Принцип действия однофазного трансформатора: основные характеристики и режимы работы

Что такое однофазный трансформатор

Электроэнергия, вырабатываемая генераторами заводов, передается потребителям, которые в большинстве случаев находятся на большом расстоянии от заводов. Для удешевления передачи электроэнергии и уменьшения потерь энергии в ней необходимо увеличить напряжение передачи электроэнергии до сотен киловольт. При распределении энергии между потребителями необходимо снизить напряжение до десятков и сотен вольт. Все это заставляет многократно изменять (преобразовывать) напряжение, которое выполняют трансформаторы

Трансформатор – это статический аппарат, который имеет две (иногда больше) обмотки, соединенные переменным магнитным полем, которое служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения с постоянной частотой.

Количество преобразований от станции к потребителю обычно велико и поэтому на 1 кВт мощности генераторов, установленных на станции, приходится 4-5 кВА установленной мощности трансформаторов. Суммарные потери электроэнергии в трансформаторах составляют значительную часть потерь всей энергосистемы. Поэтому необходимо, чтобы трансформатор имел очень высокий КПД. У современных трансформаторов большой мощности КПД достигает 0,995 при номинальной мощности.

Изобретателем трансформатора был выдающийся конструктор и ученый П. Н. Яблочков (1847 – 1894).

Рис. 2. Однофазный трансформатор.

1 – магнитопровод; 2 – обмотка высокого напряжения; 3 – обмотка низкого напряжения; 4 – полезный проточный тракт; 5 – тракт рассеивающих потоков первичной обмотки; 6 – тракт рассеивающих потоков вторичной обмотки.

Устройство и принцип действия однофазного трансформатора

Работа трансформатора основана на использовании явления взаимной индукции. Трансформатор (рис. 9-1) обычно имеет две обмотки с магнитной связью 2-2 и 3-3 с разным числом витков, расположенные для усиления магнитной связи на стальной замкнутой магнитной цепи – сердечник 1. Сердечник набирается для снизить потери энергии от вихревых токов от стальных листов толщиной 0,5-0,35 мм, а при более высокой частоте тока – от более тонких листов (0,2-0,1 мм). Перед сборкой листы окрашивают с двух сторон, чтобы изолировать их друг от друга. Трансформаторная сталь содержит 4-5% кремния, при этом значительно снижаются потери на гистерезис и вихревые токи.

Те части сердечника, на которых расположены обмотки, называются стержнями, а части, замыкающие их, – ярмами. Внутреннее пространство между стержнем и ярмом используется для размещения обмоток и называется окном.

Сердечник собирается внахлест. На рис. 3 показаны два слоя листов, которые накладываются друг на друга во время сборки сердечника трансформатора. Такая сборка позволяет получить минимальный воздушный зазор в стыках.

Листы предварительно стягиваются изолированными болтами в пакетах, сначала так, чтобы изготовленные обмотки можно было разместить на стержнях (рис. 9-3), а затем, наконец, чтобы после установки обмоток замыкался магнитопровод. Полученное при этом сечение стержней показано на рис. 9-4 – маломощный квадрат, или крестообразный, приближающийся к окружности, с трансформаторами средней и большой мощности.

Обмотки трансформатора представляют собой катушки разной конструкции. Различают обмотку низкого напряжения (НН), рассчитанную на более низкое напряжение трансформатора, которая размещена ближе к сердечнику, и обмотку высокого напряжения (ВН), рассчитанную на более высокое напряжение и размещенную над сердечником обмотка (LV), концентрично ей.

На рис. 2 обмотки ВН и НН показаны смещенными относительно друг друга для упрощения чертежа. В однофазных трансформаторах (рис. 2) каждая обмотка делится пополам и размещается на двух стержнях. Обе половины обмотки НН и обмотки ВН соединены так, что и т.д. Половина обмоток согнута.

Начало и конец обмоток трансформатора обозначают буквами латинского алфавита. Начало обмоток – L, B, C и a, b, c, а концы – X, Y, Z и x, y, z. Для обмотки высокого напряжения приняты прописные буквы, для обмотки низкого напряжения – строчные (рис. 2).

