Все о трансформаторах – принцип работы, характеристики, свойство и применение

Что это за устройство

Трансформатор – это устройство, которое преобразует переменное напряжение (увеличивается или уменьшается). Трансформатор состоит из нескольких обмоток (двух и более), намотанных на общий ферромагнитный сердечник.

Если трансформатор состоит только из одной обмотки, он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневые, бронированные или тороидальные. Все три типа трансформаторов имеют схожие характеристики и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

В стержневых трансформаторах обмотка намотана на сердечник, а в стержневых трансформаторах обмотка включена в сердечник. В линейном трансформаторе обмотки хорошо видны, а из сердечника видны только нижняя и верхняя части.

Сердечник бронированного трансформатора скрывает практически всю обмотку. Обмотки линейного трансформатора расположены горизонтально, а в бронированном трансформаторе такое расположение может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Независимо от типа трансформатора, он включает следующие три функциональные части: магнитную систему трансформатора (магнитопровод), обмотки и систему охлаждения.

Схема опорного трансформатора тока.

Это прибор, первичная обмотка которого включена последовательно с рабочей цепью, а вторичная используется для измерений. Такие устройства используются не только в лабораториях для оценки количеств. Настоящее место трансформаторов тока возле электростанций, где они помогают управлять режимами, внося изменения в работу оборудования.

Довольно часто трансформаторы используются для передачи электроэнергии на большие расстояния. Непосредственно на энергопроизводящих предприятиях они могут значительно повысить напряжение, генерируемое источником переменного тока.

Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более дешевую передачу электроэнергии – потери электроэнергии в проводах значительно снижаются, и появляется возможность уменьшить площадь поперечного сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

Для желающих почитать материал по теме: малоизвестные факты о двигателях постоянного тока.

Область применения

Трансформаторы широко используются как в промышленности, так и в быту. Одно из основных направлений их промышленного применения – передача электроэнергии на большие расстояния и ее перераспределение.

Сфера деятельности компании Радиатех – цифровая радиография, иными словами компания занимается оборудованием неразрушающего рентгеновского контроля, которое позволяет найти дефекты сварных изделий, швов труб и мн.др.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как следует из названия, этот тип устройства используется при электросварке и для подачи энергии в электротермические системы. Трансформаторы тока обычно классифицируются по типу тока. Измеряемое напряжение имеет другую природу. Для измерений в цепи постоянного тока сигнал разбивается на импульсы. Прямое преобразование невозможно:

• для переменного тока;
• для постоянного тока.

По предварительной записи: мы уже упоминали, что трансформаторы тока (например, кВтч) часто используются для измерений. Названия систем, в которых персонал должен быть защищен для повышения безопасности.

Кроме того, довольно большая область применения трансформаторов – это питание различного оборудования. Трансформаторы делятся по назначению. Трансформаторы тока дистанционного измерения используются для обеспечения работы цепей измерения электрической энергии для защиты электрических линий и силовых автотрансформаторов. В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

• измерение – подача электроэнергии на приборы учета и контроля;
• защитный – подключен к защитным цепям;
• промежуточный – используется для конвертации.

Они доступны в различных размерах и исполнениях. Они могут быть размещены в корпусах небольших устройств или быть отдельными габаритными устройствами.

Принцип работы устройства

Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. Классическая конструкция состоит из металлического магнитопровода и электрически несвязанных обмоток из изолированного провода. Обмотка, на которую подается электричество, называется первичной. Второй – подключенный к устройствам, потребляющим ток, называется вторичным.

После подключения трансформатора к источнику переменного тока его первичная обмотка образует переменный магнитный поток. Через магнитопровод он передается на витки вторичной обмотки, вызывая в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии расходного устройства в цепи вторичной обмотки генерируется электрический ток.

Соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора прямо пропорционально отношению числа витков соответствующих обмоток. Это значение называется коэффициентом трансформации: Ktr = W1 / W2 = U1 / U2, где:

• W1, W2 – количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
• U1, U2 – входное и выходное напряжения соответственно.

Обмотки могут быть расположены в виде отдельных катушек или друг над другом. В маломощных устройствах обмотки выполняются из проволоки с ватной или эмалевой изоляцией.

Микротрансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20-30 мкм. Изоляционный материал представляет собой оксидную пленку, полученную естественным окислением фольги. Более подробно принцип работы трансформатора тока рассмотрен на видео:

Одним словом, принцип работы и устройство трансформатора тока заключается в подаче питания от источника электрической энергии. Наиболее актуальным является использование для уменьшения первичных индикаторов тока до значения, используемого в схемах измерения и защиты, сигнализации и управления.

Во вторичной обмотке фиксируются показания тока 5 А или 1 А. Измерительные устройства подключены к вторичной обмотке, а цепь, в которой измеряется ток, подключена к первичной. Для расчета тока во второй обмотке используются показания первичной обмотки, которые делятся на коэффициент трансформации.

Общая информация об устройстве

Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования тока переменной частоты с одним напряжением в переменный ток с другим напряжением, но с той же частотой на основе явления электромагнитной индукции.

Приборы используются во всех сферах жизнедеятельности человека: электроэнергетика, радиотехника, радиоэлектронная промышленность, бытовая сфера.

Конструкция

Устройство трансформатора предполагает наличие одной или нескольких отдельных катушек (ленты или проволоки) под одним магнитным потоком, намотанных на сердечник ферромагнетика.

Наиболее важными конструктивными частями являются следующие:

• обмотка;
• рамка;
• магнитопровод (сердечник);
• система охлаждения;
• система утепления;
• дополнительные части, необходимые в защитных целях, для установки, обеспечивающие доступ к выходящим частям.

В приборах чаще всего можно увидеть обмотки двух типов: первичная, на которую подается электрический ток от стороннего источника питания, и вторичная, с которой снимается напряжение.

Сердечник обеспечивает лучший обратный контакт обмоток, имеет пониженное сопротивление магнитному потоку.

Некоторые типы сверхвысоких и высокочастотных устройств являются продуктами без сердечника.

Производство устройств организовано по трем основным схемам намотки:

• бронированный;
• тороидальный;
• базовый.

Устройство стержневых трансформаторов подразумевает намотку обмотки на строго горизонтальный сердечник. В бронированных устройствах он заключен в магнитную цепь, расположенную горизонтально или вертикально.

Надежность, производительность, конструкция и принцип действия трансформатора приняты без какого-либо влияния принципа его изготовления.

Функционирование системы

Принцип работы силового трансформатора основан на электродвижущей силе, движущейся по обмоткам. Эти устройства работают только на переменном токе. Если подключить его к обмотке, будет создан магнитный поток. Он замыкается на магнитном приводе. В этот момент во второй обмотке появляется электродвижущая сила. Все катушки в системе магнитно связаны. Показатель ЭДС будет пропорционален количеству витков в обмотке.

Принцип работы понижающего или повышающего силового трансформатора включает несколько режимов. У каждого из них есть свои особенности.

В рабочем режиме напряжение подается на первичную обмотку, а нагрузка – на вторичную. В этом положении система способна обеспечивать электричеством подключенных к ней пользователей в течение длительного времени. Рабочий режим может быть выполнен с испытанием холостого хода и короткого замыкания.

Холостой ход возникает при разомкнутой вторичной обмотке. В этот период исключается протекание через нее тока. Этот режим позволяет определить КПД устройства, потери на намагничивание сердечника и коэффициент трансформации.

Короткое замыкание возникает при замыкании клемм вторичной обмотки. В этом случае следует занижать силу тока на входе на входе. На этом уровне вторичный ток генерируется без превышения. Представленная методика используется для определения уровня потерь в меди.

Аварийный режим определяется в случае неисправности системы. Рабочие параметры отклоняются от допустимых значений. Наиболее опасное состояние – короткое замыкание внутри обмоток. В этом случае может возникнуть пожар, что приведет к серьезному повреждению топливной системы. Для предотвращения возникновения аварии используются различные системы автоматической защиты, сигнализации и отключения оборудования.

Принцип работы

Принцип работы трансформатора основан на эффекте взаимной индукции. Подача тока переменной частоты от стороннего поставщика электроэнергии на входы первичной обмотки формирует магнитное поле с переменным потоком в сердечнике, которое проходит через вторичную обмотку и вызывает в нем образование электродвижущей силы. Короткое замыкание вторичной обмотки на электрическом приемнике вызывает прохождение электрического тока через приемник из-за действия электродвижущей силы, в то же время в первичной обмотке генерируется ток нагрузки.

Трансформатор предназначен для передачи преобразованной электрической энергии (без изменения ее частоты) во вторичную обмотку от первичной обмотки с напряжением, подходящим для работы пользователей.

