Принципы работы трансформаторов. Принцип работы трансформаторовПринцип работы трансформатора | Онлайн журнал электрика electrical transformer Трансформатор — это статический (т. е. без передвигающихся частей) электрический аппарат однофазовый либо трехфазный, в каком явление взаимоиндукции употребляется для преобразования электронной энергии. Трансформатор конвертирует переменный ток 1-го напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения. Трансформатор имеет несколько электронных, изолированных одна от другой обмоток: однофазный более 2-ух, трехфазный более 6. Обмотки, соединенные с источником электроэнергии, называются первичными; другие обмотки, отдающие энергию во наружные цепи, именуются вторичными. На рис. схематически показаны первичная и вторичная обмотки однофазного трансформатора; они снабжены общим замкнутым сердечником, собранным из листовой электротехнической стали.  Механизм работы трансформатора Ферромагнитный сердечник служит для усиления магнитной связи меж обмотками, т. е. для того, чтоб большая часть магнитного потока первичной обмотки сцеплялась с витками вторичной обмотки. На рис. показан сердечник и 6 обмоток трехфазного трансформатора. Эти обмотки соединяются по схеме звезды либо треугольника. Для улучшения критерий остывания и изоляции трансформатор помещается в бак, заполненный минеральным маслом (продуктом перегонки нефти). Это так именуемый масляный трансформатор. При частотепеременного тока приблизительно выше 20 кгц применение железного сердечника в трансформаторах нецелесообразно из-за огромных утрат в стали от гистерезиса и вихревых токов. Для больших частот используются трансформаторы без ферромагнитных сердечников — воздушные трансформаторы // ]]> Если напряжение на зажимах первичной обмотки — первичное напряжение U1 меньше вторичного напряжения U2, то трансформатор именуется повышающим, если же первичное напряжение больше вторичного, то — понижающим (U1>(U2). В согласовании с относительной величиной номинального напряжения принято различать обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). Познакомимся коротко, с работой однофазового 2-ух обмоточного трансформатора со железным сердечником. Его рабочий процесс и электронные соотношения, можно считать характерными в главном для всех видов трансформаторов. Напряжение u1 приложенное к зажимам первичной обмотки, делает в этой обмотке переменный ток i1.Ток возбуждает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф. Вследствие повторяющегося конфигурации этого потока в обеих обмотках трансформатора – индуктируются э. д. с.  Трансформаторы е1= – w1 (?ф : ?t) и e2= – w2 (?ф :?t) Тут w1 и w2 — числа витков той и другой обмоток. Таким макаром, отношение э. д. е., индуктируемых в обмотках, равно отношению чисел витков этих обмоток: е1 : e2 = w1 : w2 это коэффициент трансформации трансформатора. Коэффициент полезного деяния трансформатора относительно очень высок — в среднем порядка 98%, что позволяет при номинальной нагрузке считать приближенно схожими пер вичную мощность, получаемую трансформатором, и вторичную мощность, им отдаваемую, т. е. p1 ? p2 либо u1i1 ? u2i2, и на основании чего i1 : i2? u2 : u1? w 2 : w 1 Это отношение моментальных значений токов и напряжений справедливо и для амплитуд и для действующих значений: L1: l2? w 2 : w 1?u2 : u1 т. е. отношение токов в обмотках трансформатора (при нагрузке, близкой к номинальной) можно считать оборотным отношению напряжений и чисел витков соответственных обмоток. Чем меньше нагрузка, тем больше оказывает влияние ток холостого хода и приведенное приближенное соотношение токов нарушается. При работе трансформатора совсем различна роль э. д, с. в его первичной и вторичной обмотках; э. д. с. ей индуктируемая в первичной обмотке, появляется как противодействие цепи изменению в ней тока i1. По фазе эта э. д. с. практически обратна напряжению. // ]]> Как в цепи, содержащей индуктивность, ток в первичной о б м о тке трансформатора i1=(u1 + e1) : r1 где г 1 — активное сопротивление первичной обмотки. u1, = —e1 + i1r1 = w t(?ф : ?t) + i1r1 которое можно прочесть как условие электронного равновесия: приложенное к зажимам первичной обмотки напряжение u1, всегда уравновешивается э. д. с. и падением напряжения в активном сопротивлении обмотки (2-ой член относительно очень мал). Другие условия имеют место во вторичной цепи. Тут ток i2 создается э. д. с. e1, играющей роль э. д. с. источника тока, и при активной нагрузке r/н во вторичной цепи этот ток  Дифференциальная защита силового трансформатора i2= l2 : (r2 +r/н) где r2— активное сопротивление вторичной обмотки. В первом приближении воздействие вторичного тока i2 на первичную цепь трансформатора, можно обрисовать последующим образом. Ток i2, проходя по вторичной обмотке, стремится сделать в сердечнике трансформатора магнитный поток, определяемый намагничивающей силой (н. с.) i2w2. Согласно принципу Ленца этот поток обязан иметь направление, оборотное направлению головного потока: по другому можно сказать, что вторичный ток стремится ослабить индуктирующий его магнитный поток. Но такое уменьшение головного магнитного потока Фт нарушило бы электронное равновесие: u1 = (-е1) + i1r1 потому что e1 пропорционально магнитному сгустку. Создается преобладание первичного напряжения U1, потому сразу с возникновением вторичного тока возрастает первичный ток, притом так, чтоб восполнить размагничивающее действие вторичного тока и, таким макаром, сохранить электронное равновесие. Как следует, всякое изменение вторичного тока должно вызвать соответственное изменение первичного тока; при всем этом фактически ток вторичной обмотки благодаря относительно малому значению составляющей i1r1 практически не оказывает влияние на амплитуду и нрав конфигураций во времени головного магнитного потока трансформатора, как следует, амплитуду этого потока Фт можно считать фактически неизменной. Такое постоянство Фт типично для режима трансформатора, у которого поддерживается постоянным напряжение U1, приложенное к зажимам первичной обмотки. elektrica.info Принцип работы трансформатора. Устройство и режимы работыЗдравствуйте, дорогие читатели! Сегодня поговорим про принцип работы трансформатора, рассмотрим его устройство и режимы работы. И так… В энергетике, электронике и других отраслях прикладной электротехники большая роль отводится преобразованиям электромагнитной энергии из одного вида в другой. Этим вопросом занимаются многочисленные трансформаторные устройства, которые создаются под различные производственные задачи. Одни из них, имеющие наиболее сложную конструкцию, выполняют трансформацию мощных потоков высоковольтной энергии, например 500 или 750 киловольт в 330 и 110 кВ или в обратном направлении.
Высоковольтный трансформаторДругие работают в составе малогабаритных устройств бытовой техники, электронных приборов, системах автоматизации. Они также широко используются в различных блоках питания мобильных устройств.  Плата с трансформатором, от блока питания, для мобильных устройствТрансформаторы работают только в цепях переменного напряжения разной частоты и не предназначены для применения в схемах постоянного тока, в которых используются преобразователи других типов. Общий принцип работы трансформатораМы знаем, что электромагнитная энергия неразрывна. Но ее принято представлять двумя составляющими:
Так проще понимать происходящие явления, описывать процессы, делать расчеты, конструировать различные устройства и схемы. Целые разделы электротехники посвящены раздельным анализам работы электрических и магнитных цепей. Электрический ток, как и магнитный поток, протекает только по замкнутой цепи, обладающей сопротивлением (электрическим или магнитным). Его создают внешние приложенные силы — источники напряжения соответствующих энергий. Однако, при рассмотрении принципов работы трансформаторных устройств придётся одновременно исследовать оба этих фактора, учесть их комплексное воздействие на преобразование мощности. Простейший трансформатор состоит из двух обмоток, выполненных намоткой витками изолированной проволоки, по которым протекает электрический ток и одной магистрали для магнитного потока. Ее принято называть сердечником или магнитопроводом.  Принцип работы трансформатораК вводу одной обмотки приложено напряжение от источника электроэнергии U1, а с выводов второй оно после преобразования в U2, подается на подключенную нагрузку R. Под действием напряжения U1 в первой обмотке по замкнутой цепи протекает ток I1, величина которого зависит от полного сопротивления Z, состоящего из двух составляющих:
Величина индуктивного сопротивления оказывает большое влияние на работу трансформатора. Протекающая по первичной обмотки электрическая энергия в виде тока I1 представляет собой часть электромагнитной, магнитное поле которой направлено перпендикулярно движению зарядов или расположению витков проволоки. В его плоскости размещен сердечник трансформатора — магнитопровод, по которому замыкается магнитный поток Ф. Все это наглядно отражено на картинке и строго соблюдается при изготовлении. Сам магнитопровод тоже замкнут, хотя в отдельных целях, например, для снижения магнитного потока в нем могут делать зазоры, увеличивающие его магнитное сопротивление. За счет протекания первичного тока по обмотке магнитная составляющая электромагнитного поля проникает в магнитопровод и циркулирует по нему, пересекая витки вторичной обмотки, которая замкнута на выходное сопротивление R. Под действием магнитного потока во вторичной обмотке наводится электрический ток I2. На его величине сказывается значение приложенной напряженности магнитной составляющей и полной сопротивление цепи, включая подключенную нагрузку R. При работе трансформатора внутри магнитопровода создается общий магнитный поток Ф и его составные части Ф1 и Ф2. Как устроен и работает автотрансформаторСреди трансформаторных устройств особой популярностью пользуются упрощенные конструкции, использующие в работе не две разные отдельно выполненные обмотки, а одну общую, разделенную на секции. Их называют автотрансформаторами.  Схема устройства автотрансформатораПринцип работы трансформатора такой схемы практически остался прежним. Происходит преобразование входной электромагнитной энергии в выходную. По виткам обмотки W1 протекают первичные токи I1, а по W2 — вторичные I2. Магнитопровод обеспечивает путь движения для магнитного потока Ф. У автотрансформатора имеется гальванически связь между входными и выходными цепями. Так как преобразованию подвергается не вся приложенная мощность источника, а только часть ее, то создается более высокий КПД, чем у обычного трансформатора. Такие конструкции позволяют экономить на материалах: стали для магнитопровода, меди для обмоток. Они обладают меньшим весом и стоимостью. Поэтому их эффективно используют в системе энергетики от 110 кВ и выше. Особых отличий в режимах работы трансформатора и автотрансформатора практически нет. Рабочие режимы трансформатораПри эксплуатации любой трансформатор может находиться в одном из состояний: 
1. Режим вывода из работыДля его создания достаточно снять питающее напряжение источника электроэнергии с первичной обмотки и этим исключить прохождение электрического тока по ней, что и делают всегда в обязательном порядке с подобными устройствами. Однако на практике при работе со сложными трансформаторными конструкциями такая мера не обеспечивает полностью меры безопасности: на обмотках может оставаться напряжение и приносить вред оборудованию, подвергать опасности обслуживающий персонал за счет случайного воздействия разрядов тока. Как это может произойти? У малогабаритных трансформаторов, которые работают в качестве блока питания, как показано на верхней фотографии, постороннее напряжение никакого вреда не причинит. Ему там просто неоткуда взяться. А на энергетическом оборудовании его обязательно следует учитывать. Разберём две часто встречающиеся причины:
Подключение постороннего источника электроэнергииНа сложных трансформаторах работает не одна, а несколько обмоток, которые используются в разных цепях. Со всех их необходимо отключать напряжение. Кроме того, на подстанциях, эксплуатируемой в автоматическом режиме без постоянного оперативного персонала к шинам силовых трансформаторов подключают дополнительные трансформаторы, обеспечивающие собственные нужды подстанции электроэнергией 0,4 кВ. Они предназначены для питания защит, устройств автоматики, освещения, отопления и других целей. Их так и называют — ТСН или трансформаторы собственных нужд. Если со входа силового трансформатора снято напряжение и его вторичные цепи разомкнуты, а на ТСН проводятся работы, то существует вероятность обратной трансформации, когда напряжение 220 вольт с низкой стороны проникнет на высокую по подключенным шинам питания. Поэтому их необходимо обязательно отключать. Действие наведенного напряженияЕсли около шин отключенного трансформатора проходит высоковольтная линия, находящаяся под напряжением, то токи, протекающие по ней, способны наводить напряжение на шинах. Необходимо применять меры для его снятия. 2. Номинальный режим работыЭто обычное состояние трансформатора во время его эксплуатации для которого он и создан. Токи в обмотках и приложенные к ним напряжения соответствуют расчетным значениям. Трансформатор в режиме номинальной нагрузки потребляет и преобразует мощности, соответствующие проектным значениям в течение всего предусмотренного ему ресурса. 3. Режим холостого ходаОн создается в том случае, когда на трансформатор подано напряжение от источника питания, а на выводах выходной обмотки отключена нагрузка, то есть разомкнута цепь. Этим исключается протекание тока по вторичной обмотке. Трансформатор в режиме холостого хода потребляет минимально возможную мощность, определяемую его конструкторскими особенностями. 4. Режим короткого замыканияТак называют ситуацию, когда нагрузка, подключенная к трансформатору оказывается закороченной, наглухо зашунтированной цепочками с очень малыми электрическими сопротивлениями и на нее действует вся мощность питания источника напряжения. В этом режиме протекание огромных токов КЗ ни чем практически не ограничивается. Они обладают огромной тепловой энергией и способны сжечь провода или оборудование. Причем действуют до тех пор, пока схема питания через вторичную или первичную обмотку не выгорит, разорвавшись в наиболее слабом месте. Это самый опасный режим, который способен возникнуть при работе трансформатора, причем, в любой, самый неожиданный момент времени. Его появление можно предвидеть, а развитие следует ограничивать. С этой целью используют защиты, которые отслеживают превышение допустимых токов на нагрузке и максимально быстро их отключают. 5. Режим перенапряженияОбмотки трансформатора покрыты слоем изоляции, который создается для работы под определенным напряжением. При эксплуатации возможно его превышение по различным причинам, возникающим как внутри электрической системы, так и в результате воздействия атмосферных явлений. В заводских условиях определяется величина допустимого превышения напряжения, которое может действовать на изоляцию до нескольких часов и кратковременных перенапряжений, создаваемых переходными процессами при коммутациях оборудования. Для предотвращения их воздействия создают защиты от повышения напряжения, которые при возникновении аварийной ситуации отключают питание со схемы в автоматическом режиме или ограничивают импульсы разрядов. Видео, принцип работы трансформатора
Смотрите также по теме: Трансформатор Тесла (Tesla coil). Делаем своими руками.
Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!powercoup.by Принципы работы трансформаторовПринципы работы трансформаторов Введение Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — статическое (не имеющее подвижных частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока обычно другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности. Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток, охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала. 1. История Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории. Столетов Александр Григорьевич (профессор МУ) сделал первые шаги в этом направлении - обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика . Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей. В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества. Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока. В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку. Она явилась прообразом трансформатора. 30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки. Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока, построил первый трёхфазный асинхронный двигатель и первый трёхфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км трёхфазный генератор имел мощность 230 КВт при напряжении 95 В. 1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод). В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния. Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии проката и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз. 2. Виды трансформаторов 2.1 Силовой трансформатор Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. 2.2 Автотрансформатор Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет. Зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость. Особенно эффективен автотрансформатор в случаях, когда необходимо получить вторичное напряжение, не сильно отличающееся от первичного. 2.3 Трансформатор тока Трансформа́тор то́ка — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение - для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации. 2.4 Трансформатор напряжения Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение - преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения. 2.5 Импульсный трансформатор Импульсный трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности. 2.6 Разделительный трансформатор Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей. 2.7 Пик-трансформатор Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью. В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между двумя различными базовыми концепциями. Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства. В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток. Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной. 3. Конструкция трансформтора Основными частями конструкции трансформатора являются: магнитная система (магнитопровод) обмотки система охлаждения 3.1 Магнитная система (магнитопровод) Магнитная система (магнитопровод) трансформатора — комплект элементов (чаще всего пластин) электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, собранных в определённой геометрической форме, предназначенный для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора. Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется — стержень.Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, называется — ярмо. В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют: Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости . www.coolreferat.com |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
