоток в идеальном трансформаторе отсутствуют. Кроме того, в обмотках отсутствуют вихревые токи и потери на гистерезис.
Следовательно, идеальный трансформатор не имеет медных потерь и потерь в сердечнике, а также утечки электрического потока. Регулировка напряжения идеального трансформатора составляет 0%, а эффективность составляет 100%. Но это невозможно построить и существует в гипотетических экспериментах.
Использование трансформаторов
Вход и выход линии электропередачи
В традиционной энергосистеме входное напряжение обычно составляет 11 кВ/22 кВ. Он проходит через повышающий трансформатор для создания уровня напряжения 220 кВ/400 кВ. Трансформатор
Использование высокого напряжения
для запуска цепи или переключения между двумя системами повышает эффективность и снижает потери в линии. Когда схема выполняет свою работу, можно обнаружить, что на выходе традиционной системы питания используется понижающий трансформатор. В конце линии электропередачи рабочее напряжение снова снижается до 11 кВ/22 кВ.
Распределение мощности
Во время распределения мощности трансформаторы преобразуют линейное напряжение 400 В в фазное напряжение 230 В.
Снижение потерь мощности
уровень напряжения. Это уменьшает ток, протекающий по цепи. Уменьшение протекающего тока приводит к уменьшению потерь мощности Loss=I ² R в линии передачи.
Если у вас есть какие-либо сомнения или вопросы, пожалуйста, не стесняйтесь задавать их в разделе комментариев ниже.

Определение, типы, принцип работы, уравнения и примеры
Трансформатор — это простейшее устройство, которое используется для передачи электрической энергии от одной цепи переменного тока к другой цепи или нескольким цепям посредством процесса электромагнитной индукции. . Трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции для повышения или понижения напряжения. Трансформатор либо увеличивает переменное напряжение (повышающий трансформатор), либо уменьшает переменное напряжение (понижающий трансформатор). Трансформатор, который обычно используется для передачи и распределения мощности переменного тока, по сути является устройством регулирования напряжения. Трансформаторы используются для самых разных целей, включая повышение напряжения от электрогенераторов для обеспечения передачи электроэнергии на большие расстояния и снижение напряжения в обычных силовых цепях для работы низковольтных устройств, таких как дверные звонки и игрушечные электропоезда.
Что такое трансформер?
Трансформатор — это статическое электрическое устройство, которое передает мощность переменного тока из одной цепи в другую с постоянной частотой, но уровень напряжения может быть изменен, что означает, что напряжение может быть увеличено или уменьшено в зависимости от требований.
Типы трансформаторов
Типы трансформаторов в зависимости от уровня напряжения
Существует два основных типа трансформаторов в зависимости от рабочего напряжения. Вот некоторые из них:

Понижающий трансформатор: Первичное напряжение преобразуется в более низкое напряжение на вторичном выходе с помощью понижающего трансформатора. Число обмоток на первичной стороне понижающего трансформатора больше, чем на вторичной. В результате общее отношение вторичной обмотки к первичной всегда будет меньше единицы. Понижающие трансформаторы используются в электрических системах, которые распределяют электроэнергию на большие расстояния и работают при чрезвычайно высоких напряжениях, чтобы обеспечить минимальные потери и экономичные решения. Понижающий трансформатор используется для преобразования высоковольтных линий в низковольтные.
Повышающий трансформатор: Вторичное напряжение повышающего трансформатора повышается по сравнению с низким первичным напряжением. Поскольку первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная обмотка в этом типе трансформатора, отношение первичной обмотки к вторичной будет больше единицы. Повышающие трансформаторы часто используются в электронных стабилизаторах, инверторах и других устройствах, которые преобразуют низкое напряжение в значительно более высокое напряжение. Повышающий трансформатор также используется в распределении электроэнергии. Для приложений, связанных с распределением электроэнергии, необходимо высокое напряжение. В сети для повышения уровня напряжения перед распределением используется повышающий трансформатор.
Типы трансформаторов в зависимости от материала сердечника
Различные типы трансформаторов используются в электроэнергетике и электронной промышленности в зависимости от материалов сердечника, а именно:
Трансформатор с железным сердечником: В качестве сердечник трансформатора с железным сердечником. Сильные магнитные свойства железа трансформатора с железным сердечником имеют чрезвычайно высокую потокосцепление. В результате трансформатор с железным сердечником имеет высокий КПД. Сердечники из мягкого железа бывают разных размеров и форм. Несколько типичных форм включают E, I, U и L.