Классификация установок

Разделение оборудования на классы зависит от различных параметров.

Это можно сделать:

1. Деловое свидание, встреча;
2. Способ установки;
3. Количество ступеней;
4. Тип утеплителя;
5. Номинальное напряжение.

По характеристикам использования устройства бывают:

• Измерение;
• Защитный;
• Средний.

Кроме того, первые делятся на трансформаторы тока и напряжения.

Давайте посмотрим на видео, принцип работы и виды трансформаторов:

Что касается установки, то такое оборудование можно размещать не только в помещении, но и на улице. Поэтому по этому параметру различают устройства следующих типов:

1. На открытом воздухе;
2. В помещении;
3. Стационарный;
4. Портативный.

Изоляция обмоток трансформатора может быть сухой, масляно-бумажной или композитной. Есть различия в количестве ступеней. В зависимости от этого параметра устройства делятся на:

• Одноступенчатый;
• Водопад.

Еще одной отличительной особенностью различных моделей может быть номинальное напряжение. По своему значению трансформаторы делятся на низковольтные и высоковольтные.

Кроме того, силовые устройства можно подключать к однофазным или трехфазным электрическим сетям.

Трансформаторы высокого напряжения часто охлаждаются маслом. Устройства этой серии отличаются высоким КПД и хорошими показателями защиты от перегрева. Они требуют минимального обслуживания во время эксплуатации.

По конструкции силовые трансформаторы делятся на имеющие следующие типы вводов:

• С превосходной изоляцией фарфорового покрытия;
• С масляным барьером;
• С пергаментной бумагой;
• С полимером.
• Втулка конденсатора;

Характеристики и расчет трансформатора

Обычно основные параметры устройства указываются в технической документации, входящей в его упаковку. Для трансформаторов это:

• Мощность и напряжение (номинальное);
• Максимальный ток обмотки;
• Габаритные размеры;
• Масса.

Давайте подробнее рассмотрим, что они означают. Номинальная мощность устройства рассчитывается и указывается производителем. Выражается в киловольт-амперах.

Номинальное напряжение складывается из первичного, для которого предусмотрена соответствующая обмотка, и вторичного, измеренного на клеммах. Значение этого параметра может быть изменено до 5% в сторону уменьшения или увеличения. Определить это можно, выполнив упрощенный расчет силового трансформатора.

Посмотрим видео, сделаем правильный расчет:

Номинальная мощность и сила тока устройства должны соответствовать действующим ГОСТам. Сегодня выпускаются сухие модели, в которых этот показатель может иметь следующее значение:

• 160;
• 250;
• 400;
• 630 кВА.

Мощность устройства обычно указывается в паспорте устройства, и, зная ее, можно рассчитать значение номинального тока. Для этого используется следующая формула:

I = S√3U, где S и U – номинальная мощность и напряжение.

В зависимости от того, для какой из обмоток рассчитывается текущее значение, значения, включенные в формулу, также изменятся. Расчет мощности силового трансформатора на нагрузку лучше доверить специалистам. Это позволит избежать неприятных моментов при эксплуатации.

Кроме того, номинальные напряжения считаются значением линейной величины в условиях холостого хода на обеих обмотках. Токи рассчитываются от мощности устройства. При выборе оборудования следует учитывать, что расчет силового тороидального трансформатора будет незначительно отличаться от приведенного выше. Вы можете найти информацию об этой проблеме в сети.

Особенности монтажа и эксплуатации

Большинство моделей электрооборудования тяжелые. Поэтому к месту установки их доставляют спецтранспортом. Кроме того, доставка оборудования осуществляется в собранном виде и полностью готовым к розжигу.

Посмотрим видео, запуск и диагностику оборудования:

Монтаж устройства осуществляется на заранее подготовленный фундамент или в специальном помещении. Чтобы при установке устройства подушки безопасности не образовывались под крышкой бачка сбоку, раскройте стальные пластины под роликами. Их толщина должна быть такой, чтобы получить увеличение на 1% вдоль узкой стороны и на 1,5% вдоль широкой стороны трансформатора. Длина проставок от 150 мм. Если вес устройства не превышает 2 тонны, то его устанавливают прямо на фундамент. В этом случае его корпус необходимо подключить к сети заземления.

