Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Что такое трансформатор и как его проверить



Практически в каждом устройстве работающем от сети 220 вольт находится трансформатор.
Что же такое трансформатор напряжения, что он из себя представляет и какие у него задачи?

Трансформатор по сути это устройство которое преобразует переменное напряжение и ток, повышая их или понижая, или же просто разделяя гальваническую связь в случае разделительного трансформатора.

Простейший трансформатор напряжения представляет из себя минимум две индуктивные обмотки провода (катушки) которые находятся на одном сердечнике из металлического сплава с электромагнитной проводимостью.

Работа трансформатора основывается на двух принципах:

  • электромагнитная индукция – ЭДС (электродвижущая сила) которая возникает в обмотке под действием магнитного потока.
  • электромагнетизм – магнитное поле которое возникает от действия электрического тока во времени.

На практике все это выглядит примерно так, на первичную обмотку поступает напряжение (220 вольт) при этом ток который проходит по первичной обмотке создает переменный магнитный поток в сердечнике который в свою очередь создает ЭДС индукции в вторичных обмотках и в них возникает ток со сдвигом в 90 градусов по отношению к основному магнитному потоку.

Трансформатор имеет три режима работы:

  • Режим нагрузки – основной полезный режим работы когда вторичная обмотка трансформатора подключена к нагрузке через которую протекает ток.
  • Холостой режим – в таком режиме вторичные цепи никуда не подключены и соответственно ток в них не протекает. Все токи которые протекают в первичной обмотке характеризуют КПД трансформатора и потери в сердечнике на холостом ходу.
  • Режим КЗ – в результате замыкания вторичной обмотки возникает короткое замыкание. В таком режиме, с помощью специального сопротивления, можно измерить полезную мощность на нагрев проводов обмоток трансформатора

Также трансформаторы можно разделить на повышающие и понижающие, а также разделительные.
При помощи коэффициента трансформации подсчитывают отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки:

k = N1/N2

У понижающего трансформатора коэффициент трансформации всегда меньше единицы, а для повышающего трансформатора – больше.

Когда коэффициент трансформации – 1 и соответственно количество обмоток равное то такой трансформатор можно назвать разделительным, такими трансформаторами осуществляют гальваническую развязку, то есть на выходе, к примеру, можно получить те же 220 вольт но не один из выводов не будит иметь фазы и не будит нести опасности для человека по отношению к земли.

Электромагнитный сердечник


В низкочастотных трансформаторах сердечник выполнен из стали или пермаллоя (а не ферромагнетика) и не из цельного куска, а из отдельных пластин такое выполнение помогает уменьшить нагрев трансформатора в следствие вихревых токов Фуко.

Сердечники из пластин стягивают винтами или склеивают, но в последнее время их делают не разборными и просто сваривают точечной сваркой по углам собранного трансформатора.
Склеивают как правило очень маленькие трансформаторы, например в адаптерах зарядок и другой различной малогабаритной техники.

По форме сердечники могут быть несколько типов.
Наиболее встречающимся вариантом, в последнее время, есть Ш-образный сердечник, обмотки катушки располагаются в середине трансформатора.

Реже встречаются

П-образные сердечники, обмотки в таком трансформаторе две и они располагаются по бокам сердечника.

Но важное правило – сердечник должен быть замкнутым то есть магнитный поток в нем также должен быть замкнутым что и достигается при подобных конструкциях.

Отличным вариантом замкнутого магнитного сердечника есть тороидальный трансформатор. Такие сердечники характеризуются меньшим рассеиванием магнитного потока и соответственно в итоге большим КПД.

Тороидальный сердечник представляет из себя кольцо (круг) из железа или стали, это может быть цельный метал, а может быть, зачастую это стальная лента свитая в кольцо и пропитана слоем лака что предотвращает пагубное действие токов Фуко.

Однако в тороидальных трансформаторов возникают трудности в намотке провода, для заводской намотки применяются специальные довольно сложные в своей конструкции станки где провод наматывается специальной “иглой” (веретеном), в домашних же условиях намотать такой трансформатор все же можно но достаточно сложно и трудоемко, особенно если провод толстый и предполагается большое количество витков.

В высокочастотных (импульсных) трансформаторах используют сердечники из цельного материала (или двух кусков). В качестве материала применяют ферромагнетик (феррит). Необходимой особенностью в таких случаях является то что феррит и альсифер могут работать на частотах выше сотни килогерц и обладает повышенным электромагнитным сопротивлением.

Во всех импульсных блоках питания компьютеров, ноутбуков, современных телевизоров, а также другой даже мелко габаритной электронике применяются исключительно высокочастотные трансформаторы с ферритовыми, как правило Ш-образными сердечниками.
Низкочастотные трансформаторы, в основном применяются в электротехнике, подстанциях, стабилизаторах напряжения, усилителях высокого класса и т. д.

Мощность и КПД трансформатора


Думаю всем логически понятно что чем больше габариты трансформатора тем больше его мощность и больший ток на вторичных обмотках можно снять при достаточной толщине их провода.

Мощные трансформаторы это трансформаторные подстанции которые занимают целые помещения, ну а трансформатор мощностью в пару ватт может поместится и на ладошке.
В случае с трансформаторами импульсных блоков питания, на ладошке может поместится и трансформатор мощностью в 500 ватт и больше.

Общая мощность трансформатора может разделятся между вторичными обмотками, но не вся мощность первичной обмотки передается во вторичные.
Малая доля общей мощности идет на нагрев сердечника, нагрев провода в обмотках, а также небольшая часть в виде магнитного потока просто рассеивается и не принимает участия в полезной трансформации.

КПД трансформатора – это коэффициент отношение мощности вторичной обмотки (P2) к первичной (P1), и как правило он всегда меньше 100%, а полное соответствие это идеал который не встречается в существующих трансформаторах но зависит от конструкции и используемого материала трансформатора.

КПД = P2 / P1

На практике больше габаритные трансформаторы имеют больше КПД нежели малогабаритные. Для примера трансформаторы на подстанциях имеют КПД порядка 98%, а маленькие 10-ватные трансформаторы могут иметь КПД даже ниже 70%!

Почему трансформатор греется


В трансформаторе греются как провода так и магнитный сердечник.
В правильно сконструированном трансформаторе нагрев будит незначительным. Но так как производители постоянно ищут способы сэкономить производство то уменьшается количество витков и габариты сердечника до рабочего минимума.

Такой трансформатор выполняет свои функции но при достижение максимальной мощности устройства которое питает такой трансформатор, будит происходить перегрев трансформатора при длительной его работе.

Где это необходимо, трансформаторы укомплектовывают термопредохранителем который крепится или к металлическому сердечнику или закладывается в слой изоляции первичной обмотки.
Термопредохранители применяют на температуру сработки до 130 градусов, большая температура может негативно сказываться на лаковой изоляции проводов катушки, кроме того возникает пожаронебезопасная ситуация.

Как проверить исправность трансформатора


Самая простая проверка трансформатора может быть с помощью мультиметра (тестера) в режиме измерения сопротивления. И конечно же запах “гари” и почерневшая изоляция обмоток будит свидетельствовать о дефекте и возможной поломке трансформатора.

Наиболее просто будит проверить малогабаритный низкочастотный трансформатор

так как примерно известно сопротивление первичной обмотки (около 40-100 Ом).
Среднее значение сопротивления вторички с напряжением до 30 вольт можно взять примерное число до 20 Ом.

В высокочастотных импульсных трансформаторах сопротивление обмоток будут на много отличаться, и сопротивление первичной обмотки будит в основном зависит от параметров выходных ключей (транзисторов) и частоты генерации схемы блока питания.

В шырокораспространенных понижающих трансформаторах ток первичной обмотки не большой и потому применяют провод малого сечения. Во вторичной же обмотке в таком случае провод будит потолще (чем больше сердечник тем толще провод) но и как в случае с понижающим трансформатором – витков будит намного меньше нежели в первичной обмотке.

Чем толще провод – тем меньше его сопротивление. Потому мы можем быть уверены что для понижающего трансформатора сопротивление первичной обмотки для 220 вольт будит намного большим чем для вторичной.

Если в катушке одной из обмоток имеется обрыв провода данная обмотка покажет бесконечное сопротивление то есть не будит прозваниваться. В случае когда сопротивление обмотки очень маленькое, порядка 1-2 Ом то возникает подозрение на межвидковое замыкание.

Когда в трансформаторе есть несколько (вторичных) обмоток на разные напряжения как правило, то всех их проверяют по отдельности понимая что чем больше напряжение должно быть на выходе трансформатора – тем больше должно быть сопротивление данной обмотки провода.

Чтобы случайно не перепутать обмотки (первичную с вторичной) когда не понятно есть ли КЗ в обмотке, есть очень хороший способ запуска трансформатора от сети 220 вольт через лампочку накаливания (последовательно).
В данном случае при ошибке обмоток или при КЗ обмотка не перегорит так как лампочка возьмет всю нагрузку на себя и ярко засветится, об этом можно и судить о неисправности трансформатора.

Но лампочка должна быть заведомо мощнее трансформатора, кроме того снять большую нагрузку в таком подключение не получится, как только мощность нагрузки вторичной обмотки превысит мощность лампочки – нагрузку повысить не получится и лампочка будит светить в полный накал.

Первичная обмотка трансформатора – Энциклопедия по машиностроению XXL

Электрическая схема контактных машин состоит из трех элементов трансформатора, прерывателя тока и переключателя степеней мощности (рис. 5.38). Первичную обмотку трансформатора подключают к сети с напряжением 220—380 В ее изготовляют секционной для изменения числа рабочих витков при переключении ступени мощности. Вторичная обмотка трансформатора состоит из одного или двух витков (вторичное напряжение 1 —12 В). Сила вторичного тока составляет 1000—J00 ООО А.  [c.219]
Трансформатор имеет сердечник — магнитопровод из трансформаторной стали, на сердечнике размещаются две обмотки — первичная и вторичная. Переменный ток из сети, проходя через первичную обмотку трансформатора, намагничивает сердечник, создавая в нем переменный магнитный поток, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней переменный ток.[c.59]

Контактные машины работают на переменном токе от трансформаторов. Первичную обмотку трансформаторов подключают к сети с напряжением 220—380 В, ее изготовляют секционной для изменения числа рабочих витков при переключении ступеней мощности.  [c.112]

Таким образом, для изменения Е/а необходимо изменять число включенных витков первичной обмотки 1 1, соответственно будет изменяться и вторичный сварочный ток. Для увеличения вторичного тока необходимо уменьшить число витков первичной обмотки трансформатора.  [c.113]

В усилителях мощности и усилителях высокой частоты нагрузку часто включают через трансформатор. В этом случае первичную обмотку трансформатора включают вместо Z , а во вторичную цепь трансформатора включают нагрузку. В усилителях высокой частоты это позволяет уменьшить сопротивление Rbh и, следовательно, полосу пропускания, а в усилителях низкой частоты согласовать нагрузку с усилительным при ром и тем самым увеличить мощность, отдаваемую в нагрузку.[c.168]

Напряжение, снимаемое с резисторов, подводится к двум вершинам моста, содержащего в своих плечах конденсаторы Сф и регулируемые резисторы Яф для изменения фазы защитного напряжения. Две другие вершины этого моста соединяются с первичной обмоткой трансформатора Тр2, вторичная обмотка которого включается между вершиной Д измерительной схемы и землей.  [c.56]

Опыт эксплуатации закалочных установок показал их высокую надежность и безопасность при обслуживании. Монтаж закалочных устройств и линий передачи должен производиться с учетом требований ПУЭ [261. Конструкция стачка должна исключать возможность случайного прикосновения к элементам, находящимся под высоким напряжением (конденсаторы, выводы первичной обмотки трансформатора и т. п.). Вторичная обмотка трансформатора и все металлические конструкции станка должны быть заземлены. Напряжение на индукторе составляет несколько десятков, а иногда и сотни вольт и может служить причиной поражения персонала. Запрещается прикасаться к индуктору, находящемуся  [c.187]

Измерение угловых ускорений осуществляют датчиками с дифференцирующими электрическими устройствами и инерционными датчиками. Первые, применяемые для измерения малых ускорений, имеют датчики угловых скоростей генераторного типа с трансформатором на его выходе. При постоянной угловой скорости в первичной обмотке трансформатора будет протекать ток, а во вторичной тока не будет. При изменении угловой скорости во вторичной обмотке индуктируется ток, пропорциональный изменению угловой скорости, т. е. угловому ускорению.  [c.436]


В среднем положении якоря напряжение на первичной обмотке трансформатора управления равно нулю. При перемещении пальца 5 вверх или вниз изменяется воздушный зазор между якорем и сердечниками катушек, а вместе с этим меняется и индуктивное сопротивление сердечников 3 w 4. На обмотке трансформатора управления возникает напряжение, пропорциональное величине перемещения якоря, а фаза определяется направлением смещения якоря от среднего положения. Сигнал со вторичной обмотки управляющего трансформатора подается на вход электронного анализатора, соединенного с фазочувствительными двухтактными электронными усилителями. От электронных усилителей сигналы поступают к электромагнитным усилителям, а оттуда к электродвигателям следящей и задающей подач. Схемы усилителей обеспечивают регулирование скоростей подач.  [c.308]
Рис. 38. Принцип действия тороидальных установок замкнутого типа. Сердечник трансформатора продет сквозь тороидальный контейнер с плазмой. Через первичную обмотку трансформатора пропускается большой мощности разряд, который индуцирует в плазме сильный электрический ток, создающий, в свою очередь, магнитное поле (его силовые линии показаны пунктиром), сжимающее плазму
Сигнал индукционного датчика 28 через потенциометр 29 подается на вход суммирующего усилителя 30, на выходе которого включен трансформатор Тр. Параллельно первичной обмотке трансформатора включена батарея конденсаторов С/ с переключателем, имеющая переменную емкость. Батарея конденсаторов С1 служит для настройки по фазе, а потенциометр 29—для настройки по амплитуде автоколебаний. Со вторичной обмотки трансформатора сигнал подается на вход усилителя 32 мощности, состоящего из двух параллельно включенных электровакуумных триодов. Режим работы триодов зависит от входного сигнала, при максимальной выходной мощности триоды работают с токами сетки (режим С).  [c.121]

В установке использованы два генератора импульсов и два зарядных устройства, что позволяет работать отдельно на каждом аппарате, обеспечивая необходимую гибкость технологической схемы. Первичная обмотка импульсного трансформатора включена в цепь заземления генератора II и III стадии. Импульсный ток, протекающий первичной обмотке трансформатора при срабатывании ГИН-240, генерирует напряжение на вторичной обмотке, которая соединена с электродом доводочной камеры (ЭД-1).[c.292]

Первичная обмотка трансформатора выполняется на одно из стандартных напряжений — 127, 220, 380 или 500 в либо с переключателями витков на 127/220 или 220/380 в для постоянства вторичного напряжения 65 или. 50 в (фиг. 29).  [c.286]

Величина и форма кривой, характеризующей этот ток, задаются с помощью соответствующего изменения величины ёмкости, а также числа витков в первичной обмотке трансформатора. Изменением числа витков или ёмкости конденсатора можно подобрать нужную характеристику волны вторичного тока, наиболее удовлетворительную для сварки того или иного материала.  [c.69]

Силовая схема электроподвижного состава однофазного тока с коллекторными двигателями состоит из первичной высоковольтной цепи (токоприёмники и первичная обмотка трансформатора) и вторичной низковольтной цепи (вторичная обмотка трансформатора, система контакторов, для переключения ступеней трансформатора и тяговые двигатели).[c.479]

Первичные обмотки трансформаторов контактных машин (фиг. 60) изготовляются  [c.279]

Фиг. 60. Первичные обмотки трансформаторов а—цилиндрическая однослойная б — то же многослойная в — дисковая однорядная г—то же многорядная.

Для увеличения тока через игнитрон в маломощных машинах применяют шунтирующее сопротивление, включаемое параллельно первичной обмотке трансформатора.  [c.294]

Линейное напряжение питающей сети Uj j подаётся на первичную обмотку трансформатора /. Вторичное линейное напряжение этого  [c.176]

Лампа А через кнопку питается от первичной обмотки трансформатора и предупреждает сварщика о наличии  [c.216]

В случае работы на фиксированной частоте при определении индуктивности первичной обмотки трансформатора исходят из допустимого шунтирующего действия  [c. 567]

Для измерения распределения капель жидкости с низкой проводимостью и при больших скоростях потока (до 180 м/с) А. С. Федоровым [147, 148] предложена схема с высокочастотной коррекцией (рис. 2.18). Постоянное напряжение or источника подается во входную часть измерительной схемы. При замыкании электродов движущейся каплей в первичной обмотке трансформатора возникает ток. Импульс со вторичной обмотки поступает на вход импульсного усилителя. Усилитель имеет подъем частотной характеристики в диапазоне от 0,1 до 20 МГц. Выходное напряжение усилителя приобретает вид импульсов длительностью 1,5 МКС. Резистор R в этой схеме служит для регулировки полосы пропускания контура, образованного первичной обмоткой трансформатора и паразитной емкостью. Частотная характеристика трансформатора практически равномерна в диапазоне от 0,1 до 30 МГц. Схема обеспечивает эффективное подавление помех, спектр которых является более низкочастотным. В то же время из-за подъема частотной характеристики на высоких частотах, в области которых находится спектр полезного сигнала, амплитуда полезных импульсов увеличивается. При этом уменьшается число потерянных импульсов от капель малого размера, связанное с влиянием паразитной емкости. Скорость счета импульсов определяется с помощью счетчика.  [c.48]

Контактные машины включают и выключают со стороны первичной обмоТки трансформатора. В процессе сварки необходимо периодически включать и выключать ток. Для этого применяют прерыватели нескольких типов простые механические контакторы, электромагнитные (синхронные и асинхронные), электронные приборы (ти-ратронные и игнитронные).  [c.113]

Следуюн(ий метод регулирования основан на использовании индукционного регулятора (рис. 5-8, г). Простейшим индукционным регулятором может служить заторможенЕ1ый асинхронный двигатель с фазным ротором, устроенный таким образом, чтобы ротор можно было плавно поворачивать на 180°. К тре хфазной сети присоединяются три фазные обмотки либо ротора, либо статора, создающие вращающееся магнитное поле. Если к сети присоединен ротор, то в каждой фазной обмотке статора благодаря вращающемуся магнитному полю индуктируется переменное напряжение. При повороте ротора амплитуда этого напряжения остается одной и той же, а фаза будет изменяться. Первичная обмотка испытательного трансформатора присоединяется к сети последовательно с одной из указанных выше фазных обмоток. Вследствие этого к трансформатору прикладывается геометрическая сумма напряжения сети П] и напряжения фазной обмотки В зависимости от положения ротора сдвиг фаз между напряжениями П, и Пз имеет различное значение. Таким образом, напряжение на первичной обмотке трансформатора Пт при повороте ротора будет плавно и.зменяться от минимума (О1 — С/. ) до максимума (и214 >) Индукционные регуляторы обеспечивают плавное регулирование напряжения, по вызывают искажение кривой напряжения.  [c.106]

Источник высокого напряжения (рис. 6-4) служит для создания электрической дуги. Он должен позволять создавать на электродах напряжение 12,5 кВ при токе между электродами 10—100 мА. Требуемое напряжение получается на вторичной обмотке трансформатора Тр2. Средняя точка вторичной обмотки заземлена однако воз–можно использование трансформаторов с незаземлен-ной средней точкой, в этом случае заземляется один из электродов. Для измерения напряжения на электродах служит электростатический вольтметр V2. Сила тока дуги измеряется амперметром А. Погрешность измерения тока и напряжения должна быть не более 2%. Напряжение и ток первичной обмотки трансформатора Тр2 регулируются при помощи автотрансформатора Тр1 я резисторов R1—RIO. Последние включаются в определенной последовательности при помощи специального коммутационного устройства S и позволяют получить требуемые значения тока дуги (табл. 6-1) при неизменном напряжении.  [c.127]

Вследствие низкого os гр системы деталь — индуктор— трансформатор параллельно первичной обмотке трансформатора должна быть подключена батарея статических косинусных конденсаторов, разгружающая питающий фидер от реактивных токов. Батарея располагается в непосредственной близости и комплектуется для среднечастотных установок конденсаторами типа ЭСВ, мощностью до 400 кВ-А (при частоте 10 кГц). Конденсаторы секционированы на секции по одной четверти общей мощности с одним общим и одним отдельным выводом каждая и допускают подключение отдельными секциями. В состав конденсаторной батареи обязательно входит один подстроечный конденсатор типа ЭСВП, у которого емкость для каждой из четырех секций распределена следующими частями 1/16 2/16 4/16 и 9/16. Секции конденсаторов подсоединяются к сборочной шине батареи разъединителями.  [c.56]

Свободные концы термопары через герметизирующее уплотнение выведены из вакуумной камеры и присоединены компенсационными проводами к одноточечному регулирующему потенциометру ПСР1-01 (обозначенному ИП ) со шкалой 0—1600° С. Позиционное регулирование температуры индентора осуществляется при замыкании — размыкании цепи первичной обмотки трансформатора Тр контактом реле Рд, соединенным с электронным потенциометром HlJg.  [c.169]

Работа приборов бесконтактного типа основана на изменении индуктивного сопротивления катушек дифференциального трансформатора при изменении зазора между сердечниками катушек и якорем. В них якорь I, соединенный с рычагом 2, располагается между сердечниками 3 м. 4 дифференциального трансформатора. Величина воздушного зазора регулируется в пределах от О до 2 мм. Первичные обмотки и намотаны на средних стержнях и включены последовательно во вторичную обмотку питающего трансформатора ПТ. Вторичные обмотки З Л 4 дифференциального трансформатора последовательно соединены с первичной обмоткой трансформатора управления ТрУ1. Вторичные обмотки ТрУ2 и ТрУЗ включены после-  [c.308]


Выделяемое при первом же взрыве тепло вполне достаточно для того, чтобы образовался ионизированный слой раскаленного газа, или плазмы, которая распространяется по цилиндру вслед за ударной волной. В таком газе орбитальные электроны отделяются от своих исходных атомов, и присутствие этих свободных электронов делает ионизированный газ (то есть плазму) электропроводящим Ч Колеблясь вместе с ионизированным газом вдоль цилиндра, волна свободных электронов создает переменный электрический ток, и, таким образом, ядерная энергия в реакторе- бомбе непосредственно превращается в электрическую (без обременительного процесса кипячения воды, необходимого для получения пара и приведения в движение турбогенератора). Конечно, мы еще должны найти способ извлекать эуу электроэнергию из реактора- бомбы , прежде чем сможем использовать его на практике. В принципе для этого можно установить соответствующие катушки-токосниматели (как показано на рис. 21) переменный электрический ток, текущий внутри реактора, будет индуцировать электрический ток в таких катушках подобно тому, как первичная обмотка трансформатора индуцирует токи во вторичной обмотке. Однако на практике токоснимающие катушки очень сложно установить настолько близко к реактору, чтобы такая индуктивная связь была достаточно эффективной. Из этого затруднительного положения можно выйти, пропустив токоснимающие электроды сквозь стенки цилиндра, однако и в этом случае весьма трудно найти такой материал для электродов, который выдержал бы громадные рабочие температуры внутри реактора (около 3500° С у внутренней поверхности цилиндра и вдвое большая — в критической зоне).  [c.70]

В контуре первичной обмотки трансформатора внешняя э. д. с, генератора U в] и противо-э. д. с. от первичной катушки расходуется на клеммах компенсирующей емкости Qo [фарада = к/е] и на активном и реактивйом сопротивлении самой обмотки.  [c.68]

На рис. 8 показана принципиальная схема радиоактивного реле, разработанного в ЦНИКП (Е. Я. Клочков). Оно имеет лишь одну пампу 6Н8 (двойной триод), используемую для выпрямления и усиления. Первичная обмотка трансформатора находится в режиме феррорезонанса. Чувствительность реле для практических целей достаточно высока.  [c.202]

В конструкции датчика Рудашевского (схема — см. фиг. 165. г) на подвижной ножке, связанной с корпусо,м пружинным шарниром, укреплён якорь из трансформаторного железа, на котором ломещена первичная обмотка трансформатора. Два сердечника со вторичными об-  [c.231]

Тепло выделяется в канале и благодаря интенсивной циркуляции металла передаётся в шахту. Первичная обмотка трансформатора и сердечник охлаждаются воздушным дутьём. Подовый камень, изготовляемый из специальной массы, обладает очень высокой стойкостью (до 2000—3000 плавок). Шахта футеруется шамотным кирпичом. Печь-накло-  [c.164]

Фиг. 2. Электрокинематическая схема стыковоИ машины с рычажным подаюше осадочным устройством 1 — подвижная плита 2 — неподвижная плита 3 — секционированная первичная обмотка трансформатора 4 — вторичная обмотка трансформатора 5—рычаг подаюше-осадочного устройства 6—выключающий сектор 7 —вспомогательное реле —главный контактор Р—вспомогательный трансформатор.
Эффективная защита первичной обмотки трансформатора от попадания влаги, искр и брызг расплавленного металла, от повреждения вследствие трения о подвижные части ма-шутны или в результате взаимного перемещения обмоток под действием электромагнитных сил.  [c.266]

Первичная обмотка трансформатора секпионирована она имеет три ступени — на первичное напряжение 340, 360 и 380 в.[c.216]

Применение неспекающегося катализатора позволяет упростить конструкцию крекера, который может быть изготовлен сварным, без фланцевых соединений. Контроль температуры крекера осуществляется термопарой, закладываемой в специальный карман внутренней ката-лизаторной камеры. Накал обмотки крекера может регулироваться тремя путями последовательно включенным реостатом, меняющим силу тока в пределах 10—20 а переключением витков первичной обмотки трансформатора (при подключении крекера к аппарату АВ-40-а) терморегулятором, включенным в цепь обмотки крекера.  [c.218]

Трансформаторы тока служат для преобразования из.ле1)яемого тока большой величины в ток малой величины и предназначаются для включения амперметров, токовых катушек ваттметров, счетчиков, реле. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь измеряемого тока вторичная обмотка замыкается на прибор, катушку реле или закорачи ается, так как при разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ее концах становится недопустимо большим. На фиг. 65 показано включение амперметра и катушки реле. Все аппараты, включаемые  [c.372]

Систему управления инвертором функционально и конструктивно можно разделить на три части задающий генератор, каскады предварительного усиления и оконечный каскад (выходная панель). Принцип работы задающего генератора основывается на заряде емкости через переменное сопротивление и разряде ее через динистор. В качестве переменного сопротивления используется переход коллектор — эмиттер строенного транзистора. Деление частоты задающего генератора и предварительное формирование импульсов управления осуществляются на логических элементах и блокинг-генерато-рах. Оконечные каскады обоих каналов управления собраны на силовых тиристорах. Нагрузка оконечных каскадов (управляющие переходы тиристоров инвертора) подключается через трансформаторы. Трансформаторы выполнены на ферритовых сердечниках. Каждому плечу инвертора соответствует один трансформатор. Первичная обмотка трансформатора намотана секциями, между которыми намотаны вторичные обмотки. Импульсы управления имеют передний фронт не более 2 мкс при амплитуде импульсов 3—3,5 А. Система управления инвертором, кроме оконечных каскадов, выполнена отдельным блоком. В этом же блоке расположены цепи защиты преобразователя от аварийных режимов.  [c.215]

Котлы могут быть включены в работу в любой последовательности, для чего переключатель ПП на общекотельном блоке устанавливается в положение, соответствующее номеру включаемого котла. Включение котла происходит следующим образом. Подается энергопитание в схему безопасности котла, нажимается кнопка — пуск КУП-1 на панели блока котла. Включается реле РП-1, 1РП и первичная обмотка трансформатора ТР, через который происходит питание схемы блока котла.  [c.77]


2. Повышающие и понижающие трансформаторы | 9. Трансформаторы | Часть2

2. Повышающие и понижающие трансформаторы

Повышающие и понижающие трансформаторы

До сих пор мы с вами рассматривали трансформаторы, у которых первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, давая примерно одинаковые уровни напряжения и тока в обоих цепях.  Однако, равенство напряжений и токов между первичной и вторичной обмотками трансформатора не является нормой для всех трансформаторов. Если индуктивности двух обмоток имеют разную величину, происходит нечто интересное:

 

transformer   
v1 1 0 ac 10 sin
rbogus1 1 2 1e-12       
rbogus2 5 0 9e12
l1 2 0 10000    
l2 3 5 100      
k l1 l2 0.999   
vi1 3 4 ac 0    
rload 4 5 1k    
.ac lin 1 60 60 
.print ac v(2,0) i(v1)  
.print ac v(3,5) i(vi1) 
.end    
freq          v(2)        i(v1)       
6.000E+01     1.000E+01   9.975E-05    Primary winding

freq          v(3,5)      i(vi1)      
6.000E+01     9.962E-01   9.962E-04    Secondary winding

Обратите внимание на то, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше первичного (0,9962 вольт против 10 вольт), а вторичный ток примерно в десять раз превышает первичный (0,9962 мА против 0,09975 мА). В этом SPICE моделировании описано устройство, которое в десять раз понижает напряжение и в десять раз повышает ток.