Трансформатор с ферритовым сердечником: Из-за высокой магнитной проницаемости в трансформаторе с ферритовым сердечником используется один. В высокочастотном приложении этот тип трансформатора обеспечивает невероятно низкие потери. В высокочастотных приложениях, таких как импульсные источники питания (SMPS), радиочастотные приложения и т. Д., В результате используются трансформаторы с ферритовым сердечником.
Трансформатор с тороидальным сердечником: Железный сердечник или ферритовый сердечник — два примера материалов тороидального сердечника, используемых в трансформаторе. Из-за их превосходных электрических характеристик часто используются тороиды с кольцеобразным или кольцевым сердечником. Кольцевая форма обеспечивает очень низкую индуктивность рассеяния и чрезвычайно высокую индуктивность и добротность.
Трансформатор с воздушным сердечником: Материал сердечника трансформатора с воздушным сердечником не является настоящим магнитным сердечником. Воздух используется исключительно в потокосцеплении трансформатора с воздушным сердечником. Первичная обмотка трансформатора с воздушным сердечником генерирует переменный ток, создавая вокруг себя электромагнитное поле.
Типы трансформаторов в зависимости от расположения обмоток
Трансформатор с автоматической обмоткой: Первичная и вторичная обмотки всегда были фиксированными, но с трансформатором с автоматической обмоткой они могут быть соединены последовательно, а узел с отводом от центра может быть перемещенным. Вторичное напряжение можно изменить, изменив положение центрального отвода. Auto используется для оповещения себя или отдельной катушки и не является аббревиатурой от Automatic. Эта катушка создает соотношение, используя главные и второстепенные компоненты. Соотношение главного и вторичного определяется расположением узла центрального отвода, который изменяет выходное напряжение. VARIAC, устройство, которое генерирует переменный переменный ток из постоянного входного переменного тока, используется наиболее часто.
Типы трансформаторов в зависимости от области применения
Трансформаторы бывают разных модификаций, каждая из которых работает в определенной области. Таким образом, в зависимости от предполагаемого использования трансформаторы можно разделить на следующие категории:
Силовой трансформатор: Энергия передается на подстанцию или в общую сеть с использованием силового трансформатора большего размера. Между основной распределительной сетью и электрогенератором этот трансформатор служит связующим звеном. Силовые трансформаторы можно разделить на три группы в зависимости от их номинальной мощности и технических характеристик.0022
Малый силовой трансформатор,
Среднемощный трансформатор и
Большой силовой трансформатор
Измерительный трансформатор: Измерительный трансформатор — другое название измерительного трансформатора. Это еще один инструмент измерения, который обычно используется в области мощности. Для разделения первичной мощности и преобразования тока и напряжения в меньшем соотношении к ее вторичному выходу используется измерительный трансформатор.
Распределительный трансформатор: Распределительный трансформатор функционирует как понижающий трансформатор, преобразующий высокое напряжение сети в напряжение, подходящее для конечного пользователя, обычно 110 В или 230 В. В зависимости от мощности преобразования или номиналов распределительный трансформатор может быть меньше или больше.
Импульсный трансформатор: Импульсный трансформатор является одним из самых популярных трансформаторов, устанавливаемых на печатную плату и генерирующих электрические импульсы с постоянной амплитудой. Он используется в ряде цифровых схем, где существует потребность в создании изолированных импульсов.
Выходной аудиотрансформатор: Другим трансформатором, часто используемым в электронной промышленности, является аудиотрансформатор. Он специально используется в приложениях, связанных со звуком, где необходимо согласование импеданса.
Принцип работы трансформатора
Основополагающим принципом работы трансформатора является взаимная индукция между двумя катушками или закон электромагнитной индукции Фарадея. Ниже приведено описание работы трансформатора. Многослойный сердечник трансформатора из кремнистой стали покрыт двумя отдельными обмотками. Согласно приведенной ниже схеме, первичная обмотка — это та, к которой подключен источник переменного тока, а вторичная обмотка — это та, к которой подключена нагрузка. Можно использовать только переменный ток, потому что взаимная индукция между двумя обмотками требует переменного потока.

Первичная обмотка трансформатора создает переменный поток, известный как взаимный поток, при приложении переменного напряжения в соответствии с принципом взаимной индуктивности.
Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, этот переменный поток магнитно связывает первичную и вторичную обмотки трансформатора и генерирует ЭДС E ₁ в первичной обмотке и E ₂ во вторичной обмотке. ЭДС (E ₁) называется первичной ЭДС, тогда как ЭДС (E ₂) является вторичной ЭДС.