Однако следует помнить, что перед установкой устройство проходит испытания в лабораторных условиях. В процессе проведения этих работ измеряется коэффициент трансформации и проверяется качество соединений. Также проверяют прибор повышенным напряжением изоляции, проверяют податливость трансформаторного масла.

После доставки на объект устройство подвергается внешнему осмотру. При этом обращено внимание на отсутствие протечек масла, посторонних шумов при работе. Состояние контактных втулок и соединений проверяется на объекте путем нагрева.

После запуска трансформатора необходимо периодически контролировать температуру. Измерения производятся стеклянными термометрами. Они погружены в специальный рукав, расположенный на крышке устройства. Температура здесь не должна превышать 95 ° C.

Чтобы избежать аварийных ситуаций в работе трансформатора, необходимо регулярно измерять нагрузки. Это поможет определить дисбаланс фаз, приводящий к искажению напряжения. Осмотр оборудования без выключения должен производиться каждые полгода. Но в зависимости от состояния устройства время может отличаться.

Отличие трансформатора тока от трансформатора напряжения

Одно из немногих отличий – это способ создания изоляции между двумя обмотками. Первичная обмотка трансформаторов тока изолирована по параметрам принимаемого напряжения. Вторичная обмотка заземлена.

Трансформаторы тока работают в условиях короткого замыкания, так как имеют низкое вторичное сопротивление. В этом назначение трансформаторов, измеряющих ток, а также отличие от трансформатора напряжения с точки зрения условий эксплуатации.

Для трансформатора напряжения в случае короткого замыкания его работа опасна из-за риска аварии. Для трансформатора тока такой режим работы вполне приемлем и безопасен. Хотя у таких трансформаторов тоже есть угроза аварии, они устанавливают свои защитные системы и устройства для этого.

Классификации

Трансформаторы классифицируются по ряду параметров, таких как:

• Деловое свидание, встреча. Они используются: для изменения напряжения, измерения тока, защиты электрических цепей, в качестве лабораторных и промежуточных устройств.
• Способ установки. В зависимости от положения и мобильности трансформатор может быть: фиксированным, переносным, внутренним, внешним, опорным, сборным.
• Количество ступеней. Устройства делятся на одноступенчатые и каскадные.
• Номинальное напряжение. Бывают низкое и высокое напряжение.
• Изоляция обмоток. Чаще всего используется масло-бумага, сухая, составная.

Кроме того, преобразовательные устройства бывают разных типов, каждое из которых имеет свою систему классификации.

Силовой

Самый популярный – силовой трансформатор. Устройства с прямым преобразованием переменного напряжения, рассчитанные на большую мощность, востребованы в различных отраслях электроэнергетики. Используются на линиях электропередачи напряжением 35–1150 кВ, в городских электрических сетях напряжением 6 и 10 кВ, при обеспечении конечных потребителей напряжением 220/380 В. С помощью устройств осуществляется электроснабжение поставляется для всех типов электроустановок и устройств в диапазоне от долей до сотен тысяч вольт.

Силовой трансформатор

Измерительные

Трансформаторы тока (ТТ) снижают ток до требуемых значений. Схема их работы отличается последовательным включением первичной обмотки и нагрузки. При этом вторичная обмотка, находящаяся в состоянии, близком к короткому замыканию, используется для подключения измерительных приборов, исполнительных устройств и индикаторов. С помощью ТА осуществляется гальваническая развязка, что позволяет отбрасывать шунты при измерениях.

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

С помощью трансформаторов напряжения (ТН) так же, как ТТ только напряжения. Помимо преобразования входных параметров, электрооборудование и его отдельные элементы защищены от высокого напряжения.

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

Тока

возможно последовательное соединение первичной обмотки с другими устройствами и получение гальванической развязки. Такие устройства называются трансформаторами тока. Первичная цепь таких устройств управляется изменением однофазной нагрузки, а вторичная катушка используется в цепях измерения или сигнализации. Второе название приборов – измерительные трансформаторы.

Особенностью работы измерительных трансформаторов является особый режим выходной обмотки. Работает в критическом режиме короткого замыкания. Когда вторичная цепь разомкнута, происходит сильное повышение напряжения, что может привести к выходу из строя или повреждению изоляции.

Трансформатор тока

Напряжения

Типичное применение – изоляция логических схем защиты от высокого напряжения для измерительных приборов. Трансформатор напряжения – это понижающее устройство, которое преобразует высокое напряжение в более низкое напряжение.