Обмотка, на которую подается питание, называется первичной, а та, от которой питание поступает к потребителю, – вторичной. Энергия передается от первичной обмотки к вторичной обмотке с помощью магнитного потока, соединяющего обмотки. Если напряжение вторичной обмотки ниже, чем напряжение первичной, трансформатор называют понижающим трансформатором; в противном случае он увеличится.

Поэтому трансформатор, показанный на рис. 2 – вниз. Однако, если энергия подается на обмотку ah при номинальном напряжении для этой обмотки и к обмотке AX подключен потребитель, трансформатор поднимется.

Стержневой трансформатор

Трансформатор с сердечником описанного выше типа называется стержневым трансформатором. Однако есть бронированные трансформаторы (рис. 5), в которых магнитопровод разветвляется и покрывает обмотки, как если бы это был якорь.

Обмотки ВН и НН таких трансформаторов выполнены в виде плоских катушек, расположенных на одном стержне. Бронированные трансформаторы используются, например, в радиотехнических устройствах.

Номинальная мощность трансформатора – это мощность его вторичной обмотки, указанная на экране трансформатора и выраженная в вольт-амперах или киловольт-амперах.

Трансформатор Автотрансформатор

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника С, собранного из листового металла (для уменьшения потерь на вихревые токи), на котором расположены две обмотки: первичная К1, которая подключена к электросети, и вторичная К2, к которой она подключена. Загрузка.

Пренебрегая падением напряжения на активном сопротивлении обмоток, мы можем уравнять и т.д. С напряжением самоиндукции, приложенным к первичной обмотке, и т.д. С индукцией во вторичной обмотке – напряжением на ее выводах, следовательно

E2 / E1 = U2 / U1 = n2 / n1, т.е напряжения в обмотках трансформатора прямо пропорциональны количеству их витков. Отношение числа витков n1 первичной обмотки к числу витков n2 вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации k:

k = n1 / n2 = U1 / U2.

Если пренебречь потерями в трансформаторе, то мощность тока в первичной и вторичной обмотках можно считать равной, и поэтому токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны количеству витков:

I1 / I2 = n2 / n1 = U2 / U1

Трансформаторы являются неотъемлемой частью почти всех радиоустройств, электромедицинских устройств и т.д. В этом случае часто используется автотрансформатор, устройство, похожее на трансформатор, но только с одной обмоткой, в которой выполняются функции первичной и первичной обмоток вторичные обмотки трансформатора совмещены. Пусть обмотка автотрансформатора имеет n витков. Напряжение питания U1 подается на n1 витков обмотки.

Нагрузка подключается к клеммам n2 витками. Катушки n1 первичные. Ток в первичных витках формирует магнитный поток в сердечнике, связанный со всеми n витками обмотки. В этом случае электродвижущая сила индуцируется во всех n витках, которые в n1 витках и т.д. Связаны с самоиндукцией, а в остальных витках – и т.д. С индукцией. Электродвижущая сила в каждом кольце имеет одинаковое значение Ei и одинаковое направление. Итак, подключив нагрузку к n2 виткам, которые являются вторичными витками (неважно, n2> n1 или n2> n1), получается напряжение на нагрузке:

U2 = Ein2.

При этом приложенное напряжение U1 уравновешивается обратной электродвижущей силой самоиндукции, возбуждаемой за n1 витков, то есть U1 = Ein1. Следовательно, вы можете создать отношения, похожие на трансформер:

U2 / U1 = EiN2 / Ein1 = n2 / n1

Автотрансформатор

Автотрансформатор часто используется для регулирования напряжения или для обеспечения нормального напряжения на нагрузке (радиоприемники, телевизоры, электронные медицинские устройства и т.д.) во время колебаний напряжения в сети. В этом случае обмотка автотрансформатора имеет несколько отводов, которые подключаются к контактам переключателя.

Напряжение сети подается на начало обмотки и на средний контакт переключателя P. Нагрузка переключается между крайним выводом и подвижным контактом переключателя. Если переключатель расположен на среднем контакте, напряжение питания будет подаваться на нагрузку без изменений. Если напряжение в сети ниже нормального, переведите переключатель на большее количество оборотов.

Когда напряжение в сети выше нормального, верно обратное. Для удобства настройки к выходу автотрансформатора подключен вольтметр. В лабораторных работах часто используется автотрансформатор с плавной регулировкой вторичного напряжения в широком диапазоне.