и
Разделив вышеприведенные уравнения, получим соотношение:
количество витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора соответственно. Если N ₂ > N ₁ , то E ₂ > E ₁ , а трансформатор будет повышающим; если N ₂ < N ₁ , то E ₂ < E ₁ , и трансформатор будет понижающим.
Если к вторичной обмотке теперь подключена нагрузка, ток нагрузки I ₂ потечет через нагрузку в результате ЭДС E ₂ . В результате трансформатор позволяет передавать электроэнергию с изменением уровня напряжения из одной электрической цепи в другую.
Части трансформатора
Трансформатор в основном состоит из трех частей:
Сердечник
Сердечник трансформатора служит опорой для обмотки. Кроме того, он предлагает канал потока магнитного потока с минимальным сопротивлением. Как видно на изображении, обмотка намотана вокруг сердечника. Для снижения потерь в трансформаторе используется многослойный сердечник из мягкого железа. Состав сердечника определяется переменными, в том числе рабочим напряжением, током и мощностью. Диаметр сердечника отрицательно коррелирует с потерями в железе и прямо коррелирует с потерями в меди.
Обмотки
Медные провода, намотанные на сердечник трансформатора, называются обмотками. Медные кабели используются, потому что высокая проводимость меди снижает потери трансформатора, поскольку сопротивление току снижается по мере увеличения проводимости. А высокая степень пластичности меди позволяет изготавливать из нее невероятно тонкие провода.
Два основных типа обмоток. обмотки первичной и вторичной катушек. Первичная обмотка представляет собой группу витков обмотки, на которую подается ток питания. Количество витков обмотки, из которых получается выходная мощность, называется вторичной обмоткой. Изоляционные покрытия используются для изоляции первичной и вторичной обмоток друг от друга.
Изоляционные материалы
Трансформатору требуется изоляция для разделения обмоток и предотвращения коротких замыканий. Это облегчает взаимную индукцию. На стабильность и долговечность трансформатора влияют изоляционные материалы. В трансформаторе в качестве изолирующих сред используются: изоляционная жидкость, лента, бумага и ламинирование из дерева.
Бак
Главный бак трансформатора служит двум целям:
Сердечник и обмотки защищены от непогоды, например дождя и пыли.
Используется как емкость для масла, а также как опора для всех других насадок трансформатора.
Трансформаторное масло
Большая часть огромного трансформатора погружена в масло. Трансформаторное масло добавляет изоляцию между проводниками, улучшает отвод тепла от катушек и обладает способностью обнаруживать неисправности. Трансформаторное масло обычно изготавливается из углеводородного минерального масла.
Расширители масла
Расширители масла расположены над баком трансформатора и проходными изоляторами. Некоторые расширители трансформаторного масла содержат резиновую камеру. Когда трансформатор нагружен, температура окружающей среды повышается, что приводит к увеличению количества масла внутри трансформатора. В расширительном баке трансформатора достаточно места для увеличенного объема трансформаторного масла. Он также служит резервуаром для масла, которое используется для изоляции зданий.
Сапун
Все масляные трансформаторы с расширительным баком включают его. Помогает защитить масло от влаги.
Радиаторы и вентиляторы
Большая часть мощности, теряемой трансформатором, рассеивается в виде тепла. Радиаторы и вентиляторы способствуют рассеиванию тепла, выделяемого трансформатором, и обеспечивают защиту от выхода из строя. Большинство сухих трансформаторов охлаждаются естественным воздухом.
Идеальный трансформатор
Идеальный трансформатор — это чисто теоретический трансформатор, который вообще не имеет потерь, включая потери в сердечнике, потери в меди или другие потери трансформатора. Этот трансформатор считается КПД 100%.
Предполагается, что обмотки трансформатора полностью индуктивны, а сердечник трансформатора предполагается без потерь при создании идеальной модели трансформатора. Кроме того, трансформатор не имеет реактивного сопротивления рассеяния (реактивное сопротивление — это сопротивление протеканию тока от элемента цепи за счет его индуктивности и емкости). Это указывает на то, что первичная и вторичная обмотки трансформатора подключены к сердечнику трансформатора при 100% магнитном потоке. Однако каждая обмотка должна иметь некоторое индуктивное сопротивление, что приводит к падению напряжения и потерям I2R. В модели идеального трансформатора обмотки предполагаются идеальными (полностью индуктивными), а значит, их сопротивление равно нулю.