Импульсный

Если необходимо преобразовать сигналы импульсного характера, то используются импульсные трансформаторы (ИТ). Изменяя амплитуду и полярность импульсов, устройства сохраняют их длительность и практически не меняют форму.

Автотрансформатор

В автотрансформаторах обмотки образуют цепь и взаимодействуют посредством электромагнитной и электрической связи. В отличие от преобразователей других типов, устройства могут содержать только 3 выхода, что позволяет работать с разными напряжениями. Устройства отличаются высоким КПД, что особенно актуально при небольшой разнице входного и выходного напряжения.

Однофазный (слева) и трехфазный (справа)

Без гальванической развязки представители этого типа увеличивают риск поражения нагрузкой высоким напряжением. Надежное заземление и низкий коэффициент трансформации – обязательные условия для работы устройств. Недостаток компенсируется меньшим расходом материалов при изготовлении, компактностью и массой, стоимостью.

Разделительный

Для развязывающих трансформаторов взаимодействие между обмотками исключено. Устройства повышают безопасность электрооборудования с поврежденной изоляцией.

Изолирующий трансформатор

Согласующий

Согласующие трансформаторы используются для выравнивания сопротивлений между ступенями электронных схем. Сохраняя форму волны, они действуют как гальваническая развязка.

Пик-трансформатор

С помощью пикового трансформатора синусоидальное напряжение преобразуется в импульсное. В этом случае импульсы меняют полярность с каждым полупериодом.

Сдвоенный дроссель

Особенностью двойного пускателя является идентичность обмоток. Взаимная индукция катушек делает его более эффективным, чем стандартные дроссели. Устройства используются в качестве входных фильтров в источниках питания, аудио и цифровой технике.

Двойной стартер

Вращающиеся

Они используются для обмена сигналами с вращающимися катушками. Конструктивно они состоят из двух половин магнитопровода с катушками. Эти части вращаются относительно друг друга. Обмен сигналами происходит на высокой скорости.

Сварочный

Помимо вышеперечисленного, существует понятие сварочных трансформаторов. Специализированные устройства для сварочных работ снижают напряжение домашней сети за счет увеличения силы тока, измеряемой тысячами ампер. Последнее регулируется путем разделения обмоток на секторы, что отражается на индуктивном сопротивлении.

Сварочный трансформатор

Обозначение на схемах

Трансформаторы наглядно представлены на схемах подключения. Обмотки обозначены символами, которые разделены магнитной цепью в виде толстой или тонкой линии (см. Рис. 9).

Пример обозначения

В схемах трехфазных трансформаторов обмотки начинаются со стороны сердечника.

Области применения

Помимо преобразования напряжений в электрических сетях, трансформаторы часто используются в источниках питания для электронных устройств. В основном это автотрансформаторы, которые одновременно подают разное напряжение на разные узлы.

Сегодня все чаще используются бестрансформаторные источники питания. Однако там, где требуется мощность с мощным переменным током, без электромагнитных устройств не обойтись.

Как работает трансформатор

Трансформатор работает по взаимной индукции. Во-первых, давайте посмотрим, что такое индукция.

Что такое индукция

Если через провод пропускается электрический ток, создается магнитное поле.

Магнитное поле является неотъемлемой частью электрического. А электрическая энергия хранится в магнитном поле.

В постоянных магнитах наличие магнитного поля объясняется направлением «доменов в одном направлении». Каждый атом имеет собственное небольшое магнитное поле. У постоянных магнитов эти небольшие магнитные поля направлены в одном направлении. Вот почему постоянный магнит имеет такое сильное магнитное поле.

И другие материалы могут быть намагничены, например, направить магнитные поля в одном направлении. Это создаст искусственно созданный магнит.

Кстати, у ремонтников очень популярен магнит, который намагничивает и размагничивает отвертки. Такими отвертками удобно пользоваться, так как винтики и шурупы останутся на отвертке и не выпадут при неосторожном движении.

А индуктивность – это способность материала создавать магнитное поле, когда электрический ток течет через этот материал.

Чем больше материал может создавать магнитное поле, тем больше его индуктивность.

Магнитное поле можно увеличить, создав катушку.

Просто возьмите нить и оберните ею рамку. И магнитные поля катушек складываются.

Это индуктор.

Провод в индукторе должен быть изолирован. Потому что, если хотя бы один виток замкнуть накоротко, магнитное поле будет неравномерным. Между витками произойдет короткое замыкание, в результате чего магнитное поле потеряет однородность.