Конструкция однофазного трансформатора

Любой однофазный трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Благодаря этому результирующее электрическое напряжение изменяется до желаемого значения. Полученный таким образом ток увеличивается за счет того, что мощность эффективно передается без потерь. Из этого следует, что основное использование такого устройства – получение напряжения, необходимого для решения проблемы, после чего его можно использовать для определенных целей.

Разобраться в работе устройства поможет подробный анализ конструкции трансформатора. Он состоит из следующих основных частей:

• Сердечник из материалов с ферромагнитными свойствами;
• Две катушки, вторая на отдельной раме;
• Защитный чехол (имеется не во всех моделях).

Конструкция однофазного трансформатора

Из чего состоит трансформатор

Сердечник каждого трансформатора – это замкнутый сердечник, который действует как магнитная цепь. Для его изготовления используется электротехническая сталь в виде листов, толщиной 0,35 – 0,5 мм. Изолированные медные провода наматываются на магнитопровод.

Участки сердечника с витками называются стержнями, а участки без витков – ярмами. Обмотка, на которую подается электричество, называется первичной. Другая обмотка, из которой выходит преобразованный ток, называется вторичной обмоткой. Оба разделены электрической изоляцией, за исключением автоматических трансформаторов.

Назначение и устройство

Любой однофазный трансформатор на 220 Вольт – это электрическое устройство, которое работает только в цепях переменного тока. С его помощью происходит преобразование входного напряжения в нужное значение (чаще всего оно уменьшается). В этом случае ток, снимаемый со вторичной обмотки, увеличивается, так как мощность передается практически без потерь. Отсюда следует, что основное назначение этого устройства – получить необходимое напряжение для поиска неисправностей, а затем использовать его для определенных целей.

Знание конструкции трансформатора, который состоит из следующих основных элементов, поможет получить более полное представление:

• ферромагнитный сердечник;
• первичная и вторичная батареи, размещенные на изолированном каркасе;
• защитный чехол (в некоторых моделях этот элемент отсутствует).

В некоторых образцах вместо ферромагнетиков используется электросталь или пермаллой. Выбор конкретного типа материала сердечника зависит от области использования самого изделия.

Принцип работы

Однофазный трансформатор работает по определенному закону, при котором переменное электромагнитное поле, текущее в цепи, индуцирует электродвижущую силу в проводнике, расположенном поблизости. Действие называется законом электромагнитной индукции, открытым Майклом Фарадеем в 1831 году. В результате подтверждения закона ученый создал общую теорию, которая используется в работе огромного количества современных электрических устройств.

Когда первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, в витках этой обмотки протекает переменный ток I1, который создает переменный магнитный поток в сердечнике (магнитопроводе). Замыкаясь в сердечнике, этот поток блокируется с первичной и вторичной обмотками и наводит в них ЭДС, пропорциональную количеству витков W.

Принцип работы трансформатора

В первичной обмотке ЭДС самоиндукции: во вторичной обмотке ЭДС взаимной индукции: При подключении к вторичной обмотке I2 потечет к нагрузке и установится U2.

Виды трансформаторов

Современные устройства-трансформеры имеют множество разновидностей и используются в самых разных областях.

Силовые трансформаторы

Дистанционная передача электроэнергии осуществляется с помощью силовых трансформаторов. Эти низкочастотные устройства выполняют прием и преобразование. Свое название они получили благодаря работе с напряжением, которое может достигать более 1000 киловольт.

В городах такие трансформаторы понижают напряжение до 0,4 кВ, превращая его в 380 или 220 вольт, которые необходимы для нормального потребления. Эти устройства оснащены двумя, тремя и более обмотками, что позволяет одновременно преобразовывать напряжение от нескольких генераторов. Нормальный температурный баланс поддерживается с помощью трансформаторного масла, а в особо мощных устройствах дополнительно устанавливается активная система охлаждения.

Сетевые трансформаторы

До недавнего времени однофазные сетевые трансформаторы устанавливались практически во всех электрических устройствах. С помощью этих устройств нормальное сетевое напряжение 220 вольт было снижено до необходимого уровня 5, 12, 24 и 48 В.

В сетевых трансформаторах практиковалось устанавливать одновременно несколько вторичных обмоток. Эта конструкция подавала питание на разные части схемы от разных источников питания одновременно. Например, в схемах с радиолампами обязательно присутствовал трансформатор накаливания.