 

Трансформатор – это очень полезное устройство. С его помощью мы легко можем повысить или понизить напряжение и ток в цепях переменного тока. Появление трансформаторов сделало практической реальностью передачу электроэнергии на большие расстояния. Трансформаторы позволяют уменьшить потери на проводах линий электропередач (соединяющих генерирующие станции с нагрузками) путем повышения переменного напряжения и понижения переменного тока. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) трансформаторы понижают уровни напряжения до более безопасных значений и снижают стоимость применяемого оборудования. Трансформатор, который на выходе (во вторичной обмотке) вырабатывает более высокое напряжение, чем приложено на входе (к первичной обмотке), называется повышающим трансформатором (его вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная). И наоборот, понижающий трансформатор вырабатывает на своем выходе меньшее напряжение, чем подается на его вход, поскольку его вторичная обмотка имеет меньшее число витков по сравнению с первичной.

Посмотрите еще раз на фотографию, показанную в предыдущей статье:

 

На поперечном разрезе трансформатора хорошо видно первичную и вторичную обмотки.

 

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое количество витков первичной обмотки и малое число витков вторичной обмотки. Он преобразует высокое напряжение и маленький ток в низкое напряжение и большой ток. Благодаря большому току вторичной обмотки, в ней используется провод большого сечения. Первичная обмотка, ток в которой имеет небольшую величину, может быть выполнена из провода меньшего сечения.

Любой из рассмотренных типов трансформаторов можно использовать по противоположному назначению (подключить вторичную обмотку к источнику переменного напряжения, а первичную обмотку – к нагрузке). В этом случае трансформатор будет выполнять противоположную функцию: понижающий трансформатор будет функционировать как повышающий, и наоборот. Однако, для эффективной работы трансформатора индуктивности каждой из его обмоток должны быть спроектированы под конкретные рабочие диапазоны напряжения и тока (этот вопрос рассматривался в предыдущей статье). Поэтому, при использовании трансформатора по “противоположному” назначению, напряжения и токи его обмоток должны оставаться в исходных конструктивных параметрах. Только в этом случае трансформатор будет эффективен (и не будет поврежден чрезмерным напряжением или током!).

Трансформаторы часто имеют такую конструкцию, что не очевидно, какие провода принадлежат к первичной обмотке, а какие к вторичной. Во избежание путаницы, на многих трансформаторах (в основном импортного производства) используется обозначение “Н” для высоковольтной обмотки (первичная обмотка в понижающем трансформаторе, вторичная обмотка в повышающем трансформаторе), и обозначение “X” для низковольтной обмотки. Поэтому простой силовой трансформатор будет иметь провода с надписью «h2», «h3», «X1» и «X2».

Если вы вспомните, что мощность равна произведению напряжения и тока, то поймете почему напряжение и ток всегда движутся в “противоположных направлениях” (если напряжение увеличивается, то ток уменьшается, и наоборот). Вы так же поймете, что трансформаторы не могут производить энергию, они могут только преобразовывать ее. Любое устройство, которое могло бы произвести больше энергии, чем потребило, нарушило бы Закон сохранения энергии (энергия не может быть создана или уничтожена, она может быть только преобразована).

Практическая значимость вышесказанного становится более очевидной, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов, преобразование уровней напряжения и тока могло быть достигнуто только за счет использования установок, содержащих моторы и генераторы:

 

Установка мотор/генератор иллюстрирует основной принцип трансформатора

 

В этой установке мотор механически соединен с генератором. Генератор предназначен для получения желаемых уровней напряжения и тока за счет скорости вращения мотора. В то время, как и мотор и генератор являются достаточно эффективными устройствами, использование их в связке не обладает достаточной эффективностью, так что общий КПД установки находится в диапазоне 90% или менее. Кроме того, движущиеся части данных установок подвержены трению и механическому износу, а это, в свою очередь, влияет как на срок службы, так и на производительность. Трансформаторы же, с другой стороны, способны преобразовывать переменное напряжение и ток с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради стоит сказать, что установки мотор/генератор не обязательно являются устаревшими в сравнении с трансформаторами во всех сферах применения. Если трансформаторы явно превосходят моторы/генераторы в преобразовании переменного напряжения и тока, то они не могут преобразовать одну частоту переменного тока в другую, а также преобразовать (сами по себе) постоянное напряжение в переменное или наоборот. Установки мотор/генератор могут все это делать относительно просто, хотя и с некоторыми ограничениями эффективности, описанными выше. Эти установки также обладают уникальным свойством сохранения кинетической энергии: то есть, если по какой-либо причине источник питания мотора мгновенно отключается, его угловой момент (инерция вращательного движения) будет еще некоторое время поддерживать вращение генератора, изолируя тем самым нагрузку (питаемую генератором) от «сбоев» в основной энергосистеме.

При внимательном просмотре цифр в SPICE анализе вы должны увидеть соотношение между коэффициентом трансформации и двумя индуктивностями. Обратите внимание на то, что первичная обмотка (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичная (10000 Гн против 100 Гн), и что напряжение было понижено с 10 В до 1 В (в 10 раз). Обмотка с большей индуктивностью имеет более высокое напряжение и меньший ток. Поскольку обе обмотки трансформатора намотаны вокруг одного и того же сердечника (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на их индуктивность равны, за исключением количества витков в каждой из обмоток. Если мы еще раз взглянем на формулу индуктивности, то увидим, что индуктивность катушки пропорциональна квадрату числа ее витков:

 

 

Таким образом, должно быть очевидно, что две обмотки трансформатора в вышеприведенном SPICE моделировании при соотношении их индуктивностей 100 : 1 должны иметь соотношение витков провода 10 : 1, так как 10 в квадрате равно 100. Поскольку соотношение витков соответствует соотношению между первичным и вторичным напряжениями и токами (10 : 1), мы можем сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен соотношению витков провода между первичной и вторичной обмотками.

 

 

Повышающее / понижающее действие соотношения витков обмоток в трансформаторе аналогично соотношениям шестеренок в механических редукторных системах, которые преобразуют значения скорости и крутящего момента во многом таким же образом:

 

 

Повышающие и понижающие трансформаторы, применяющиеся для распределения электроэнергии, могут иметь гигантские размеры (сопоставимые с размером дома). На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около четырех метров:

 

 

Обзор:

  • Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношениями витков первичных и вторичных обмоток.

  • Коэффициент трансформации напряжения равен квадратному корню из отношения индуктивности первичной обмотки к индуктивности вторичной обмотки.

Проверка измерительных трансформаторов | Бесплатные дипломные работы на DIPLOMKA.NET

Проверка трансформаторов тока

При новом включении производится осмотр трансформаторов тока и их цепей, проверяются сопротивление постоянному току и электрическая прочность изоляции вторичных обмоток, определяются однополярные зажимы, проверяются характеристики намагничивания, коэффициенты трансформации. При плановых проверках производятся осмотр трансформаторов тока, проверка сопротивления обмоток, сопротивления изоляции и снятие характеристик намагничивания. Если при проверке вынимаются встроенные трансформаторы тока, необходимо дополнительно проверить полярность обмоток и коэффициенты трансформации на разных отпайках.
Полярность выводов обмоток трансформаторов тока проверяется с помощью магнитоэлектрического прибора с обозначенной полярностью обмотки и нулем в середине шкалы по схеме, приведенной на рисунке 1. Источник постоянного тока, в качестве которого используется электрическая батарейка Б или аккумулятор напряжением 4—6 В, подключается последовательно с добавочным сопротивлением Rд к первичной обмотке трансформатора тока. При этом положительный полюс батарейки подключают к «началу», а отрицательный к «концу» первичной обмотки.

Рисунок 1 – Определение полярности обмоток трансформатора тока.

Замыкая и размыкая ключом К цепь первичной обмотки трансформатора тока, наблюдают за отклонением стрелки магнитоэлектрического прибора, подключенного к вторичной обмотке. Если при замыкании первичной цепи стрелка прибора будет отклоняться вправо, а при размыкании влево, значит, выводы первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, к которым подключен плюс батареи и плюс прибора, являются однополярными. Для увеличения отклонения стрелки прибора, используемого в схеме проверки, можно изменять величину добавочного сопротивления, а также напряжение батарейки.
Характеристика намагничивания, представляющая зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока от тока намагничивания, является основной характеристикой, по которой можно определить исправность трансформатора тока, а также возможность его применения в различных схемах релейной защиты.
Для снятия характеристики намагничивания при разомкнутой первичной обмотке на зажимы вторичной обмотки трансформатора тока подается переменное напряжение через регулировочный автотрансформатор AT (рисунок 2).

Рисунок 2 – Снятие характеристики намагничивания трансформатора тока.

Увеличивая напряжение, подаваемое на вторичную обмотку, фиксируют несколько значений напряжения и тока. При новом включении таким образом снимают 10—12 точек, по которым строят характеристику намагничивания (рисунок 3). При плановых проверках трансформаторов тока снимаются три-четыре точки и проверяется совпадение с характеристикой, снятой ранее.
Желательно снимать характеристику намагничивания до насыщения, т. е. до таких значений, когда наступает насыщение трансформатора тока и характеристика намагничивания загибается. Измерение тока и напряжения при снятии характеристики намагничивания следует производить приборам электромагнитной или электродинамической системы, реагирующими на действующие значения измеряемых величин. Перед проверкой характеристики намагничивания и после нее производится размагничивание сердечника путем двух-трех плавных подъемов и снижений напряжения до нуля.
При наличии короткозамкнутых витков во вторичной обмотке трансформатора тока его характеристика намагничивания снижается, как показано на рисунок 3, что может быть обнаружено при сравнении полученной характеристики с характеристикой, снятой ранее, или с характеристиками однотипных трансформаторов тока. Наиболее наглядно различие характеристик при наличии короткозамкнутых витков проявляется в их начальной части при токах намагничивания 0,1—1 А.

Рисунок 3 – Характеристики намагничивания трансформаторов тока.
1 — исправного; 2 — с закороченными витками.

Рисунок 4 – Схема для снятия характеристики намагничивания трансформаторов тока с вторичным током 1 А.

Для некоторых типов трансформаторов тока, насыщение которых происходит при больших значениях напряжения (например, 400—600 В), необходима специальная испытательная схема, позволяющая снимать характеристику до начала насыщения. Такая схема, которая используется для снятия характеристик намагничивания трансформаторов тока с вторичным номинальным током 1 А, показана на рисунке 4. В этой схеме для повышения напряжения, подаваемого на зажимы вторичной обмотки трансформатора тока, используется специальный трансформатор Т на напряжение 220/2 000 В. При этом не следует подавать на вторичную обмотку слишком больших напряжений, поскольку это опасно для междувитковой изоляции. Поэтому рекомендуется подавать на вторичную обмотку одноамперных трансформаторов тока такое напряжение, чтобы на один виток вторичной обмотки приходилось не более 1—1,2 В.
Характеристика намагничивания может сниматься и при подаче тока в первичную обмотку, как показано на рисунке 5. Ток в первичную обмотку трансформатора тока подается при этом через промежуточный трансформатор Т 220/12 В, мощностью 500—600 ВА, величина его регулируется автотрансформатором AT. Напряжение на ветви намагничивания измеряется с помощью вольтметра V, подключенного к зажимам вторичной обмотки. Вольтметр должен иметь высокое внутреннее сопротивление 1,5— 2 кОм/В и пределы измерения 10—2 000 В. Снятие характеристики намагничивания при подаче тока в первичную обмотку трансформатора тока особенно удобно при проверке одноамперных трансформаторов тока, когда отсутствует специальное устройство для подачи достаточно большого напряжения на зажимы вторичной обмотки.

Рисунок 5 – Снятие характеристики намагничивания при подаче тока в первичную обмотку трансформатора тока.

Рисунок 6 – Принципиальная схема каскадных трансформаторов тока.

В установках напряжением 500 кВ и выше применяются каскадные трансформаторы тока, схема которых показана на рисунке 6. Особенность проверки таких трансформаторов тока состоит в том, что отдельно должна проверяться каждая ступень каскада. Затем после соединения обеих ступеней проверяется характеристика намагничивания каждой обмотки трансформатора тока в полной схеме.
У встроенных трансформаторов тока характеристику намагничивания следует снимать дважды: до закладки трансформатора тока во втулку для проверки его исправности и. после установки втулки вместе с трансформатором тока на место. При этом характеристику намагничивания можно снимать только на одной из отпаек. Характеристика намагничивания для других отпаек встроенного трансформатора тока определится пересчетом по следующим формулам:

где U, Iнам, w — напряжение, ток намагничивания и число витков обмотки для ответвления, на котором снималась характеристика намагничивания;
U’, I’нам, w’ — напряжение, ток намагничивания и число витков обмотки для ответвления, на которое производится пересчет характеристики.

Рисунок 7 – Определение коэффициента трансформации трансформатора тока.

Рисунок 8 – Определение ответвлений у встроенного трансформатора тока.

Коэффициент трансформации трансформатора тока проверяется по схеме, показанной на рисунке 7. В первичную обмотку от нагрузочного трансформатора НТ подается ток не меньше 20% номинального. Коэффициент трансформации трансформатора тока определяется как отношение первичного тока I1 ко вторичному I2 и сравнивается с его номинальным значением.
У встроенных трансформаторов тока необходимо проверить коэффициенты трансформации для всех ответвлений и правильность маркировки ответвлений. Проверка правильности маркировки ответвлении может быть выполнена при определении коэффициентов трансформации или другим более простым способом.

Рисунок 9 – К определению ответвлений обмотки встроенного трансформатора тока 600/5.

Для этого на два любых ответвления вторичной обмотки подается через автотрансформатор переменное напряжение (рисунок 8). Измеряя напряжения между каждой парой ответвлений, по максимальной величине напряжения определяют выводы, соответствующие максимальному коэффициенту трансформации А и Д. После того как эти выводы найдены, на них подается напряжение от автотрансформатора AT. Затем проверяют распределение напряжения по обмотке трансформатора тока, измеряя напряжение между одним из выводов, например А, и всеми другими ответвлениями. Наименьшее напряжение соответствует ответвлению с наименьшим коэффициентом трансформации. Аналогично находят и другие ответвления, сопоставляя результаты измерений с заводской схемой распределения витков между ответвлениями.

Проверка трансформаторов напряжения

При новом включении производится осмотр трансформатора напряжения и его вторичных цепей, проверяются электрическая прочность изоляции, полярность обмоток и маркировка вторичных цепей, измеряются напряжение короткого замыкания и сопротивление обмоток на постоянном токе, проверяются исправность вторичных цепей напряжения и надежность действия плавких предохранителей и автоматов, а также цепей контроля и сигнализации при повреждениях.
При плановых проверках, которые проводятся 1 раз в 3—4 года и совмещаются с капитальным ремонтом трансформатора напряжения, производится осмотр, проверяются электрическая прочность изоляции, исправность устройств защиты и контроля цепей напряжения. После ремонтов с отсоединением обмоток от выводов производится проверка однополярных зажимов.
Определение полярности обмоток трансформатора напряжения производится по той же схеме, что и трансформаторов тока. Источник постоянного тока подключается к обмотке высшего напряжения, а прибор — к обмотке низшего напряжения.

Рисунок 10 – Определение напряжения короткого замыкания трансформатора напряжения

Некоторыми особенностями отличается проверка полярности выводов трехфазного трансформатора напряжения, у которого отсутствует нулевой вывод первичной обмотки. Поэтому зажимы батарейки постоянного тока в этом случае подключаются к выводам двух фаз высшего напряжения, а прибор к нулевому и фазному выводам обмотки низшего напряжения. При этом в случае, если обмотки трансформатора напряжения соединены по схеме Y/Y-12, стрелка прибора будет отклоняться вправо при замыкании цепи постоянного тока, когда положительный вывод прибора будет подключен к той фазе, на вывод высшего напряжения которой подан плюс батарейки постоянного тока. Величина напряжения короткого замыкания, которая необходима для определения внутреннего сопротивления трансформатора напряжения, измеряется по схеме, приведенной на рисунке 10. Напряжение, подаваемое на выводы обмотки низшего напряжения, плавно увеличивается до тех пор, пока ток не достигнет номинального значения. Напряжение короткого замыкания будет равно:

а сопротивление трансформатора напряжения, приведенное к стороне низшего напряжения (Ом):

где UH — номинальное напряжение на стороне низшего напряжения ТН; Uк — напряжение на стороне низшего напряжения, измеренное при опыте короткого замыкания, когда ток в обмотке низшего напряжения был равен номинальному.

Рисунок 11 – Определение коэффициента трансформации трансформатора напряжения.
а — прямым измерением; б — методом сравнения; в — дополнительной обмотки пятистержневого трансформатора напряжения.

У трехобмоточных трансформаторов напряжения, имеющих две обмотки низшего напряжения, необходимо измерять три значения ик, как и у трехобмоточного силового трансформатора (между обмоткой высшего напряжения и каждой обмоткой низшего напряжения, а также между двумя обмотками низшего напряжения).
У всех трансформаторов напряжения при новом включении проверяется коэффициент трансформации. Коэффициент трансформации трансформаторов напряжения с номинальным первичным напряжением до 10 кВ проверяется по схеме рисунке 11, а при подаче на первичную обмотку переменного напряжения 220—380 В.
Для трансформаторов напряжения 35 кВ и выше определение коэффициента трансформации по схеме рисунке 11, а затруднено из-за малой величины напряжения на стороне низшего напряжения. В подобных случаях для определения коэффициента трансформации целесообразно использовать схему сравнения, приведенную на рисунке 11, б. При этом обмотки высшего напряжения двух проверяемых однофазных трансформаторов напряжения соединяют параллельно, а на обмотку низшего напряжения одного из них подают напряжение 50—60 В. Напряжения, измеренные на зажимах обмоток низшего напряжения, должны быть равны, если равны коэффициенты трансформации обоих трансформаторов напряжения.
На рисунке 11, в приведена схема измерения коэффициента трансформации дополнительной обмотки пятистержневого трансформатора. В этой схеме напряжение подается на выводы двух фаз стороны высшего напряжения, а обмотка третьей фазы шунтируется, что необходимо для правильного определения коэффициента трансформации.
У всех трансформаторов напряжения производится измерение тока намагничивания при подаче номинального напряжения на обмотку низшего напряжения. Следует иметь в виду, что ток намагничивания трансформаторов напряжения 110 кВ и выше достигает 10 А и выше, вследствие чего для проверки необходим достаточно мощный источник питания. Поскольку кривые тока или напряжения могут быть сильно искажены, при новом включении и при плановой проверке следует производить измерение тока намагничивания по одной и той же схеме, используя потенциометр или автотрансформатор. Использование разных схем может привести к существенно различным замерам. Измерение тока намагничивания следует производить быстро, так как вторичные обмотки не рассчитаны на длительное прохождение столь больших токов.
При измерении тока намагничивания трансформаторов напряжения следует строго соблюдать правила техники безопасности, так как при этом сторона высшего напряжения находится под высоким напряжением.
Во время проверки трансформаторов напряжения производится проверка автоматов и предохранителей, установленных в их вторичных цепях для защиты от коротких замыканий.

Тульский завод трансформаторов

В конечном счете, мощность трансформатора определяется его допустимым нагревом. Нагрев трансформатора вызван нагревом его магнитопровода (сердечника) и нагревом проводов обмоток. Нагрев сердечника определяется свойствами электротехнической стали (так называемыми удельными потерями, которые зависят от величины электромагнитной индукции) и не зависит от величины нагрузки, подключенной к трансформатору. Нагрев проводов обмоток определяется величиной тока, протекающего через обмотки, и удельного сопротивления материала обмоток (как правило, используются медные провода, реже — алюминиевые). Мощность нагрева обмоток пропорциональна квадрату силы тока и омическому (активному) сопротивлению обмотки. Таким образом, минимальный нагрев трансформатора будет иметь место в режиме холостого хода, когда нагрев обмоток минимален — через первичную обмотку протекает только ток холостого хода, а через вторичную обмотку ток совсем не протекает.

Большинством производителей проектируют трансформаторы таким образом, чтобы при полной нагрузке перегрев трансформатора (то есть превышение его температуры над температурой окружающей среды) не превышал 50…70 °. Если нагрузка трансформатора превысит номинальную, то температура перегрева превысит расчетную величину. Это приведет к ускоренному старению материалов трансформатора и к уменьшению срока его службы. При дальнейшем увеличении температуры перегрева трансформатор выйдет из строя. Однако температура перегрева может быть снижена применением принудительного охлаждения трансформатора — например, с помощью воздушного охлаждения (обдув вентилятором) или водяного охлаждения (прокачка холодной воды через специальную систему охлаждения, совмещенную с магнитопроводом или обмотками трансформатора). Следовательно, применение дополнительного охлаждения позволяет увеличить мощность, которую трансформатор способен отдать в нагрузку.

Можно также снизить нагрев применением проводов большего сечения. Однако для их размещения потребуется магнитопровод больших размеров (габаритов), и в результате получится трансформатор большей габаритной (номинальной) мощности. Поэтому увеличение номинальной мощности трансформатора сопряжено с увеличением его размеров (при сохранении температуры перегрева в допустимых пределах). Следует также заметить, что увеличение размеров трансформатора приводит к увеличению площади поверхности теплоотдачи и дает возможность рассеиванию большей тепловой мощности потерь в окружающую среду.

Нет, не зависит. Мощность, отдаваемая в нагрузку (номинальная мощность трансформатора) определяется только током и напряжением нагрузки (или вторичной обмотки, что одно и то же). Поскольку мощность трансформатора, как было показано выше (в ответе на вопрос 1) определяется допустимым нагревом обмоток, который, в свою очередь, пропорционален квадрату тока, для работы трансформатора не имеет значения, какая доля тока является активной, а какая реактивной. Как известно, соотношение активной и реактивной составляющей тока (а также напряжения или мощности) количественно определяется косинусом ФИ (Cosφ). При выборе трансформатора имеет значение только полная мощность, которую потребляет нагрузка и которая измеряется в ВА (вольт-амперы) и не имеет значения величина Cosφ.

В режиме холостого хода нагрев трансформатора определяется потерями мощности в стали магнитопровода. Нагрев провода катушек на холостом ходу отсутствует, поскольку ток в цепи вторичной обмотки не протекает, а через первичную обмотку протекает незначительный ток холостого хода, который практически не нагревает обмотку. В режиме холостого хода перегрев трансформатора составляет от 5 ° до 15 °, если трансформатор рассчитан правильно, а напряжение сети соответствует номинальному. Если же напряжение сети превышает номинальное, то нагрев увеличится, поскольку увеличатся потери в стали сердечника за счет увеличения величины индукции. При значительном (более 10…15 %) увеличении питающего напряжения возникнет насыщение стали магнитопровода. При этом, помимо резкого увеличения мощности потерь в сердечнике, резко увеличится также и ток холостого хода, что вызовет существенный нагрев обмоток. При длительном воздействии повышенного напряжения трансформатор выйдет из строя из-за перегрева.

Нет, нельзя. Мощность потерь на холостом ходу равна произведению напряжения и активной составляющей тока холостого хода. Ток холостого хода равен векторной сумме активной и реактивной составляющих, и без применения специальных измерительных приборов эти токи определить невозможно. Приблизительно можно руководствоваться следующей информацией: для тороидальных трансформаторов активная составляющая тока составляет 40…60 % от величины полного тока холостого хода; для трансформаторов с магнитопроводом из пластин активная составляющая тока равна 5…20 % от общего тока холостого хода.

Увеличение числа витков первичной обмотки трансформатора при заданном магнитопроводе и заданном питающем напряжении приведет к снижению величины индукции и, следовательно, — к уменьшению величины тока холостого хода. Однако увеличение числа витков увеличит сопротивление обмоток трансформатора, что увеличит потери мощности в обмотках. Поскольку мощность потерь в обмотках нагруженного трансформатора в несколько раз больше мощности потерь в магнитопроводе, при увеличении числа витков КПД трансформатора уменьшится.

Иногда для подбора выходного напряжения трансформатора прибегают к уменьшению или увеличению числа витков первичной обмотки. При этом следует знать следующее. Уменьшение числа витков приведет к увеличению величины индукции в стали магнитопровода и может привести к насыщению магнитопровода, следствием чего может быть перегрев трансформатора и выход его из строя (см. также ответ на вопрос 3). Увеличение числа витков приведет к увеличению нагрева трансформатора под нагрузкой, однако при этом будет повышена устойчивость трансформатора при возможных повышениях питающего напряжения — трансформатор в этом случае не войдет в насыщение. Кроме того, увеличение числа витков уменьшает пусковой ток включения трансформатора. Однако увеличение числа витков приводит к увеличению массы и стоимости трансформатора.

Известно, что расчетная плотность тока уменьшается с увеличением габаритной мощности трансформатора. Так для трансформаторов мощностью 5…25 ВА плотность тока может составлять 5…10 А/мм2, а для трансформаторов мощностью 4…5 кВА она не превышает 1…2 А/мм2. Плотность тока выбирается из условий обеспечения требуемой температуры перегрева и зависит от множества факторов: соотношения размеров магнитопровода, условий охлаждения трансформатора, расчетной величины индукции и др. Поэтому она может быть определена путем решения сложной системы уравнений, описывающих работу трансформатора. Величины плотности тока применительно к трансформаторам на конкретных сердечниках приведены в книге Котенева С.В., Евсеева А.Н. «Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей» (М.: Горячая линия — Телеком, 2013).

Можно. Но при этом надо помнить, что при включении в питающую сеть наименьшего числа витков первичной обмотки (что соответствует наибольшему напряжению вторичной обмотки) трансформатор не должен входить в насыщение. Трансформатор должен быть рассчитан так, чтобы при подключении к питающей сети секции первичной обмотки с наименьшим числом витков величина индукции не превышала бы номинальную. Тогда при подключении к сети всей обмотки индукция будет иметь значение меньше номинального. При этом свойства электротехнической стали будут использоваться не в полном объеме, а трансформатор будет иметь избыточность (увеличенное число витков первичной обмотки). Вследствие этого — увеличенная масса, большая стоимость. К такому способу прибегают в тех случаях, когда сделать отводы во вторичной обмотке затруднительно по технологическим соображениям, а также для более точной подгонки выходного напряжения.

Практически не зависит. Для заданного магнитопровода величина индукции зависит от числа витков и величины ЭДС (электродвижущей силы), действующей в обмотке. При работе трансформатора на нагрузку величина ЭДС несколько уменьшается, поскольку ток первичной обмотки вызывает падение напряжения на омическом сопротивлении этой обмотки. Величина этого падения составляет 1…5 %, примерно на такую же величину уменьшается и индукция в магнитопроводе трансформатора.

Да, может работать. При увеличении частоты, например, в два раза величина индукции также снижается в два раза. Это следует из формулы (2.25) названной выше книги. Однако увеличение частоты магнитного потока приводит к увеличению потерь в стали магнитопровода (это следует из формулы (2.27) книги). Потери растут пропорционально степени 3/2 частоты и степени 2 (квадрату) индукции, поэтому при повышении частоты потери в магнитопроводе будут уменьшаться. Разумеется, все написанное верно при неизменном питающем напряжении. Часто возникает вопрос о возможности работы трансформаторов, рассчитанных на 50 Гц в сети с частотой 60 Гц (в ряде стран в сети именно такая частота). Из сказанного выше следует, что увеличение частоты сети с 50 Гц до 60 Гц никак не повлияет на работоспособность трансформатора.

В тех случаях, когда мощности одного трансформатора недостаточно для питания потребителей, можно прибегнуть к параллельному или последовательному соединению обмоток трансформаторов. В зависимости от способа соединения первичной и вторичной обмоток возможны четыре различных варианта соединения трансформаторов. Варианты соединения сведены в таблицу.

Способы соединения первичных и вторичных обмоток
Первичные обмотки соединены: Вторичные обмотки соединены:
Последовательно Параллельно
Последовательно Одинаковость обмоток не требуется Допустимо. Мощность нагрузки между трансформаторами распределяется пропорционально напряжением вторичных обмоток; если вторичные обмотки одинаковы, то мощности их равны
Параллельно Допустимо во всех случаях. Мощность нагрузки между трансформаторами распределяется пропорционально напряжениям вторичных обмоток; если вторичные обмотки одинаковы, то мощности их равны Допустимо при одинаковости первичных и вторичных обмоток

Действительно, иногда возникает ситуация, когда необходимо запитать однофазных потребителей от стандартной промышленной трехфазной сети. Задача преобразования трех фаз в одну довольно часто встречается, например, на различных производствах с мощными однофазными станками. В частном секторе также часто возникают проблемы невозможности равномерного распределения бытовых и профессиональных потребителей по трем фазам питающей сети частного дома.