Если подать на катушку постоянный ток, магнитное поле также будет постоянным. Это не изменится. Что делать, если вы отключите катушку от источника? Тогда наступит явление самоиндукции. По мере уменьшения тока не остается ничего, что могло бы поддерживать магнитное поле. И так вся энергия, которая была в магнитном поле, превращается в электрическую.

Изменение магнитного поля создает электрическое поле.

Увеличение индуктивности сердечником

Как увеличить индуктивность? Только по количеству витков и диаметру провода? На индуктивность также влияет окружающая среда. Воздух – не лучший материал для хранения или передачи магнитных полей. Обладает низкой магнитной проницаемостью. Кроме того, это значение изменяется при изменении плотности и температуры воздуха. Поэтому для увеличения индуктивности используются ферромагнетики. К ним относятся железо, никель, кобальт и др.

Если сделать из таких материалов сердечник в центре катушки, можно увеличить индуктивность катушки.

Ферромагнетики используются для изготовления сердечников (магнитных цепей). В основном они используют электротехническую сталь, специально изготовленную для этих целей.

Кстати, теперь индуктивность сердечника регулировать намного проще. Просто плавно переместите сердечник внутри катушки, и индуктивность изменится плавно. Это удобнее, чем сдвигать кривые друг от друга.

Взаимоиндукция и принцип передачи тока

Поскольку в одной катушке можно накапливать энергию из-за магнитного поля, можно передавать эту энергию другой катушке.

Допустим, есть две одинаковые катушки индуктивности. Один запитан, другой нет.

Когда питание подключено, первая катушка будет иметь магнитное поле. А если поднести вторую катушку ближе к первой, во второй катушке наведется ЭДС из-за магнитного поля первой.

Но ЭДС второй катушки долго не протянет. Если к первой катушке приложить постоянное напряжение, магнитное поле также будет постоянным.

А электрический ток возникает только в переменном магнитном поле. Следовательно, ток во второй катушке исчезнет сразу же, как только стабилизируется магнитное поле.

Если мы изменим полярность на первой катушке, ее магнитное поле изменится. Это означает, что он изменится и во второй катушке. Это снова вызывает ток во второй катушке, но ненадолго.

Для непрерывной передачи тока от первой катушки ко второй требуется источник переменного тока. Переменный ток создает переменное магнитное поле. А переменное магнитное поле, пронизывающее проводник, создает в нем переменный индуцированный ток.

И поэтому, если на первую катушку подать переменное напряжение, также возникнет переменное магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует электромагнитное поле во второй катушке, и ток будет во второй катушке.

Это явление называется взаимной индукцией. Когда из-за индуктивности ток из одной части цепи может передаваться в другую с помощью электромагнитного поля.

Многие путают электромагнитную индукцию и взаимную индукцию. Но это разные явления, хотя принцип действия во многом схож.

Кроме переменного тока, можно также использовать импульсный ток, при котором больше и меньше местами не меняются. Главное, соблюдать правило: сила тока должна менять свое значение. И тогда будет переменное магнитное поле.

Кстати, при работе балластов и ламп издаваемый ими гул – это звук катушек или их сердечников. Это связано с индукцией. Магнитное поле из-за разного направления катушек частично смещает катушки и ядра, поэтому появляется один и тот же звук. Это касается и электродвигателей. Поэтому такие детали залиты смолой или компаундом, чтобы уменьшить производимый звук.

Устройство трансформатора

Что, если бы катушки были другими? Таким образом, вы можете преобразовывать напряжение из одного значения в другое. Так работает трансформатор. Трансформатор преобразует напряжение первичной обмотки в напряжение разной величины на вторичной обмотке.

Трансформатор работает только с переменным током, импульсным или любым другим, значение которого со временем меняется.

Трансформатор преобразует ток и напряжение, но не позволяет увеличить мощность. Напротив, из-за нагрева он поглощает некоторую мощность. И, несмотря на это, его КПД может достигать 99%.

Классический трансформатор

Разберем устройство классического трансформатора.

Его основная функция – уменьшить или увеличить напряжение источника питания. Работает за счет сетевого напряжения и низкой частоты (от 50 Гц). Частота переменного тока важна для расчетов.

Классический трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, а также сердечника (магнитопровода).

