Виды и применение трансформаторов (стр. 1 из 3). Трансформатор первыйУстройство и принцип работы трансформатораЗдравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомство с электронными компонентами и в этой статье рассмотрим устройство и принцип работы трансформатора. Трансформаторы нашли широкое применение в радио и электротехнике и применяются для передачи и распределения электрической энергии в сетях энергосистем, для питания схем радиоаппаратуры, в преобразовательных устройствах, качестве сварочных трансформаторов и т.п. Трансформатор предназначен для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины. В большинстве случаев трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя катушками (обмотками) электрически не связанных между собой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитного материала, а обмотки мотают медным изолированным проводом и размещают на магнитопроводе. Одна обмотка подключается к источнику переменного тока и называется первичной (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки и обмотка называется вторичной (II). Схематичное устройство простого трансформатора с двумя обмотками показано на рисунке ниже. 1. Принцип работы трансформатора.Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2. При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1, образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2, создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2, стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток. В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопроводе устанавливается магнитный поток Фo равный разности потоков Ф1 и Ф2 и являющийся частью потока Ф1, т.е. Результирующий магнитный поток Фo обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2, под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2. Именно благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2, который будет тем больше, чем больше Фo. Но и в то же время чем больше ток I2, тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo. Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2, тока I2 и потока Ф2, обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше. Таким образом, разность потоков Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фo, а без него не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2. Следовательно, магнитный поток Ф1, создаваемый первичным током I1, всегда больше магнитного потока Ф2, создаваемого вторичным током I2. Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит. Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным. Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим. Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют понижающим. Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получают желаемое выходное напряжение U2. Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода. Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке. 2. Устройство трансформатора.2.1. Магнитопровод. Магнитные материалы.Назначение магнитопровода заключается в создании для магнитного потока замкнутого пути, обладающего минимальным магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы для трансформаторов изготавливают из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях. Материалы должны иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при достаточно больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки. Магнитные материалы, используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент определенной толщины и ширины и называются электротехническими сталями.Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки. Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты. Для изготовления разнообразных относительно недорогих трансформаторов широко применяются электротехнические стали, имеющие небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. Наибольшее применение нашли холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки. Сплавы с высокой магнитной проницаемостью применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50 – 100 кГц. Недостатком таких сплавов является их высокая стоимость. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 – 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра – в 150 раз. Однако в ряде случаев их применение позволяет существенно снизить массу, объем и даже общую стоимость трансформатора. Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, переменных магнитных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям – удар, давление и т.п. Из магнитомягких низкочастотных ферритов с высокой начальной проницаемостью изготавливают прессованные магнитопроводы, которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 – 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а недостатком является низкая индукция насыщения (0,4 – 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях. Выбор магнитных материалов производится исходя из электромагнитных характеристик с учетом условий работы и назначения трансформатора. 2.2. Типы магнитопроводов.