Казалось бы, можно однофазную нагрузку подключить к любой фазе сети. Но при этом, если потребитель достаточно мощный, а нагрузка по двум остальным фазам небольшая, может возникнуть так называемый перекос фаз: уменьшение напряжения на той фазе, к которой подключена нагрузка, и увеличение напряжения на двух других фазах. Чтобы этого не происходило, следует применять специальные трансформаторы, преобразующие трехфазное напряжение в однофазное. Такие трансформаторы решают проблему перекоса фаз, а также обеспечивают гальваническую развязку потребителей от питающей сети.

Последовательное и параллельное соединение дросселей позволяет увеличить суммарную индуктивность и суммарный рабочий ток. Формулы для вычисления индуктивности и тока приведены в таблице. В таблице приняты следующие обозначения: L1, L2 и i1, i2 — соответственно номинальные значения индуктивности и тока первого и второго дросселей; L и I — суммарные значения индуктивности и тока двух дросселей, соединенных последовательно или параллельно.

Вид соединения Формулы для вычисления
Индуктивности Тока
последовательное
L = L1 + L2 i = i1 = i2
параллельное
i = i1 + i2

Пропитка трансформаторов и дросселей электротехническим лаком (Тульский завод трансформаторов использует лак марки МЛ-92) преследует несколько целей. Во-первых, пленка лака после высыхания обладает очень высокой электрической прочностью (то есть способностью без электрического пробоя выдерживать высокое напряжение) — для данного лака 40…65 кВ/мм. Во-вторых, лаковое покрытие обеспечивает определенную влагозащиту трансформатора от воздействия окружающей среды. В-третьих, пропитка лаком уменьшает подвижность витков магнитопровода и провода обмоток и несколько снижает уровень шума трансформатора или дросселя.

На Тульском заводе трансформаторов пропитке подвергаются все дроссели и трансформаторы мощностью более 0,1 кВА.

Как известно, в нашей стране питающая трехфазная сеть 380/220 В обязательно заземляется, то есть имеет, как говорят, гальваническую связь с землей. Поэтому в электрической бытовой розетке два провода неравнозначны: связанный с землей провод называется нулевым (или нейтральным) проводом, а второй провод называется фазным проводом. При касании фазного провода индикаторной отверткой индикатор светится, а при касании нулевого провода — нет. Если человек прикоснется рукой или другой частью тела к фазному проводу, через его тело будет протекать переменный ток. Величина этого тока будет зависеть от сопротивления тела человека и переходного сопротивления между телом и землей. Уменьшению переходного сопротивления способствует влажность обуви, пола, одежды. Человек начинает чувствовать ток величиной от 0,1…0,3 мА, а ток более 100 мА считается смертельным.

Применение разделительного трансформатора позволяет значительно снизить риск поражения электрическим током, поскольку вторичная обмотка такого трансформатора не имеет гальванической связи с землей. Применение разделительного трансформатора необходимо также для обеспечения нормальной работы некоторых типов газовых котлов.

Иногда в наличии оказывается трансформатор, рассчитанный на более высокое напряжение, чем напряжение питающей сети. Например, трансформатор рассчитан на напряжение 380 В, а его требуется подключить к сети 220 В, при этом напряжение вторичной обмотки оказывается достаточным для питания нагрузки. В таком случае следует иметь в виду, что трансформатор не сможет отдать в нагрузку номинальную мощность. Это связано с тем, что мощность равна произведению напряжения и тока; при уменьшении напряжения для сохранения мощности неизменной следует увеличить ток. Однако при увеличении тока через обмотки трансформатора будет увеличиваться нагрев обмоток, поскольку мощность потерь в обмотках будет возрастать пропорционально квадрату силы тока. Следовательно, при питании трансформатора пониженным напряжением необходимо так рассчитать режим работы, чтобы токи в обмотках не превышали номинальных величин. При этом мощность нагрузки снизится, то есть трансформатор не сможет отдать номинальную мощность.

Два наиболее распространённых примера питания нагрузки током несинусоидальной формы: регулирование мощности в нагрузке с помощью тиристорного регулятора с фазоимпульсным управлением и зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. В первом случае форма напряжения представляет собой резаную вертикальной линией синусоиду, поскольку тиристор открывается с задержкой относительно нуля напряжения. Во втором случае форма тока представляет собой набор узких импульсов, поскольку ток заряда течёт только в те моменты времени, когда мгновенное значение напряжения на выходе зарядного устройства превышает напряжение заряжаемого аккумулятора.

При питании трансформатора напряжением, форма которого отличается от синусоидального, в общем случае нагрев трансформатора увеличится. Во-первых, увеличатся потери в стали магнитопровода. Это связано с тем, что в спектре несинусоидального напряжения имеются гармонические составляющие частот, кратных частоте основной гармоники 50 Гц. Как было показано в ответе на вопрос 10, увеличение частоты магнитного потока приводит к росту потерь в стали.

Во-вторых, возрастут потери в проводах обмоток при том же среднем значении тока, что и для сигнала синусоидальной формы. Количественно это характеризуется коэффициентом формы напряжения или тока. Попросту говоря, ток синусоидальной формы способен перенести большее количество энергии, чем ток такой же величины, но несинусоидальной формы. Это следует учитывать при выборе номинальной мощности трансформатора.

Удельное сопротивление алюминия в полтора раза больше, чем удельное сопротивление меди. Поэтому, для сохранения температуры перегрева трансформатора неизменной, сечение алюминиевого провода должно быть в полтора раза больше, чем сечение медного провода. Для укладки алюминиевого провода в общем случае необходим магнитопровод большего размера, чем для размещения медного провода. Следует также учитывать, что плотность (удельная масса) алюминия в три раза меньше аналогичного параметра меди; обмотки из алюминиевого провода при прочих равных условиях будут иметь массу примерно вдвое меньшую, чем обмотки из медного провода. Однако необходимость применения магнитопровода большего размера может привести к увеличению массы трансформатора. Кроме того, паять алюминий гораздо сложнее, чем медь, необходимо применять специальные флюсы и припои. В то же время трансформатор с обмотками из алюминиевого провода будет несколько дешевле, нежели его аналог с медными проводами.

Исходя из возможностей намоточного оборудования, разные производители для трансформаторов одной и той же мощности могут применять магнитопроводы с разным соотношением высоты к диаметру. Это первая причина различия в размерах трансформаторов одинаковой номинальной мощности. Другая причина — разные производители могут задавать разные температуры перегрева трансформатора. Выше, в ответе на вопрос 1, было показано, что увеличение температуры перегрева трансформатора приводит к снижению его размеров и массы. Поэтому, если имеются два трансформатора одинаковой номинальной мощности, но разных размеров, можно с уверенностью утверждать: меньший трансформатор будет сильнее нагреваться во время работы.

Если не рассматривать заведомо неверно рассчитанный и неправильно изготовленный трансформатор, то есть две главные группы причин выхода из строя трансформаторов: 1) неосторожное обращение при транспортировке и монтаже и 2) неправильная эксплуатация трансформатора. Трансформаторы боятся ударов, поскольку при ударе деформируются провода обмоток, а эмалевая изоляция повреждается; это может вызвать замыкание соседних витков обмоток, что приводит к локальным коротким замыканиям и резкому повышению температуры в местах таких замыканий. При этом величина выходного напряжения трансформатора будет отличаться от своего номинального значения. При монтаже трансформаторов следует помнить, что вся поверхность тороидального трансформатора образована витками проводов обмоток, и производить затяжку крепежных элементов (чашек) следует крайне осторожно. На Тульском заводе трансформаторов для трансформаторов мощностью 1,6 кВА и выше (а по желанию заказчика — и на меньшую мощность) применяются методы крепления, полностью исключающие механическое воздействие на витки обмоток.

При эксплуатации трансформаторов мощность подключённой нагрузки не должна превышать номинальную мощность трансформатора. Температура окружающей среды должна быть такой, чтобы температура трансформатора не превысила 120 °С (предельная температура нагрева эмальпровода). Чем меньше температура, тем медленнее происходит старение проводов обмоток. Одной из наиболее частых причин выхода из строя трансформаторов является их длительный перегрев по причине короткого замыкания в цепи нагрузки или подключения нагрузки с мощностью, превышающей номинальную мощность трансформатора. При таком перегреве происходит осыпание эмалевой изоляции проводов обмоток, что приводит к замыканию витков, ещё большему нагреву и, в конечном итоге, к расплавлению провода обмотки. Предохранитель в таких случаях срабатывает не всегда, поскольку перегрев может происходить при незначительном, но длительном превышении номинального тока.

Нет, нельзя. В основе работы трансформатора лежит закон электромагнитной индукции, который предусматривает изменение магнитного потока по величине и направлению. Это можно обеспечить подачей только переменного напряжения на первичную обмотку трансформатора. Напряжение автомобильного аккумулятора (равно как и любого другого химического источника электроэнергии) является постоянным (по величине и направлению). Для преобразования постоянного напряжения в переменное, пригодное для подачи на трансформатор, следует применять специальные коммутаторы на механических или электронных элементах. Устройство, включающее в себя коммутатор и трансформатор и предназначенное для преобразования постоянного напряжения в переменное, называется инвертором.

Такой вопрос иногда возникает, и он не так банален, как может показаться на первый взгляд. Возникает он обычно потому, что первичная обмотка трансформатора напоминает обмотку дросселя. Можно ли обмотку трансформатора использовать в качестве дросселя?

Вначале — о различиях. Главная функция трансформатора — изменять величину напряжения, подводимого к первичной обмотке. Главная функция дросселя — обеспечивать определённую (и постоянную) величину индуктивности в диапазоне токов от нуля до некоторого номинального значения. Невозможность дросселя выполнить функцию трансформатора обусловлена отсутствием в дросселе вторичной обмотки. В то же время, первичная обмотка трансформатора в некоторых условиях может выполнять функцию дросселя, но индуктивность такого «дросселя» будет существенно зависеть от величины протекающего тока. Чтобы исключить такую нежелательную зависимость, дроссели на сердечниках из трансформаторной стали обязательно имеют немагнитный зазор, который уменьшает относительную магнитную проницаемость, но позволяет обеспечить неизменность величины индуктивности во всём диапазоне рабочих токов дросселя. Кстати, существуют устройства, имеющие свойства и трансформаторов, и дросселей. Их называют трансреакторами. Реактор — одно из названий дросселя. Трансреакторы выполняются на магнитопроводах с немагнитным зазором и имеют первичную и вторичную обмотки. Подробно о трансреакторах написано в разделе «Информация».

Урок по физике в 11-м классе по теме: “Трансформатор”

Цели:

  • изучить назначение, устройство и принцип действия трансформатора;
  • совершенствовать интеллектуальные способности и мыслительную деятельность учащихся, коммуникативные свойства речи;
  • формировать материалистическое мировоззрение и нравственные качества личности.

Оборудование: трансформатор, катушка с сердечником, кольцо алюминиевое, звонок, таблицы, карточки, магнитопровод.

Демонстрации: работа трансформатора на холостом ходу, работа трансформатора с нагрузкой, явление электромагнитной индукции.

Ученик 1.

Я еще не устал удивляться
Чудесам, что есть на Земле:
Телевизору, голосу раций,
Вентилятору на столе.
Самолеты летят сквозь тучи,
Как до этих вещей могучих
Домечтаться люди могли?
Я вверяю себя трамваю,
Я гляжу на экран кино,
Эту технику понимая,
Изумляюсь ей все равно.
Ток по проволоке струится,
Спутник ходит по небесам.
Человеку стоит дивиться
Человеческим чудесам!!!
Все известно вокруг
Тем не менее,
На Земле еще много того,
Что достойно порой удивления
Твоего, и моего.

(Это стихи Шефрана о создании человеческого разума, а в основе их лежат законы физики.)

Учитель. Любому открытию сопутствует опыт, талант открывателя и даже случай. Если человек своим трудолюбием, упорством достигает истины в чем-либо, то это и есть открытие.На сегодняшнем уроке мы также попытаемся совершить небольшое открытие.

Ученик 2. Уже второй век человечество использует электрический ток в промышленных масштабах. И все эти годы используется в основном переменный ток. В странах Европы и Америки наибольшее распространение получил ток, меняющий свое направление 100-120 раз в секунду. В России частота переменного тока 50 Гц.
Логично предположить, что переменный ток, имеет какие то преимущества перед постоянным. Разные потребители электрического тока рассчитаны на разные напряжения. Так, большинство электробытовых приборов рассчитано на напряжение 27 и 220 В., промышленные электродвигатели на 200, 360 и 600 в.
Электрический ток никогда не получил бы такого широкого применения, если бы его нельзя было преобразовывать почти без потерь энергии.
ЭДС мощных генераторов электростанций довольно велика. При передаче электроэнергии используется напряжение в сотни киловатт. Между тем на практике чаще всего нужно не слишком высокое напряжение. Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности ( при неизменной частоте тока), осуществляется с помощью трансформаторов.
Трансформатор преобразует переменный ток так: , P и v не изменяются.Первый трансформатор был изобретен в 1878 году русским ученым П.Н.Яблочковым и усовершенствован в 1882 году другим русским ученым И.Ф.Усагиным.

Ученик 3. Биография П.Н. Яблочкова. (Рис. 2)

Рис. 2

Павел Николаевич Яблочков родился в 1847 году в семье мелкопоместного дворянина. Электротехник, изобретатель и предприниматель. Получил образование военного инженера, окончив в 1866 году Николаевское инженерное училище. Стал сапером, но вскоре вышел в отставку. Отставной поручик увлекался электротехникой. Изучать эту область техники можно было в Офицерских гальванических классах в Петербурге. Яблочков, вновь одевает военную форму и работает над проблемами, связанными с применением электричества в военном и гражданском деле. Он окончательно вышел в отставку и в 1873 году был назначен начальником телеграфной службы Московско-Курской железной дороги. Он организовал мастерскую, где проводил работы по электротехнике, которые легли в основу его изобретений в области электрического освещения, электрических машин, гальванических элементов и аккумуляторов.
К 1875 году относится одно из главных изобретений П.Н.Яблочкова – электрическая свеча, первая модель дуговой лампы. Идея создать электрическое освещение увлекла Яблочкова настолько, что он бросает работу и на свои скромные сбережения открывает в Москве лабораторию, где проводит работы по электротехнике. В 1878 году в Париже вскоре он пришел еще к одному гениальному решению: стал питать ”русский свет” переменным током так, как это происходит и сегодня, изобрел трансформатор. В 1879 году Яблочков организовал ”Товарищество электрического освещения” и электромеханический завод. В последние годы жизни Яблочков работал над созданием генераторов электрического тока, гальванических элементов. Был одним из инициаторов создания журнала ”Электричество”.
В историю отечественной науки П.Н.Яблочков вошел, как автор ”свечи Яблочкова”, ”русского света”, ”северного света”, изобретатель трансформатора. Умер П.Н.Яблочков в 1894 году.

Ученик 4. Устройство трансформатора.

Рис. 3

Трансформатор состоит: из замкнутого сердечника, изготовленного из специальной листовой трансформаторной стали. На нем располагаются две катушки с различным числом витков из медной проволоки. Одна из обмоток, называется первичной, она подключается к источнику переменного напряжения. Устройства, потребляющие электроэнергию, подключаются к вторичной обмотке, их может быть несколько.Принцип действия трансформатора. Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике возникает переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Магнитное поле концентрируется внутри сердечника и одинаково во всех его сечениях. Мгновенное значение индукции Ei в любом витке и первичной, и вторичной обмоток одинаково: Е1 = Е2

Потери энергии при работе трансформатора:

  • на нагревание обмоток;
  • на рассеивание магнитного потока в пространство;
  • на вихревые токи в сердечнике и на его перемагничивание.

Меры, принимаемые для уменьшения потерь:

  • обмотка низкого напряжения делается большого сечения так, как по ней протекает ток большой силы;
  • сердечник делают замкнутым, чтобы уменьшить рассеяние магнитного потока;
  • сердечник делают пластинчатым, чтобы уменьшить вихревые токи.

Благодаря этим мерам КПД современных трансформаторов достигает 95-99%.
Это означает, что практически вся энергия тока, проходящего по первичной обмотке трансформатора, превращается в энергию индукционного тока, возникающего во вторичной обмотке. Поскольку каждый виток первичной и вторичной обмоток пронизывает один и тот же магнитный поток, то в них возникают одинаковые ЭДС , равные по закону Фарадея для электромагнитной индукции, то:

е1 = е2 = – Ф’

ЭДС Е1 и Е2 действующие во всей первичной или вторичной обмотках, равны произведению ЭДС в одном витке е1 или е2 на число витков в обмотке N1 и N2

Е1 = е1• N1
Е2 = е2• N2

Вывод: ЭДС, действующие в обмотках, прямо пропорциональны числу витков в них.

Сила тока в первичной обмотке трансформатора во столько раз больше силы тока во вторичной обмотке, во сколько раз напряжение в ней больше напряжения в первичной обмотке:

Если пренебречь падением напряжения на сопротивлениях обмоток, когда сопротивления малы, то можно записать отношение и для напряжений на обмотках трансформатора

Учитель: Для анализа электромагнитных процессов, происходящих в трансформаторе, рассмотрим два режима его работы.

Работа трансформатора на холостом ходу

Рис. 4

Если первичную обмотку подключить к источнику переменного напряжения, а вторичную оставить разомкнутой, (этот режим трансформатора называют холостым ходом), то тока в ней не будет, а в первичной обмотке появится слабый ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток наводит в каждом витке обмоток одинаковую ЭДС, поэтому ЭДС индукции в каждой обмотке будет прямо пропорциональна числу витков в этой обмотке.

Е ~ N

При разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ее зажимах U2 будет равно наводимой в ней ЭДС Е2.

U2 Е2

В первичной обмотке ЭДС Е1 по числовому значению мало отличается от подводимого к этой обмотке напряжения U1, практически их можно считать равными.

U1 Е1

Величина, показывающая, во сколько раз данный трансформатор изменяет напряжение переменного тока, называется коэффициентом трансформации.

При подаче на первичную обмотку трансформатора какого-либо напряжения U1 на вторичной обмотке мы получаем на выходе U2. Оно будет больше первичного, если обмотка содержит больше витков, чем первичная.

Итак, если N2 > N1, то U2 > U1, коэффициент трансформации k < 1 и трансформатор называется повышающим.

Если N2 < N1 и U2 < U1, то k > 1 и трансформатор называется понижающим.

Эти формулы справедливы, если ни первичная, ни вторичная обмотки не содержат активного сопротивления R. Первичная обмотка, как правило, не содержит такого сопротивления, а вторая обмотка может его содержать. Если она все же не содержит сопротивления или им можно пренебречь, то напряжение на выходе такой обмотки равно напряжению U2.

Когда вторичная обмотка трансформатора не имеет сопротивления R2 = 0, то кпд = 100%

Апол = А затр, тогда U1 I1 t = U2 I2 t и U1 I1 = U2 I2 , то Р1 = Р2

и

следует, что

Работа трансформатора с нагрузкой. Если во вторичную цепь трансформатора включить нагрузку, то во вторичной обмотке возникает ток. Этот ток создает магнитный поток, который согласно правилу Ленца, должен уменьшить изменение магнитного потока в сердечнике, что в свою очередь, приведет к уменьшению ЭДС индукции в первичной обмотке, поэтому ток в первичной обмотке должен возрасти, восстанавливая начальное изменение магнитного потока. При этом увеличивается мощность, потребляемая трансформатором от сети. (Рис.5).

Рис. 5

Если же вторичная обмотка трансформатора имеет сопротивление вторичной обмотки R2 (говорится о длине проводников из которых изготовлена обмотка, или о материале проводника, или о сечении и диаметре проводов обмотки), то на выходе вторичной обмотки напряжение U2‘ будет меньше расчетного напряжения U2 на величину падения напряжения U = I2 • R2 на этом сопротивлении из-за потерь энергии тока на джоулево тепло. На выход (на нагрузку) Rн ”пойдет” меньшее напряжение:

U2 = U2 – U = U2 – I2 • R2

Потери напряжения U находят по закону Ома для участка цепи: U = I2 • R2, откуа

(отмечаем, что такой же ток течет и в нагрузке Rн, так как R2 и Rн соединены последовательно).

Напряжение на нагрузке по закону Ома для участка цепи сопротивлением , тогда

Учитывая, что можем всегда найти нужную величину напряжения или силы тока, количество витков в катушках.

 , где Ап = U2• I2 • t ; Аз = U1 • I1 • t , то

Использование трансформаторов. Трансформаторы используются в технике и могут быть устроены очень сложно, однако незыблемым остается принцип их действия: ” изменяющееся магнитное поле, созданное переменным током в первичной обмотке, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней переменный ток той же частоты, но другого напряжения”. В современных мощных трансформаторах суммарные потери энергии не превышают 2–3%.

  • на заводах и фабриках при подаче напряжения к двигателям станков 380–660 В.
  • при передаче электроэнергии по проводам от 100 до 1000В;
  • для электросварки и электроплавки;
  • в радиотехнике; и др.

Решение задач

Задача 1. Как, вы думаете, что будет, если первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока?

Ответ: В этом случае трансформатор сгорит, так как первичная обмотка обычно имеет ничтожно малое сопротивление, и поэтому произойдет короткое замыкание.

Задача 2. Если сопротивление первичной обмотки, подключенной к источнику постоянного тока велико, то изменится ли напряжение во вторичной обмотке?

Ответ: Никакого изменения напряжения этот трансформатор дать не сможет из-за отсутствия явления электромагнитной индукции. Если такой трансформатор подключить к источнику постоянного тока, то ток пойдет по первичной обмотке и вокруг нее возникает магнитное поле, которое будет пронизывать вторичную обмотку. Т.е. магнитный поток вторичную обмотку будет пересекать, но он будет постоянным и значит скорость его изменения Ф’ = 0, поэтому ЭДС индукции во вторичной обмотке Е2 = 0.

Задача 3. Сколько витков должна иметь вторичная обмотка трансформатора, чтобы повысить напряжение с 220 до 11000В, если в первичной обмотке 20 витков? Каков коэффициент трансформации?

Задача 4. Под каким напряжением находится первичная обмотка трансформатора, имеющая 1000 витков, если во вторичной обмотке 3500 витков и напряжение 105В?

Задача 5. Мощность, потребляемая трансформатором, 90 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если напряжение на зажимах вторичной обмотки 12 В и КПД трансформатора 75%.

Задача 6. Первичная обмотка понижающего трансформатора включена в сеть напряжением 220 В. Напряжение на зажимах вторичной обмотки 20В, ее сопротивление 1 Ом, сила тока 2А. Определите коэффициент трансформации и КПД трансформатора.

Задача 7. Первичная обмотка трансформатора, включенного в цепь переменного тока с напряжением 220 В, имеет 1500 витков. Определить число витков во вторичной обмотке, если она должна питать цепь с напряжением 6,3В, при силе тока 0,5 А

Нагрузка активная. Сопротивление вторичной обмотки равно 0,2 Ом.

Сопротивлением первичной обмотки пренебречь.

Задача 8. Первичная обмотка понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации к = 10 включена в сеть переменного тока с напряжением U1 = 120 В.Сопротивление вторичной обмотки R2 = 1,2 Ом, ток в ней  I2 = 5А. Найти напряжение на нагрузке трансформатора и сопротивление нагрузки. Найти число витков во Вторичной обмотке, если первичная обмотка содержит 10000 витков. Чему равен кпд этого трансформатора.

Дано: Решение:
k = 10
U1 = 120 B
R2=1,2Ом
J2 = 5A
N1=10 000
U2 = ?
N2 = ?
Rн = ?
кпд = ?
U = ?
Зная коэффициент трансформации трансформатора k, найдем число витков во вторичной обмотке N2 “k” показывает, во сколько раз наш понижающий трансформатор уменьшает напряжение то == 12 В

Напряжение в обмотках прямо пропорционально числу витков в них откуда N2 = (витков), так как вторичная обмотка трансформатора имеет сопротивление обмотки R2, то на выход Rн пойдет напряжение U2 U2= U2 U = U2 J2R2, где U падение напряжения из-за на R2 потерь энергии на джоулево тепло.

По закону Ома J2=, откуда U = J2R2 = 5A.1,2Ом = 6(B) U2‘ = (12 6)B = 6(B)

R2 и RH соединены последовательно, то J2=JH

по закону Ома для участка цепи сопротивления RH:

J2 = =>RH == = 1,2 (Ом)

Работа тока на зажимах вторичной обмотки Aпол =

Работа тока в первичной обмотке Аз = U1, где

КПД трансформатора КПД =

Руководство по эксплуатации ОЛС(П)-СВЭЛ. Тех.документация Группа СВЭЛ.

3 Описание и работа трансформаторов 


3.1 Назначение трансформаторов

Трансформаторы служат для питания цепей собственных пунктов секционирования и автоматического включения резерва (АВР). 
Трансформаторы изготавливаются на напряжение 6 – 10 кВ и предназначены для установки в комплектные распределительные устройства (КРУ) внутренней установки или другие закрытые распределительные устройства (ЗРУ). 
Трансформаторы имеют климатическое исполнение «УХЛ» категории размещения 2 по ГОСТ 15150 и предназначены для эксплуатации в следующих условиях: 

  • высота установки над уровнем моря – не более 1000 м; 
  • верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха, с учетом перегрева воздуха внутри КРУ при нагрузке трансформаторов предельной мощностью, 55 С;
  • нижнее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации – минус 60 С;
  • относительная влажность воздуха не более 100 % при 25 С;
  • давление воздуха – согласно ГОСТ 15543.1;
  • окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих покрытия, металлы и изоляцию. Атмосфера типа II по ГОСТ 15150;
  • отсутствие непосредственного воздействия солнечной радиации;
  • рабочее положение трансформаторов в пространстве – любое;
Трансформаторы предназначены для эксплуатации в электроустановках, подвергающихся воздействию грозовых перенапряжений при обычных мерах грозозащиты, и имеют нормальную изоляцию уровня «б» по ГОСТ 1516.3, литую, класса нагревостойкости «В» по ГОСТ 8865 и класса воспламеняемости FH (ПГ) 1 по ГОСТ 28779; 
Трансформаторы соответствуют группе условий эксплуатации М6 по ГОСТ 17516.1; 
Трансформаторы сейсмостойки при воздействии землетрясений интенсивностью 9 баллов по MSK-64 при уровне установки над нулевой отметкой до 70 м. 


3.2 Технические характеристики


Основные технические характеристики трансформаторов приведены в таблице 1. 
Таблица 1 – Основные технические характеристики трансформаторов ОЛС(П)
Наименование параметра Значения исполнений
ОЛ-СВЭЛ-0,63/6 ОЛ-СВЭЛ-1,25/6 ОЛ-СВЭЛ-0,63/10 ОЛ-СВЭЛ-1,25/10
Класс напряжения, кВ 6 10
Наибольшее рабочее напряжение, кВ 7,2 12
Номинальное напряжение первичной обмотки, в 6300, 6600 10500, 11000
Номинальное напряжение основной вторичной обмотки, В
х – а1
х – а2
х – а3
х – a4
100
209
220
231
Номинальная мощность, В·А 630 1250 630 1250
Предельная мощность на ответвлении 230 В (х – а3) в течение 10 мин, В·А 2000
Ток холостого хода,% не более 30
Потери холостого хода, Вт, не более 50
Напряжение короткого замыкания, % 4,5
Потери короткого замыкания, Вт, не более 55
Схема и группа соединения обмоток 1/1-0
Номинальная частота, Гц 50


3.3 Устройство

Трансформаторы являются однофазными двухобмоточными с незаземляемыми выводами высоковольтной обмотки. 
Магнитопровод стержневого типа, намотан из электротехнической стали, разрезной. Обмотки расположены на магнитопроводе концентрически. 
Первичная обмотка защищена экраном, повышающим электрическую прочность трансформаторов при воздействии грозовых импульсов напряжения. 
Обмотки с магнитопроводом залиты изоляционным компаундом, создающим монолитный блок, который обеспечивает электрическую прочность изоляции и защиту обмоток от проникновения влаги и механических повреждений. 
В центре верхней части трансформаторов расположены высоковольтные выводы «А» и «Х» первичной обмотки. 
Выводы вторичной обмотки расположены на клеммнике в передней торцевой части внизу, а вывод заземления «⏚» – с задней торцевой части.  
На опорной поверхности трансформаторов расположены четыре втулки с резьбой М10, предназначенные для крепления трансформаторов к плите или на месте установки. 
Габаритные, установочные, присоединительные размеры, масса и принципиальная электрическая схема трансформаторов приведены в приложении А. 