Уравнение ЭДС идеального трансформатора
Пусть N _p — число витков основной обмотки, а N _s — число витков вторичной обмотки. Когда на основную катушку трансформатора подается переменное напряжение, генерируемый ток создает переменный магнитный поток, который соединяет вторичную катушку и создает ЭДС. Количество витков вторичной обмотки определяет величину этой ЭДС. Рассмотрим идеальный (без потерь) трансформатор с нулевым сопротивлением первичной обмотки (отсутствие падения напряжения на катушке) и полным потоком в сердечнике, соединяющем первичную и вторичную обмотки. При напряжении В _p подается на первичную обмотку, пусть – потокосцепление в каждом витке в сердечнике в момент времени t за счет тока в первичной обмотке.

Затем вычисляется ЭДС индукции или напряжение (ε _s ) во вторичной обмотке с N _s витков.
ε _с = –N _с x dϕ/dt ……(1)
Кроме того, переменный поток создает в сети обратную ЭДС. Это оно.
ε _p = –N _p x dϕ/dt ……(2)
А для идеального трансформатора ε _p =V _p
Приблизительно, если вторичная цепь представляет собой разомкнутую цепь или потребляемый от нее ток небольшой, ε _с = V _с .
Напряжение на вторичной обмотке составляет В _с . В результате уравнения (1) и (2) могут быть записаны как0591 P x Dϕ / DT …… (4)
Из уравнений (3) и (4), мы имеем
V _S / V _P = N _S / N _P _S / N _P 1…… ………. …(5)
Приведенное выше уравнение известно как Уравнение преобразования или Формула преобразования .
Следующие три допущения используются для получения предыдущего соотношения:
Электрические сопротивления первичной и вторичной катушек незначительны.
Связь потока как с первичной, так и со вторичной катушками одинакова, или из сердечника уходит очень мало потоков.
Вторичный ток незначителен.
Коэффициент витка
Коэффициент витка — это мера, позволяющая определить, имеет ли вторичная обмотка трансформатора больше или меньше витков, чем первичная. Количество витков первичной катушки равно «Np», а количество витков вторичной катушки равно «Ns», что соответствует количеству витков.
Потребляемая и выходная мощность будут равны, если трансформатор исправен или имеет 100-процентный КПД (без потерь энергии).
I _P V _P = I _S V _S …… (6)
Сочетные уравнения (5) и (6), мы имеем
I _{P _{1. _{1. _{P_{/P _11. = V _s /V _p = N _s /N _p =K}}}}}
Коэффициент поворота, K, определяется в предыдущем уравнении. Если вторичная катушка имеет больше витков, чем первичная, это так (N _s >N _p ), и напряжение повышается (V _s >V _p ). Повышающий трансформатор – это название для такого рода установки. Понижающий трансформатор — это трансформатор, в котором вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная обмотка (N _s p ).
Эффективность трансформатора
Эффективность трансформатора также известна как коммерческая эффективность . Обозначается буквой «η». Эффективность трансформатора описывается как отношение мощности (в Вт или кВт) к потребляемой мощности (в Вт или кВт).
Следовательно, эффективность трансформатора может быть выражена следующим образом:
КПД (η) = (выходная мощность / потребляемая мощность)
Приведенное выше уравнение можно использовать для идеального трансформатора, в котором нет трансформатора. потери и вся входная энергия передается на выходе. В результате следующее уравнение в основном используется, если учитываются отходы трансформатора и оценивается эффективность трансформатора в практических состояниях.
Эффективность = ((Мощность O/P) / (Мощность O/P + Потери)) × 100% = 1− (Потери/мощность i/p) × 100
Потери энергии в трансформаторе
В предыдущих уравнениях мы использовали идеальный трансформатор (без потерь энергии). Однако некоторые потери энергии все же происходят в реальном трансформаторе по следующим причинам:
Утечка потока: Поскольку часть потока уходит из сердечника, не весь поток, генерируемый первичной обмоткой, попадает во вторичную обмотку. Это происходит из-за неправильной конструкции сердечника или наличия отверстий для воздуха в сердечнике. Его можно понизить, намотав первичную и вторичную обмотки друг на друга. Его также можно снизить, если ядро хорошо спроектировано.
Сопротивление обмоток: Поскольку провод, используемый для обмоток, имеет некоторое электрическое сопротивление, в результате тепла, выделяемого в обмотках, теряется энергия. Они смягчаются в обмотках сильного тока и низкого напряжения за счет использования толстого провода с высокой проводимостью.