Магнитопроводы трансформаторов разделяются на шихтованные (штампованные) и ленточные (витые), изготавливаемые из листовых материалов и прессованные из ферритов. Шихтованные магнитопроводы набираются из плоских штампованных пластин соответствующей формы. Причем пластины могут быть изготовлены практически из любых, даже очень хрупких материалов, что является достоинством этих магнитопроводов. Ленточные магнитопроводы изготавливаются из тонкой ленты, намотанной в виде спирали, витки которой прочно соединены между собой. Достоинством ленточных магнитопроводов является полное использование свойств магнитных материалов, что позволяет уменьшить массу, размеры и стоимость трансформатора. В зависимости от типа магнитопровода трансформаторы подразделяются на стрежневые, броневые и тороидальные. При этом каждый из этих типов может быть и стрежневым и ленточным. Стержневые. В магнитопроводах стержневого типа обмотки располагается на двух стержнях (стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки). Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что способствует снижению индуктивности рассеяния, расхода проволоки и увеличивает поверхность охлаждения. Стержневые магнитопроводы используют в выходных трансформаторах с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под влиянием внешнего магнитного поля в обеих катушках индуцируются напряжения, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Как правило, стержневыми выполняются трансформаторы большой и средней мощности. Броневые. В магнитопроводе броневого типа обмотка располагается на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой, а также создает некоторую механическую защиту обмотки. Поэтому такие магнитопроводы получили наибольшее применение. Некоторым недостатком броневых магнитопроводов является их повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает их малопригодными к использованию в качестве выходных трансформаторов с малым уровнем помех. Чаще всего броневыми выполняются трансформаторы средней мощности и микротрансформаторы. Тороидальные. Тороидальные или кольцевые трансформаторы позволяют полнее использовать магнитные свойства материала, имеют малые потоки рассеивания и создают очень слабое внешнее магнитное поле, что особенно важно в высокочастотных и импульсных трансформаторах. Но из-за сложности изготовления обмоток не получили широкого применения. Чаще всего их делают из феррита. Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные магнитопроводы набираются из штампованных пластин толщиной 0,35 – 0,5 мм, которые с одной стороны покрывают слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой. Лента для ленточных магнитопроводов имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм и также покрывается электроизолирующей и одновременно склеивающейся суспензией или оксидной пленкой. И чем тоньше слой изоляции, тем плотнее происходит заполнение сечения магнитопровода магнитным материалом, тем меньше габаритные размеры трансформатора. За последнее время наряду с рассмотренными «традиционными» типами магнитопроводов находят применение новые формы, к числу которых следует отнести магнитопроводы «кабельного» типа, «обращенный тор», катушечный и др. На этом пока закончим. Продолжим во второй части.Удачи! Литература: 1. В. А. Волгов – «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.2. В. Н. Ванин – «Трансформаторы тока», Издательство «Энергия» Москва 1966 Ленинград.3. И. И. Белопольский – «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.4. Г. Н. Петров – «Трансформаторы. Том 1. Основы теории», Государственное Энергетическое Издательство, Москва 1934 Ленинград.5. В. Г. Борисов, – «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г. sesaga.ru 1. Трансформаторы1.1. Назначение трансформаторовТрансформатор (от лат. transformo – преобразовывать) – статический электромагнитный аппарат, имеющий две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Типы трансформаторов: 1. Силовые трансформаторы. Предназначены для преобразования напряжений и распределения электрической энергии в электрических сетях и энергосистемах. Внешний вид силовых трансформаторов показан на рисунке 1. 2. Автотрансформаторы. Предназначены для преобразования напряжения в небольших пределах. 3. Измерительные трансформаторы. Для включения в схемы измерительных приборов. 4. Трансформаторы специального назначения: сварочные, печные, испытательные, для вентильных преобразователей, для преобразователей частоты и т.д. Существует большое количество типов трансформаторов, позволяющих изменять частоту, число фаз, форму выходного напряжения.
Рис. 1. Внешний вид силовых однофазного (а) и трехфазного (б) трансформаторов. 1.2. Принцип работы трансформаторовОднофазный двухобмоточный трансформатор состоит из двух обмоток, размещенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала. На рисунке 1.1. схематически показан трансформатор стержневого типа, изображения первичной и вторичной обмоток которого для упрощения показаны на разных стержнях.