В современных устройствах этого типа используются W-образные, тороидальные или стержневые сердечники. В их основе лежат листы из электротехнической стали. Благодаря тороидальной форме магнитопровода трансформаторы более компактны, обмотка проходит по всей поверхности, не оставляя пустых участков ярма.

Автотрансформаторы

Автотрансформаторы – это также низкочастотные устройства, в которых первичная и вторичная обмотки дополняют друг друга. Между ними существует не только магнитная, но и электрическая связь. Одна обмотка оснащена несколькими выводами одновременно, что позволяет получать разные значения напряжения. Эти устройства имеют более низкую стоимость, поскольку для обмоток требуется меньше проволоки и для сердечника меньше стали. Следовательно, общий вес устройства также уменьшается.

Режимы работы

Как и любое преобразовательное устройство, трансформатор имеет два режима работы:

• так называемые «неактивные»;
• режим загрузки.

В режиме ожидания устройство работает без нагрузки и потребляет минимум рассеиваемой мощности только в первичной обмотке. Ток в нем также минимален и обычно не превышает 3-10% от наблюдаемого значения при подключенной нагрузке. Во втором случае в витках вторичной обмотки начинает течь ток, величина которого обратно пропорциональна количеству витков катушки.

В понижающем трансформаторе напряжение ниже, а ток выше. В этом режиме мощность передается на нагрузку с учетом тепловыделения в сердечнике трансформатора.

В чем его достоинства и недостатки

Любое электрическое устройство имеет ряд достоинств и недостатков. Однофазные электрические трансформаторы – не исключение. У них больше преимуществ, чем недостатков. Основные из них:

• имеют один из самых высоких коэффициентов полезного действия (КПД), который составляет 98 %;
• отлично охлаждаются и обладают большей устойчивостью к перегрузкам и кратковременным скачкам напряжения;
• экологическая безопасность сухого вида. Они не содержат масла, а значит, ничто не может нанести вред окружающей среде даже после утилизации;
• нет необходимости соблюдать особые противопожарные меры в местах установки трансформаторов;
• относительно небольшой размер, позволяющий устанавливать устройства в небольших помещениях.

Эти устройства не лишены ряда недостатков, которые зависят от типа и места применения:

• сложное обслуживание, если прибор в масле. Его необходимо регулярно проверять на предмет отказов и протечек резиновых уплотнителей, замена которых достаточно сложна;
• сухие однофазные приборы плохо переносят повышенную влажность, ветер, химические и физические воздействия, а также загрязнения;
• высокая стоимость сухих трансформаторов по сравнению с масляными.

Обычное устройство для однофазных сетей

Устройство и принцип работы однофазного двухобмоточного трансформатора

Назначение, область применения и классификация трансформаторов

Трансформеры.

Трансформатор – это электромагнитное устройство, используемое для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения без изменения частоты.

Необходимость преобразования, то есть увеличения и уменьшения переменного напряжения, вызвана необходимостью передачи электрической энергии на большие расстояния. Чем выше значение передаваемого напряжения, тем меньше ток при той же мощности генератора. Следовательно, для передачи энергии потребуются провода меньшего сечения, что приведет к экономии цветных металлов, снижению веса и стоимости линий электропередачи (ЛЭП). Кроме того, с уменьшением тока потери мощности в линиях передачи уменьшаются ∆P = I2Rl.

По применению трансформаторы можно разделить на следующие типы:

1. Силовые трансформаторы, используемые в сетях передачи и распределения.

2. Автотрансформаторы с постепенной регулировкой выходного напряжения и используемые для его изменения (регулирования).

3. Измерительные трансформаторы, используемые как элементы измерительных приборов.

4. Трансформаторы специального назначения (печь, пайка, пик, изоляция и т.д.)

Используемые в настоящее время изоляционные материалы позволяют повысить напряжение в ЛЭП до 1250 кВ.

Трансформатор состоит из ферромагнитного (стального) сердечника (ФМС) и двух обмоток: первичной с числом витков W1, на которую подается напряжение источника U1, и вторичной – с числом витков W2, на клеммах которых напряжение U2 Сердечник трансформатора собирается из отдельных листов электротехнической стали (толщиной 0,3-0,5 мм), изолированных друг от друга для уменьшения потерь на вихревые токи.