3.4 Маркировка

Маркировка выводов первичной и вторичной, а также знака заземления трансформаторов расположена на литом блоке и выполнена при заливке трансформаторов. 
Выводы имеют следующую маркировку: 

  • высоковольтные выводы первичной обмотки – «А» и «Х»;
  • выводы вторичной обмотки – «а1», «а2», «а3», «а4», «х»;
  • вывод заземления – «⏚» (с тыльной стороны трансформатора). 
На трансформаторах имеется табличка технических данных с указанием основных технических характеристик. 

Трансформаторов – Университетская физика, Том 2

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

  • Объясните, почему электростанции передают электроэнергию при высоком напряжении и малом токе и как они это делают
  • Установление взаимосвязей между током, напряжением и количеством обмоток в повышающих и понижающих трансформаторах

Хотя электроэнергия переменного тока вырабатывается при относительно низком напряжении, она передается по линиям передачи с очень высоким напряжением (до 500 кВ).Одна и та же мощность может передаваться при разных напряжениях, потому что мощность – это продукт (для простоты мы игнорируем фазовый коэффициент. Таким образом, конкретная потребность в мощности может быть удовлетворена при низком напряжении и высоком токе или при высоком напряжении и низком токе. Преимущество выбора высокого напряжения / низкого тока заключается в том, что он приводит к более низким омическим потерям в линиях передачи, которые могут быть значительными в линиях длиной много километров ((Рисунок)).

Среднеквадратичное значение напряжения электростанции в конечном итоге необходимо понизить с 12 кВ до 240 В, чтобы его можно было безопасно ввести в дом.Линия передачи высокого напряжения позволяет передавать слабый ток через подстанцию ​​на большие расстояния.

Обычно переменные ЭДС, производимые на электростанциях, «повышаются» до очень высоких напряжений перед передачей по линиям электропередачи; затем они должны быть «понижены» до относительно безопасных значений (110 или 220 В, действующее значение), прежде чем они будут введены в дома. Устройство, которое преобразует напряжение из одного значения в другое с помощью индукции, – это трансформатор ((рисунок)).

Трансформаторы

используются для понижения высокого напряжения в линиях электропередачи до 110–220 В, используемых в домах. (кредит: модификация работы Fortyseven / Flickr)

Как показано на рисунке, трансформатор в основном состоит из двух отдельных катушек или обмоток, намотанных вокруг сердечника из мягкого железа. Первичная обмотка имеет петли или витки и подключена к переменному напряжению. Вторичная обмотка имеет витки и подключена к нагрузочному резистору. Мы предполагаем идеальный случай, когда все силовые линии магнитного поля ограничены сердечником, так что одинаковый магнитный поток проникает в каждый виток как первичной, так и вторичной обмоток.Мы также пренебрегаем потерями энергии на магнитный гистерезис, на омический нагрев в обмотках и на омический нагрев индуцированных вихревых токов в сердечнике. У хорошего трансформатора потери могут составлять всего 1% от передаваемой мощности, так что это неплохое предположение.

Повышающий трансформатор (во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной). Две обмотки намотаны на сердечник из мягкого железа.

Для анализа схемы трансформатора сначала рассмотрим первичную обмотку.Входное напряжение равно разности потенциалов, индуцированной на первичной обмотке. Согласно закону Фарадея, индуцированная разность потенциалов равна потоку, проходящему через один виток первичной обмотки. Таким образом,

Точно так же выходное напряжение, подаваемое на нагрузочный резистор, должно равняться разности потенциалов, индуцированной во вторичной обмотке. Поскольку трансформатор идеален, магнитный поток через каждый виток вторичной обмотки также составляет

Объединяя последние два уравнения, получаем

Следовательно, при соответствующих значениях входного напряжения можно «повышать» или «понижать» () до выходного напряжения.Это часто сокращенно называют уравнением трансформатора,

.

, который показывает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках. Для повышающего трансформатора, который увеличивает напряжение и уменьшает ток, это отношение больше единицы; для понижающего трансформатора, который снижает напряжение и увеличивает ток, это отношение меньше единицы.

Согласно закону сохранения энергии, мощность, вводимая в первичную обмотку в любой момент, должна быть равна мощности, рассеиваемой в резисторе вторичной цепи; таким образом,

В сочетании с (Рисунок) это дает

Если напряжение повышается, ток понижается, и наоборот.

Наконец, мы можем использовать вместе с (Рисунок) и (Рисунок), чтобы получить

, который говорит нам, что входное напряжение «видит» не сопротивление, а скорее сопротивление.

Наш анализ основан на мгновенных значениях напряжения и тока. Однако полученные уравнения не ограничиваются мгновенными значениями; они справедливы также для максимальных и среднеквадратичных значений.

Проверьте свое понимание Трансформатор понижает линейное напряжение с 110 до 9.0 В, чтобы на дверной звонок можно было подавать ток 0,50 А. а) Каково соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток? б) Какой ток в первичной обмотке? (c) Какое сопротивление видит источник 110 В?

а. 12: 1; б. 0,042 А; c.

Сводка

  • Электростанции передают высокое напряжение при малых токах для достижения более низких омических потерь на многокилометровых линиях передачи.
  • Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
  • Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной катушках или обмотках связаны уравнением трансформатора.
  • Токи в первичной и вторичной обмотках связаны количеством первичных и вторичных петель или витков в обмотках трансформатора.
  • Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и снижает ток, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Концептуальные вопросы

Почему линии передачи работают при очень высоком напряжении, в то время как бытовые цепи работают при довольно низком напряжении?

Тепловые потери меньше, если линии передачи работают при низких токах и высоких напряжениях.

Как отличить первичную обмотку от вторичной в повышающем трансформаторе?

Аккумуляторы в некоторых электронных устройствах заряжаются с помощью адаптера, подключенного к сетевой розетке. Подумайте о назначении адаптера.

В адаптере есть понижающий трансформатор, обеспечивающий более низкое напряжение и, возможно, более высокий ток, при котором устройство может работать.

Будет ли трансформатор работать, если на входе постоянное напряжение?

Почему первичная и вторичная обмотки трансформатора намотаны на один и тот же замкнутый контур из железа?

, поэтому каждый контур может испытывать одинаковое изменение магнитного потока

Проблемы

Повышающий трансформатор спроектирован так, что выход его вторичной обмотки составляет 2000 В (действующее значение), когда первичная обмотка подключена к линейному напряжению 110 В (среднеквадратичное значение).(а) Если в первичной обмотке 100 витков, сколько витков во вторичной обмотке? (b) Если резистор, подключенный ко вторичной обмотке, потребляет действующий ток 0,75 А, каков ток в первичной обмотке?

Повышающий трансформатор, подключенный к линии 110 В, используется для питания водородно-газовой газоразрядной трубки с напряжением 5,0 кВ (действующее значение). Трубка рассеивает мощность 75 Вт. (а) Каково отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки? (b) Каковы среднеквадратичные токи в первичной и вторичной обмотках? (c) Какое эффективное сопротивление видит источник 110 В?

а.45: 1; б. 0,68 А, 0,015 А; c.

Источник ЭДС переменного тока выдает мощность 5,0 мВт при действующем токе 2,0 мА, когда он подключен к первичной обмотке трансформатора. Среднеквадратичное значение напряжения на вторичной катушке составляет 20 В. (a) Каково напряжение на первичной обмотке и ток через вторичную обмотку? (b) Какое соотношение между витками вторичной обмотки и первичной обмотки трансформатора?

Трансформатор используется для понижения напряжения 110 В от настенной розетки до 9,0 В для радио. (а) Если у первичной обмотки 500 витков, сколько витков у вторичной обмотки? (b) Если радиостанция работает при токе 500 мА, каков ток через первичную обмотку?

Трансформатор используется для питания поезда модели на 12 В от сетевой розетки на 110 В.Поезд работает при мощности 50 Вт. (а) Какое среднеквадратичное значение тока во вторичной обмотке трансформатора? (б) Каков среднеквадратичный ток в первичной обмотке? (c) Каково соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток? (г) Какое сопротивление поезда? (e) Какое сопротивление видит источник 110 В?

Дополнительные проблемы

Конденсатор емкостью 700 пФ подключен к источнику переменного тока с амплитудой напряжения 160 В и частотой 20 кГц. (а) Определите емкостное сопротивление конденсатора и амплитуду выходного тока источника.(b) Если частота изменяется на 60 Гц при сохранении амплитуды напряжения 160 В, каковы емкостное реактивное сопротивление и амплитуда тока?

Катушка индуктивности 20 мГн подключена к источнику переменного тока с переменной частотой и амплитудой постоянного напряжения 9,0 В. (a) Определите реактивное сопротивление цепи и максимальный ток через катушку индуктивности, когда частота установлена ​​на 20 кГц. . (b) Проделайте те же вычисления для частоты 60 Гц.

а. ; б.

Конденсатор подключен к источнику переменного тока частотой 60 Гц с амплитудой напряжения 50 В.а) Каков максимальный заряд конденсатора? (б) Каков максимальный ток в конденсаторе? (c) Каково соотношение фаз между зарядом конденсатора и током в цепи?

Катушка индуктивности 7,0 мГн подключена к источнику переменного тока частотой 60 Гц, амплитуда напряжения которого составляет 50 В. (a) Каков максимальный ток через катушку индуктивности? (b) Каково соотношение фаз между сквозным током и разностью потенциалов в катушке индуктивности?

а. 19 А; б. индуктор выводов на

Каков импеданс последовательной цепи RLC на резонансной частоте?

Какое сопротивление R в схеме, показанной ниже, если амплитуда переменного тока через катушку индуктивности равна 4.24 А?

Источник переменного тока с амплитудой напряжения 100 В и частотой 1,0 кГц управляет последовательной цепью RLC с,, и. (а) Определите среднеквадратичное значение тока в цепи. (б) Каковы среднеквадратичные значения напряжения на трех элементах? (c) Каков фазовый угол между ЭДС и током? (d) Какова выходная мощность источника? (e) Какая мощность рассеивается на резисторе?

Генератор электростанции вырабатывает 100 А при 15 кВ (действующее значение).Трансформатор используется для повышения напряжения в линии электропередачи до 150 кВ (действующее значение). (а) Какой действующий ток в линии передачи? (b) Если сопротивление на единицу длины линии равно потерям мощности на метр в линии? (c) Каковы были бы потери мощности на метр, если бы линейное напряжение составляло 15 кВ (действующее значение)?

Рассмотрим электростанцию, расположенную в 25 км от города, поставляющую в город мощность 50 МВт. Линии электропередачи выполнены из алюминиевых кабелей с поперечным сечением.Найдите потерю мощности в линиях передачи, если она передается при (a) 200 кВ (среднеквадратичное значение) и (b) 120 В (среднеквадратичное значение).

а. ; б.

Для работы неоновых вывесок требуется напряжение 12 кВ. Трансформатор используется для изменения напряжения с 220 В (среднеквадратичное) переменного тока на 12 кВ (среднеквадратичное) переменного тока. Какое должно быть соотношение витков вторичной обмотки к виткам первичной обмотки? (b) Какой максимальный среднеквадратичный ток могут потреблять неоновые лампы, если предохранитель в первичной обмотке сработает при 0,5 А? (c) Сколько энергии потребляет неоновая вывеска, когда она потребляет максимальный ток, разрешенный предохранителем в первичной обмотке?

Задачи

Электроэнергия переменного тока напряжением 335 кВ от ЛЭП подается в первичную обмотку трансформатора.Отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки составляет. (а) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка ответственны?

а. 335 МВ; б. результат получается слишком высоким, намного превышающим напряжение пробоя воздуха на разумных расстояниях; c. входное напряжение слишком высокое

Резистор и катушка индуктивности 30 мГн подключены последовательно, как показано ниже, к источнику переменного тока напряжением 120 В (среднеквадратичное значение), колеблющемуся с частотой 60 Гц.(а) Найдите ток в цепи. (б) Найдите падение напряжения на резисторе и катушке индуктивности. (c) Найдите полное сопротивление цепи. (d) Найдите мощность, рассеиваемую резистором. (e) Найдите мощность, рассеиваемую в катушке индуктивности. (f) Найдите мощность, производимую источником.

Найдите реактивные сопротивления следующих конденсаторов и катушек индуктивности в цепях переменного тока с заданными частотами в каждом случае: (a) индуктивность 2 мГн с частотой цепи переменного тока 60 Гц; (б) индуктор 2 мГн с частотой 600 Гц цепи переменного тока; (c) индуктор 20 мГн с частотой цепи переменного тока 6 Гц; d) индуктор на 20 мГн с частотой переменного тока 60 Гц; д) конденсатор емкостью 2 мФ с частотой цепи переменного тока 60 Гц; и (е) конденсатор емкостью 2 мФ с частотой 600 Гц цепи переменного тока.

Выходной импеданс аудиоусилителя имеет импеданс, равный и не соответствует низкоомному громкоговорителю. Вас попросят вставить соответствующий трансформатор, соответствующий импедансу. Какое передаточное число вы будете использовать и почему? Используйте упрощенную схему, показанную ниже.

Покажите, что единицей СИ для емкостного реактивного сопротивления является ом. Покажите, что единицей СИ для индуктивного сопротивления также является ом.

Единицы измерения индуктивного реактивного сопротивления (рисунок) указаны ниже.Радианы можно игнорировать при модульном анализе. Генри можно определить как. Их объединение дает единицу реактивного сопротивления.

Катушка с самоиндуктивностью 16 мГн и сопротивлением 100% подключена к источнику переменного тока, частоту которого можно изменять. На какой частоте напряжение на катушке будет вести ток через катушку на

?

Последовательная цепь RLC состоит из резистора, конденсатора и катушки индуктивности 120 мГн, сопротивление катушки которойИсточник для схемы имеет среднеквадратичное значение ЭДС 240 В на частоте 60 Гц. Рассчитайте среднеквадратичные значения напряжения на резисторе (а), конденсаторе (б) и катушке индуктивности (в).

а. 156 В; б. 42 В; c. 154 В

Последовательная цепь RLC состоит из резистора, конденсатора и катушки индуктивности 50 мГн. Источник переменной частоты 110 В (среднеквадратичное значение) подключен к комбинации. Какова выходная мощность источника, если его частота установлена ​​на половину резонансной частоты контура?

Глоссарий

трансформатор понижающий
трансформатор, понижающий напряжение и увеличивающий ток
повышающий трансформатор
трансформатор, повышающий напряжение и понижающий ток
трансформатор
устройство, которое преобразует напряжения из одного значения в другое с помощью индукции
уравнение трансформатора
Уравнение
, показывающее, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках

ТРАНСФОРМАТОРЫ – прикладное промышленное электричество

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы

Это действительно очень полезное устройство.С его помощью мы можем легко умножить или разделить напряжение и ток в цепях переменного тока. Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния реальностью, поскольку напряжение переменного тока может быть «повышено», а ток «понижен» для снижения потерь мощности сопротивления проводов вдоль линий электропередач, соединяющих генерирующие станции с нагрузками. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) уровни напряжения снижаются трансформаторами для более безопасной работы и менее дорогостоящего оборудования.

Трансформатор, который увеличивает напряжение от первичной к вторичной (больше витков вторичной обмотки, чем витков первичной обмотки), называется повышающим трансформатором .

И наоборот, трансформатор, предназначенный для работы с точностью до наоборот, называется понижающим трансформатором .

Давайте еще раз рассмотрим фотографию, показанную в предыдущем разделе:

Рис. 8.1. Поперечное сечение трансформатора, показывающее первичную и вторичную обмотки, имеет высоту несколько дюймов (приблизительно 10 см).

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое число витков первичной обмотки и низкое число витков вторичной обмотки. В качестве понижающего блока этот трансформатор преобразует низковольтную слаботочную мощность в низковольтную сильноточную мощность.Провод большего сечения, используемый во вторичной обмотке, необходим из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть изготовлена ​​из провода меньшего сечения.

Обратимость работы трансформатора

Если вам интересно, или можно использовать любой из этих типов трансформаторов в обратном направлении (питание вторичной обмотки от источника переменного тока и обеспечение питания нагрузки первичной обмоткой) для выполнения противоположной функции: может функционировать повышающий как понижение и виза-верса.

Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы индуктивности отдельных обмоток были спроектированы для определенных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор должен использоваться «в обратном направлении», как это, должны использоваться в пределах исходных проектных параметров напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы не оказаться неэффективным (или чтобы не повредить чрезмерным напряжением или током!).

Таблички с конструкцией трансформатора

Трансформаторы

часто конструируются таким образом, что не очевидно, какие провода ведут к первичной обмотке, а какие – к вторичной.В электроэнергетике, чтобы избежать путаницы, в электроэнергетике используются обозначения «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем блоке; вторичная обмотка в повышающем) и «X». обозначения низковольтной обмотки. Следовательно, у простого силового трансформатора будут провода с маркировкой «H 1 », «H 2 », «X 1 » и «X 2 ». Обычно это имеет значение для нумерации проводов (H 1 по сравнению с H 2 и т. Д.), который мы рассмотрим немного позже в этой главе.

Практическое значение повышающих и понижающих трансформаторов

Тот факт, что напряжение и ток «скачкообразно меняются» в противоположных направлениях (одно вверх, другое вниз), имеет смысл, если вы вспомните, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и поймете, что трансформаторы не могут производить мощность , а только преобразовывают ее. . Любое устройство, которое может выдавать больше энергии, чем потребляло, нарушило бы закон сохранения энергии в физике, а именно, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована.Как и в случае с первым рассмотренным нами примером трансформатора, эффективность передачи энергии от первичной к вторичной стороне устройства очень хорошая.

Практическое значение этого становится более очевидным, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения / тока могло быть достигнуто только за счет использования двигателей / генераторных установок. Чертеж двигателя / генераторной установки показывает основной принцип: (рисунок ниже)

Рисунок 8.2 Мотор-генератор иллюстрирует основной принцип работы трансформатора.

В такой машине двигатель механически соединен с генератором, который предназначен для выработки требуемых уровней напряжения и тока при скорости вращения двигателя. Хотя и двигатели, и генераторы являются довольно эффективными устройствами, использование обоих таким образом усугубляет их неэффективность, так что общий КПД находится в диапазоне 90% или меньше. Кроме того, поскольку для двигателей / генераторных установок, очевидно, требуются движущиеся части, механический износ и балансировка являются факторами, влияющими как на срок службы, так и на производительность.Трансформаторы, с другой стороны, способны преобразовывать уровни переменного напряжения и тока с очень высоким КПД без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради следует отметить, что двигатели / генераторные установки не обязательно заменялись трансформаторами для всех приложений . Хотя трансформаторы явно превосходят мотор-генераторные установки для преобразования переменного напряжения и уровня тока, они не могут преобразовывать одну частоту переменного тока в другую или (сами по себе) преобразовывать постоянный ток в переменный или наоборот.Электродвигатели / генераторные установки могут выполнять все эти задачи с относительной простотой, хотя и с уже описанными ограничениями эффективности и механических факторов.

Электродвигатели / генераторные установки также обладают уникальным свойством аккумулирования кинетической энергии: то есть, если подача питания двигателя на мгновение прерывается по какой-либо причине, его угловой момент (инерция этой вращающейся массы) будет поддерживать вращение генератора на короткое время. длительность, таким образом изолируя любые нагрузки, питаемые от генератора, от «сбоев» в основной энергосистеме.

Анализ работы повышающего и понижающего трансформатора

Обмотка с большей индуктивностью имеет более высокое напряжение и меньший ток, чем другая. Поскольку две катушки индуктивности намотаны вокруг одного и того же материала сердечника в трансформаторе (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на индуктивность для двух катушек, равны, за исключением количества витков в каждой катушке. Если мы еще раз посмотрим на нашу формулу индуктивности, мы увидим, что индуктивность пропорциональна квадрату числа витков катушки:

[латекс] L = \ frac {N ^ 2µA} {I} [/ латекс]

Где,

[латекс] L = \ text {индуктивность катушки Генри} [/ латекс]

[латекс] N = \ text {Количество витков в катушке провода (прямой провод = 1)} [/ латекс]

[латекс] \ mu = \ text {Проницаемость основных материалов (абсолютная, а не относительная)} [/ латекс]

[латекс] A = \ text {Площадь рулона в квадратных метрах} [/ латекс]

[латекс] I = \ text {Среднее значение рулона в метрах} [/ латекс]

Итак, должно быть очевидно, что наши две катушки индуктивности должны иметь отношение витков катушки 10: 1, поскольку 10 в квадрате равно 100.Это похоже на то же соотношение, которое мы обнаружили между первичным и вторичным напряжениями и токами (10: 1), поэтому мы можем, как правило, сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен отношению витков обмотки между первичной и вторичной обмотками.

Рисунок 8.3 Пример понижающего трансформатора.

Понижающий трансформатор: (много витков: несколько витков).

Повышающий / понижающий эффект отношения витков катушки в трансформаторе аналогичен соотношению зубьев шестерни в механических зубчатых передачах, преобразуя значения скорости и крутящего момента примерно таким же образом:

Рисунок 8.4 Редукторная передача снижает крутящий момент, одновременно увеличивая скорость.

Повышающие и понижающие трансформаторы для целей распределения энергии могут быть гигантскими по сравнению с показанными ранее силовыми трансформаторами, причем некоторые блоки имеют высоту дома. На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около двенадцати футов:

Рисунок 8.5 Трансформатор подстанции.

Существуют приложения, в которых необходима гальваническая развязка между двумя цепями переменного тока без какого-либо преобразования уровней напряжения или тока.В этих случаях используются трансформаторы под названием изолирующие трансформаторы с коэффициентами трансформации 1: 1. Настольный изолирующий трансформатор показан на рисунке ниже.

Рисунок 8.6 Изолирующий трансформатор изолирует питание от линии питания.

Поскольку трансформаторы по сути являются устройствами переменного тока, нам необходимо знать фазовые соотношения между первичной и вторичной цепями. Мы можем построить кривые для первичной и вторичной цепей и увидеть фазовые соотношения.

Рисунок 8.7 Вторичное напряжение V (3,5) синфазно с первичным напряжением V (2) и понижено в десять раз.

Вторичное напряжение V (3,5) синфазно с первичным напряжением V (2) и понижено в десять раз.

При переходе от первичной, В (2), к вторичной, В (3,5), напряжение снижалось в десять раз, а ток увеличивался в десять раз. Формы сигналов как тока, так и напряжения являются синфазно при переходе от первичного к вторичному.

Рисунок 8.8 Первичный и вторичный токи синфазны. Вторичный ток увеличивается в десять раз.

Условные обозначения трансформатора

Похоже, что напряжение и ток двух обмоток трансформатора синфазны, по крайней мере, для нашей резистивной нагрузки. Это достаточно просто, но было бы неплохо узнать , каким образом мы должны подключить трансформатор, чтобы обеспечить правильное соотношение фаз. В конце концов, трансформатор – это не что иное, как набор индукторов с магнитной связью, а на индукторах обычно нет какой-либо маркировки полярности.Если бы мы посмотрели на трансформатор без маркировки, у нас не было бы возможности узнать, каким образом подключить его к цепи, чтобы получить синфазное (или не синфазное на 180 °) напряжение и ток:

Рисунок 8.9 На практике полярность трансформатора может быть неоднозначной.

Поскольку это практическая проблема, производители трансформаторов разработали своего рода стандарт маркировки полярности для обозначения фазовых соотношений. Он называется условным обозначением точек и представляет собой не что иное, как точку, помещенную рядом с каждым соответствующим плечом обмотки трансформатора:

Рисунок 8.10 Пара точек указывает полярность.

Обычно трансформатор поставляется с какой-то схематической диаграммой, на которой отмечены выводы проводов для первичной и вторичной обмоток. На схеме будет пара точек, похожая на то, что видно выше. Иногда точки будут опускаться, но когда метки «H» и «X» используются для обозначения проводов обмотки трансформатора, предполагается, что нижние индексы обозначают полярность обмотки. Провода «1» (H 1 и X 1 ) показывают, где обычно размещаются точки маркировки полярности.

Подобное расположение этих точек рядом с верхними концами первичной и вторичной обмоток говорит нам о том, что любая мгновенная полярность напряжения, наблюдаемая на первичной обмотке, будет такой же, как и на вторичной обмотке. Другими словами, сдвиг фазы от первичного к вторичному будет равен нулю градусов.

С другой стороны, если точки на каждой обмотке трансформатора не совпадают , а не , фазовый сдвиг будет 180 ° между первичной и вторичной обмотками, например:

Рисунок 8.11 Не в фазе: основной красный – точка, дополнительный черный – точка.

Конечно, условное обозначение точек только говорит вам, какой конец каждой обмотки является каким относительно другой обмотки (ов). Если вы хотите самостоятельно изменить соотношение фаз, все, что вам нужно сделать, это поменять местами соединения обмотки следующим образом:

Рисунок 8.12 В фазе: основной красный – точка, дополнительный красный – точка.

Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношением витков первичной и вторичной обмоток.

[латекс] \ text {Коэффициент передачи напряжения} = \ frac {N_ {вторичный}} {N_ {primary}} [/ latex]

[латекс] \ text {Текущий коэффициент передачи} = \ frac {N_ {первичный}} {N_ {вторичный}} [/ latex]

Где,

[латекс] N = \ text {Количество витков в обмотке} [/ латекс]

  • Трансформатор, предназначенный для увеличения напряжения от первичной до вторичной, называется повышающим трансформатором .Трансформатор, предназначенный для понижения напряжения с первичной обмотки на вторичную, называется понижающим трансформатором .
  • Коэффициент трансформации трансформатора будет равен квадратному корню из отношения его первичной индуктивности к вторичной индуктивности (L).

[латекс] \ text {Коэффициент передачи напряжения} = \ sqrt {\ frac {L_ {вторичный}} {L_ {первичный}}} [/ латекс]

  • Имея возможность передавать мощность от одной цепи к другой без использования соединительных проводов между двумя цепями, трансформаторы обеспечивают полезную функцию гальванической развязки .
  • Трансформаторы, предназначенные для обеспечения гальванической развязки без скачков напряжения и тока вверх или вниз, называются изолирующими трансформаторами .
  • Фазовое соотношение напряжения и тока между первичной и вторичной цепями трансформатора прямое: в идеале нулевой сдвиг фазы.
  • Условное обозначение точек – это тип маркировки полярности для обмоток трансформатора, показывающий, какой конец обмотки находится относительно других обмоток.

Трансформаторы с несколькими вторичными обмотками

Трансформаторы – очень универсальные устройства. Базовая концепция передачи энергии между взаимными индукторами достаточно полезна между одной первичной и одной вторичной обмотками, но трансформаторы не обязательно должны быть сделаны с двумя наборами обмоток. Рассмотрим схему трансформатора:

Рисунок 8.13. Трансформатор с несколькими вторичными обмотками обеспечивает несколько выходных напряжений.

Здесь три катушки индуктивности имеют общий магнитный сердечник, магнитно «связывая» или «связывая» их вместе.Связь между коэффициентами витков обмотки и отношениями напряжений, наблюдаемая с одной парой взаимных индукторов, все еще сохраняется здесь для нескольких пар катушек.

Вполне возможно собрать трансформатор, подобный приведенному выше (одна первичная обмотка, две вторичные обмотки), в котором одна вторичная обмотка является понижающей, а другая – повышающей. Фактически, такая конструкция трансформатора была довольно распространена в цепях питания вакуумных ламп, которые требовались для подачи низкого напряжения на нити ламп (обычно 6 или 12 вольт) и высокого напряжения для пластин ламп (несколько сотен вольт) от источника питания. номинальное первичное напряжение 110 вольт переменного тока.

С таким трансформатором возможны не только напряжения и токи совершенно разных величин, но все цепи электрически изолированы друг от друга.

Рисунок 8.14 Фотография многообмоточного трансформатора с шестью обмотками, первичной и пятью вторичными обмотками.

Трансформатор на рисунке выше предназначен для обеспечения как высокого, так и низкого напряжения, необходимого в электронной системе с использованием электронных ламп. Низкое напряжение требуется для питания нитей вакуумных трубок, в то время как высокое напряжение требуется для создания разности потенциалов между пластиной и катодными элементами каждой трубки.Одного трансформатора с несколькими обмотками достаточно, чтобы обеспечить все необходимые уровни напряжения от одного источника 115 В. Провода для этого трансформатора (их 15!) На фотографии не показаны, они скрыты от глаз.

Если электрическая изоляция между вторичными цепями не имеет большого значения, аналогичный эффект может быть получен путем «постукивания» одной вторичной обмотки в нескольких точках по ее длине, как показано на рисунке ниже.

Рис. 8.15. Вторичная обмотка с одним ответвлением обеспечивает несколько напряжений.

Многополюсный коммутирующий трансформатор

Ответвитель – это не что иное, как соединение проводов, сделанное в некоторой точке обмотки между концами. Неудивительно, что соотношение витков обмотки / величины напряжения обычного трансформатора сохраняется для всех сегментов обмотки с ответвлениями. Этот факт можно использовать для производства трансформатора с несколькими передаточными числами:

Рисунок 8.16. Вторичная обмотка с ответвлениями, использующая переключатель для выбора одного из многих возможных напряжений.