На первичную обмотку подается напряжение, которое необходимо преобразовать. А со вторичной обмотки снимается напряжение, полученное за счет взаимной индукции. Сердечник увеличивает магнитный поток.

Как происходит трансформация? Это просто. Можно рассчитать индуктивность первичной и вторичной обмоток. Если требуется низкое напряжение, вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная. Поскольку первичка работает за счет сетевого напряжения, то она рассчитана на 220В с небольшим запасом из-за колебаний сети.

Вторичное напряжение не в фазе относительно первичного. Это связано с явлением взаимной индукции. График показывает приблизительную разницу синусоид.

Трансформаторы могут быть источниками фазовых искажений. Сигналы изменяются по фазе из-за индуктивности, как показано на графике выше.

На принципиальных схемах классический трансформатор обозначен двумя катушками с сердечником.

Следовательно, если у трансформатора несколько вторичных обмоток, количество катушек в цепи будет другим.

Количество обмоток на трансформаторе может быть любым. Может быть несколько первичных и вторичных обмоток. А есть трансформаторы с общей точкой для двухполюсного питания.

Кстати, если вы думаете, что у трансформатора нет сторон, таких как диоды или транзисторы, то вы ошибаетесь. Трансформатор также имеет начало и конец обмотки. На принципиальных схемах обозначение начала обмотки указано точкой и цифрами.

Зачем это нужно? Дело в том, что магнитная индукция имеет свое направление, и на этом основан весь принцип работы схемы. Если вы подключите обмотку не так, как показано на схеме, вся схема перестанет работать так, как задумано изначально. Другой пример – трехфазные электродвигатели. Для них для правильной работы важно знать начало и конец намотки.

Коэффициент трансформации

Трансформеры имеют понятие трансформационных отношений. Это соотношение его входных и выходных характеристик (отношение количества витков первичной обмотки к вторичной).

Например, при уменьшении трансформатора с 220 В до 12 В его коэффициент больше единицы, то есть K <1. А если вниз, наоборот, K> 1. Коэффициент разделения равен 1.

От чего зависит мощность трансформатора

При расчете учитываются следующие параметры:

• Размеры магнитопровода (сердечника);
• Количество кругов;
• Сечение провода;
• Количество обмоток;
• Частота работы.

И все эти значения меняются в зависимости от проектной мощности и требуемых параметров.

Типы классических трансформаторов

Классические трансформаторы по типу магнитопровода и расположению катушек делятся на три основных типа:

Броня часто состоит из E (или W, как многие ее называют) пластин, которые изолированы друг от друга краской. В этом типе катушки заключены в сердечник, как и под якорь. Поэтому их так и называют.

И сердечник тоже может быть лентой, но положение витков от этого не меняется.

Однако с точки зрения эффективности преобразования мощности это не лучший вариант. Магнитный поток неоднороден. А бронированный трансформатор более уязвим для помех и помех извне. Но с другой стороны, у этого типа есть неоспоримое преимущество. Катушка наматывается довольно просто и сборка магнитопровода не составляет труда.

Такие трансформаторы часто используются в малогабаритной бытовой технике. Например, они часто встречаются в мощных компьютерных колонках.

Стержни различаются особенностями расположения катушек и конструкцией магнитопровода. Этот тип трансформатора еще называют U-образным, это связано с тем, что конструктивно сердечник такого трансформатора представляет собой ленту и собирается из узкой полосы электротехнической стали. А для установки катушек в сердечник он состоит из двух фигур в форме буквы П.

После установки двух катушек на первую часть сердечника вторая часть замыкает его при окончательной сборке.

Этот тип является противоположностью бронетранспортера. Такой трансформатор имеет обмотки снаружи, а у бронированного наоборот – изнутри.

Тороидальные трансформаторы являются наиболее эффективными и сложными в производстве. Сложности изготовления заключаются в том, что сердечник имеет форму тора. Он замкнут и легко размещает катушки как в сердечнике, так и в стержневом и якорном.

Утюг трансформатора можно разделить на две полукруглые части (как у П-образного трансформатора), но намотать обмотку нельзя. Он не будет таким плотным и однородным.

Поэтому витки наматываются прямо на сердечник. А это намного дольше и такой процесс сложнее автоматизировать. В результате цена на такой трансформатор будет выше.

Режимы работы трансформаторов

Есть три основных режима:
1. Режим ожидания. Первичная обмотка подключена к сети, а вторичная обмотка не подключена к нагрузке.