Работа трансформатора основана на принципе взаимной индукции. При включении первичной обмотки W1 переменным напряжением U1 в ней появится ток I0, который, протекая по виткам W1, вызовет появление магнитного потока первичной обмотки, состоящей из основных или, по-другому, рабочий поток Ф, замыкающийся по сердечнику, и поток дисперсии Фδ1, замыкающийся в воздухе (рис. 4.3.). Электричество передается от первичного к вторичному через рабочий процесс.

Переменный синусоидальный рабочий магнитный поток, основанный на законе электромагнитной индукции, индуцирует в первичной обмотке ЭДС самоиндукции E1, а во вторичной обмотке – ЭДС взаимной индукции E2, которая создает напряжение U2 на выводах ‘ вторичная обмотка.

Если к вторичной обмотке трансформатора подключить нагрузку Zн (рис. 4.4.), В ней появится ток I2, который, протекая по виткам W2, вызовет появление магнитного потока во вторичной обмотке. Этот поток состоит из потока Ф2, закрытого в активной зоне, и вытекающего потока Фδ2, закрытого в воздухе.

Вторичный поток F2, согласно правилу Ленца, всегда направлен навстречу потоку первичной обмотки и стремится его уменьшить. Уменьшение расхода Ф приведет к уменьшению ЭДС E1. В результате разница между напряжением U1 и ЭДС E1 увеличится, что приведет к увеличению тока обмотки I0 до тока I1, который компенсирует магнитный поток Ф2 (рисунок 4.4). Таким образом, общий рабочий магнитный поток F1 – F2 останется неизменным и примерно равен начальному потоку F, приложенному к обеим обмоткам трансформатора.

Переменные потоки магнитной дисперсии первичной и вторичной обмоток Фδ1 и 2 связаны с одной из обмоток и наводят в них соответствующие ЭДС дисперсии Еδ1 и 2.

Классификация однофазных трансформаторов

Силовой трансформатор

Трансформатор используется для преобразования электрической энергии в сетях и устройствах, используемых для получения и использования необходимого количества электроэнергии. «Мощность» означает работу под высоким напряжением. Применение силовых трансформаторов обусловлено несколькими показателями рабочей мощности линий электропередач, сетей в черте города, выходного напряжения конечных объектов, а также общей работы электрических устройств и машин. Мощность колеблется от нескольких вольт до сотен киловатт.

Автотрансформатор – один из типов преобразователя, в котором первичная и вторичная обмотки не разделены, а напрямую соединены друг с другом. В связи с этим между ними формируются как электромагнитная, так и электрическая связь. Обмотка сопровождается минимум тремя проводниками, при подключении к каждому из них можно использовать разные мощности. Главное достоинство такого трансформатора – высокий КПД, поскольку преобразуется не все напряжение, а только его часть. Разница особенно заметна, когда входная и выходная мощность немного отличаются.

Трансформатор тока

Этот трансформатор в основном используется для снижения первичного тока до желаемого значения, подходящего для применения в схемах измерения, защиты, регулирования и сигнализации. Кроме того, он используется в гальванической развязке (передача электричества или сигнала от подключенных электрических цепей, при этом между ними отсутствует электрический контакт).

Нормированное значение параметров тока вторичной обмотки – 1 А или 5 А. Первичная обмотка трансформатора постепенно включается в цепь с нагрузкой, при этом контролируется переменный ток, измерительные приборы подключаются к вторичная обмотка.

Вторичная обмотка трансформатора тока должна постоянно находиться в режиме короткого замыкания. Фактически при любом варианте отключения цепи обеспечивается высокая мощность, способная исключить изоляцию и выход из строя включенных устройств.

ТТ высокого напряжения (слева) и ТТ низкого напряжения (справа)

Подробнее о трансформаторе тока.

Трансформатор напряжения

Такой трансформатор получает энергию от источника напряжения. Он в основном используется для изменения высокого напряжения на низкое в различных цепях, включая релейные измерения, защиту и автоматизацию. Он имеет возможность изолировать цепи защиты и измерения от цепей большой мощности.

Телевизор высокого напряжения (слева) и телевизор низкого напряжения (справа)

Узнать больше о TN.