Переменный трансформатор

Продолжая концепцию отводов обмотки, мы получаем «регулируемый трансформатор», в котором скользящий контакт перемещается по длине открытой вторичной обмотки и может соединяться с ней в любой точке по ее длине.Эффект эквивалентен наличию отвода обмотки на каждом витке обмотки и переключателя с полюсами на каждом положении отвода:

Рисунок 8.17 Скользящий контакт на вторичной обмотке непрерывно изменяет вторичное напряжение.

Одним из потребительских применений переменного трансформатора является регулирование скорости для модельных поездов, особенно поездов 1950-х и 1960-х годов. Эти трансформаторы были по существу понижающими блоками, максимальное напряжение, получаемое от вторичной обмотки, было существенно меньше, чем первичное напряжение от 110 до 120 вольт переменного тока.Контакт с регулируемой разверткой обеспечивает простое средство управления напряжением с небольшими потерями энергии, намного более эффективное, чем управление с использованием переменного резистора!

Подвижно-скользящие контакты слишком непрактичны для использования в больших промышленных силовых трансформаторах, но многополюсные переключатели и отводы обмотки являются обычным явлением для регулировки напряжения. В энергосистемах необходимо периодически производить регулировку, чтобы приспособиться к изменениям нагрузки в течение месяцев или лет во времени, и эти схемы переключения обеспечивают удобное средство.Как правило, такие «переключатели ответвлений» не предназначены для работы с током полной нагрузки, а должны срабатывать только тогда, когда трансформатор обесточен (отсутствует питание).

Автотрансформатор

Видя, как мы можем отвести любую обмотку трансформатора, чтобы получить эквивалент нескольких обмоток (хотя и с потерей гальванической развязки между ними), имеет смысл полностью отказаться от электрической изоляции и построить трансформатор из одной обмотки. Действительно, это возможно, и получившееся устройство называется автотрансформатором :

. Рисунок 8.18 Этот автотрансформатор повышает напряжение с помощью одинарной ответвленной обмотки, экономя медь и жертвуя изоляцией.

Автотрансформатор, изображенный выше, выполняет функцию повышения напряжения. Понижающий автотрансформатор будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 8.19. Этот автотрансформатор понижает напряжение с помощью одной обмотки с ответвлениями, экономящей медь. Автотрансформаторы

находят широкое применение в приложениях, требующих небольшого повышения или понижения напряжения на нагрузке. Альтернативой обычному (изолированному) трансформатору было бы либо иметь правильное соотношение первичной / вторичной обмоток, предназначенное для работы, либо использовать понижающую конфигурацию с вторичной обмоткой, подключенной последовательно («повышающий») или последовательно. противодействующая («вздергивающая») мода.Для иллюстрации того, как это будет работать, приведены первичные, вторичные напряжения и напряжения нагрузки.

Конфигурации автотрансформатора

Во-первых, «повышающая» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую складывается с первичным напряжением.

Рисунок 8.20. Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для повышения сетевого напряжения.

Далее, «раскладывающаяся» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую вычитается из первичного напряжения:

Рисунок 8.21 Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для понижения напряжения в сети.

Основным преимуществом автотрансформатора является то, что та же функция повышения или понижения достигается только с одной обмоткой, что делает его более дешевым и легким в производстве, чем обычный (изолирующий) трансформатор, имеющий как первичную, так и вторичную обмотки.

Автотрансформатор с вариатором

Как и у обычных трансформаторов, обмотки автотрансформатора могут иметь ответвления для изменения передаточного числа.Кроме того, их можно сделать бесступенчато регулируемыми с помощью скользящего контакта, чтобы постучать по обмотке в любой точке по ее длине. Последняя конфигурация достаточно популярна, чтобы заслужить собственное имя: Variac . (рисунок ниже)

Рис. 8.22. Вариак – это автотрансформатор со скользящим ответвлением.

Маленькие вариаторы для настольного использования – это популярное оборудование для экспериментаторов в области электроники, поскольку они могут понижать (а иногда и повышать) напряжение переменного тока в домашних условиях с широким и точным диапазоном регулировки простым поворотом ручки.

  • Трансформаторы могут быть оснащены более чем одной парой первичной и одной вторичной обмоток. Это позволяет использовать несколько коэффициентов повышения и / или понижения в одном устройстве.
  • Обмотки трансформатора также могут иметь «ответвления»: то есть пересекаться во многих точках для разделения одной обмотки на секции.
  • Переменные трансформаторы могут быть изготовлены с помощью подвижного плеча, который перемещается по длине обмотки, контактируя с обмоткой в ​​любой точке по ее длине.Обмотка, конечно же, должна быть оголенной (без изоляции) в области движения плеча.
  • Автотрансформатор – это одинарная катушка индуктивности с ответвлениями, используемая для повышения или понижения напряжения, как трансформатор, за исключением гальванической развязки.
  • A Variac – регулируемый автотрансформатор.

Поскольку трехфазные сети так часто используются в системах распределения электроэнергии, вполне логично, что нам понадобятся трехфазные трансформаторы, чтобы иметь возможность повышать или понижать напряжение.Это верно лишь частично, поскольку обычные однофазные трансформаторы могут быть объединены вместе для преобразования мощности между двумя трехфазными системами в различных конфигурациях, устраняя необходимость в специальном трехфазном трансформаторе. Однако для этих задач созданы специальные трехфазные трансформаторы, которые могут работать с меньшими требованиями к материалам, меньшими размерами и меньшим весом, чем их модульные аналоги.

Обмотки и соединения трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор состоит из трех наборов первичной и вторичной обмоток, каждый набор намотан на одну ногу узла железного сердечника.По сути, это выглядит как три однофазных трансформатора, совместно использующих объединенный сердечник, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 8.23 ​​Сердечник трехфазного трансформатора имеет три набора обмоток.

Эти наборы первичной и вторичной обмоток будут соединены в конфигурации Δ или Y, чтобы сформировать единый блок. Различные комбинации способов, которыми эти обмотки могут быть соединены вместе, будут в центре внимания этого раздела.

Независимо от того, используются ли комплекты обмоток с общим сердечником или каждая пара обмоток представляет собой отдельный трансформатор, варианты соединения обмоток одинаковы:

Первичная – Вторичная

  • Y – Y
  • Y – Δ
  • Δ – Я
  • Δ – Δ

Причины выбора конфигурации Y или Δ для соединений обмоток трансформатора те же, что и для любого другого трехфазного приложения: соединения Y обеспечивают возможность нескольких напряжений, в то время как соединения Δ имеют более высокий уровень надежности (если одна обмотка выходит из строя в открытом состоянии, два других могут поддерживать полное линейное напряжение нагрузки).

Вероятно, наиболее важным аспектом соединения трех наборов первичной и вторичной обмоток для формирования трехфазного трансформатора является уделение внимания правильному фазированию обмоток (точки, используемые для обозначения «полярности» обмоток). Помните правильное соотношение фаз между фазными обмотками Δ и Y: (рисунок ниже)

Рисунок 8.24 (Y) Центральная точка «Y» должна связывать либо все «-», либо все «+» точки намотки вместе. (Δ) Полярности обмоток должны складываться вместе (от + до -).

Правильная синхронизация фаз, когда обмотки не показаны в стандартной конфигурации Y или Δ, может быть непростой задачей. Позвольте мне проиллюстрировать это, начиная с рисунка ниже.

Рисунок 8.23. Входы A1, A2, A3 могут быть подключены к «Δ» или «Y», как и выходы B1, B2, B3.

Разводка фаз для трансформатора «Y-Y»

Три отдельных трансформатора должны быть соединены вместе для преобразования энергии из одной трехфазной системы в другую. Сначала я покажу электрические соединения для конфигурации Y-Y:

Рисунок 8.25 Разводка фаз для трансформатора «Y-Y».

Обратите внимание на рисунок выше, как все концы обмотки, отмеченные точками, подключены к своим соответствующим фазам A, B и C, в то время как концы без точек соединены вместе, образуя центры каждой буквы «Y». Соединение первичной и вторичной обмоток по схеме «Y» позволяет использовать нейтральные проводники (N 1 и N 2 ) в каждой энергосистеме.

Разводка фаз для трансформатора «Y-Δ»

Теперь посмотрим на конфигурацию Y-Δ:

Рисунок 8.26 Подключение фаз для трансформатора «Y-Δ».

Обратите внимание на то, как вторичные обмотки (нижний набор, рисунок выше) соединены в цепочку, причем сторона с «точкой» одной обмотки соединена со стороной «без точки» следующей, образуя петлю Δ. В каждой точке соединения между парами обмоток выполняется подключение к линии второй энергосистемы (A, B и C).

Разводка фаз для трансформатора «Δ-Y»

Теперь давайте рассмотрим систему Δ-Y на рисунке ниже.

Рисунок 8.27. Подключение фаз для трансформатора «Δ-Y».

Такая конфигурация (рисунок выше) позволит обеспечить несколько напряжений (между фазой или между фазой и нейтралью) во второй энергосистеме от исходной энергосистемы, не имеющей нейтрали.

Подключение фаз для трансформатора «Δ-Δ»

И, наконец, перейдем к конфигурации Δ-Δ:

Рисунок 8.28. Схема подключения фаз для трансформатора «Δ-Δ».

Когда нет необходимости в нейтральном проводе во вторичной энергосистеме, предпочтительны схемы подключения Δ-Δ (рисунок выше) из-за присущей надежности конфигурации Δ.

Подключение фаз для трансформатора «V» или «открытый Δ»

Учитывая, что Δ-конфигурация может удовлетворительно работать без одной обмотки, некоторые разработчики энергосистем предпочитают создавать батарею трехфазных трансформаторов только с двумя трансформаторами, представляя конфигурацию Δ-Δ с отсутствующей обмоткой как на первичной, так и на вторичной стороне:

Рисунок 8.29 «В» или «разомкнутый Δ» обеспечивает мощность 2 φ только с двумя трансформаторами.

Эта конфигурация называется «V» или «Open-Δ». Конечно, каждый из двух трансформаторов должен быть увеличен по размеру, чтобы выдерживать такое же количество мощности, как и три в стандартной Δ-конфигурации, но общие размеры, вес и стоимость часто того стоят.Однако следует иметь в виду, что при отсутствии одного набора обмоток в форме Δ эта система больше не обеспечивает отказоустойчивость нормальной системы Δ-Δ. Если один из двух трансформаторов выйдет из строя, это определенно повлияет на напряжение и ток нагрузки.

Пример из реальной жизни

На следующей фотографии (рисунок ниже) показан блок повышающих трансформаторов на плотине гидроэлектростанции Гранд-Кули в штате Вашингтон. С этой точки зрения можно увидеть несколько трансформаторов (зеленого цвета), которые сгруппированы по три: по три трансформатора на гидроэлектрический генератор, соединенные вместе проводом в той или иной форме трехфазной конфигурации.

На фотографии не показаны соединения первичной обмотки, но похоже, что вторичные обмотки соединены по схеме Y, так как из каждого трансформатора выступает только один большой высоковольтный изолятор. Это говорит о том, что другая сторона вторичной обмотки каждого трансформатора имеет потенциал земли или близок к нему, что может быть верно только в системе Y. В здании слева находится электростанция, в которой размещены генераторы и турбины. Справа наклонная бетонная стена – нижняя поверхность плотины:

Рисунок 8.Плотина гидроэлектростанции Гранд-Кули, 30

Мощность

Как уже отмечалось, трансформаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы обеспечить приемлемую связь по мощности, точное регулирование напряжения и низкие искажения тока возбуждения. Кроме того, трансформаторы должны быть спроектированы так, чтобы без проблем передавать ожидаемые значения тока первичной и вторичной обмоток. Это означает, что проводники обмотки должны быть изготовлены из проволоки соответствующего калибра, чтобы избежать проблем с нагревом.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор должен иметь идеальную связь (без индуктивности рассеяния), идеальное регулирование напряжения, идеально синусоидальный ток возбуждения, отсутствие гистерезиса или потерь на вихревые токи и достаточно толстый провод, чтобы выдерживать любой ток.К сожалению, для достижения этих проектных целей идеальный трансформатор должен быть бесконечно большим и тяжелым. Таким образом, при разработке практического трансформатора необходимо идти на компромиссы.

Кроме того, изоляция проводов обмотки является проблемой там, где встречаются высокие напряжения, как это часто бывает в повышающих и понижающих распределительных трансформаторах. Обмотки должны быть не только хорошо изолированы от стального сердечника, но и каждая обмотка должна быть достаточно изолирована от другой, чтобы поддерживать электрическую изоляцию между обмотками.

Номинальные характеристики трансформатора

С учетом этих ограничений трансформаторы рассчитаны на определенные уровни напряжения и тока первичной и вторичной обмоток, хотя номинальный ток обычно выводится из номинального значения вольт-ампер (ВА), присвоенного трансформатору. Например, возьмите понижающий трансформатор с номинальным напряжением первичной обмотки 120 В, номинальным напряжением вторичной обмотки 48 В и номинальной мощностью 1 кВА (1000 ВА) в ВА. Максимальные токи обмотки можно определить как таковые: кВА (1000 ВА).Максимальные токи обмоток можно определить как таковые:

[латекс] \ text {Максимальный ток обмотки} [/ латекс]

[латекс] \ tag {8.1} I_ {Max} = \ frac {S} {E} [/ latex]

Иногда обмотки имеют номинальный ток в амперах, но это обычно наблюдается на небольших трансформаторах. Большие трансформаторы почти всегда имеют номинальное напряжение на обмотке и

ВА или кВА.

Потери энергии

Трансформаторы передают мощность с минимальными потерями.Как было сказано ранее, КПД современных силовых трансформаторов обычно превышает 95%. Однако хорошо знать, куда уходит часть этой утраченной силы и что вызывает ее потерю.

Конечно, возможны потери мощности из-за сопротивления обмоток проводов. Если не используются сверхпроводящие провода, всегда будет рассеиваться мощность в виде тепла через сопротивление проводников с током. Поскольку для трансформаторов требуются провода такой большой длины, эти потери могут быть существенным фактором.Увеличение диаметра обмоточного провода – один из способов минимизировать эти потери, но только при значительном увеличении стоимости, размера и веса.

Вихретоковые потери

Помимо резистивных потерь, большая часть потерь мощности трансформатора происходит из-за магнитных эффектов в сердечнике. Возможно, наиболее значительным из этих «потерь в сердечнике» являются потери на вихревые токи , которые представляют собой рассеивание резистивной мощности из-за прохождения индуцированных токов через железо сердечника. Поскольку железо является проводником электричества, а также отличным «проводником» магнитного потока, в железе будут индуцироваться токи так же, как есть токи, индуцированные во вторичных обмотках из переменного магнитного поля.Эти индуцированные токи – как описано в пункте закона Фарадея о перпендикулярности – имеют тенденцию проходить через поперечное сечение сердечника перпендикулярно виткам первичной обмотки. Их круговое движение дало им необычное название: как водовороты в потоке воды, которые циркулируют, а не движутся по прямым линиям.

Железо является хорошим проводником электричества, но не так хорошо, как медь или алюминий, из которых обычно изготавливаются проволочные обмотки. Следовательно, эти «вихревые токи» должны преодолевать значительное электрическое сопротивление, поскольку они циркулируют по сердечнику.Преодолевая сопротивление утюга, они рассеивают энергию в виде тепла. Следовательно, у нас есть источник неэффективности трансформатора, который трудно устранить.

Индукционный нагрев

Это явление настолько ярко выражено, что его часто используют как средство нагрева черных (железосодержащих) материалов. На фотографии ниже показан блок «индукционного нагрева», повышающий температуру большого участка трубы. Петли из проволоки, покрытые высокотемпературной изоляцией, охватывают окружность трубы, вызывая вихревые токи внутри стенки трубы за счет электромагнитной индукции.Чтобы максимизировать эффект вихревых токов, используется высокочастотный переменный ток, а не частота линии электропередачи (60 Гц). Блоки в правой части изображения вырабатывают высокочастотный переменный ток и регулируют величину тока в проводах, чтобы стабилизировать температуру трубы на заранее определенном «заданном значении».

Рисунок 8.31 Индукционный нагрев: Первичная изолированная обмотка наводит ток во вторичную железную трубу с потерями.

Смягчение вихревых токов

Основная стратегия смягчения этих расточительных вихревых токов в сердечниках трансформаторов состоит в том, чтобы сформировать железный сердечник в виде листов, каждый из которых покрыт изолирующим лаком, чтобы сердечник был разделен на тонкие пластинки.В результате ширина сердечника очень мала для циркуляции вихревых токов:

Рисунок 8.32 Разделение стального сердечника на тонкие изолированные пластинки сводит к минимуму потери на вихревые токи.

Ламинированные сердечники , подобные показанному здесь, входят в стандартную комплектацию почти всех низкочастотных трансформаторов. Напомним, что на фотографии трансформатора, разрезанного пополам, железный сердечник состоял из множества тонких листов, а не из одной цельной детали. Потери на вихревые токи увеличиваются с увеличением частоты, поэтому трансформаторы, предназначенные для работы от высокочастотной энергии (например, 400 Гц, используемой во многих военных и авиационных приложениях), должны использовать более тонкие пластинки, чтобы снизить потери до приемлемого минимума.Это имеет нежелательный эффект увеличения стоимости изготовления трансформатора.

Другой аналогичный метод минимизации потерь на вихревые токи, который лучше подходит для высокочастотных приложений, – это изготовление сердечника из железного порошка, а не из тонких листов железа. Подобно ламинированным листам, эти гранулы железа индивидуально покрыты электроизоляционным материалом, который делает сердечник непроводящим, за исключением ширины каждой гранулы. Сердечники из порошкового железа часто используются в трансформаторах, работающих с радиочастотными токами.

Магнитный гистерезис

Еще одна «потеря в сердечнике» – это магнитный гистерезис . Все ферромагнитные материалы имеют тенденцию сохранять некоторую степень намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля. Эта тенденция оставаться намагниченным называется «гистерезисом», и требуются определенные затраты энергии, чтобы преодолеть это противодействие, изменяющееся каждый раз, когда магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, меняет полярность (дважды за цикл переменного тока).

Этот тип потерь можно уменьшить за счет правильного выбора материала сердечника (выбор сплава сердечника с низким гистерезисом, о чем свидетельствует «тонкая» гистерезисная кривая B / H) и проектирования сердечника с минимальной магнитной индукцией (большая площадь поперечного сечения ).

Скин-эффект на высоких частотах

Потери энергии в трансформаторе увеличиваются с увеличением частоты. Скин-эффект внутри проводников обмотки уменьшает доступную площадь поперечного сечения для потока электрического заряда, тем самым увеличивая эффективное сопротивление при повышении частоты и создавая больше мощности, теряемой из-за резистивной диссипации. Потери в магнитном сердечнике также увеличиваются из-за того, что более высокие частоты, вихревые токи и эффекты гистерезиса становятся более серьезными. По этой причине трансформаторы значительных размеров предназначены для эффективной работы в ограниченном диапазоне частот.

В большинстве систем распределения электроэнергии, где частота сети очень стабильна, можно подумать, что чрезмерная частота никогда не будет проблемой. К сожалению, это происходит в виде гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.

Как мы видели в предыдущих главах, несинусоидальные сигналы эквивалентны аддитивным сериям нескольких синусоидальных сигналов с разными амплитудами и частотами. В энергосистемах эти другие частоты являются целыми числами, кратными основной (линейной) частоте, что означает, что они всегда будут выше, а не ниже проектной частоты трансформатора.В значительной степени они могут вызвать серьезный перегрев трансформатора. Силовые трансформаторы могут быть спроектированы для обработки определенных уровней гармоник энергосистемы, и эта способность иногда обозначается рейтингом «K-фактор».

Паразитная емкость и индуктивность

Помимо номинальной мощности и потерь мощности, трансформаторы часто имеют другие нежелательные ограничения, о которых следует знать разработчикам схем. Как и их более простые аналоги – индукторы – трансформаторы обладают емкостью из-за изоляционного диэлектрика между проводниками: от обмотки к обмотке, от витка к витку (в одной обмотке) и от обмотки к сердечнику.

Частота резонанса трансформатора

Обычно эта емкость не имеет значения в силовых приложениях, но приложения с малым сигналом (особенно высокочастотные) могут плохо переносить эту причуду. Кроме того, эффект наличия емкости наряду с расчетной индуктивностью обмоток дает трансформаторам способность резонировать с на определенной частоте, что определенно является проблемой проектирования в сигнальных приложениях, где приложенная частота может достигать этой точки (обычно резонансная частота мощности трансформатор находится далеко за пределами частоты переменного тока, для которой он был разработан).

Удерживание флюса

Сдерживание потока (обеспечение того, чтобы магнитный поток трансформатора не ускользнул, чтобы создать помехи для другого устройства, и убедиться, что магнитный поток других устройств экранирован от сердечника трансформатора) – еще одна проблема, которую разделяют как индукторы, так и трансформаторы.

Индуктивность утечки

Тесно связана с проблемой сдерживания флюса индуктивность рассеяния. Поскольку индуктивность рассеяния эквивалентна индуктивности, последовательно соединенной с обмоткой трансформатора, она проявляется как последовательное сопротивление с нагрузкой.Таким образом, чем больше ток потребляет нагрузка, тем меньше напряжения на выводах вторичной обмотки. Обычно при проектировании трансформатора требуется хорошее регулирование напряжения, но существуют и исключительные области применения. Как указывалось ранее, для схем разрядного освещения требуется повышающий трансформатор с «слабым» (плохим) регулированием напряжения для обеспечения пониженного напряжения после возникновения дуги в лампе. Один из способов удовлетворить этот критерий проектирования – спроектировать трансформатор с путями рассеяния магнитного потока в обход вторичной (ых) обмотки (ов).Результирующий поток рассеяния будет создавать индуктивность рассеяния, которая, в свою очередь, приведет к плохому регулированию, необходимому для разрядного освещения.

Насыщенность ядра

Трансформаторы

также ограничены в своей работе из-за ограничений магнитного потока сердечника. Для трансформаторов с ферромагнитным сердечником необходимо учитывать пределы насыщения сердечника. Помните, что ферромагнитные материалы не могут поддерживать бесконечную плотность магнитного потока: они имеют тенденцию «насыщаться» на определенном уровне (продиктованном материалом и размерами сердечника), а это означает, что дальнейшее увеличение силы магнитного поля (ммс) не приводит к пропорциональному увеличению магнитного поля. поток поля (Φ).

Когда первичная обмотка трансформатора перегружается из-за чрезмерного приложенного напряжения, магнитный поток сердечника может достигать уровней насыщения в пиковые моменты цикла синусоидальной волны переменного тока. Если это произойдет, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, больше не будет соответствовать форме волны, как напряжение, питающее первичную катушку. Другими словами, перегруженный трансформатор будет искажать форму волны от первичной до вторичной обмоток, создавая гармоники на выходе вторичной обмотки. Как мы обсуждали ранее, содержание гармоник в энергосистемах переменного тока обычно вызывает проблемы.

Пиковые трансформаторы

Специальные трансформаторы, известные как трансформаторы максимального напряжения , используют этот принцип для создания коротких импульсов напряжения вблизи пиков формы волны напряжения источника. Ядро рассчитано на быстрое и резкое насыщение при уровнях напряжения значительно ниже пикового. Это приводит к сильно обрезанной форме волны синусоидального потока и импульсы вторичного напряжения только при изменении потока (ниже уровней насыщения):

Рис. 8.33. Осциллограммы напряжения и магнитного потока для пикового трансформатора.

Работа на частотах ниже нормы

Другой причиной ненормального насыщения сердечника трансформатора является работа на частотах ниже нормы. Например, если силовой трансформатор, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, вынужден работать на частоте 50 Гц, поток должен достигнуть более высоких пиковых уровней, чем раньше, чтобы создать такое же противоположное напряжение, необходимое для балансировки с напряжением источника. Это верно, даже если напряжение источника такое же, как и раньше.

Рис. 8.34. Магнитный поток выше в сердечнике трансформатора, работающем на 50 Гц, по сравнению с 60 Гц для того же напряжения.

Поскольку мгновенное напряжение обмотки пропорционально скорости изменения мгновенного магнитного потока в трансформаторе, форма волны напряжения, достигающая того же пикового значения, но требующая более длительного времени для завершения каждого полупериода, требует, чтобы магнитный поток поддерживал та же скорость изменения, что и раньше, но на более длительные периоды времени. Таким образом, если поток должен расти с той же скоростью, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени, он поднимется до более высокого пикового значения.

С математической точки зрения, это еще один пример исчисления в действии.Поскольку напряжение пропорционально скорости изменения потока, мы говорим, что форма волны напряжения – это производная формы волны потока, «производная» – это операция вычисления, определяющая одну математическую функцию (форму волны) с точки зрения скорости: из-за смены другого. Однако, если мы возьмем противоположную точку зрения и свяжем исходную форму волны с ее производной, мы можем назвать исходную форму волны интегралом производной формы волны. В этом случае форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.

Интеграл любой математической функции пропорционален площади, накопленной под кривой этой функции. Поскольку каждый полупериод сигнала 50 Гц накапливает большую площадь между ним и нулевой линией графика, чем будет форма сигнала 60 Гц – а мы знаем, что магнитный поток является интегралом напряжения, – поток будет достигать более высоких значений в рисунок ниже.

Рис. 8.35. Изменение потока с той же скоростью возрастает до более высокого уровня при 50 Гц, чем при 60 Гц.

Еще одна причина насыщения трансформатора – наличие постоянного тока в первичной обмотке.Любая величина постоянного напряжения, падающего на первичную обмотку трансформатора, вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. Это дополнительное «смещение» или «смещение» потока будет подталкивать форму волны переменного магнитного потока ближе к насыщению в одном полупериоде, чем в другом.

Рис. 8.36. Постоянный ток в первичной обмотке смещает пики формы сигнала в сторону верхнего предела насыщения.

Для большинства трансформаторов насыщение сердечника является очень нежелательным эффектом, и его можно избежать за счет хорошей конструкции: спроектировав обмотки и сердечник таким образом, чтобы плотности магнитного потока оставались значительно ниже уровней насыщения.Это гарантирует, что соотношение между mmf и Φ будет более линейным на протяжении всего цикла потока, что хорошо, поскольку способствует меньшим искажениям в форме волны тока намагничивания. Кроме того, проектирование сердечника для низких плотностей магнитного потока обеспечивает безопасный запас между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения сердечника, чтобы приспособиться к случайным, ненормальным условиям, таким как изменение частоты и смещение постоянного тока.

Пусковой ток

Когда трансформатор первоначально подключен к источнику переменного напряжения, может возникнуть значительный скачок тока через первичную обмотку, называемый пусковым током .Это аналогично пусковому току, наблюдаемому у электродвигателя, который запускается при внезапном подключении к источнику питания, хотя бросок тока трансформатора вызван другим явлением.

Мы знаем, что скорость изменения мгновенного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке. Или, как указывалось ранее, форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.В непрерывно работающем трансформаторе эти две формы сигнала сдвинуты по фазе на 90 °. Поскольку поток (Φ) пропорционален магнитодвижущей силе (mmf) в сердечнике, а mmf пропорционален току обмотки, форма волны тока будет синфазной с формой волны магнитного потока, и оба будут отстать от формы волны напряжения на 90 °:

Рисунок 8.37 Непрерывный установившийся режим: Магнитный поток, как и ток, отстает от приложенного напряжения на 90 °.

Предположим, что первичная обмотка трансформатора внезапно подключается к источнику переменного напряжения в точный момент времени, когда мгновенное напряжение достигает своего положительного пикового значения.Чтобы трансформатор создавал противоположное падение напряжения, чтобы уравновеситься с этим приложенным напряжением источника, должен создаваться магнитный поток быстро возрастающей величины. В результате ток в обмотке увеличивается быстро, но на самом деле не быстрее, чем при нормальных условиях:

Рисунок 8.38. Подключение трансформатора к сети при пиковом напряжении переменного тока: поток быстро увеличивается от нуля, как и в установившемся режиме.

И магнитный поток сердечника, и ток катушки начинаются с нуля и достигают тех же пиковых значений, которые наблюдаются при непрерывной работе.Таким образом, в этом сценарии нет «всплеска», «броска» или тока.

В качестве альтернативы, давайте рассмотрим, что произойдет, если подключение трансформатора к источнику переменного напряжения произойдет в точный момент времени, когда мгновенное напряжение равно нулю. Во время непрерывной работы (когда трансформатор был запитан в течение некоторого времени) это момент времени, когда и магнитный поток, и ток обмотки достигают своих отрицательных пиков, испытывая нулевую скорость изменения (dΦ / dt = 0 и di / dt = 0). По мере того, как напряжение достигает своего положительного пика, формы волны магнитного потока и тока нарастают до своих максимальных положительных скоростей изменения и повышаются до своих положительных пиков по мере того, как напряжение опускается до нулевого уровня:

Рисунок 8.39 Запуск при e = 0 В – это не то же самое, что непрерывный запуск на рисунке выше. Эти ожидаемые формы сигналов неверны – Φ и i должны начинаться с нуля.