Рис. 1.1. Однофазный двухобмоточный трансформатор и его обозначение на электрических схемах: 1 – первичная обмотка; 2 – вторичная обмотка; 3 – магнитопровод. Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и X; обмотки НН – буквами а и х. Применение ферромагнитного магнитопровода позволяет уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток машины. Первичную обмотку 1 подключают к источнику переменного тока с напряжением . Квторичной обмотке 2 присоединяют сопротивление нагрузки . При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток , который создает переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС –и, пропорциональные числу витков, исоответствующих обмоток и скорости изменения магнитного потока. Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Согласно закону электромагнитной индукции мгновенные значения ЭДС, индуцированные в каждой обмотке, равны ,. Отношение ЭДС обмоток высшего и низшего напряжений называют коэффициентом трансформации: . В практических расчетах обычно пренебрегают падениями напряжения в обмотках трансформатора, которые обычно не превышают 3...5 % номинальных значений напряженияи, и считают, чтои, тогда или. В системах передачи и распределения энергии в ряде случаев применяют трехобмоточные трансформаторы, а в устройствах радиоэлектроники и автоматики – многообмоточные трансформаторы. В таких трансформаторах на магнитопроводе размещают три или большее число изолированных друг от друга обмоток, что позволяет при питании одной из обмоток получать два или большее число различных напряжений (,,и т.д.). В трех- обмоточных силовых трансформаторах различают обмотки высшего, низшего и среднего (СН) напряжений. В трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность остается приблизительно постоянной (несколько уменьшается вследствие внутренних потерь энергии в трансформаторе), следовательно, ,. При увеличении вторичного напряжения трансформатора в раз по сравнению с первичным токво вторичной обмотке соответственно уменьшается вk раз. studfiles.net 1. Трансформаторы1.1. Назначение и области примененияТрансформаторомназывают статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины. Известно, что при передаче электрической энергии потери мощности в проводах определяются как:
где I – сила тока; RПР – сопротивление проводов линии. При этом, передаваемая полная мощность равна:
Из (1.2) видим, что одну и ту же мощность можно передать при различных соотношениях напряжения и тока в линии. С учетом выражения (1.1) можно сделать вывод, что с точки зрения снижения потерь в линии электропередачи, целесообразно электрическую энергию передавать при максимально возможном напряжении на линии и минимальным током. Поэтому, в месте производства электрической энергии переменное напряжение, поступающее с генератора (UГ < 30 кВ), с помощью трансформатора повышают до 220 ÷ 750 кВ, а в месте потребления энергии снова с помощью трансформатора снижают до требуемого потребителю напряжения 380/220 В. Трансформаторы содержат большинство электрических приборов: источники питания различной мощности; компьютеры; осциллографы; теле-, радиопередатчики и приемники; блоки управления различными станками и промышленными установками; и т.д. Выпускаются повышающие и понижающие трансформаторы размерами от единиц миллиметров до 10 и более метров, мощностью от милливатт до сотен мегаватт. Кроме так называемых силовых, различают измерительные, согласующие, разделительные трансформаторы. Они бывают низкочастотными и высокочастотными - рассчитанными на преобразование переменного напряжения частотой до десятков мегагерц; однофазными и многофазными; с обычными (медными или алюминиевыми) и сверхпроводящими обмотками, залитыми жидким азотом. 1.2. Устройство и принцип действия однофазного трансформатораУстройство трансформатора схематично показано на рис. 1.1. На замкнутом магнитопроводе, собранном из листовой стали или навитом из стальной ленты, помещены две изолированные обмотки с числами витков w1 и w2. Обмотка, к зажимам которой подводится электрическая энергия, называется первичной; обмотка, на зажимы которой включаются потребители, называется вторичной. Протекающий по первичной обмотке переменный ток (~ I1) вызывает появление в стальном магнитопроводе переменного магнитного потока Ф. Этот поток пронизывает обе обмотки и вызывает в каждой из них переменную ЭДС. Поэтому вторичная обмотка может рассматриваться как источник переменного напряжения. При замкнутом выключателе S, по вторичной цепи потечет ток (~ I2).
Трансформатор, изображенный на рис. 1.1, является двухобмоточным. При необходимости на магнитопроводе можно поместить несколько вторичных обмоток с различными числами витков и получить соответственно несколько различных вторичных напряжений. Такие трансформаторы называются многообмоточными. Из принципа действия трансформатора ясно, что он может работать только на переменном токе, так как при постоянном магнитном потоке ЭДС в обмотках возникать не будут. studfiles.net Что такое трансформатор? | Компьютер и жизньПриветствую, друзья!
Вы уже знаете, как работают диоды, а также полевые и биполярные транзисторы. Сегодня мы с вами узнаем, как устроен еще один такой «кирпичик» — трансформатор. Он не просто жужжит или гудит, но выполняет очень важные функции! Если бы не изобрели эту штуку, у нас не было бы ничего – не телевидения, ни радио, ни компьютеров, ни электрического света в домах. Мы не будем рассматривать подробно всё многообразие трансформаторов (их много), но ограничимся тем, что имеет отношения к компьютеру и периферийным устройствам. Что такое трансформатор?Слово «трансформатор» происходит от латинского transformo (преобразовывать). Мы рассмотрим трансформаторы — преобразователи напряжения, как наиболее нас интересующие. Бывают еще другие трансформаторы, например, тока. Трансформатор напряжения позволяет получить напряжение одной величины из напряжения другой величины. Все вы видели высоковольтные линии с высокими опорами, по которым передается высокое напряжение 6000, 35 000, 110 000, 220 000 или 500 000 Вольт. В домашней же электрической сети и присутствует напряжения 220 вольт (В). Преобразование высокого напряжения в 220 В осуществляется с помощью здоровенных трансформаторов в тонны весом, которые находятся в трансформаторных подстанциях. Из напряжения 220 В мы можем получить дома более низкое напряжение нужной величины с помощью небольшого трансформатора. Удобно, не правда ли? Как устроен трансформатор
На первичную обмотку подается преобразуемое напряжение, со вторичной снимается напряжение, нужное нам. Это и отражено в символическом изображении трансформатора в электрических схемах. Обмотки изображают в виде волнистых линий с отводами, сердечник — одной (или несколькими, зависит от стандарта) прямой линией.
Магнитное поле характеризуется такой числовой величиной, как магнитный поток. Чем больше ток в первичной обмотке и чем больше там витков, тем сильнее возникающий магнитный поток. Это магнитный поток наводит (генерирует) переменное напряжение во вторичной обмотке. Если подключить к вторичной обмотке нагрузку, по ней потечет переменный ток. Следует отметить, что частота переменного напряжение во вторичной обмотке будет равна частоте напряжения в первичной обмотке. Что будет, если первичную обмотку подключить к источнику постоянного напряжения? Появится ли постоянное напряжение на вторичной обмотке, ведь при протекании тока в первичной обмотке в ней генерируется магнитный поток?
Без сердечника магнитная связь обмоток было бы слабее. И мощность, отдаваемая вторичной обмоткой в нагрузку, было бы гораздо меньше. Полная теория трансформатора довольно сложна. Чтобы исчерпывающим образом описать его работу, необходимо применять математический аппарат с интегралами, производными и прочими сложными понятиями. Мы не будем здесь этого делать, но приведем несколько базовых соотношений, имеющих практическую пользу. Габаритная мощность и КПД трансформатора
Именно поэтому большие трансформаторы, установленные в трансформаторных подстанциях и питающие несколько многоэтажек, имеют большой вес и габариты. Маломощные трансформаторы, отдающие мощность в несколько Ватт (Вт), умещаются на ладони. Трансформатор характеризуется габаритный мощностью, т.е. суммарной мощностью, отдаваемой всеми вторичными обмотками. Как известно, мощность Р2 = U2 * I2, где U2, I2 – соответственно, напряжение и ток вторичной обмотки трансформатора. Отметим, что не вся мощность, потребляемая первичной обмоткой от источника передается во вторичную. Часть мощности идет на нагрев проводов и сердечника. Кроме того, некоторая часть магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, рассеивается в пространстве и не участвуют в наведении напряжения во вторичных обмотках. Именно поэтому, КПД (коэффициент полезного действия) трансформатора, т.е. отношение мощности вторичной обмотки P2 к мощности первичной обмотки P1 меньше 100%. КПД: η = P2 / P1
КПД маломощных трансформаторов может составлять величину 60 – 80%. КПД мощных трансформаторов в распределительных подстанциях может иметь величину 99% . Провода в обмотках нагреваются потому, что они имеют не нулевое сопротивление. Прохождения тока по проводнику, обладающему сопротивлением, вызывает, по закону Джоуля-Ленца, его нагрев.
Количество витков на вольт и сечение магнитопровода трансформатора
Маломощный трансформатор характеризуется такой вспомогательной величиной, как количество витков на вольт. Она связана достаточно сложной зависимостью с сечением магнитопровода трансформатора. Для маломощных однофазных трансформаторов c сердечником из отдельных пластин приближённая формула имеет вид: w = 50/S, где S — сечение магнитопровода в кв. сантиметрах, w – количество витков на вольт. Таким образом, если сечение магнитопровода имеют величину, скажем 4 кв. см, то для него w = 50/4 = 12,5. Если первичная обмотка рассчитана на напряжение 220 вольт количество витков в ней должно быть: w1 = 220*12,5 = 2750. А если нам надо, например, иметь 15 вольт на вторичной обмотке, надо намотать w2 = 15*12,5 = 188 витков. В заключение первой части рассмотрим, что такое коэффициент трансформации. Коэффициент трансформации трансформатораТрансформатор характеризуется ещё такой величиной, как коэффициент трансформации. Коэффициент трансформации k — это отношение напряжения вторичной обмотки к напряжению первичной обмотки: k = U2/U1. Если имеется несколько вторичных обмоток разными напряжениями, то для каждой будет свой коэффициент трансформации. Из вышесказанного видно, что коэффициент трансформации определяется соотношением витков вторичной и первичной обмоток: k = w2/w1. Для приведенных выше цифр в примере k = 15/220 = 188/2750 = 0,068 Для понижающего трансформатора коэффициент трансформации будет меньше единицы, для повышающего – больше.
В этом случае трансформатор служит для гальванической развязки разных частей схемы. Во второй части мы продолжим знакомство с этой интересной штуковиной. Можно еще почитать: Как устроен компьютерный блок питания. Часть 1. Как устроен компьютерный блок питания. Окончание. vsbot.ru Трансформатор. Устройство и принцип действия трансформатора.Простейший трансформатор представляет собой устройство, состоящее из стального сердечника и двух обмоток (рис. 1). При подаче в первичную обмотку переменного напряжения, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС той же частоты. Если ко вторичной обмотке подключить некоторый электроприемник, то в ней возникает электрический ток и на вторичных зажимах трансформатора устанавливается напряжение, которое несколько меньше, чем ЭДС и в некоторой относительно малой степени зависит от нагрузки. Отношение первичного напряжения ко вторичному (коэффициент трансформации) приблизительно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.Рис. 1. Принцип устройства однофазного двухобмоточного трансформатора. 1 первичная обмотка, 2 вторичная обмотка, 3 сердечник. U1 первичное напряжение, U2 вторичное напряжение, I1 первичный ток, I2 вторичный ток, Ф магнитный поток Простейшие условные обозначения трансформаторов изображены на рис. 2; для наглядности разные обмотки трансформатора можно, как и на рисунке, представить разными цветами.
Рис. 2. Условное обозначение трансформатора в подробных (многолинейных) схемах (a) и в схемах электрических сетей (b) Трансформаторы могут быть одно- или многофазными, а вторичных обмоток может быть больше одной. В электрических сетях обычно используются трехфазные трансформаторы с одной или двумя вторичными обмотками. Если первичное и вторичное напряжения относительно близки друг другу, то могут использоваться и однообмоточные автотрансформаторы, принципиальные схемы которых представлены на рис. 3.
Рис. 3. Принципиальные схемы понижающего (a) и повышающего (b) автотрансформаторов Важнейшими номинальными показателями трансформатора являются его номинальные первичное и вторичное напряжения, номинальные первичный и вторичный ток, а также номинальная вторичная полная мощность (номинальная мощность). Трансформаторы могут изготовляться как на весьма малую мощность (например, для микроэлектронных цепей), так и на очень большую (например, для мощных энергосистем), охватывая диапазон мощностей от 0,1 mVA до 1000 MVA. Потери энергии в трансформаторе – обусловленные активным сопротивлением обмоток потери в меди и вызванные вихревыми токами и гистерезисом в сердечнике потери в стали – обычно настолько малы, что кпд трансформатора, как правило, выше 99 %. Несмотря на это, тепловыделение в мощных трансформаторах может оказаться настолько сильным, что необходимо прибегать к эффективным способам теплоотвода. Чаще всего активная часть трансформатора размещается в баке, заполненном минеральным (трасформаторным) маслом, который, при необходимости снабжается принудительным воздушным или водяным охлаждением. При мощности до 10 MVA (иногда и выше) могут применяться и сухие трансформаторы, обмотки которых обычно залиты с эпоксидной смолой. Основные преимущества сухих трансформаторов заключаются в более высокой огнебезопасности и в исключении течи трансформаторного масла, благодаря чему они могут без препятствий устанавливаться в любых частях зданий, в том числе на любом этаже. Для измерения переменных тока или напряжения (особенно в случае больших токов и высоких напряжений) часто используются измерительные трансформаторы. Устройство трансформатора напряжения по своему принципу не отличается от силовых трансформаторов, но работает он в режиме, близком к холостому ходу; коэффициент трансформации в таком случае достаточно постоянен. Номинальное вторичное напряжение таких трансформаторов обычно равно 100 V. Вторичная обмотка трансформатора тока в идеальном случае короткозамкнута и вторичный ток в таком случае пропорционален первичному. Номинальный вторичный ток обычно составляет 5 A, но иногда может быть и меньше (например, 1 A). Примеры условных обозначений трансформаторов тока приведены на рис. 4.
Рис. 4. Условное обозначение трансформатора тока в развернутых схемах (a) и в однолинейных схемах (b) Первым трансформатором может считаться изготовленное Майклом Фарадеем (Michael Faraday) индукционное кольцо (англ. induction ring), состоящее из кольцевого стального сердечника и двух обмоток, при помощи которого он 29 августа 1831 года открыл явление электромагнитной индукции (рис. 5). Во время быстрого переходного процесса, возникающего при включении или отключении первичной обмотки, соединенной с источником постоянного тока, во вторичной обмотке индуцируется импульсная ЭДС. Такое устройство может поэтому называться импульсным или транзиентным трансформатором.
Рис. 5. Принцип устройства транзиентного трансформатора Майкла Фарадея. i1 первичный ток, i2 вторичный ток, t время Исходя из открытия Фарадея, учитель физики колледжа города Маргнута (Margnooth) около Дублина (Dublin, Ирландия) Николас Келлан (Nicholas Callan, 1799–1864) построил в 1836 году индукционную катушку (искровой индуктор), состоящий из прерывателя и трансформатора; это устройство позволяло преобразовать постоянный ток в переменный ток высокого напряжения и вызывать длинные искровые разряды. Индукционные катушки стали быстро усовершенствоваться и в 19-м веке широко применялись при исследовании электрических разрядов. К ним могут быть отнесены и катушки зажигания современных автомобилей. Первый трансформатор переменного тока запатентовал в 1876 году живший в Париже русский электротехник Павел Яблочков, использовав его в цепях питания своих дуговых ламп. Сердечник трансформатора Яблочкова представлял собой прямой пучок стальных проволок, вследствие чего магнитная цепь была не замкнутой, как у Фарадея, а открытой, и в других установках такой трансформатор применять не стали. В 1885 году инженеры-электрики Будапештского завода Ганц и Компания (Ganz & Co.) Макс Дери (Max Deri, 172 1854–1938), Отто Титуш Блати (Otto Titus Blathy, 1860–1939) и Кароль Зиперновски (Karoly Zipernovsky, 1853–1942) изготовили трансформатор с тороидальным проволочным сердечником и заодно разработали систему распределения электроэнергии на переменном токе, основанную на применении этих трансформаторов. Трансформатор с еще лучшими свойствами, сердечник которого собирался из Е- и I-образных стальных листов, создал в том же году американский электротехник Уильям Стенли (William Stanley, 1858–1916), после чего началось быстрое развитие систем переменного тока как в Европе, так и в Америке. Первый трехфазный трансформатор построил в 1889 году Михаил Доливо-Добровольский. www.eti.su Что такое трансформатор: виды, описаниеСиловой трансформаторСиловой трансформатор – трансформатор, который используют для преобразования энергии в электрических сетях, а также установках, которые используют для работы с электрической энергией.
 АвтотрансформаторТрансформатор с соединенными напрямую первичной и вторичной обмоткой, что обеспечивает им одновременно и электрическую, и электромагнитную связь. Как правило, обмотка трансформатора обладает минимум 3 выводами, подключение к которым позволяет получить разные напряжения. Одним из основных преимуществ такого типа трансформаторов является высокий КПД (так как преобразовывается лишь часть мощности). К недостаткам относится отсутствие электрической изоляции между первичной и вторичной цепью.
 Измерительные трансформаторыИзмерительные трансформаторы применяются в установках переменного тока и служат в целях изоляции цепей измерительных приборов и реле от сети высокого напряжения, а также в целях расширения пределов измерения измерительных приборов. Если бы включение измерительных приборов осуществлялось непосредственно в цепь высокого напряжения, то каждый из приборов мог бы стать попросту опасным для прикосновений. Во избежание этого конструкцию приборов пришлось бы значительно усложнить, так как сечение токоведущих частей должно было бы справляться с большими токами, а их изоляция – справляться с высоким напряжением. Измерительные трансформаторы можно разделить на два типа: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Благодаря их использованию появляется возможность эксплуатации одних и тех же устройств со стандартными пределами измерения. В случае с измерительным трансформатором тока происходит преобразование большого тока в малый, а в случае с измерительным трансформатором напряжение осуществляется изменение высокого напряжения в низкое.
 Трансформатор токаТрансформатор, который используют в целях снижения первичного тока до отметки, применяемой в цепях измерения, управления, защиты и сигнализации. Вторичная обмотка обладает номинальным значением 1А и 5А. Включение первичной обмотки осуществляется в цепь с измеряемым переменным током. В свою очередь, во вторичную подключают измерительные приборы. Ток, который проходит по вторичной обмотке, пропорционален току, который проходит в первичной обмотке на коэффициент трансформации.
 Трансформатор напряженияТрансформатор, который используют в целях преобразования высокого напряжения в более низкое в цепях, в измерительных цепях, а также цепях РЗиА. Благодаря использованию трансформатора появляется возможность изоляции логических цепей защиты и измерительных цепей от цепей высокого напряжения. Импульсный трансформаторТрансформатор, который используют в целях преобразования импульсных сигналов, чья длительность доходит до десятков микросекунд, с максимальным сохранением формы импульса. Обычно его применяют в тех случаях, когда требуется передача прямоугольного электрического импульса. Он трансформирует кратковременные видеоимпульсы напряжения, периодическое повторение которых сопровождается высокой скважностью. Как правило, главные требования, которые предъявляются к ИТ, включают в себя передачу формы трансформируемых импульсов напряжения в неискаженном виде. Кроме этого, во время воздействия на вход ИТ того или иного вида напряжения необходимо получить на выходе тот же самый импульс напряжения (в крайнем случае, другой полярности или амплитуды).
 Разделительный трансформаторТрансформатор, у которого первичная обмотка электрически никак не связана со вторичными обмотками. Основное предназначение силовых разделительных трансформаторов заключается в повышении безопасности электросетей, требования к которой возрастают в случае касаний земли, а также токоведущих и нетоковедущих частей, находящихся под напряжением в результате повреждения изоляции. Гальваническая развязка электрических цепей обеспечивается за счет сигнальных разделительных трансформаторов.
 Пик-трансформаторТрансформатор, который преобразует напряжение, имеющее синусоидальную форму, в импульсное напряжение, полярность которого изменяется через каждую половину периода. Трансформаторы с минимальным и нормальным магнитным рассеяниемТрансформаторы СТЭ характеризуются тем, что их обмотка обладает минимальным магнитным рассеянием. При этом сила тока регулируется за счет винтового механизма дросселя, вынесенного отдельно. Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием в чем-то схожи с предыдущими. Основное различие между ними заключается в том, что присутствует дополнительная реактивная катушка, которая находится на главных стержнях магнитного сердечника и обмотке дросселя. Дроссель устанавливают на магнитный сердечник, при этом сила тока регулируется точно таким же образом, что и при работе с трансформатором СТЭ. Трансформаторы с повышенным магнитным рассеяниемГлавное отличие трансформаторов с повышенным магнитным рассеянием от трансформаторов с низким и нормальным рассеянием заключается в наличии подвижной конструкции шунтов и обмоток. Благодаря такому подходу можно получить более высокие рабочие характеристики независимо от массы самого трансформатора. Среди трансформаторов с повышенным магнитным рассеянием можно найти модели с подвижными обмотками, к примеру, трансформаторы ТСК-300, ТД-300, ТС-500. Кроме этого, существуют модели, у которых имеются подвижные магнитные шунты (ТДМ-317 и СТШ-250). Также можно отметить модели с неподвижными подмагничивающими шунтами и обмотками (ТДФ-2001 и ТДФ-1001) и конструкции со сложной магнитной коммутацией (ВД-306 и ВДУ-506). На сегодняшний день чаще всего используются модели трансформаторов ТД и ТС, а также их модификации ТДЭ и ТДМ. Тиристорные трансформаторыТакже стоит отметить тиристорные трансформаторы, работа которого основана фазовом регулировании силы тока за счет тиристоров, которые осуществляют преобразование поступающего переменного тока в знакопеременные импульсы. Сначала такие трансформаторы, из-за нестабильности горения дуги, применялись исключительно при контактной и шлаковой сварке. Однако, по мере развития полупроводниковых технологий тиристорные сварочные трансформаторы претерпели определенные изменения и стали одними из лучших аппаратов, которые отлично подходят не только для шлаковой и точечной сварок, но и ручной дуговой.
 bouw.ru Виды и применение трансформаторовМОУ Средняя общеобразовательная школа №16 Реферат на тему «Трансформатор» ВыполнилаУченица 11А класса Зуева Катя Проверила Ващенко Т.К Берёзовский 2010г. Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока (ГОСТ Р52002-2003). Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.  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 (80-е).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. Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.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 прокатки 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. Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. 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. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4.Существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость. 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. 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. Импульсный трансформатор — это 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. 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. Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью. Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике. Основные части конструкции трансформатора  Стержневой тип трёхфазных трансформаторов  Броневой тип трёхфазных трансформаторов В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между двумя различными базовыми концепциями: · Стержневой · Броневой 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. Основными частями конструкции трансформатора являются: - магнитная система (магнитопровод) - обмотки - система охлаждения 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. mirznanii.com |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
Мы с вами уже знакомились с тем, как работают некоторые «кирпичики», из которых состоит современный компьютер.
Низкочастотный трансформатор содержит в себе сердечник из сплава на основе железа и размещенные на нем обмотки из провода. В упрощенном виде трансформатор содержит две обмотки — первичную и вторичную. Они изолированы друг от друга и не имеют электрического контакта.
При подаче переменного тока в первичную обмотку в ней возникает переменное магнитное поле.
Нет, не появится! Напряжение во вторичной обмотке находится только при переменном магнитном потоке, а при постоянном токе он постоянен.
Роль сердечника заключается в том, что он почти полностью концентрирует в себе магнитный поток.
Для начала отметим, что, чем больше поперечное сечение сердечника (или магнитопровода) трансформатора, тем большую мощность можно получить на вторичных обмотках.
Напряжение на вторичной обмотке пропорционально количеству витков провода в ней. Чем больше витков, тем больше напряжение на ней.