2. Способы загрузки. Это способ работы. Первичная обмотка преобразует сетевое напряжение, а вторичная принимает его и подает на нагрузку.

3. Режим короткого замыкания. Короткое замыкание вторичной обмотки. Это аварийный режим для большинства трансформаторов. В такой ситуации он может быстро перегреться и выйти из строя.

Все режимы и их критические параметры также зависят от типа трансформатора. Например, для трансформатора тока режим холостого хода аварийный.

Импульсные трансформаторы

Импульсные трансформаторы имеют другой тип действия. Они преобразуют напряжение в высокие частоты с помощью схемы управления. Конечно, из-за этого схема работы усложняется, но это позволяет накапливать большое количество энергии в катушках. Большим преимуществом перед традиционными трансформаторами является его компактность. Если классический трансформатор мощностью 100 Вт имеет большие размеры, импульсный трансформатор будет в десять раз меньше.

Одним из недостатков импульсных блоков питания является наличие импульсных помех. Но даже эти помехи можно сгладить. Поэтому все блоки питания компьютеров, ноутбуков и зарядных устройств часто изготавливаются на импульсных трансформаторах.

Импульсные трансформаторы также питают лампы подсветки в мониторах, которые освещают матрицу. Это касается TFT-мониторов.

Отличия импульсных трансформаторов от классических

Можно выделить несколько отличий тезиса:

• Частота работы;
• Основной состав;
• Габаритные размеры;
• Схема работы;
• Цена.

К тому же, как правило, импульсные трансформаторы имеют больше обмоток, чем классические.

Почему сердечник не делают сплошным

Сердечники (магнитопроводы) изготовлены из железных пластин, так как во время работы возникают вихревые токи. Их еще называют вихревыми токами. Эти токи возникают из-за индукции обмоток в сердечнике. В результате сердечник может перегреться и даже расплавить катушки.

Поэтому у низкочастотных трансформаторов сердечники состоят из изолированных друг от друга пластин.

Листы можно покрасить или заизолировать бумагой. Это уменьшает короткое замыкание в пластинах.

можно ли сделать сердечник твердым? Да, ты можешь. А в импульсных трансформаторах сердечники сделаны из ферромагнитной пыли, в которой частицы изолированы друг от друга. Его называют железным сердечником. Но это возможно только на высоких частотах, на которых работает импульсный трансформатор.

Схемы соединения обмоток силовых трансформаторов

В первичной обмотке каждая фаза должна быть распределена под углом 120 градусов. Первичная обмотка должна быть магнитно соединена со вторичной через нейтральные точки. Ток может иметь значительное количество нечетных компонентов. Если силовые трансформаторы подключены к каждой фазе, они могут вернуться в свое нормальное положение. Благодаря этой схеме вы узнаете, как сделать трансформатор своими руками.

Эта схема намотки считается самой простой. Также иногда уровень выходного напряжения может искажаться. Линейная технология соединения применяется редко. Сегодня выбор силовых трансформаторов значительно увеличился.

Измерительные трансформаторы.

Обслуживание и ремонт

Работа устройств связана с высокими значениями мощности. Поэтому их содержанию уделяется особое внимание. Ежедневно обслуживающий персонал проводит проверки, проверяет показания средств измерений.

В процессе обслуживания оцениваются следующие показатели:

1. Степень истощения устройства, впитывающего влагу.
2. Количество масла.
3. Изношены механизмы регенерации масла.
4. Наличие протечек, механических повреждений патрубков радиатора, корпуса.

Если на объекте нет круглосуточной службы персонала, периодический аудит проводится один раз в месяц. На трансформаторных подстанциях осмотр проводится каждые 6 месяцев.

При необходимости замените или долейте масло. Цвет проверяется визуальным осмотром. Если стемнеет, значит, он изменился. Раз в год и при капитальном ремонте проводится лабораторное исследование состава масла.

Чтобы разрушить оксидную пленку на медных и латунных элементах, установку каждые 6 месяцев отключают от электросети. Переключатель перемещается несколько раз во все положения. Эта процедура выполняется перед сезонными колебаниями нагрузки.

Электрооборудование – важный элемент электросети. Они работают круглосуточно, поэтому важно обращать внимание на специфику их выбора и обслуживания. Это одно из самых сложных, но чрезвычайно важных устройств.