Однако существует значительная разница между работой в непрерывном режиме и условием внезапного пуска, предполагаемым в этом сценарии: во время непрерывной работы уровни магнитного потока и тока были на своих отрицательных пиках, когда напряжение было в нулевых точках; однако в трансформаторе, который простаивает, и магнитный поток, и ток обмотки должны начинаться с ноль .

Когда магнитный поток увеличивается в ответ на повышение напряжения, он будет увеличиваться от нуля вверх, а не от ранее отрицательного (намагниченного) состояния, как мы обычно имели бы в трансформаторе, который какое-то время находится под напряжением. Таким образом, в трансформаторе, который только что «запускается», магнитный поток будет примерно в два раза превышать нормальную пиковую величину, поскольку он «интегрирует» область под первым полупериодом формы волны напряжения:

Рис. 8.40. Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального условия Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, если предположить, что это не насыщает активную зону.

Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального состояния Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, если предположить, что это не насыщает сердечник.

В идеальном трансформаторе ток намагничивания также увеличился бы примерно в два раза по сравнению с нормальным пиковым значением, генерируя необходимый mmf для создания этого потока, превышающего нормальный. Однако большинство трансформаторов не имеют достаточного запаса между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения, чтобы избежать насыщения в таких условиях, и поэтому сердечник почти наверняка будет насыщаться в течение этого первого полупериода напряжения.Во время насыщения для генерации магнитного потока необходимо непропорционально большое количество ммс. Это означает, что ток обмотки, который создает МДС, вызывающую магнитный поток в сердечнике, непропорционально возрастет до значения , легко превышающего , в два раза превышающего нормальный пик:

Рисунок 8.41 Начиная с e = 0 В, ток также увеличивается в два раза по сравнению с нормальным значением для ненасыщенного сердечника или значительно выше в случае (рассчитанном на) насыщение.

Это механизм, вызывающий пусковой ток в первичной обмотке трансформатора при подключении к источнику переменного напряжения.Как видите, величина пускового тока сильно зависит от точного времени электрического подключения к источнику. Если трансформатор имеет некоторый остаточный магнетизм в его сердечнике в момент подключения к источнику, бросок тока может быть еще более серьезным. Из-за этого устройства максимальной токовой защиты трансформатора обычно относятся к типу «медленно действующих», чтобы выдерживать такие скачки тока без размыкания цепи.

Тепло и шум

Помимо нежелательных электрических эффектов, трансформаторы могут также проявлять нежелательные физические эффекты, наиболее заметными из которых являются выделение тепла и шума.Шум – это в первую очередь неприятный эффект, но нагрев – потенциально серьезная проблема, поскольку изоляция обмотки будет повреждена, если будет допущен перегрев. Нагрев можно свести к минимуму за счет хорошей конструкции, гарантирующей, что сердечник не приближается к уровням насыщения, что вихревые токи сведены к минимуму, и что обмотки не будут перегружены или работают слишком близко к максимальной допустимой нагрузке.

Силовые трансформаторы большой мощности имеют сердечник и обмотки, погруженные в масляную ванну для передачи тепла и глушения шума, а также для вытеснения влаги, которая в противном случае нарушила бы целостность изоляции обмотки.Теплоотводящие «радиаторные» трубки на внешней стороне корпуса трансформатора обеспечивают конвективный путь потока масла для передачи тепла от сердечника трансформатора к окружающему воздуху:

Рисунок 8.42. Большие силовые трансформаторы погружены в теплоизолирующее масло.

Безмасляные или «сухие» трансформаторы часто оцениваются с точки зрения максимального «повышения» рабочей температуры (превышения температуры окружающей среды) в соответствии с системой буквенных классов: A, B, F или H. Эти буквенные коды: расположены в порядке от наименьшей термостойкости к высшей:

  • Класс A: Повышение температуры обмотки не более чем на 55 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (макс.).
  • Класс B: Повышение температуры обмотки не более чем на 80 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (максимум).
  • Класс F: Повышение температуры обмотки не более чем на 115 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
  • Класс H: Повышение температуры обмотки не более чем на 150 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (макс.).

Звуковой шум – это эффект, в основном возникающий из явления магнитострикции : небольшое изменение длины, проявляемое ферромагнитным объектом при намагничивании.Знакомый «гул», слышимый вокруг больших силовых трансформаторов, – это звук расширения и сжатия железного сердечника с частотой 120 Гц (в два раза выше частоты системы, которая в США составляет 60 Гц) – один цикл сжатия и расширения сердечника для каждого пика напряжения. форма волны магнитного потока плюс шум, создаваемый механическими силами между первичной и вторичной обмотками. Опять же, поддержание низких уровней магнитного потока в сердечнике является ключом к минимизации этого эффекта, что объясняет, почему феррорезонансные трансформаторы, которые должны работать в режиме насыщения для большей части формы волны тока, работают как в горячем состоянии, так и с шумом.

Потери из-за обмоточных магнитных сил

Еще одно шумовое явление в силовых трансформаторах – это физическая сила реакции между первичной и вторичной обмотками при большой нагрузке. Если вторичная обмотка разомкнута, через нее не будет тока и, следовательно, не будет создаваемой ею магнитодвижущей силы (ммс). Однако, когда вторичная обмотка «загружена» (в настоящее время подается на нагрузку), обмотка генерирует МДС, которой противодействует «отраженная» МДС в первичной обмотке, чтобы предотвратить изменение уровней магнитного потока сердечника.Эти противоположные МДС, возникающие между первичной и вторичной обмотками в результате вторичного (нагрузочного) тока, создают физическую силу отталкивания между обмотками, которая заставляет их вибрировать. Конструкторы трансформаторов должны учитывать эти физические силы при конструкции катушек обмотки, чтобы обеспечить адекватную механическую опору для выдерживания напряжений. Однако в условиях большой нагрузки (высокого тока) эти напряжения могут быть достаточно большими, чтобы вызвать слышимый шум, исходящий от трансформатора.

  • Силовые трансформаторы ограничены по мощности, которую они могут передавать от первичной обмотки (обмоток) ко вторичной. Большие блоки обычно имеют номинальные значения в ВА (вольт-амперы) или кВА (киловольт-амперы).
  • Сопротивление в обмотках трансформатора снижает эффективность, так как ток рассеивает тепло, тратя энергию.
  • Магнитные эффекты в железном сердечнике трансформатора также способствуют снижению эффективности. Среди эффектов – вихревые токи , (циркулирующие индукционные токи в железном сердечнике) и гистерезис , (потеря мощности из-за преодоления тенденции железа к намагничиванию в определенном направлении).
  • Повышенная частота приводит к увеличению потерь мощности в силовом трансформаторе. Присутствие гармоник в энергосистеме является источником частот, значительно превышающих нормальные, что может вызвать перегрев больших трансформаторов.
  • Как трансформаторы, так и катушки индуктивности обладают определенной неизбежной емкостью из-за изоляции проводов (диэлектрика), отделяющей витки обмотки от стального сердечника и друг от друга. Эта емкость может быть достаточно значительной, чтобы дать трансформатору естественную резонансную частоту , что может быть проблематичным в сигнальных приложениях.
  • Индуктивность утечки возникает из-за того, что магнитный поток не на 100% связан между обмотками трансформатора. Любой поток, не связанный с , передающий энергию от одной обмотки к другой, будет накапливать и выделять энергию, как работает (само) индуктивность. Индуктивность утечки имеет тенденцию ухудшать регулировку напряжения трансформатора (вторичное напряжение «проседает» больше при заданной величине тока нагрузки).
  • Магнитное насыщение сердечника трансформатора может быть вызвано чрезмерным первичным напряжением, работой на слишком низкой частоте и / или наличием постоянного тока в любой из обмоток.Насыщение можно минимизировать или избежать с помощью консервативной конструкции, которая обеспечивает достаточный запас прочности между пиковыми значениями плотности магнитного потока и пределами насыщения сердечника.
  • Трансформаторы
  • часто испытывают значительные пусковые токи при первоначальном подключении к источнику переменного напряжения. Пусковой ток является наиболее значительным, когда подключение к источнику переменного тока выполняется в момент, когда мгновенное напряжение источника равно нулю.
  • Шум – обычное явление, проявляемое трансформаторами, особенно силовыми трансформаторами, и в первую очередь вызвано магнитострикцией сердечника.Физические силы, вызывающие вибрацию обмотки, также могут создавать шум в условиях большой (сильноточной) нагрузки вторичной обмотки.

Что из следующего является точным утверждением повышения напряжения? – MVOrganizing

Что из следующего является точным утверждением повышения напряжения?

Повышающие трансформаторы напряжения имеют меньшее количество витков в первичной обмотке, чем во вторичной обмотке, это точное заявление. Повышающие трансформаторы напряжения имеют меньшее количество витков в первичной обмотке, чем во вторичной обмотке, это точное заявление.

Почему первичный ток трансформатора изменяется при нагрузке вторичной?

Когда к вторичной обмотке подключена нагрузка, вторичный ток создает магнитное поле, которое противодействует полю, создаваемому первичным током. В объяснении говорится, что когда к вторичной обмотке подключена нагрузка, ток в первичной обмотке должен измениться, чтобы поле приложенного напряжения оставалось неизменным.

Почему трансформатор не работает от источника постоянного тока?

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

Какой будет выход трансформатора, если он будет работать от источника постоянного тока?

Когда на первичную обмотку трансформатора подается постоянный ток, самоиндуцированная ЭДС не генерируется (нет обратной ЭДС). Поэтому в первичной обмотке трансформатора будет протекать сильный ток, что может привести к сгоранию первичной обмотки трансформатора.

Как трансформатор преобразует переменный ток в постоянный?

В системе электропитания, которая преобразует переменный ток в постоянный, трансформаторы будут работать так же, как и в любой другой системе, передавая и преобразуя энергию между высокой и низкой. Волшебный ингредиент в системе, преобразующей переменный ток в постоянный, – это выпрямитель.

Что нельзя в трансформаторе?

а) вихретоковый в) переменный ток. Кроме того, мы не можем использовать постоянный ток, потому что постоянный ток является постоянным током и, следовательно, не будет иметь место взаимная индукция, и трансформатор не будет работать, следовательно, постоянный ток в трансформаторе невозможен.

Каково основное назначение трансформатора тока?

Трансформатор тока (CT) используется для измерения тока другой цепи. Трансформаторы тока используются во всем мире для контроля высоковольтных линий в национальных электрических сетях. ТТ предназначен для создания переменного тока во вторичной обмотке, пропорционального измеряемому току в первичной обмотке.

В чем причина низкого коэффициента мощности?

Основной причиной низкого коэффициента мощности является индуктивная нагрузка.Как и в чисто индуктивной цепи, ток отстает на 90 ° от напряжения, эта большая разница фазового угла между током и напряжением приводит к нулевому коэффициенту мощности.

Как я могу улучшить коэффициент мощности в моем доме?

Улучшение PF может максимизировать допустимую нагрузку по току, повысить напряжение на оборудование, снизить потери мощности и снизить счета за электроэнергию. Самый простой способ улучшить коэффициент мощности – добавить в электрическую систему конденсаторы коррекции коэффициента мощности. Конденсаторы коррекции коэффициента мощности действуют как генераторы реактивного тока.

Какие методы улучшения коэффициента мощности?

Есть три основных способа улучшить коэффициент мощности:

  • Конденсаторные батареи.
  • Синхронные конденсаторы.
  • Phase Advancers.

Какова формула коэффициента мощности?

Коэффициент мощности (PF) – это отношение рабочей мощности, измеренной в киловаттах (кВт), к полной мощности, измеренной в киловольт-амперах (кВА). Кажущаяся мощность, также известная как спрос, является мерой количества энергии, используемой для работы машин и оборудования в течение определенного периода.Он находится путем умножения (kVA = V x A).

Как рассчитываются витки первичной обмотки?

Согласно закону Фарадея, вы можете рассчитать напряжение, индуцированное в первичной или вторичной обмотке трансформатора, вычислив N x dΦ / dt. Это также объясняет, почему соотношение витков трансформатора напряжения одной части трансформатора относительно другой равно количеству витков одной части трансформатора по отношению к другой.

Какова формула количества витков в первичной обмотке?

Вот как можно объяснить количество витков в первичной обмотке с заданными входными значениями -> 0.000125 = 10 / (4,44 * 90 * 50 * 4).

Какая сторона трансформатора имеет большее сопротивление?

Понижающие трансформаторы Напряжение на первичной обмотке понижающего трансформатора всегда больше, чем выходное напряжение вторичной обмотки. В понижающем трансформаторе сопротивление первичной обмотки всегда выше, чем сопротивление вторичной обмотки.

Как соединены первичная и вторичная обмотки трансформатора?

Обычно первичная обмотка трансформатора подключается к источнику входного напряжения и преобразует или преобразует электрическую энергию в магнитное поле.В то время как работа вторичной обмотки заключается в преобразовании этого переменного магнитного поля в электрическую энергию, производящую требуемое выходное напряжение, как показано.

У какого типа трансформатора больше витков в первичной обмотке, чем во вторичной?

понижающий трансформатор

Как индуцируется ЭДС во вторичной обмотке?

Первичная катушка создает магнитное поле во вторичной катушке. Это создает магнитное поле во вторичной катушке. Поскольку ток переменный, магнитное поле также меняется взад и вперед.Это изменяющееся магнитное поле индуцирует переменную ЭДС во вторичной катушке.

Кто главный трансформатор?

Оптимус Прайм

Каковы основные области применения трансформаторов?

Трансформаторы

чаще всего используются для повышения низкого напряжения переменного тока при высоком токе (повышающий трансформатор) или снижения высокого напряжения переменного тока при низком токе (понижающий трансформатор) в электроэнергетических приложениях, а также для соединения этапов обработки сигналов. схемы.

Какой тип трансформатора используется в преобразователе постоянного тока в переменный?

инвертор

Может ли транзистор преобразовывать переменный ток в постоянный?

Один транзистор не может преобразовывать постоянный ток в переменный.Но если вы используете комбинацию минимум 2 транзисторов с 2 конденсаторами, вы можете это сделать. Схема известна как схема полумостового инвертора. Или вы можете использовать схему полного моста инвертора с 4 транзисторами.

Как преобразовать постоянный ток в переменный без трансформатора?

Как следует из названия, схема инвертора, которая преобразует входной постоянный ток в переменный, независимо от катушки индуктивности или трансформатора, называется бестрансформаторным инвертором. Поскольку трансформатор на основе катушки индуктивности не используется, входной постоянный ток обычно равен пиковому значению переменного тока, генерируемого на выходе инвертора.

Как рассчитать постоянный ток в переменный?

Если вы спрашиваете, какое количество переменного тока соответствует описанному вами постоянному току, то это просто. Сила есть сила. 40 ампер умножить на 48 вольт (мы можем спокойно игнорировать отрицательный знак) равняется 1920 ваттам. Теперь разделите это на 240 В переменного тока, и вы получите 8 ампер.

Как преобразовать 220 В переменного тока в 12 В постоянного тока?

Принцип работы преобразователя переменного тока в постоянный. Проект: Подключите вход схемы к сети 220 В переменного тока 50/60 Гц. Трансформатор переменного тока с 220 вольт на 12 вольт постоянного тока используется для преобразования переменного напряжения в постоянное.Номинальный ток трансформатора составляет 2 ампера. Диодный выпрямитель используется для преобразования входного переменного тока в 12 В постоянного тока.

Как преобразовать 230 В переменного тока в 12 В постоянного тока?

Регулируемый преобразователь мощности с 230 В переменного тока на 12 В и 5 В постоянного тока

  1. Первый этап преобразования переменного тока в постоянный – это снижение напряжения до требуемого уровня с помощью понижающего трансформатора.
  2. Второй этап – это выпрямление сигнала. Выпрямители используются для выпрямления сигнала.
  3. Третий этап – фильтрация сигнала.

Как преобразовать 220В в 5В?

4 шага для преобразования 230 В переменного тока в 5 В постоянного тока

  1. Понизьте уровень напряжения. Понижающие преобразователи используются для преобразования высокого напряжения в низкое.
  2. Преобразование переменного тока в постоянный.
  3. Сглаживание ряби с помощью фильтра.
  4. Преобразование 12 В постоянного тока в 5 В постоянного тока с помощью регулятора напряжения.

Как мобильное зарядное устройство переключается с 220 В переменного тока на 5 В постоянного тока?

Схема зарядного устройства сотового телефона

  1. Понижающее напряжение переменного тока.Поскольку мы преобразуем 220 В переменного тока в 5 В постоянного тока, сначала нам понадобится понижающий трансформатор для снижения такого высокого напряжения.
  2. Исправление. Выпрямление – это процесс удаления отрицательной части переменного тока (AC), что приводит к частичному постоянному току.
  3. Фильтрация.
  4. Регулировка напряжения.

Как преобразовать 220 В переменного тока в 9 В постоянного тока?

Затем 220 В переменного тока выпрямляется через несколько диодов. В этой схеме мы использовали 2 диода 1N4007 в качестве полумостового выпрямителя.Обычно делители напряжения постоянного тока изготавливаются с парой резисторов. Вместе они определяют ток, протекающий по пути.

Руководство по принципам электрооборудования: однофазные трансформаторы




ЦЕЛЕЙ:

• обсудить различные типы трансформаторов.

• рассчитать значения напряжения, тока и оборотов для однофазных трансформаторов. с помощью формул.

• рассчитать значения напряжения, тока и оборотов для однофазных трансформаторов. используя коэффициент трансформации.

• подключите трансформатор и проверьте выходное напряжение различных обмоток.

• Обсудите обозначения полярности на принципиальной схеме.

• проверьте трансформатор, чтобы определить правильную маркировку полярности.

ГЛОССАРИЙ ТЕРМИНОВ ОДНОФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

    Автотрансформатор
  • – трансформатор, который использует только одну обмотку для обеих первичная и вторичная
  • Управляющий трансформатор
  • – распространенный тип трансформатора, используемый в управлении двигателем. схемы для снижения номинального сетевого напряжения до величины, необходимой для работы Компоненты управления
  • Распределительный трансформатор
  • – трансформатор, который обычно используется для снизить линейное напряжение энергосистемы до значения, необходимого для дома или промышленные предприятия
  • ток возбуждения – величина тока, протекающего в первичной обмотке. обмотка трансформатора при отсутствии нагрузки на вторичную
  • утечка потока – количество линий магнитного потока, которые излучают в воздух
  • пусковой ток – величина тока, протекающего при включении питания. сначала применяется к трансформатору
  • Изолирующие трансформаторы
  • – трансформаторы, имеющие первичную и первичную обмотки. вторичные обмотки электрически отделены друг от друга
  • ламинат – процесс складывания тонких листов металла вместе для формирования материала сердечника трансформатора
  • нейтральный проводник – проводник обычно заземлен и является обычным подключение к другим частям цепи
  • первичная обмотка – обмотка трансформатора, к которому подключено питание
  • вторичная обмотка обмотка трансформатора, к которой подключена нагрузка. подключен
  • Понижающий трансформатор
  • – трансформатор, вырабатывающий нижнюю вторичную напряжение, чем первичное напряжение
  • повышающий трансформатор – трансформатор, вырабатывающий высшую вторичную напряжение, чем первичное напряжение
  • сердечник с ленточной обмоткой – вид сердечника трансформатора, состоящий из намотки длинной сплошной металлический лист круглой или прямоугольной формы с закругленными углами
  • тороидальный сердечник – сердечник трансформатора, имеющий форму тороида, который обычно круглая с отверстием в центре, как у бублика
  • Трансформатор
  • – электрическая машина для изменения значений напряжения, ток и импеданс
  • Коэффициент
  • витков – отношение числа витков провода в первичной обмотке. обмотка по сравнению с числом витков вторичной обмотки
  • Коэффициент передачи
  • вольт на виток – метод определения значений напряжения в трансформатор путем деления количества витков провода в первичной обмотке по приложенному напряжению

Трансформаторы являются одними из самых распространенных устройств в электрических сетях. поле.Их размер варьируется от менее одного кубического дюйма до размера железнодорожные вагоны. Их номинальные значения могут варьироваться от мВА (милливольт-ампер) до GVA (гигавольт-ампер). Крайне важно, чтобы каждый, кто работает в области электричества, понимал типов и подключений трансформаторов. В этом разделе будут представлены трансформаторы. предназначен для использования в однофазных установках. Два основных типа напряжения трансформаторы, разделительные трансформаторы и автотрансформаторы.

ТРАНСФОРМАТОРЫ ОДНОФАЗНЫЕ

Трансформатор – это машина с магнитным приводом, которая может изменять значения напряжения, тока и импеданса без изменения частоты.Трансформеры являются самыми эффективными из известных машин.

Их КПД обычно составляет от 90% до 99% при полной нагрузке. Трансформеры можно разделить на три классификации:

  1. Изолирующий трансформатор.
  2. Автотрансформатор.
  3. Трансформатор тока.

Все значения трансформатора пропорциональны его коэффициенту вращения. Этот не означает, что точное количество витков провода на каждой обмотке должно быть известно, чтобы определять различные значения напряжения и тока для трансформатора.Что необходимо знать, так это соотношение витков. Например, предположим, трансформатор имеет две обмотки. Одна обмотка, первичная, имеет 1000 витков провода, и другой, вторичный, имеет 250 витков провода (рис. 1). Соотношение витков этого трансформатора составляет 4 к 1 или 4: 1 (1000/250 = 4), потому что есть четыре витка провода на первичной обмотке на каждый виток провода на вторичной обмотке.

ФОРМУЛ ТРАНСФОРМАТОРА

Для определения значений напряжения и тока можно использовать разные формулы. для трансформатора.Ниже приводится список стандартных формул, где

NP = количество витков в первичной обмотке NS = количество витков во вторичной обмотке EP = напряжение первичной обмотки ES = напряжение вторичной обмотки IP = ток в первичной IS = ток во вторичной

EP ES

= НП NS EP ES

= IS IP NP NS

= IS IP или EP _ NS = ES _ NP EP _ IP = ES _ IS NP _ IP = NS _ IS

Первичная обмотка трансформатора является обмоткой ввода мощности.Его обмотка, подключенная к входящему источнику питания. Вторичный обмотка – это обмотка нагрузки или выходная обмотка. Это сторона трансформатора который подключен к управляемой нагрузке (фиг. 2).

ОСНОВНОЙ 1000 ОБОРОТОВ; ВТОРИЧНЫЙ 250 ОБОРОТОВ


РИС. 1 Все значения трансформатора пропорциональны его коэффициенту вращения.

НАГРУЗКА ВТОРИЧНАЯ ПЕРВИЧНАЯ


РИС. 2 Разделительный трансформатор имеет первичную и вторичную обмотки. электрически отделены друг от друга.

ИЗОЛЯЦИОННЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформаторы, показанные на рисунках 1 и 2, являются изолирующими трансформаторами. Это означает, что вторичная обмотка физически и электрически изолирована. от первичной обмотки, поэтому нет электрического соединения между первичная и вторичная обмотки. Трансформатор имеет магнитную связь, электрически не связаны. Эта изоляция линии часто очень желательна. характерная черта. Поскольку нет электрического соединения между нагрузкой и источник питания, трансформатор становится фильтром между ними.

Изолирующий трансформатор значительно снижает любые скачки напряжения, которые происходят на стороне питания, прежде чем они будут переданы на сторону нагрузки. Некоторые изолирующие трансформаторы имеют коэффициент трансформации 1: 1. Трансформатор этого типа будет иметь одинаковое входное и выходное напряжение и используется для только изоляция.

Изолирующий трансформатор может значительно снизить любые скачки напряжения перед они достигают вторичной обмотки из-за времени нарастания тока через индуктор.Напомним из раздела 10, что ток в катушке индуктивности увеличивается. с экспоненциальной скоростью (фиг. 3). По мере увеличения значения тока расширяющееся магнитное поле прорезает проводники катушки и индуцирует напряжение, противоположное приложенному напряжению. Количество наведенных напряжение пропорционально скорости изменения тока.

Это просто означает, что чем быстрее ток пытается увеличиться, тем большее сопротивление этому увеличению будет.Пиковые напряжения и токи обычно очень непродолжительны, что означает, что они увеличиваются в значение очень быстро (фиг. 4).

ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНАЯ КРИВАЯ ВРЕМЯ ТОК ПИЛЬСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СИНУС-ВОЛНА НАПРЯЖЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ


(слева) РИС. 3 Ток через катушку индуктивности нарастает экспоненциально. (Правильно) ИНЖИР. 4 Скачки напряжения обычно очень непродолжительны.

Это быстрое изменение стоимости вызывает усиление противодействия изменению. так же быстро.К тому времени, когда спайк был передан на вторичный обмотка трансформатора устранена или значительно уменьшена ( ИНЖИР. 5).

Основная конструкция изолирующего трансформатора показана на фиг. 6. Металлический сердечник используется для обеспечения хорошей магнитной связи между двумя обмотки. Сердцевина обычно состоит из пластин, уложенных друг на друга. Ламинирование сердечник помогает снизить потери мощности, вызванные индукцией вихревых токов.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ

На ФИГ.7 подключена одна обмотка изолирующего трансформатора к источнику переменного тока, а другая обмотка была подключена к нагрузке. Когда ток увеличивается от нуля до максимальной положительной точки, a магнитное поле расширяется наружу вокруг катушки. Когда ток уменьшается от его максимальной положительной точки к нулю магнитное поле схлопывается. Когда ток увеличивается к своему отрицательному пику, магнитное поле снова расширяется, но с противоположной полярностью.

Поле снова схлопывается, когда ток уменьшается от отрицательного. пик к нулю.

Это постоянно расширяющееся и сжимающееся магнитное поле разрезает обмотки. первичной обмотки и индуцирует в ней напряжение. Это индуцированное напряжение противодействует приложенное напряжение и ограничивает ток первичной обмотки. Когда катушка индуцирует в себе напряжение, это называется самоиндукцией.

ТОК ВОЗБУЖДЕНИЯ

Всегда будет некоторое количество тока в первичной обмотке любого трансформатор напряжения, независимо от типа или размера, даже при отсутствии нагрузки подключен к вторичному.Этот ток называется возбуждением. ток трансформатора.

Ток возбуждения – это величина тока, необходимая для намагничивания. сердечник трансформатора.

Ток возбуждения остается постоянным от холостого хода до полной нагрузки. В качестве по общему правилу ток возбуждения – это такая малая часть полного ток нагрузки, который часто не учитывается при расчетах.

ВЗАИМНАЯ ИНДУКЦИЯ

Так как вторичные обмотки изолирующего трансформатора намотаны тот же сердечник, что и первичный, магнитное поле, создаваемое первичным обмотка также разрезает обмотки вторичной обмотки (РИС.8). Это постоянно изменение магнитного поля индуцирует напряжение во вторичной обмотке.

Способность одной катушки индуцировать напряжение в другой катушке называется взаимная индукция. Величина напряжения, индуцированного во вторичной обмотке, определяется отношением количества витков провода во вторичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке. Главная.

Например, предположим, что первичная обмотка имеет 240 витков провода и подключена до 120 В переменного тока. Это дает трансформатору отношение вольт на виток, равное 0.5 (120 В / 240 витков = 0,5 вольт на виток). Теперь предположим, что вторичная обмотка содержит 100 витков провода.

Поскольку трансформатор имеет отношение вольт на виток 0,5, вторичная обмотка напряжение будет 50 В (100 _ 0,5 = 50).


РИС. 5 Изолирующий трансформатор значительно снижает скачки напряжения. НАЧАЛЬНЫЙ ВТОРИЧНАЯ НАГРУЗКА


РИС. 6 Базовая конструкция изолирующего трансформатора. ОБМОТКА СЕРДЕЧНИКОВ ОБМОТКА


РИС.7 Магнитное поле, создаваемое переменным током. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ


РИС. 8 Магнитное поле первичной обмотки индуцирует напряжение во вторичной обмотке.

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА

В следующих примерах значения напряжения, тока и оборотов для будут рассчитаны различные трансформаторы.

Предположим, что развязывающий трансформатор, показанный на фиг. 2 имеет 240 витков провод на первичной и 60 витков на вторичной.Это соотношение из 4: 1 (240/60 = 4). Теперь предположим, что 120 В подключено к первичной обмотке. обмотка. Какое напряжение на вторичной обмотке?

EP ES

= NP NS 120 ES

= 240 60240 ES = 7200 ES = 30 В

Трансформатор в этом примере известен как понижающий трансформатор, потому что он имеет более низкое вторичное напряжение, чем первичное.