Вихревые токи: Переменный магнитный поток создает вихревые токи в железном сердечнике, что приводит к потерям энергии при нагреве. Использование ламинированного сердечника снижает ударную нагрузку.
Гистерезисные потери: В каждом цикле переменного тока переменное магнитное поле меняет намагниченность сердечника на противоположное. Потеря энергии в сердечнике происходит в виде тепла из-за гистерезисных потерь, которые сводятся к минимуму за счет использования магнитного материала с низкими гистерезисными потерями.
Применение трансформатора
Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных применений трансформатора:
Повышение или понижение уровня напряжения в цепи переменного тока для обеспечения правильной работы различных электрических компонентов цепи.
Препятствует переходу постоянного тока из одной цепи в другую.
Разделяет две отдельные электрические цепи.
Перед началом передачи и распределения необходимо повысить уровень напряжения на электростанции.
Также Проверка:
Генераторы переменного тока
Электродвижная сила
Индуцированное напряжение
Решающие примеры на трансформаре
Пример 1: Актуальный оборот. Чему равно вторичное напряжение, если коэффициент трансформации равен 10?
Решение:
Учитывая, что коэффициент поворота, N ₂ /N ₁ = 10
и Thevoltage по всему первично Трансформатор; уравнение:
V ₂ /V ₁ = N ₂ /N ₁
Заменить данные значения,
V ₂ /12010101010111011101110101110111011101110111011011011011110 гг. = 1200 В
Пример 2: Трансформатор имеет 1000 витков в первичной обмотке, и через него протекает ток 8 А. При входной мощности 10 кВт, а на выходе 1000 В. Определить число витков во вторичной обмотке.
Solution:
Consider the case of an Ideal Transforemer,
Given that, P _in = P _out = 1000 W
But, P _out = V _S I _S
Теперь ток во вторичной цепи составляет,
I _S = P _out / V _S = 10000 / 1000 = 10 A
Следовательно, коэффициент трансформации трансформатора определяется выражением
I _P S _{/ I 90 S} / N _P
N _S = (I _P / I _S ) N _P
= (8/10) × 1000
витков
Пример 3: Количество витков вторичной обмотки однофазного трансформатора 22 кВА, 2200/220 В равно 50, затем найдите количество витков первичной обмотки. Всеми видами потерь в трансформаторе пренебречь.
Ответ:
Значение соотношения поворотов составляет
V _P /V _S = 2200/220
= 10 = K
Номер из первичных поворотов110. primary turns can be determined as:-
N _p /N _s =K
N _p /50=10
N _p = 500
Example 4: Determine the первичный ток, потребляемый трансформатором, когда КПД предоставленного трансформатора составляет 75 % и он работает на 100 В, 5 кВА, а вторичное напряжение составляет 200 В.
Ответ:
Учитывая, что, оценка KVA трансформатора = 5 KVA
Первичное напряжение, v ₁ = 100 В
Сторорный напряжение, V ₂ = 20010103
. Primary current I ₁ is given by,
I ₁ = S / V ₁
= 5 kVA / 100
= 50 A

FAQs on Transformer
Question 1: Что такое Трансформер?
Ответ:
Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую с помощью электромагнитной индукции и взаимной индукции. Чаще всего он используется для увеличения («повышение») или уменьшения («понижение») уровней напряжения между цепями при сохранении постоянной частоты переменного тока.
Вопрос 2: Перечислите некоторые основные типы трансформаторов.
Ответ:
Трансформатор можно разделить на множество в зависимости от назначения:
Типы трансформаторов в зависимости от уровня напряжения
Понижающий трансформатор
Повышающий трансформатор
Типы трансформаторов в зависимости от материала сердечника трансформатора
Железо 0 Трансформатор с ферритовым сердечником
Трансформатор с тороидальным сердечником
Трансформатор с воздушным сердечником
Типы трансформаторов в зависимости от схемы обмотки
Трансформатор с автоматической обмоткой
Types of transformer based on Usage
Power Transformer
Small power transformer,
Medium power transformer, and
Large power transformer
Measurement Transformer
Distribution Transformer
Pulse Transformer
Audio Output Трансформатор
Вопрос 3: Что такое коэффициент поворота?
Ответ:
Коэффициент трансформации — это мера, позволяющая определить, имеет ли вторичная обмотка трансформатора больше или меньше витков, чем первичная.