Импульсный трансформатор

Он используется для модификации импульсных сигналов с точной импульсной характеристикой до десятков микросекунд. В этом случае форма импульса сопровождается лишь незначительным искажением. Основное назначение импульсного трансформатора – передача электрического импульса прямоугольной формы. Он используется для преобразования коротких импульсов видео напряжения, часто воспроизводимых с высокой скважностью.

Важным параметром при использовании импульсного трансформатора является тип неискаженной передачи систем импульсного напряжения. При воздействии на вход устройства разной мощности важно получить напряжение, точно совпадающее с той же формой, возможно, с другой амплитудой или другой полярностью.

Типы импульсных трансформаторов

Как расшифровать данные

Трансформаторы обозначаются в виде набора букв и цифр вида ХХХХХХ – 1234/1234 – Х1, где вместо буквы «Х» ставится некая буква, которая по порядку показывает тип, количество фаз, как множество низковольтных обмоток, система охлаждения и специальные обозначения для специальных типов трансформаторов.

Не всегда все буквы будут присутствовать в обозначении трансформатора, их наличие в маркировке зависит только от наличия этих характеристик.

Цифровые обозначения отражают основные характеристики трансформаторов: номинальную мощность, номинальный класс напряжения обмотки ВН, а последние две цифры обозначают год начала производства.

Тип

Если в начале символа стоит буква «А», значит перед вами автотрансформатор. Если он отсутствует, силовой трансформатор является повышающим или понижающим.

Количество фаз

Для обозначения количества фаз используются буквы «Т» – трехфазный и «О» – однофазный.

Читайте также: Как проверить аккумулятор мультиметром и узнать напряжение?

Расщепленная обмотка

За этой буквой следует информация о разделенной обмотке – «П». Это означает, что есть две или три обмотки на понижающем напряжении.

Отвод тепла

Система охлаждения обозначается следующими буквами:

• В – трансформатор сухой, то есть воздушного охлаждения;
• СЗ – то же, но в защищенном варианте;
• ПГ – герметичный с воздушным охлаждением;
• СД – воздушное охлаждение с вентилятором;
• М – масляное охлаждение с естественной циркуляцией;
• D – масляный бак охлаждается вентилятором (нагнетателем);
• C – принудительная циркуляция масла;
• DC – это комбинация двух методов охлаждения: обдува и циркуляции.

Число обмоток

После системы охлаждения может стоять буква «Т», обозначающая трехобмоточный трансформатор. Интересно, что двойная обмотка не имеет символа.

Регулировка напряжения под нагрузкой

Если количество витков трансформатора можно изменить, не отключая электрическую цепь, в этом случае это означает, что напряжение можно регулировать под нагрузкой, и обозначается буквой «H». В регулировке с отключением – переключение без возбуждения – буква отсутствует.

Исполнение

Есть устройства со специальными дизайнерскими решениями. Подвесные трансформаторы обозначаются буквой «П», с литой изоляцией – «L», энергосберегающие – буквой «E», а улучшенные – буквой «U».

Назначение

В зависимости от области применения в конце маркировки может быть буква с информацией об этом. Для работы в самой электростанции – «С», при использовании на железных дорогах – «F», на металлургических предприятиях – «М».

Особые обозначения

Существуют отдельные категории трансформаторов, для которых применяются разные обозначения. В частности, это трансформаторы тока и напряжения. Тип сразу указывается в начале буквенного кода: «T» для первого типа и «H» для второго. Информация о способе установки следующая: «P» для контрольных точек, «O» для точек опоры и «W» для сборных шин. Изоляция также обозначается специальными буквами: «L» – для литой изоляции, «F» – для фарфора и «B» – для интегрированной изоляции.

Цифры

Цифровая маркировка дает только самые основные характеристики трансформатора. Цифры, следующие за чертой сразу после букв, обозначают номинальную мощность в киловольт-амперах (кВА). Затем через косую черту указывается мощность обмотки, а для автотрансформаторов через другую полосу – класс напряжения обмотки. Далее указывается климатический вариант, то есть условия местности, в которых данный экземпляр может работать («Y» – для умеренных зон, «X» – для холодных и т.д.) в тип помещения – на открытом воздухе или в помещении. В некоторых случаях прочерк обозначает год выпуска или начало выпуска устройств данной конструкции.

Что такое однофазный трансформатор

Электроустановка, содержащая две или более индуктивно связанных катушки, называется трансформатором. Это устройство способно преобразовывать электрический ток одной силы в переменный ток разной силы. На данный момент особой популярностью пользуются трехфазные и однофазные электрические трансформаторы.

Схема простейшего однофазного трансформатора

Типичное однофазное устройство представляет собой замкнутый ферромагнитный сердечник, обернутый вокруг первичной и вторичной катушек. Для уменьшения закрученных токов сердечник состоит из тонких слоев (полмиллиметра) специальной стали.

Примечание! На схемах трансформаторов обычно используются положительные направления всех величин, характеризующих рабочие процессы. Это происходит из-за того, что первичная катушка является приемником энергии, а вторичная – источником.

Трансформатор однофазный НДК-50ВА 230/24 МЭК

Как работает однофазный трансформатор

Работа этого устройства заключается в соблюдении законов электромагнетизма. Когда первая обмотка подключена к источнику питания, через нее начинает течь переменный ток, создавая магнитные токи переменного знака в ферромагнитном сердечнике. Когда этот поток замкнут в сердечнике, он блокирует первичную и вторичную катушки и создает в них электродвижущую силу, пропорциональную количеству витков катушки.

Важно! Когда ток проходит через первичную обмотку, он создает с ее помощью магнитное поле, пронизывающее не только эту обмотку, но и вторичную.

Принцип действия и рассеяние магнитных волн

В чем его достоинства и недостатки

Любое электрическое устройство имеет ряд достоинств и недостатков. Однофазные электрические трансформаторы – не исключение. У них больше преимуществ, чем недостатков. Основные из них:

• имеют один из самых высоких выходов (КПД), который составляет 98 %;
• отлично охлаждаются и обладают большей устойчивостью к перегрузкам и кратковременным скачкам напряжения;
• экологическая безопасность сухого вида. Они не содержат масла, а значит, ничто не может нанести вред окружающей среде даже после утилизации;
• нет необходимости соблюдать особые противопожарные меры в местах установки трансформаторов;
• относительно небольшой размер, позволяющий устанавливать устройства в небольших помещениях.

Эти устройства не лишены ряда недостатков, которые зависят от типа и места применения:

• сложное обслуживание, если прибор в масле. Его необходимо регулярно проверять на предмет отказов и протечек резиновых уплотнителей, замена которых достаточно сложна;
• сухие однофазные приборы плохо переносят повышенную влажность, ветер, химические и физические воздействия, а также загрязнения;
• высокая стоимость сухих трансформаторов по сравнению с масляными.

Обычное устройство для однофазных сетей

Конструкция однофазного трансформатора

Самая простая конструкция однофазного силового трансформатора выглядит следующим образом: закрытый ферромагнитный стальной сердечник, расположенный внутри двух катушек (их может быть больше). Обмотка, подключенная к источнику электрической энергии, называется первичной. Катушка, подключенная к потребителю энергии, называется вторичной.

Примечание! Все параметры и значения в таком устройстве делятся на основные и второстепенные. Это зависит от того, где они наблюдаются (в конкретной обмотке) и на что они влияют.

В процессе протекания электрического тока через устройство в первичной катушке генерируются напряжение и сила намагничивания, возбуждая поток магнитных волн в стальном сердечнике. Этот поток в первой катушке возникает за счет силы самоиндукции, а во второй – взаимной индукции.

Конструкция аппарата

Назначение однофазного трансформатора

Установки трансформаторов широко используются в различных электрических сетях. Они являются незаменимыми частями всей электрической системы. Дело в том, что передача электроэнергии по сетям осуществляется при высоком напряжении (от 500 до 1000 кВ), и для передачи такой же мощности требуется гораздо менее сильный ток, что приводит к снижению потерь. На станции с помощью трансформаторов напряжение повышается передатчиком и понижается приемником.

Довожу до вашего сведения! Силовые устройства описаны выше, но есть еще измерительные и сварочные трансформаторы. В некоторых устройствах они используются для гальванической развязки цепи. Электротрансформаторы классифицируются как машины, хотя у них нет движущихся частей.

Соединительная коробка

Однофазный трансформатор широко применяется в электротехнике и электрических сетях. Благодаря простой конструкции и высокой эффективности область его применения расширилась от электростанций до бытовой техники.

В чем его достоинства и недостатки

Любое электрическое устройство имеет ряд достоинств и недостатков. Однофазные электрические трансформаторы – не исключение. У них больше преимуществ, чем недостатков. Основные из них:

• имеют один из самых высоких коэффициентов полезного действия (КПД), который составляет 98 %;
• отлично охлаждаются и обладают большей устойчивостью к перегрузкам и кратковременным скачкам напряжения;
• экологическая безопасность сухого вида. Они не содержат масла, а значит, ничто не может нанести вред окружающей среде даже после утилизации;
• нет необходимости соблюдать особые противопожарные меры в местах установки трансформаторов;
• относительно небольшой размер, позволяющий устанавливать устройства в небольших помещениях.

Эти устройства не лишены ряда недостатков, которые зависят от типа и места применения:

• сложное обслуживание, если прибор в масле. Его необходимо регулярно проверять на предмет отказов и протечек резиновых уплотнителей, замена которых достаточно сложна;
• сухие однофазные приборы плохо переносят повышенную влажность, ветер, химические и физические воздействия, а также загрязнения;
• высокая стоимость сухих трансформаторов по сравнению с масляными.

Обычное устройство для однофазных сетей

Основные параметры

Кроме того, следует отметить, что любой Т имеет некоторые параметры, отличающиеся от других трансформаторов. Кроме того, если вы понимаете эти зависимости, вы можете рассчитать и создать T своими руками.

Связь между ЭДС, возникающими в обмотках Т, зависит от количества витков каждой из них. Основываясь на том факте, что обмотки I и II перфорированы одним и тем же F, можно рассчитать следующее соотношение, основанное на общем законе индукции для мгновенных значений ЭДС:

1. Для первичной обмотки с числом витков w1: e1 = – w1 * dF / dt * E-8.
2. Для вторичного со скоростью w2: e2 = – w2 * dF / dt * E-8.

Отношение dФ / dt показывает величину изменения в единицу времени. Величина магнитного потока зависит от закона изменения переменного тока в единицу времени. На основе этих выражений получается следующая формула для отношения количества витков к ЭДС каждой обмотки:

е1 / е2 = w1 / w2.

Таким образом, можно сделать следующий вывод: величины ЭДС, наведенные в обмотках, также относятся друг к другу, как и количество витков обмоток. Для более простых обозначений вы можете сравнить значения e и U: e = U. Из этого следует, что e1 = U1 e2 = U2, и можно получить другое значение, называемое коэффициентом трансформации (k): e1 / е2 = U1 / U2 = w1 / w2 = k. По коэффициенту трансформации Т делятся на убывающие и возрастающие.

По убыванию идет T, из которых k меньше 1, и, следовательно, если k> 1, то оно увеличивается. При отсутствии потерь в проводах обмоток и разброса (они незначительны и ими можно пренебречь) вычислить основной параметр T (k) достаточно просто. Для этого вам нужно использовать следующий простой алгоритм нахождения k: найти отношение обмоток U (если обмоток больше 2, нужно искать соотношение для всех обмоток).

Однако расчет k – это только первый шаг для дальнейших расчетов или поиска неисправностей при наличии закороченных витков.

Для определения значений U следует использовать 2 вольтметра, точность которых составляет примерно 0,2-0,5. Кроме того, есть способы определить k:

1. По паспорту.
2. Практически.
3. Использование определенного моста (моста Шеринга).
4. Устройство, предназначенное для этой цели (UICT).

Следовательно, принцип работы однофазного трансформатора основан на простом законе физики, а именно: если проводник с числом витков n помещен в магнитное поле и это поле должно постоянно меняться с течением времени, то ЭДС должна быть порождается раундами. В этом случае верно и обратное утверждение: если проводник помещен в постоянное магнитное поле и движется вместе с ним, то в его обмотках начинает появляться ЭДС.

Эксплуатация изделий

При использовании однофазных преобразователей особое внимание уделяется безопасному обращению с ними, что объясняется высоким напряжением в первичных обмотках. Также важно учитывать следующие моменты, касающиеся правил установки и включения трансформаторов в электрические схемы:

• во избежание выхода из строя обмоток (перегорания) вторичные цепи должны быть защищены от короткого замыкания;
• важно следить за тепловым режимом сердечника и обмоток и при необходимости обеспечивать их охлаждение.

Уход за однофазным трансформатором сводится к стандартным процедурам, которые предусмотрены положениями действующего законодательства.