Теперь предположим, что нагрузка, подключенная к вторичной обмотке, имеет полное сопротивление. 5 Ом.Следующая задача – вычислить текущий расход во вторичной обмотке. и первичные обмотки. Текущий поток вторичной обмотки можно вычислить используя закон Ома, так как напряжение и импеданс известны.

I = E Z I = 30 5 I = 6A

Теперь, когда величина тока во вторичной известно, первичный ток можно рассчитать по формуле EP ES

= IS IP 120 30

= 60 IP 120 IP = 180 IP = 1: 5A

Обратите внимание, что первичное напряжение выше чем вторичное напряжение, но первичный ток намного меньше, чем вторичный ток.Хорошее правило для любого типа трансформатора: мощность на входе должна равняться мощности на выходе. Если первичное напряжение и ток умножаются вместе, продукт должен быть равен произведению напряжения и тока. вторичного.

Первичный Вторичный 120 _ 1: 5 = 180 ВА 30 _ 6 = 180 ВА

В этом примере Предположим, что первичная обмотка содержит 240 витков провода, а вторичная содержит 1200 витков провода. Это соотношение витков 1: 5 (1200/240 = 5).Теперь предположим, что к первичной обмотке подключено 120 В. Вычислить напряжение на выходе вторичной обмотки.

EP ES

= NP NS 120 ES

= 240 1200240 ES = 144000 ES = 600 В

Обратите внимание, что вторичное напряжение этого трансформатора выше, чем первичное напряжение. Это известно как повышающий трансформатор.

Теперь предположим, что нагрузка, подключенная к вторичной обмотке, имеет полное сопротивление 2400 О.Найдите величину тока, протекающего в первичной и вторичной обмотках. Ток во вторичной обмотке можно рассчитать по закону Ома.

I = E Z I = 600 2400 I = 0:25 A

Теперь, когда величина текущего тока в вторичный известен, первичный ток может быть вычислен с использованием формула EP ES

= IS IP 120 600 = 0:25 IP 120 IP = 150 IP = 1:25 A

Обратите внимание, что количество потребляемой мощности равно количеству выходной мощности.

Начальное Среднее

120 _ 1:25 = 150 ВА 600 _ 0:25 = 150 ВА

РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЙ ИЗОЛЯЦИОННОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПО ОТНОШЕНИЮ ОБОРОТОВ

Как показано в предыдущих примерах, значения трансформатора напряжения, ток, а обороты можно вычислить по формулам. Также возможно вычислить эти значения, используя коэффициент поворотов. Сделать расчеты с использованием коэффициент поворота, устанавливается коэффициент, сравнивающий некоторое число с 1, или 1 к некоторому числу.Например, предположим, что трансформатор имеет номинальную первичную обмотку. при 240 В и вторичной обмотки 96 В (РИС. 9). Соотношение витков может быть вычисляется путем деления более высокого напряжения на более низкое напряжение.

Коэффициент

= 240 96

Соотношение = 2: 5: 1


РИС. 9 Расчет значений трансформатора с использованием коэффициента трансформации.


РИС. 10 Расчет номиналов трансформатора.

Это соотношение указывает на то, что в первичной обмотке 2,5 витка провода. на каждый 1 виток провода во вторичной обмотке.Сторона трансформатора с самым низким напряжением всегда будет иметь наименьшее число (1) отношения.

Теперь предположим, что к вторичной обмотке подключено сопротивление 24 Ом. Величину вторичного тока можно найти с помощью закона Ома.

IS = 96 24 IS = 4A

Первичный ток можно определить с помощью коэффициента трансформации. Напомним, что вольт-амперы первичной обмотки должны равняться вольт-амперам вторичной обмотки.

Поскольку первичное напряжение больше, первичный ток должен быть меньше вторичного тока.

IP = Передаточное число оборотов IS IP = 4 2: 5 IP = 1: 6A

Чтобы проверить ответ, найдите вольт-амперы первичной и вторичной обмоток.

Первичный Вторичный 240 _ 1: 6 = 384 ВА 96 _ 4 = 384 ВА

Теперь предположим, что вторичная обмотка содержит 150 витков провода. В витки первичной обмотки также можно найти, используя коэффициент трансформации. Поскольку первичный напряжение выше, чем вторичное напряжение, первичное должно иметь больше витки проволоки.

NP = NS _ передаточное число NP = 150 _ 2: 5 NP = 375 витков

В следующем примере предположим, что изолирующий трансформатор имеет первичное напряжение 120 В и вторичное напряжение 500 В.Вторичная обмотка имеет сопротивление нагрузки 1200 Ом. Вторичная обмотка содержит 800 витков провода (рис. 10).

Соотношение витков можно найти, разделив более высокое напряжение на более низкое. Напряжение.

Соотношение = 500120 Соотношение = 1: 4: 17

Вторичный ток можно найти с помощью Закон Ома.

IS = 500 1200 IS = 0: 417 A

В этом примере первичное напряжение ниже вторичного. Следовательно, первичный ток должен быть выше.

IP = IS _ коэффициент оборотов IP = 0: 417 _ 4:17 IP = 1: 74A

Чтобы проверить этот ответ, вычислите вольт-амперы обеих обмоток.

Начальное Среднее

120_1: 74 = 208: 8 ВА 500_0: 417 = 208: 5 ВА

Небольшая разница в ответах вызвана округлением значений.

Поскольку первичное напряжение меньше вторичного, повороты провода в первичной обмотке также будет меньше.

NP = Передаточное число витков NS NP = 800 4:17 NP = 192 витка РИС.11 показывает трансформатор со всеми завершенными значениями.


РИС. 11 Трансформатор с завершенными значениями.


РИС. 13 Вторичная обмотка трансформатора с несколькими ответвлениями.


РИС. 12 Трансформатор с многоотводной первичной обмоткой.


РИС. 14 Трансформатор с несколькими вторичными обмотками.

МНОЖЕСТВЕННЫЕ ОБМОТКИ

Изолирующие трансформаторы часто имеют обмотки. которые имеют более одного набора выводных проводов, подключенных к первичной или вторичной обмотке.

Это так называемые многоотводные обмотки. Трансформатор, показанный на фиг. 12 содержит вторичную обмотку на 24 В. Первичная обмотка содержит однако несколько нажатий. Один из основных выводных проводов обозначен буквой C и общее для других отведений.

Остальные выводы имеют маркировку 120, 208 и 240. Конструкция этого трансформатора так что его можно подключать к разным первичным напряжениям без изменения значение вторичного напряжения.В этом примере предполагается, что вторичная обмотка имеет всего 120 витков провода. Для поддержания При правильном соотношении витков первичная обмотка будет иметь 600 витков провода между C и 120,1040 оборотов между C и 208 и 1200 оборотов между C и 240.

Разделительный трансформатор, показанный на РИС. 13 содержит одну первичную обмотку. Однако вторичная обмотка была отключена в нескольких точках. Один вторичных выводных проводов обозначен буквой C и является общим для другого вывода. провода.При подаче номинального напряжения на первичную обмотку напряжения 12, 24, и 48 В можно получить на вторичной обмотке. Следует также отметить, что такое расположение отводов позволяет использовать трансформатор в качестве отводов с центральным отводом. трансформатор на два напряжения.

Если нагрузка приложена к выводным проводам, обозначенным C и 24, выводной провод с надписью 12 становится центральным краном. Если нагрузка размещена поперек C и 48 отведений, 24-отводный провод становится центральным отводом.

В этом примере предполагается, что первичная обмотка имеет 300 витков провод. Для получения правильного соотношения витков потребуется 30 витков провода. между C и 12, 60 витков провода между C и 24 и 120 витков провода между C и 48.

Разделительный трансформатор, показанный на РИС. 14 похож на трансформатор на фиг. 13. Показанный на фиг. 14, однако, имеет несколько вторичных обмоток. вместо одной вторичной обмотки с несколькими отводами.Преимущество заключается в том, что вторичные обмотки электрически изолированы друг от друга. Эти вторичные обмотки могут быть повышающими или понижающими в зависимости от применение трансформатора.

РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЙ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ С НЕСКОЛЬКИМИ ВТОРИЧНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ

При вычислении значений изолирующего трансформатора с несколькими вторичными обмоток, каждая вторичная обмотка должна рассматриваться как отдельный трансформатор.

Например, трансформатор на фиг.15 содержит одну первичную обмотку и три вторичные обмотки. Первичный подключен к 120 В переменного тока и имеет 300 витков провода. Одна вторичная обмотка имеет выходное напряжение 560 В и нагрузку сопротивление 1000 Ом. Выходное напряжение второй вторичной обмотки составляет 208 Ом. V и сопротивление нагрузки 400 Ом, а третья вторичная обмотка имеет выход напряжение 24 В и сопротивление нагрузки 6 Ом. Ток, витки провода, и коэффициент для каждой вторичной обмотки, и будет найден ток первичной обмотки.

Первым шагом будет вычисление отношения витков первой вторичной обмотки. Это можно сделать, разделив меньшее напряжение на большее.

Коэффициент

= ES1 Коэффициент EP = 560120 Коэффициент = 1: 4: 67

Ток в первой вторичной обмотке можно вычислить с помощью закона Ома.

IS1 = 560 1000 IS1 = 0:56 A Количество витков провода в первой вторичной обмотке обмотка будет найдена с использованием отношения витков.

Поскольку эта вторичная обмотка имеет более высокое напряжение, чем первичная, она должна иметь больше витков провода.

NS1 = NP / отношение оборотов

NS1 = 300 _ 4:67

NS1 = 1401 виток

Количество первичного тока, необходимого для питания этой вторичной обмотки. можно также найти, используя коэффициент трансформации. Поскольку первичная обмотка имеет меньшее напряжение, для этого потребуется больше тока.

IP (ПЕРВЫЙ ВТОРИЧНЫЙ) = IS1 _ коэффициент оборотов IP (ПЕРВЫЙ ВТОРИЧНЫЙ) = 0:56 _ 4:67 IP (ПЕРВЫЙ ВТОРИЧНЫЙ) = 2:61 A

Передаточное число второй вторичной обмотки обмотка будет найдена путем деления более высокого напряжения на более низкое.

Соотношение

= 208120 Соотношение = 1: 1: 73

Величина текущего потока в этой вторичной обмотке. можно определить с помощью закона Ома.

IS2 = 208400 IS2 = 0:52 A

Поскольку напряжение этой вторичной обмотки больше чем первичный, у него будет больше витков провода, чем у первичного. В витки этой вторичной обмотки будут найдены с использованием отношения витков.

NS2 = NP _ передаточное число витков NS2 = 300 _ 1:73 NS2 = 519 витков


РИС.15 Расчет значений для трансформатора с несколькими вторичными обмотками.

Напряжение первичной обмотки ниже, чем на этой вторичной обмотке. Первичная воля, следовательно, требуется большее количество тока. Количество требуемого тока Для работы этой вторичной обмотки будет использоваться коэффициент трансформации.

IP (ВТОРОЙ ВТОРИЧНЫЙ) = IS2 _ коэффициент оборотов IP (ВТОРОЙ ВТОРИЧНЫЙ) = 0:52 _ 1: 732 IP (ВТОРОЙ ВТОРИЧНЫЙ) = 0: 9A

Передаточное число третьей вторичной обмотки обмотка будет рассчитана так же, как и два других.

Большее напряжение будет разделено на меньшее.

Коэффициент = 120 24 Коэффициент = 5: 1 Первичный ток будет найден с помощью Ом закон.

IS3 = 24 6 IS3 = 4A

Выходное напряжение третьей вторичной обмотки меньше чем первичный. Таким образом, количество витков провода будет меньше. чем первичные витки.

NS3 = Передаточное число витков NP NS3 = 300 5 NS3 = 60 витков

Первичная имеет высшую напряжение, чем эта вторичная.Следовательно, первичный ток будет меньше на величину передаточного числа.

IP (ТРЕТИЙ ВТОРИЧНЫЙ) = IS3 / отношение оборотов

IP (ТРЕТИЙ ВТОРИЧНЫЙ) = 4/5

IP (ТРЕТИЙ ВТОРИЧНЫЙ) = 0: 8A

Первичная обмотка должна подавать ток на каждую из трех вторичных обмоток. Следовательно, общая величина первичного тока будет суммой токов требуется для питания каждой вторичной обмотки.

IP (ИТОГО) = IP1) IP2) IP3 IP (ИТОГО) = 2:61) 0: 9) 0: 8 IP (ИТОГО ) = 4:31 А

Преобразователь со всеми вычисленными значениями показан на фиг.16.

CH


РИС. 16 Преобразователь со всеми вычисленными значениями.


РИС. 17 Распределительный трансформатор.


РИС. 18 Напряжение от любой линии к нейтрали составляет 120 В. Напряжение по всей вторичной обмотке 240 В.


РИС. 19 Напряжения на вторичной обмотке синфазны.


РИС. 20 нагрузок 240 В подключаются напрямую через вторичную обмотку.

ТРАНСФОРМАТОРЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ

Распространенным типом изолирующего трансформатора является распределительный трансформатор, ИНЖИР.17. Этот трансформатор изменяет высокое напряжение в распределительной сети энергокомпании. линии к общему 240/120 В, который обеспечивает питание большинства домов и многих предприятия. В этом примере предполагается, что первичный подключен на линию 7200 В. Вторичная обмотка – 240 В с центральным отводом. Центр отвод заземляется и становится нейтральным проводом или общим проводом. Если напряжение измеряется на всей вторичной обмотке, напряжение 240 В будет видно. Если напряжение измеряется от любой линии до центрального ответвителя, будет видна половина вторичного напряжения, или 120 В (РИС.18). Этот происходит потому, что заземленный нейтральный проводник становится центральной точкой двух синфазных напряжений. Векторная диаграмма, изображающая это состояние, показывает, что заземленный нулевой провод подключен к центральной точке двух синфазных напряжений (фиг. 19). Нагрузки, предназначенные для работы на 240 В, например, водонагреватели, электрические резистивные нагреватели и центральные кондиционеры подключаются напрямую через линии вторичный (ФИГ.20).

Нагрузки, которые предназначены для работы от напряжения 120 В, подключаются от центрального ответвителя, или нейтральный, к одной из второстепенных линий. Функция нейтрального должен переносить разницу в токе между двумя вторичными линиями и поддерживать сбалансированное напряжение.

На ФИГ. 21 одна из вторичных линий имеет ток 30 А и другой имеет ток 24 А. Нейтраль проводит сумму несбалансированная нагрузка. В этом примере ток нейтрали будет 6 А (30 _ 24 = 6).


РИС. 21 Нейтраль несет сумму неуравновешенной нагрузки.


РИС. 23 Управляющий трансформатор подключен для работы на 240 В.


РИС. 22 Управляющий трансформатор с предохранителем, добавленным к вторичной обмотке. обмотка.


РИС. 24 Управляющий трансформатор подключен для работы на 480 В.

ТРАНСФОРМАТОРЫ УПРАВЛЕНИЯ

Другой распространенный тип изолирующего трансформатора, встречающийся в промышленности. – управляющий трансформатор (РИС.22). Трансформатор управления снижает линейное напряжение до значения, необходимого для работы цепей управления. Большинство общий тип управляющего трансформатора содержит две первичные обмотки и одну вторичный. Первичные обмотки обычно рассчитаны на 240 В каждая, и вторичный на 120 В.

Такое расположение обеспечивает соотношение витков 2: 1 между каждой первичной обмоткой. обмотки и вторичные. Например, предположим, что каждый из основных обмотка содержит 200 витков провода.Вторичный будет содержать 100 витков проволоки.

Одна из первичных обмоток на фиг. 23 обозначен как h2 и h3. Другой обозначается h4 и h5.

Вторичная обмотка имеет маркировку X1 и X2. Если первичная обмотка трансформатора должен быть подключен к 240 В, две первичные обмотки будут подключены параллельно, соединив h2 и h4 вместе, а h3 и h5 вместе. Когда первичные обмотки соединены параллельно, приложено одинаковое напряжение через обе обмотки.Эффект такой же, как и при использовании одной первичной обмотки. всего 200 витков провода. Поддерживается передаточное число 2: 1, а вторичное напряжение 120 В.

Если трансформатор должен быть подключен к напряжению 480 В, две первичные обмотки будут соединены последовательно путем соединения h3 и h4 вместе (фиг. 24). Входящая мощность подключена к h2 и h5.

Последовательное соединение первичных обмоток увеличивает количество витков в первичный до 400.Таким образом получается передаточное число 4: 1. При подключении 480 В к первичной, вторичное напряжение остается на уровне 120.

Первичные выводы управляющего трансформатора обычно перекрестно соединены. как показано на фиг. 25, поэтому можно использовать металлические перемычки для подключения первичного для работы на 240 или 480 В. Если первичная обмотка должна быть подключена на 240 В При работе металлические звенья соединяются под винтами, как показано на фиг. 26.

Обратите внимание, что выводы h2 и h4 соединены вместе, а выводы h3 и h5 связаны вместе.

Сравните это соединение с соединением, показанным на РИС. 23.

Если трансформатор должен быть подключен для работы на 480 В, клеммы h3 и h4 соединены, как показано на фиг. 27. Сравните эту связь с соединение, показанное на фиг. 24.


РИС. 25 Первичные обмотки управляющего трансформатора скрещены.


РИС. 26 Металлические перемычки соединяют трансформатор для работы на 240 В.


РИС. 27 Управляющий трансформатор подключен для работы на 480 В.


РИС. 28 Ядро трехфазного трансформатора
мощностью 600 МВА. В Houston Lighting and Power.


РИС. 29 Трансформатор с сердечником.


РИС. 32 Тороидальный трансформатор.


РИС. 30 Трансформатор корпусного типа.


РИС. 31 Трансформатор с сердечником типа Н.

ТИПЫ СЕРДЕЧНИКОВ ТРАНСФОРМАТОРА

В конструкции используются сердечники нескольких типов. трансформаторов.Большинство сердечников изготовлено из тонких стальных перфорированных пластин. вместе, чтобы сформировать прочную металлическую основу. Ядро на 600 МВА (мега-ампер) трехфазный трансформатор показан на фиг. 28. Ламинированные сердечники предпочтительны. потому что на поверхности каждой пластинки образуется тонкий слой оксида и действует как изолятор, уменьшая образование вихревых токов внутри основной материал. Количество основного материала, необходимого для конкретного трансформатор определяется номинальной мощностью трансформатора, но он должно быть достаточным для предотвращения насыщения при полной нагрузке.

Тип и форма сердечника обычно определяют количество магнитных связь между обмотками и в некоторой степени эффективность трансформатор.

Трансформатор, показанный на фиг. 29 известен как трансформатор с сердечником. Обмотки размещены вокруг каждого конца материала сердечника.

Трансформатор корпусного типа сконструирован аналогично сердечнику. тип, за исключением того, что тип оболочки имеет металлический сердечник через середину окна (РИС.30). Первичная и вторичная обмотки намотаны вокруг центральной части сердечника с ближайшей к ней обмоткой низкого напряжения к металлической сердцевине. Такое расположение позволяет окружать трансформатор. сердечником и обеспечивает отличную магнитную связь. Когда трансформатор находится в рабочем состоянии, весь магнитный поток должен проходить через центральный сердечник кусок. Затем он разделяется на две части внешнего сердечника.

Сердечник типа Н, показанный на фиг. 31 аналогичен сердечнику оболочечного типа в что у него есть железный сердечник через его центр, вокруг которого первичная и вторичные обмотки намотаны.Однако сердечник H окружает обмотки. с четырех сторон вместо двух. Этот дополнительный металл помогает уменьшить случайную утечку поток и повысить эффективность трансформатора.

Сердечник типа H часто используется в высоковольтных распределительных трансформаторах.

Ленточный сердечник или тороидальный сердечник (РИС. 32) сконструирован плотно наматывание одной длинной непрерывной ленты из кремнистой стали в спираль. Кассета могут или не могут быть размещены в пластиковом контейнере, в зависимости от области применения.Этот тип сердечника не требует стальных перфораций, соединенных вместе. Поскольку сердечник представляет собой одну непрерывную металлическую часть, утечка потока сохраняется. до минимума. Рассеивание потока – это линии магнитного потока, которые не следуют металлический сердечник и теряются для окружающего воздуха. Ленточный сердечник является одним из наиболее эффективных доступных дизайнов сердечников.


РИС. 32

ПУСКОВОЙ ТОК ТРАНСФОРМАТОРА

Реактор – это дроссель, используемый для добавления индуктивности в цепь.Несмотря на то что трансформаторы и реакторы являются индуктивными устройствами, есть отличное разница в их эксплуатационных характеристиках. Реакторы часто подключаются последовательно с нагрузкой с низким сопротивлением для предотвращения пускового тока (величина тока, протекающего при первоначальном подаче питания на схему) от становится чрезмерным (РИС. 33). Трансформаторы, однако, могут производить чрезвычайно высокие пусковые токи при первом подаче питания на первичную обмотку. Тип сердечника, используемого при создании катушек индуктивности и трансформаторов, в первую очередь отвечает за эту разницу в характеристиках.


РИС. 33 Реакторы помогают предотвратить чрезмерный пусковой ток при первом включении питания.


РИС. 34 Автотрансформатор имеет только одну обмотку, которая используется для обеих первичный и вторичный.

АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

Автотрансформаторы – это однообмоточные трансформаторы.

Они используют одну и ту же обмотку для первичной и вторичной обмоток. Главная обмотка на фиг. 34 находится между точками B и N и имеет напряжение 120 В. применяется к нему.Между точками B и N 120 витков провода. Теперь Предположим, что селекторный переключатель установлен в положение D. Теперь нагрузка подключена. между точками D и N. Вторичная обмотка этого трансформатора содержит 40 витков проволоки. Если необходимо вычислить величину напряжения, приложенного к нагрузке, можно использовать следующую формулу.

EP ES

= NP NS 120 ES

= 120 40120 ES = 4800 ES = 40 В

Предположим, что нагрузка, подключенная к вторичной обмотке, имеет импеданс 10 Ом.Величину тока во вторичном контуре можно вычислить. по формуле

I = E Z I = 40 10 I = 4A

Первичный ток можно вычислить по той же формуле, которая использовалась. для вычисления первичного тока для трансформатора с изоляцией.

EP ES

= IS IP 120 40

= 4 IP 120 IP = 160 IP = 1: 333 A

Количество потребляемой и выходной мощности автотрансформатора должно соответствовать так же, как и в изолирующем трансформаторе.

Начальное Среднее

120 _ 1: 333 = 160 ВА 40 _ 4 = 160 ВА Теперь предположим, что поворотный переключатель подключен к точке А. Теперь нагрузка подключена к 160 виткам провода. Напряжение, приложенное к нагрузке, можно рассчитать с помощью

.

EP ES

= NP NS 120 ES

= 120160120 ES = 19200 ES = 160 В

===

ДЕРЖАТЕЛЬ ЩЕТКИ ВАЛА УГЛЕРОДНАЯ ЩЕТКА POWERKOTE COIL CORE ПОДШИПНИКИ ОСНОВНОГО ВАЛА КОНЦЕВЫЕ ФОРМЫ РАДИАТОРА ПОЗОЛОЧЕННАЯ ПЛАТА КОММУТАТОРА


РИС.35 Powerstat в разрезе.

===

Обратите внимание, что автотрансформатор, как и изолирующий трансформатор, может быть либо повышающий, либо понижающий трансформатор.

Если поворотный переключатель, показанный на РИС. 34 были удалены и заменены скользящий ответвитель, который контактировал непосредственно с обмоткой трансформатора, соотношение оборотов можно регулировать непрерывно.

Этот тип трансформатора обычно называют Variac или Powerstat, в зависимости от производителя.Вид в разрезе переменного автотрансформатора показан на фиг. 35. Обмотки намотаны на ленточный тороид. ядро внутри пластикового корпуса. Вершины обмоток плоско фрезерованы. для обеспечения коммутатора. Угольная щетка контактирует с обмотками.

Автотрансформаторы

часто используются энергетическими компаниями для обеспечения малых увеличивать или уменьшать линейное напряжение. Они помогают регулировать напряжение к большим линиям электропередач. Трехфазный автотрансформатор показан на фиг.36. Этот трансформатор находится в корпусе, заполненном трансформаторным маслом, который действует как охлаждающая жидкость и предотвращает образование влаги в обмотках.

У автотрансформатора есть один недостаток. Поскольку нагрузка подключена с одной стороны линии электропередачи, между входящими мощность и нагрузка. Это может вызвать проблемы с некоторыми типами оборудования. и это необходимо учитывать при проектировании энергосистемы.

ПОЛЯРНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА

Чтобы понять полярность трансформатора, напряжение, создаваемое на обмотке. необходимо учитывать в какой-то момент времени.В цепи переменного тока 60 Гц напряжение меняет полярность 60 раз в секунду. При обсуждении трансформатора полярности, необходимо учитывать взаимосвязь между разными обмотки в один и тот же момент времени. Следовательно, предполагается, что этот момент времени – когда создается пиковое положительное напряжение поперек обмотки.


РИС. 36 Трехфазный автотрансформатор.


РИС. 37 точек полярности трансформатора.


РИС.38 Знаков полярности для нескольких вторичных обмоток.


РИС. 39 Соединение вторичной и первичной обмоток образует автотрансформатор.


РИС. 40 Перерисовка соединения.

МАРКИРОВКА ПОЛЯРНОСТИ ПО СХЕМЕ

Когда трансформатор показан на принципиальной схеме, это обычная практика. чтобы указать полярность обмоток трансформатора, поставив точку рядом с один конец каждой обмотки, как показано на фиг. 37.

Эти точки означают, что в этот момент полярность не изменилась. для каждой обмотки.Например, предположим, что напряжение, приложенное к первичной обмотка имеет максимальное положительное значение на клемме, обозначенной значком точка. Напряжение на точечном выводе вторичной обмотки будет на пике. положительное значение одновременно.

Этот же тип обозначения полярности используется для трансформаторов с более одной первичной или вторичной обмотки. Пример трансформатора с мульти-вторичной обмоткой показано на фиг. 38.


РИС. 41 Размещение точек полярности для обозначения аддитивной полярности.


РИС. 43 Стрелки указывают расположение точек полярности.


РИС. 42 точки полярности указывают на вычитающую полярность.


РИС. 44 Значения стрелок складываются, чтобы указать аддитивную полярность (усиление связь).

ДОБАВИТЕЛЬНАЯ И СУБТРАКТИВНАЯ ПОЛЯРНОСТИ

Полярность обмоток трансформатора можно определить, подключив их в качестве автотрансформатора и тестирования на аддитивную или вычитающую полярность, часто называют повышающим или понижающим соединением.

Это делается путем подключения одного вывода вторичной обмотки к одному выводу первичной обмотки и измерения напряжения на обеих обмотках (фиг. 39). В Трансформатор, показанный в примере, имеет номинальное первичное напряжение 120 В. и номинальное вторичное напряжение 24 В. Эта же схема была перерисована. на фиг. 40, чтобы более четко показать связь. Обратите внимание, что вторичный обмотка была подключена последовательно с первичной обмоткой.

Трансформатор теперь содержит только одну обмотку и, следовательно, является автотрансформатором.При подаче 120 В на первичную обмотку вольтметр подключен на вторичной обмотке будет указывать либо сумму двух напряжений, либо разница между двумя напряжениями. Если этот вольтметр показывает 144 V (120) 24 = 144) обмотки подключаются аддитивно (повышают), а полярность точки могут быть размещены, как показано на фиг. 41. Отметим в этой связи, что вторичное напряжение добавляется к первичному напряжению.

Если вольтметр, подключенный к вторичной обмотке, показывает напряжение на 96 В (120 _ 24 = 96) обмотки соединены вычитающим (понижающим), и точки полярности размещены, как показано на фиг.42.

РАСПОЛОЖЕНИЕ ТОЧЕК СТРЕЛКАМИ

Чтобы помочь в понимании аддитивной и вычитающей полярности, стрелки может использоваться для указания направления больше или меньше значений. На фиг. 43, стрелки были добавлены, чтобы указать направление, в котором точка должна быть размещена.

В этом примере трансформатор подключен аддитивно или повышающе, и обе стрелки указывают в одном направлении. Обратите внимание, что стрелка указывает в точку.На фиг. 44 видно, что значения двух стрелок добавляют к производят 144 В.

На ФИГ. 45 стрелки были добавлены к вычитающей или понижающей связи. В этом случае стрелки указывают в противоположных направлениях, а напряжение один пытается отменить напряжение другого. В результате меньшее значение удаляется, а большее значение уменьшается, как показано на ИНЖИР. 46. ​​


РИС. 47 На холостом ходу первичный ток отстает от напряжения на 90 °.


РИС. 46 Стрелки указывают на вычитающую полярность.


РИС. 45 Значения стрелок вычитаются (соединение понижения).


РИС. 48 Вторичное напряжение отстает от первичного тока на 90 °.

ВЗАИМООТНОШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА В ТРАНСФОРМАТОРЕ

Когда первичная обмотка трансформатора подключена к источнику питания, но нет нагрузка подключена к вторичной обмотке, ток ограничен индуктивным сопротивлением первичной.В настоящее время трансформатор представляет собой индуктор, и ток возбуждения отстает от приложенного напряжения на 90 ° (ФИГ. 47). Первичный ток вызывает напряжение во вторичной обмотке.

Это индуцированное напряжение пропорционально скорости изменения тока. Вторичное напряжение будет максимальным в периоды, когда первичное ток меняется больше всего (0 °, 180 ° и 360 °), и он будет равен нулю когда первичный ток не меняется (90 ° и 270 °).Сюжет о первичный ток и вторичное напряжение показывает, что вторичное напряжение отстает от первичного тока на 90 ° (РИС. 48). Поскольку вторичное напряжение отстает от первичного тока на 90 °, а приложенное напряжение опережает первичный ток на 90 °, вторичное напряжение на 180 ° не совпадает по фазе с приложенным напряжение и синфазно с наведенным напряжением в первичной обмотке.

ДОБАВЛЕНИЕ НАГРУЗКИ К ВТОРИЧНОМУ

Когда нагрузка подключена к вторичной обмотке, ток начинает течь.Потому что трансформатор является индуктивным устройством, вторичный ток отстает от вторичное напряжение на 90 °. Поскольку вторичное напряжение отстает от первичного ток на 90 °, вторичный ток на 180 ° не совпадает по фазе с первичным ток (РИС. 49).

Ток вторичной обмотки индуцирует противодействующее напряжение во вторичной обмотке. обмотки, противостоящие противодавлению, индуцированному в первичной обмотке.

Противодавление вторичного напряжения ослабляет первичное и позволяет больше первичного тока, чтобы течь.По мере увеличения вторичного тока первичный ток увеличивается пропорционально.

Поскольку вторичный ток вызывает уменьшение производимого противодавления в первичной обмотке ток первичной обмотки меньше ограничивается индуктивным реактивное сопротивление и многое другое за счет сопротивления обмоток при добавлении нагрузки к вторичный. Ваттметр, подключенный к первичной обмотке, покажет, что истинная мощность увеличивается по мере добавления нагрузки к вторичной обмотке.

===

ПРИЛОЖЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ВТОРИЧНЫЙ ТОК ПЕРВИЧНЫЙ ТОК ВТОРИЧНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ


РИС.49 Соотношение напряжения и тока первичной и вторичной обмоток обмотки.

===


РИС. 50 Проверка трансформатора омметром.

===

ИСПЫТАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА

Для определения состояния трансформатора можно провести несколько тестов. Простой тест на заземление, замыкание или обрыв можно выполнить с помощью омметра. (РИС. 50). Омметр A подключается к одному проводу первичной обмотки и к одному свинец вторичного.

Этот тест проверяет наличие короткого замыкания между первичной и вторичной обмотками. Омметр должен показывать бесконечность. Если первичных несколько или вторичной обмотки, все изолированные обмотки должны быть проверены на короткое замыкание. Омметр B показывает проверку обмоток на массу. Один из лидеров омметр подключается к корпусу трансформатора, а другой подключен к обмотке. Все обмотки должны быть проверены на заземление, и омметр должен показывать бесконечность для каждой обмотки.Омметр C показывает проверка обмоток на непрерывность. Сопротивление провода обмотки должен отображаться омметром.

Если трансформатор находится в хорошем состоянии после омметра Затем его следует проверить на наличие короткого замыкания и заземления с помощью мегомметра. MEGGER обнаружит проблемы с пробоем изоляции, которые омметр не буду. Состояние диэлектрического масла в больших маслонаполненных трансформаторах следует проверять через определенные промежутки времени.Это включает в себя выборку масла и проведения испытаний на электрическую прочность и загрязнение.

ПАРАМЕТРЫ ТРАНСФОРМАТОРА

У большинства трансформаторов есть паспортная табличка с информацией о трансформаторе. Приведенная информация обычно определяется размером, типом и производителем. Почти на всех паспортных табличках указаны первичное напряжение, вторичное напряжение и Номинальная мощность в кВА (киловольт-ампер). Трансформаторы рассчитаны на киловольт-амперы и не киловатты, потому что истинная мощность определяется коэффициентом мощности нагрузки.Другая информация, которая может быть указана или не указана, – это частота, превышение температуры в C °, полное сопротивление, тип изоляционного масла, галлоны изоляционного материала масло, серийный номер, номер типа, номер модели, и есть ли у трансформатора однофазный или трехфазный.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА

На паспортной табличке не указаны текущие характеристики обмоток. С потребляемая мощность должна быть равна выходной мощности, номинальный ток обмотки можно определить, разделив номинальную мощность в кВА на напряжение обмотки.Для Например, предположим, что трансформатор имеет номинальную мощность 0,5 кВА, первичное напряжение 480 В, а вторичное напряжение 120 В. Для определения максимального тока который может поставляться вторичным, разделите рейтинг KVA на вторичный Напряжение.

IS = кВА ES IS = 500120 IS = 4:16 A

Таким же образом можно рассчитать первичный ток.

IP = кВА EP IP = 500 480 IP = 1:04 A

Трансформаторы с несколькими вторичными обмотками обычно имеют ток рейтинг указан вместе с номинальным напряжением.

++++++++++

ПРИМЕР 1

Предположим, что трансформатор, показанный на фиг. 51 – 2400/480 вольт 15 кВА трансформатор. Чтобы определить полное сопротивление трансформатора, сначала вычислите номинальный ток полной нагрузки вторичной обмотки.

I5 ВА E I5 15000 480 I531: 25 А

Далее увеличиваем напряжение источника, подключенного к высоковольтной обмотке. до тех пор, пока в обмотке низкого напряжения не потечет ток 31,25 ампер.Предполагать что значение напряжения составляет 138 вольт. Наконец, определите процент приложенного напряжения по сравнению с номинальным напряжением.

% Напряжение источника Z5 номинальное напряжение 3100

% Z5 138 2400 3100

% Z50: 05753100

% Z55: 75 Полное сопротивление этого трансформатора составляет 5,75%.

Импеданс трансформатора является основным фактором при определении величины напряжения. падение трансформатора будет между холостым ходом и полной нагрузкой и при определении количество тока, протекающего при коротком замыкании.Короткое замыкание ток можно рассчитать по формуле (Однофазный) ISC 5 ВА E3% Z Формула определения тока в однофазной цепи – I5 ВА. E Приведенную выше формулу для определения тока короткого замыкания можно изменить. чтобы показать, что ток короткого замыкания можно вычислить, разделив номинальный вторичный ток% Z.

ISC 5 I Оценка% Z

++++++++++

ПРИМЕР 2

Однофазный трансформатор рассчитан на 50 кВА и имеет вторичное напряжение. 240 вольт.Паспортная табличка показывает, что трансформатор имеет внутреннюю импеданс (% ИЗ) 2,5%. Какой ток короткого замыкания у этого трансформатора? I Вторичный 5 50,000 240 I Вторичный 5208: 3 ампера I Короткое замыкание 5 208: 3

% Z I Короткое замыкание 5 208: 3

0: 025 I Короткое замыкание 58,333: 3 ампера Иногда необходимо вычислить величина тока короткого замыкания при определении правильного номинала предохранителя для схемы. Предохранитель должен иметь достаточно высокий рейтинг прерывания. для устранения неисправности в случае короткого замыкания.

++++++++++

===

ИСТОЧНИК ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ВОЛЬТМЕТР, ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ОБМОТКА, НИЗКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ. КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ АММЕТРА


РИС. 51 Определение импеданса трансформатора.

===

ТРАНСФОРМАТОР ИМПЕДАНС

Импеданс трансформатора определяется физической конструкцией трансформатор. Такие факторы, как количество и тип материала сердечника, проволоки размер, используемый для создания обмоток, количество витков и степень магнитного поля. соединение между обмотками сильно влияет на импеданс трансформатора.

Импеданс выражается в процентах (% Z или% IZ) и измеряется путем подключения короткое замыкание низковольтной обмотки трансформатора и затем подключение источника переменного напряжения к высоковольтной обмотке, фиг. 51. Затем переменное напряжение увеличивают до тех пор, пока номинальный ток не течет в обмотка низкого напряжения. Импеданс трансформатора определяется путем расчета процент переменного напряжения по сравнению с номинальным напряжением обмотка высокого напряжения.

РЕЗЮМЕ

• Все значения напряжения, тока и импеданса в трансформаторе пропорциональны. к коэффициенту оборотов.

• Трансформаторы могут изменять значения напряжения, тока и импеданса, но не может изменить частоту.

• Первичная обмотка трансформатора подключена к линии электропередачи.

• Вторичная обмотка подключена к нагрузке.

• Трансформатор, напряжение вторичной обмотки которого ниже, чем напряжение первичной обмотки. понижающий трансформатор.

• Трансформатор, напряжение вторичной обмотки которого выше, чем напряжение первичной обмотки. – повышающий трансформатор.

• Изолирующий трансформатор электрически имеет первичную и вторичную обмотки. и механически отделены друг от друга.

• Когда катушка индуцирует в себе напряжение, это называется самоиндукцией.

• Когда одна катушка наводит напряжение на другую катушку, это называется взаимным индукция.

• Трансформаторы могут иметь очень высокий пусковой ток при первом подключении. к линии электропередачи из-за наличия магнитных доменов в материале сердечника.

• Индукторы создают воздушный зазор в материале сердечника, который вызывает магнитные домены для сброса в нейтральное положение.

• Автотрансформаторы имеют только одну обмотку, которая используется как первичные и вторичный.

• Автотрансформаторы имеют недостаток в том, что они не имеют изоляции линии. между первичной и вторичной обмотками.

• Изолирующие трансформаторы помогают фильтровать скачки напряжения и тока между первичная и вторичная сторона.

• На принципиальные схемы часто добавляются точки полярности для обозначения трансформатора. полярность.

• Трансформаторы можно подключать с добавлением или вычитанием полярности.

ВИКТОРИНА:

1. Что такое трансформатор?

2. Каков общий КПД трансформаторов?

3. Что такое изолирующий трансформатор?

4. Все значения трансформатора пропорциональны его.

5. Что такое автотрансформатор?

6.В чем недостаток автотрансформатора?

7. Объясните разницу между повышающим и понижающим трансформатором.

8. Трансформатор имеет первичное напряжение 240 В и вторичное напряжение. 48 В. Какое отношение витков у этого трансформатора?

9. Трансформатор имеет мощность 750 ВА. Первичное напряжение 120 В. Что такое первичный ток?

10. Трансформатор имеет коэффициент трансформации 1: 6. Первичный ток 18 А.Что такое вторичный ток?

11. Что означают точки рядом с выводами трансформатора? изобразить на схеме? 12. Трансформатор имеет номинальное напряжение первичной обмотки. 240 В и номинальное вторичное напряжение 80 В. Если обмотки были подключены после вычитания, какое напряжение появится во всем соединении?

12 должны были быть подключены аддитивно, какое напряжение появилось бы на всю обмотку?

13. Если речь идет об обмотках трансформатора

14.Первичные выводы трансформатора обозначены цифрами 1 и 2. Вторичные выводы провода обозначены 3 и 4. Если точки полярности размещены рядом с выводами 1 и 4, какой вторичный провод будет подключен к клемме 2 для подключения добавка?

ПРОБЛЕМЫ ПРАКТИКИ


См. РИС. 52, чтобы ответить на следующие вопросы. Найдите все недостающее ценности.

1.

EP 120 ES 24 IP IS NP 300 NS Соотношение Z = 3 Ом 2.

EP 240 ES 320 IP IS NP NS 280 Коэффициент Z = 500 Ом 3.

EP ES 160 IP IS NP NS 80 Соотношение 1: 2,5 Z = 12 Ом 4.

EP 48 ES 240 IP IS NP 220 NS Соотношение Z = 360 Ом 5.

EP ES IP 16.5 IS 3.25 NP NS 450 Коэффициент Z = 56 Ом 6.

EP 480 ES IP IS NP 275 NS 525 Коэффициент Z = 1,2 кОм.

См. РИС. 53, чтобы ответить на следующие вопросы. Найдите все недостающее ценности.

7.

EP 208 ES1 320 ES2 120 ES3 24 IP IS1 IS2 IS3 NP 800 NS1 NS2 NS3 Соотношение 1: Соотношение 2: Соотношение 3:

R1 12 кОм, R2 6 O R3 8 O 8.

EP 277 ES1 480 ES2 208 ES3 120 IP IS1 IS2 IS3 NP 350 NS1 NS2 NS3 Соотношение 1: Соотношение 2: Соотношение 3:

R1 200 O R2 60 O R3 24 O


РИС. 52 Практические проблемы изолирующего трансформатора.


РИС. 53 Однофазный трансформатор с несколькими вторичными обмотками.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ

1. Вы работаете на промышленном предприятии. Необходимо установить однофазный трансформатор. На заводской табличке трансформатора указана следующая информация:

Первичное напряжение – 13,800 Вторичное напряжение – 240 Полное сопротивление – 5% кВА – 150 Вторичный предохранитель рассчитан на перегрузку 800 А и номинал прерывания. 10000 А.Достаточен ли рейтинг прерывания для этой установки?

2. Вы работаете на промышленном предприятии.

Электропитание мостового крана составляет 480 В переменного тока. Электрический тормоз на подъемнике работает от 240 В. Тормоз рассчитан на ток 3,5 А. установите трансформатор, чтобы снизить напряжение с 480 В до 240 В. Номинальная мощность в кВА трансформатор должен быть как минимум на 115% больше ожидаемой нагрузки. Части В номере есть трансформаторы следующих размеров: 0.025 кВА, 0,05 кВА, 0,1 кВА, 0,5 кВА, 1 кВА, 1,25 кВА, 1,5 кВА и 2 кВА. Какие из доступных трансформаторы следует использовать для этой установки?

15.7: Трансформаторы – Физика LibreTexts

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

  • Объясните, почему электростанции передают электроэнергию при высоком напряжении и малом токе и как они это делают
  • Установление взаимосвязей между током, напряжением и количеством обмоток в повышающих и понижающих трансформаторах

Хотя электроэнергия переменного тока вырабатывается при относительно низком напряжении, она передается по линиям передачи с очень высоким напряжением (до 500 кВ).2R \) омические потери в линиях передачи, которые могут быть значительными в линиях протяженностью много километров (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Действующее значение напряжения электростанции в конечном итоге необходимо понизить с 12 кВ до 240 В, чтобы его можно было безопасно ввести в дом. Линия передачи высокого напряжения позволяет передавать слабый ток через подстанцию ​​на большие расстояния.

Обычно переменные ЭДС, производимые на электростанциях, «повышаются» до очень высоких напряжений перед передачей по линиям электропередачи; затем они должны быть «понижены» до относительно безопасных значений (110 или 220 В, действующее значение), прежде чем они будут введены в дома.Устройство, которое преобразует напряжения из одного значения в другое с помощью индукции, – это трансформатор (рисунок \ (\ PageIndex {2} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Трансформаторы используются для понижения высокого напряжения в линиях электропередачи до 110–220 В, используемых в домах. (кредит: модификация работы Fortyseven / Flickr)

Как показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \), трансформатор в основном состоит из двух отдельных катушек или обмоток, намотанных вокруг сердечника из мягкого железа. Первичная обмотка имеет \ (N_p \) петли или витки и подключена к переменному напряжению \ (v_p (t) \).Вторичная обмотка имеет \ (N_s \) витков и подключена к нагрузочному резистору \ (R_s \). Мы предполагаем идеальный случай, когда все силовые линии магнитного поля ограничены сердечником, так что один и тот же магнитный поток пронизывает каждый виток как первичной, так и вторичной обмоток. Мы также пренебрегаем потерями энергии на магнитный гистерезис, на омический нагрев в обмотках и на омический нагрев индуцированных вихревых токов в сердечнике. У хорошего трансформатора потери могут составлять всего 1% от передаваемой мощности, так что это неплохое предположение.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): повышающий трансформатор (во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной). Две обмотки намотаны на сердечник из мягкого железа.

Для анализа схемы трансформатора сначала рассмотрим первичную обмотку. Входное напряжение \ (v_p (t) \) равно разности потенциалов, индуцированной на первичной обмотке. Согласно закону Фарадея индуцированная разность потенциалов равна \ (- N_p (d \ Phi / dt) \), где \ (\ Phi \) – поток через один виток первичной обмотки.Таким образом,

\ [v_p (t) = -N_p \ dfrac {d \ Phi} {dt}. \ nonumber \]

Аналогично, выходное напряжение \ (v_s (t) \), подаваемое на нагрузочный резистор, должно равняться разности потенциалов, индуцированной во вторичной обмотке. Поскольку трансформатор идеален, поток через каждый виток вторичной обмотки также равен \ (\ Phi \) и

\ [v_s (t) = -N_s \ dfrac {d \ Phi} {dt}. \ nonumber \]

Объединяя последние два уравнения, получаем

\ [v_s (t) = \ dfrac {N_s} {N_p} v_p (t).\ label {15.20} \]

Следовательно, с соответствующими значениями для \ (N_s \) и \ (N_p \) входное напряжение \ (v_p (t) \) может быть «повышено» \ ((N_s> N_p) \) или «понижено» \ ((N_s : ,

.

\ [\ dfrac {V_s} {V_p} = \ dfrac {N_s} {N_p}, \ label {transformerEQ} \]

, который показывает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках.Для повышающего трансформатора , который увеличивает напряжение и уменьшает ток, это отношение больше единицы; для понижающего трансформатора , который снижает напряжение и увеличивает ток, это отношение меньше единицы.

Согласно закону сохранения энергии, мощность, вводимая \ (v_p (t) \) в первичную обмотку в любой момент, должна быть равна мощности, рассеиваемой в резисторе вторичной цепи; таким образом,

\ [i_p (t) v_p (t) = i_s (t) v_s (t). \ nonumber \]

В сочетании с уравнением \ ref {transformerEQ} это дает

\ [i_s (t) = \ dfrac {N_p} {N_s} i_p (t).2 р_с. \ nonumber \]

Наш анализ основан на мгновенных значениях напряжения и тока. Однако полученные уравнения не ограничиваются мгновенными значениями; они справедливы также для максимальных и среднеквадратичных значений.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): понижающий трансформатор

Трансформатор на опоре электросети снижает среднеквадратичное значение напряжения с 12 кВ до 240 В.

  1. Каково отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки?
  2. Если входной ток трансформатора равен 2.0 А какой выходной ток?
  3. Определите потери мощности в линии передачи, если общее сопротивление линии передачи равно \ (200 \, \ Omega \).
  4. Каковы были бы потери мощности, если бы линия передачи имела напряжение 240 В по всей длине линии, а не обеспечивала напряжение 12 кВ? Что это говорит о линиях электропередачи?

Стратегия

Число витков, связанных с напряжениями, определяется из уравнения \ ref {15.3 V} = \ dfrac {1} {50}, \], поэтому количество витков первичной обмотки в 50 раз превышает количество витков вторичной обмотки.

г. Из уравнения \ ref {15.22} выходной среднеквадратичный ток \ (I_s \) находится с использованием уравнения трансформатора с током

\ [I_S = \ dfrac {N_p} {N_S} I_p \ label {15.23} \]

такое, что

\ [I_s = \ dfrac {N_p} {N_s} I_p = (50) (2. 2R = (2.6 \, W. \ nonumber \]

Следовательно, когда необходимо передать мощность, мы хотим избежать потери мощности. Таким образом, линии передаются с высоким напряжением и малым током и регулируются с помощью трансформатора до того, как энергия будет подаваться в дома.

Значение

Это применение понижающего трансформатора позволяет дому, в котором используются розетки на 240 В, иметь ток 100 А. Это может питать многие устройства в доме.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Трансформатор

А понижает линейное напряжение с 110 до 9.0 В, чтобы на дверной звонок можно было подавать ток 0,50 А.

  1. Каково соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток?
  2. Какой ток в первичной обмотке?
  3. Какое сопротивление видит источник 110 В?
Ответьте на

12: 1

Ответ б

0,042 А

Ответ c

\ (2.3 \, \ Omega \)

Авторы и авторство

  • Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Разница между повышающим и понижающим трансформатором

Трансформатор – это статическое устройство, передающее сигнал.c электрическая мощность от одной цепи к другой с той же частотой, но уровень напряжения обычно изменяется. По экономическим причинам электрическая энергия должна передаваться при высоком напряжении, тогда как с точки зрения безопасности она должна использоваться при низком напряжении. Это увеличение напряжения для передачи и уменьшение напряжения для использования может быть достигнуто только с помощью повышающего и понижающего трансформатора.

Основное различие между повышающим и понижающим трансформаторами состоит в том, что повышающий трансформатор повышает выходное напряжение, а понижающий трансформатор снижает выходное напряжение.Некоторые другие различия объясняются ниже в виде сравнительной таблицы с учетом факторов: напряжение, обмотка, количество витков, толщина проводника и область применения.

Содержание: Повышающий против понижающего трансформатора

  1. Таблица сравнения
  2. Определение
  3. Ключевые отличия
  4. Запомните

Сравнительная таблица

ОСНОВА ДЛЯ СРАВНЕНИЯ СТУПЕНЧАТЫЙ
ТРАНСФОРМАТОР
СТУПЕНЧАТЫЙ
ТРАНСФОРМАТОР
Определение Повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение. Понижающий трансформатор снижает выходное напряжение.
Напряжение Входное напряжение низкое, а выходное напряжение высокое. Входное напряжение высокое, а выходное напряжение низкое.
Обмотка Обмотка высокого напряжения – вторичная обмотка. Обмотка высокого напряжения – первичная обмотка.
Ток Низкий ток вторичной обмотки. Высокий ток во вторичной обмотке.
Номинальное выходное напряжение 11000 В или выше 110 В, 24 В, 20 В, 10 В и т. Д.
Размер жилы Первичная обмотка изготовлена ​​из толстой изолированной медной проволоки. Вторичная обмотка выполнена из толстого изолированного медного провода
Приложение Электростанция, рентгеновский аппарат, микроволновые печи и т. Д. Дверной звонок, преобразователь напряжения и т. Д.

Определение повышающего трансформатора:

Когда напряжение на выходе повышается, трансформатор называется повышающим трансформатором.В этом трансформаторе количество витков во вторичной обмотке всегда больше, чем количество витков в первичной обмотке, потому что на вторичной стороне трансформатора создается высокое напряжение.

В таких странах, как Индия, обычно электроэнергия вырабатывается на 11 кВ. По экономическим причинам мощность переменного тока передается при очень высоких напряжениях (220-440 В) на большие расстояния. Поэтому на электростанции применяется повышающий трансформатор.

Определение понижающего трансформатора:

Понижающий трансформатор снижает выходное напряжение или, другими словами, преобразует мощность высокого напряжения с низким током в мощность с низким напряжением и высоким током.Например, в нашей силовой цепи 230–110 В, а для дверного звонка – только 16 В. Итак, нужно использовать понижающий трансформатор для понижения напряжения с 110 В или 220 В до 16 В.

Для питания различных зон из соображений безопасности напряжение понижено до 440/230 В. Таким образом, количество витков на вторичной обмотке меньше, чем на первичной обмотке; меньшее напряжение индуцируется на выходе (вторичной обмотке) трансформатора.

Ключевые различия между повышающим трансформатором и понижающим трансформатором

  1. Когда выходное (вторичное) напряжение больше, чем его входное (первичное) напряжение, оно называется повышающим трансформатором, тогда как в понижающем трансформаторе выходное (вторичное) напряжение меньше.
  2. В повышающем трансформаторе обмотка низкого напряжения является первичной обмоткой, а обмотка высокого напряжения – вторичной обмоткой, тогда как в понижающем трансформаторе обмотка низкого напряжения является вторичной обмоткой.
  3. В повышающем трансформаторе ток и магнитное поле менее развиты во вторичной обмотке и сильно развиты в первичной обмотке, тогда как в понижающем трансформаторе напряжение на вторичной обмотке низкое. магнитное поле высокое.
    • Примечание 1 : Ток прямо пропорционален магнитному полю.
    • Примечание 2 : Согласно законам Ома, напряжение прямо пропорционально току. Если мы увеличиваем напряжение, то увеличивается и ток. Но в трансформаторе для передачи того же количества мощности, если мы увеличиваем напряжение, ток будет уменьшаться и наоборот. Таким образом, мощность на передающем и приемном концах трансформатора остается неизменной.
  4. В повышающем трансформаторе первичная обмотка состоит из толстого изолированного медного провода, а вторичная – из тонкого изолированного медного провода, тогда как в понижающем трансформаторе выходной ток велик, поэтому толстый изолированный медный провод проволока используется для изготовления вторичной обмотки.
    • Примечание : Толщина проволоки зависит от силы тока, протекающего через них.
  5. Повышающий трансформатор увеличивает напряжение от 220 В до 11 кВ или выше, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение с 440–220 В, 220–110 В или 110–24 В, 20 В, 10 Вольт.

Запомните:

Тот же трансформатор может использоваться как повышающий или понижающий трансформатор. Это зависит от того, каким образом он включен в цепь. Если входное питание подается на обмотку низкого напряжения, то она становится повышающим трансформатором.В качестве альтернативы, если питание подается на обмотку высокого напряжения, трансформатор становится понижающим.

Трансформаторы силовые | MPJA.COM

Сортировать по Цена низкая-> высокая Цена высокая-> низкая Название A-> Z Название Z-> A Код товара A-> Z Код товара Z-> A Популярность Самые популярные

Силовые трансформаторы, перечисленные на нашем веб-сайте, – это те трансформаторы, которые вы найдете и используете в электронном оборудовании, а не те, которые используются местной энергетической компанией.Силовой трансформатор представляет собой две или более катушек проволоки, намотанных вокруг общего стального сердечника и используемых для изменения более высокого напряжения на более низкое, от более низкого к более высокому или того и другого, а также для обеспечения изоляции. Для установки в корпусе со встроенной вилкой переменного тока и клеммных колодок низкого напряжения, используемых в системах сигнализации и т. Д., Обратитесь в наш отдел поставки вилок. Наши силовые трансформаторы рассчитаны на работу от сети 120/240 В, 47-63 Гц (AKA 110/220 В). Силовые трансформаторы имеют несколько различных номиналов; на VA (вольт-ампер), VAR (вольт-ампер-реактивный) и W (ватт).Самый распространенный рейтинг – VA. В простых схемах VAR близок к нулю, W и VA будут почти равны; поэтому трансформатор 12 В / 24 ВА может иметь номинальную мощность примерно 24 Вт или 12 В при токе 2 А. Чем меньше трансформатор, тем большую роль играют внутреннее сопротивление и КПД. Силовой трансформатор мощностью менее 30 ВА может иметь потери 20-30% без нагрузки до полной нагрузки, поэтому вы рассчитываете соответствующий трансформатор и никогда не используйте его на максимальной мощности. Считается, что линия подключена к входной стороне или первичной обмотке.Затем результат называется вторичным. Силовые трансформаторы могут иметь несколько обмоток. Общим является двойная первичная обмотка, где у вас есть 2 обмотки, это позволяет вам подключать их параллельно для использования 110–120 В или последовательно для 220–240 В переменного тока. Первичная обмотка также может быть обмоткой с отводом, где обмотка представляет собой одиночную обмотку с дополнительными соединениями, доступными для регулировки для линии высокого / низкого напряжения или для 110/220 В. Также распространена многообмоточная вторичная обмотка, которая обеспечивает изолированные обмотки для нескольких цепей, таких как источник питания +12 В и -24 В.Обмотки могут быть идентичными, чтобы их можно было подключать параллельно при 2-кратном токе или последовательно при 2-кратном напряжении. Технические характеристики обычно указаны как: 12/24 В при 4/2 А, что означает 12 В при 4 А параллельно или 24 В при 2 А серии. Место соединения последовательного соединения можно использовать в качестве центрального ответвителя (CT). В некоторых трансформаторах соединение является внутренним, поэтому параллельное соединение обмоток невозможно. Они указаны как 12-0-12, что означает 24 В по всей обмотке или 12 между концом и центральным ответвлением (CT). Вторичная обмотка силового трансформатора может быть подключена к схеме выпрямителя, чтобы обеспечить нам импульсный выход постоянного тока.Добавив конденсатор, можно сгладить пульсации. Это исходное постоянное напряжение зависит от номинала вторичной обмотки и типа используемой схемы фильтрации и выпрямления. Схема выпрямителя / фильтра влияет на вторичный и выходной ток, и они могут сильно отличаться. Двухполупериодный центральный ответвитель, входной фильтр с конденсатором: вторичный ток силового трансформатора равен 1,2 X требуемых выходных ампер. Требуется 2 выпрямителя. Это одна из наиболее часто используемых схем. Для входного фильтра с двухполупериодным мостовым конденсатором: вторичный ток силового трансформатора равен 1.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *