Электрическая схема трансформатора: Электрическая схема трансформатора

Содержание

Электрическая схема трансформатора

В России эра преобразования напряжения из одной величины в другую берёт начало из работ по изучению ферромагнитных материалов великим российским физиком Александром Григорьевичем Столетовым, который впервые открыл в 1880-х годах гистерезисную петлю, а так же перераспределение доменов в ферромагнитном материале при воздействии на него электромагнитного поля.

Ранее, тогда ещё не изученный этот эффект позволил выявить Майклу Фарадею в 1831 году возможность передачи энергии по всей плоскости ферромагнитного материала – так называемое явление электромагнитной индукции. Через 17 лет Генрих Даниэль Румкорф впервые положил прообраз графического изображения намагниченной катушки.

Первый трансформатор передачи переменного тока представлял собой ферромагнитный стержень с несколькими обмотками. Данное изобретение было зафиксировано выдачей патента Яблочникову Павлу Николаевичу в 1876 году, но трансформатор в его современном представлении был представлен уже через год в 1877 году Мотовиловым Дмитрием Николаевичем. Тогда же появилось первая электрическая схема трансформатора, отображающая две обмотки на ферромагнитном материале.

В скором времени в Лондоне в 1884 году на станции Гровнерской галереи (считается, что здесь появилась первая электростанция) были применены последовательно соединённые трансформаторы Голяра и Гиббса на основе замкнутого сердечника. За два года до этого в галерее были установлены первые паровые генераторы Томаса Эдисона. В том же году братья Эдуард и Джон Гобкинсоны произвели в свет первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками. Промышленное производство трансформаторов с замкнутым сердечником началось в 1885 году в Венгрии электромашиностроительным заводом «Ганц и Ко». Это были конструкции на кольцевом, броневом и стрежневом сердечниках. Венгерский конструктор Макс Дери в этом же году получает патент на конструкцию трансформаторов с параллельным соединением. Первые модели тут же выявили один существенный недостаток – быстрый перегрев магнитопровода из-за большой величины нагрузки потребителей, что приводило в негодность обмотки трансформатора. В 1889 году шведский изобретатель Д. Свинберн для уменьшения перегрева обмоток погрузил рабочий трансформатор в керамический сосуд, наполненный маслом, назвав его при этом «масляным трансформатором». В этом же году шведский инженер Джонс Венстрем изобретает трёхфазную систему для генераторов, трансформаторов и электродвигателей. В это время появляется трёхфазная электрическая схема трансформатора, которую изобретает русский ученый М. О. Доливо-Добровольский, а уже в 1891 году Чарльз Браун и Волтер Бовери в швейцарском городе Баден организовали компанию по передаче высоковольтной энергии. Спрос на электричество рос экспоненциальной прогрессией и в 1893 году компания Брауна – Бовери предоставила Европе первую промышленную электростанцию на основе применения трёхфазных трансформаторов. Электричество вырабатывалось паровыми генераторами Эдисона. В Российской империи уже упомянутая фирма «Ганц и Ко» в оперном театре Одессы для его освещения запустила одну из первых установок переменного тока. Это произошло в 1887 году.

С тех пор развитие в этой области шагнуло далеко вперёд и на сегодняшний день существует 7 классификаторов трансформаторов. Разделяют трансформаторы по предназначению:
— Силовые трансформаторы – достаточно общее понятие, объединяющее применение трансформаторов в статических преобразователях для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямители), либо, наоборот — из постоянного в переменный (инверторы). Их основное предназначение заключается в преобразовании одной величины напряжения и тока в напряжение и ток другой величины без изменения мощности (с учётом, конечно, потерь из-за индукции рассеяния).
— Силовые трансформаторы специального назначения – чаще всего их можно встретить в старых сварочных аппаратах, устройствах пониженной или повышенной частоты (в электрооборудовании железных дорог) и т.д.

— Испытательные трансформаторы применяются для получения высоких или сверхвысоких напряжений и токов. В промышленности их применяют для проверки пробоя изоляции (керамических изоляторов, к примеру), в высоковольтных испытательных лабораториях. Долговременная работа таких трансформаторов исключена.
— К измерительным трансформаторам относят трансформаторы напряжения и тока. Применяют их преимущественно в силовой электронике или в электроустановках с высоким напряжением, где необходимо измерение высоковольтных цепей стандартным измерительным оборудованием.
— Ещё до совсем недавнего времени в блоках питания радиоустройств бытовой электроники применялись радиотрансформаторы. Так же этот тип используют для согласования сопротивлений в межблочных соединениях электрических цепей. Сегодня в блоках питания им на смену пришла импульсная технология, а радиотрансформаторы применяются лишь в устройствах, критичных к чИстоте питающего напряжения (мощных дорогих звуковых усилителях, например).

По виду охлаждения трансформаторы подразделяются на сухие и масляные. Количество фаз в силовой обмотке делит трансформаторы на однофазные и трёхфазные. Так же существует классификация по форме магнитопровода: стержневые (строчные трансформаторы в телеаппаратуре), броневые, тороидальные и овальные.

Электрическая схема трансформатора в самом простом исполнении должна содержать как минимум две обмотки. Такие трансформаторы называют двуобмоточными. Если обмоток больше двух, то они попадают в класс многообмоточных. Конструктивное исполнение обмоток трансформаторов разделяет их на цилиндрические, дисковые и концентрические.

По соотношению обмоток трансформаторы делятся на повышающие – если напряжение вторичной обмотки больше силовой, и понижающий (соответственно наоборот).

Принцип работы устройства хорошо виден из принципиальной электрической схемы трансформатора.

Первичная обмотка W1, при подключении к ней источника переменного напряжения U1, за счёт протекания тока I1 наводит в сердечнике из магнитопроводящего материала переменный магнитный поток Ф, который, в свою очередь, индуктирует в первичной и вторичной (W2) обмотках ЭДС Е1 и Е2. За счёт коэффициента трансформации (отношения ЭДС или количества витков первичной обмотки к вторичной) и эффекта магнитной индукции в обмотке W2 при подключении нагрузки Zн начинает протекать ток I2 . На нагрузке появляется напряжение U2 .

Коэффициент трансформации определяет отношение ЭДС либо количество витков первичной обмотки к вторичной. Если значение K>1, то трансформатор считается понижающим, если K<1 – то повышающим. Один и тот же трансформатор в зависимости от обмотки подключаемого источника напряжения может быть как понижающим, так и повышающим.

Способность передать энергию через магнитопровод без потерь, которые будут неизбежны, определяет КПД трансформатора. Современные трансформаторы в заводском исполнении позволяют достичь КПД до 99%. Основными причинами снижения КПД в трансформаторах являются магнитные потери в сердечнике за счёт вихревых токов и гистерезиса (потери энергии из-за перемагничивания сердечника), удельного сопротивления обмоток трансформатора, качества исполнения намотки, величины подключённой нагрузки по отношению к габаритной мощности сердечника.

Многие компьютерные программы, позволяющие производить симуляцию работы электронных схем, для обработки результатов физических процессов преобразования энергии трансформатором используют электронную схему замещения трансформатора. В такой схеме магнитная связь, обычно, заменяется электрической цепью. Существует 2 типа схем эмуляции трансформатора: Т-образная и упрощённая. 

В данной электрической схеме замещения трансформатора магнитные связи заменяют электрическими. R1 и X1 совместно с R2 и X2 представляют собой электрическую эмуляцию первичной и вторичной обмоток трансформатора, а R0 и X0 – намагничивание и холостой ход. Если брать в расчёт идеальный трансформатор без потерь, то электрическая схема трансформатора будет выглядеть следующим образом. 

1 января 1970 года был утверждён единый международный ГОСТ условного графического отображения трансформаторов. Согласно ГОСТу 2.723—68, электрическая схема трансформатора может отображаться в 3-х вариантах: упрощённом однолинейном, упрощённом многолинейном и развёрнутом. Упрощённое отображение УГО (условного графического отображения) представляет магнитную связь трансформатора в виде окружности .

К примеру, трёхфазный автотрансформатор с ферромагнитным магнитопроводом и девятью выводами на схеме отобразится следующим образом . Данный тип отображения электрической схемы трансформаторов чаще встречается в старых схемах 70-х годов. Современные принципиальные схемы используют УГО низкочастотных трансформаторов по 2-му типу в виде обозначения двух дросселей и ферромагнитного материала —  (трансформатор с магнитодиэлектрическим сердечником). Электрическая схема трансформатора импульсного типа всё чаще встречается в таком обозначении .

В последнее время современная бытовая электроника практически полностью перешла на использование в блоках питания импульсной схемотехники. Преимущество её очевидно — меньшие массогабаритные размеры, большее КПД и лучшие мощностные показатели блоков питания. Во многих решениях сегодня используются трансформаторы на сердечниках с высокой магнитной проницаемостью от 400HH и выше. Такие трансформаторы называют высокочастотными или, в простонародье – импульсными. Разберите любой импульсный компьютерный блок питания, и вы увидите его схемотехнику и трансформаторы в том числе. К примеру, на принципиальной электрической схеме ниже представлена реализация мощного зарядного устройства (или блока питания) на основе популярного ШИМ контроллера UC3842, силового полевого транзистора UFN432 и высокочастотного силового трансформатора с изолированным магнитным материалом Т1. 

Сердечники импульсных трансформаторов выпускают с немагнитным зазором и без него. Немагнитный зазор применяется для того, чтобы под воздействием больших индукционных токов ферромагнитный сердечник не входил в насыщение, что чревато снижением КПД, быстрым перегревом трансформатора и выходом его из строя. Как правило, такие трансформаторы применяют в импульсных блоках питания, работающих по принципу Flyback (однотактного преобразования энергии). По сути, на его первичную обмотку через силовой ключ поступают импульсы заданной ШИМом частоты. В сердечнике в рабочий период импульса накапливается ЭДС, а в момент паузы накопленная энергия, согласно коэффициенту трансформации передаётся в нагрузку вторичной обмоткой. То есть на практике мы получаем двуобмоточный дроссель. Выше приведённая схема (и большинство схем сетевых понижающих импульсных блоков питания) работает именно по такому принципу. Сетевые импульсные сварочные аппараты (большей частью) так же используют данный тип сердечника.

Сердечники без немагнитоного зазора (торроидальные, броневые и т.д.) используются чаще в топологии импульсных преобразователей по схеме Push-pool. Эта технология чаще используется в импульсных повышающих / понижающих преобразователях, когда необходимо из одного постоянного напряжения сделать напряжение другой величины. К примеру, по приведённой ниже схеме, реализуется простой блок питания автомобильного аудио усилителя. 

В данной электрической схеме работа трансформатора Т1 подобна работе обычного трансформатора, то есть на обмотки I и II поочерёдно через ключи VT3 и VT4 поступают прямоугольные импульсы (в идеале). Через коэффициент трансформации напряжение снимается с обмоток III и IV. Возможно, читатель задаст вопрос о том, что если импульсы будут идти непрерывно, то, по сути, это же постоянное напряжение, которое приведёт к сквозным токам в первичной обмотке нашего трансформатора и транзисторам, что приведёт к практически моментальному выходу их из строя. Специально для этого в любой микросхеме ШИМ присутствует такой параметр, как «мёртвое время», задающее паузу подачи импульсов на один ключ и другой. Этим временем мы можем изменять напряжённость электромагнитного поля и его индуктивность, тем самым регулируя уровень напряжения на выходе преобразователя. Изучение работы импульсного трансформатора занимает довольно обширный материал, не входящий в специфику этой статьи.

Электрическая схема с применением импульсного трансформатора требует грамотного расчёта и подбора элементной базы, ведь такое схемотехническое решение является в первую очередь высокочастотным, что подразумевает использование специфических радиодеталей (транзисторы с низким сопротивлением перехода, низкоимпедансные конденсаторы, расчёт мощностей критических сопротивлений и т.д.). Особо важным моментом является расчёт импульсного трансформатора. Не вдаваясь в подробности, скажем, что наиболее простыми и удобными компьютерными программами для расчёта импульсных трансформаторов являются программы человека с ником Starichok (Владимир Денисенко) из Пскова.

Flyback – программа, позволяющая произвести расчёт импульсного трансформатора для обратноходового преобразователя или блока питания.

ExcellentIT – программа для расчёта импульсного трансформатора для двухтактного преобразователя.

Tranz50Hz – расчёт силового трансформатора для электрической 50Hz сети на различных сердечниках.

Все его программы имеют удобный интерфейс, обширную базу параметров заводских сердечников, файл помощи. Кроме того, автор без проблем отвечает на заданные вопросы. Эти и многие другие программы присутствуют в ветках автора на радиоэлектронных форумах.

Устройство и схема трансформатора | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал об основных типах трансформаторов и их классификации. Не смотря на большое разнообразие их типов, трансформаторы имеют ряд параметров, которые характеризуют все типы, например, номинальная мощность, КПД, коэффициент трансформации и т.д. О значении данных параметров и их расчёте я расскажу в данной статье.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Устройство трансформатора

Трансформатором называется статическое (то есть не имеющее движущихся частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменной ток другого напряжения при неизменной частоте. Простейший трансформатор имеет две обмотки, электрически изолированные друг от друга, за исключением автотрансформатора, и объединённые общим магнитным потоком. Для усиления магнитной связи обмоток и уменьшения паразитных параметров большинство трансформаторов выполняют на замкнутом магнитопроводе из ферромагнитных материалов (электротехнические стали и сплавы, ферриты, магнитодиэлектрики).

Рассмотрим устройство трансформатора на броневом Ш-образном сердечнике.


Устройство трансформатора: 1 – магнитопровод, 2 – каркас обмоток трансформатора (изоляция магнитопровода), 3 и 6 – обмотки трансформатора, 4 – межслоевая изоляция обмоток, 5 – межобмоточная изоляция трансформатора.

На рисунке выше изображён трансформатор, состоящий из двух катушек 3 и 6, называемых обмотками. Обмотки наматываются на каркас или гильзу 2, выполняющую роль изоляции магнитопровода трансформатора. Кроме изоляции магнитопровода необходимо выполнять изоляцию между обмотками 5 для предотвращения электрического контакта между ними, так как разность потенциалов может достигать десятки тысяч вольт.

Для предотвращения замыкания обмоточного провода внутри обмотки выполняют межслоевую изоляцию, а также для намотки катушек используют только изолированный провод.

Принцип действия трансформатора

От устройства трансформатора перейдём к принципу его работы. Для этого рассмотрим трансформатор изображённый на рисунке ниже.


Рабочий процесс трансформатора.

Данный трансформатор состоит из двух катушек (обмоток) I и II, находящихся на стержневом магнитопроводе. К катушке I подводится переменное напряжение u1; это катушка называется первичной обмоткой. На выводах катушки II, называемой вторичной обмоткой, формируется напряжение u2, которое передается приёмникам электрической энергии.

Работа трансформатора заключается в следующем. При протекании переменного тока i1 в первичной обмотке I создаётся магнитное поле, магнитный поток, которого пронизывает не только создавшую его обмотку (магнитный поток Ф1), но и частично вторичную обмотку (магнитный поток Ф0). То есть обмотки трансформатора являются магнитно связанными, при этом степень связи зависит от взаимного расположения обмоток: чем дальше обмотки друг от друга, тем меньше магнитная связь между ними и меньше магнитный поток Ф0.

Так как через первичную обмотку протекает переменный ток, то и создаваемый им магнитный поток непрерывно изменяет свою величину и свое направление. Согласно закону электромагнитной индукции, при изменении пронизывающего катушку магнитного потока, в катушке индуцируется переменная электродвижущая сила. Таким образом, в первичной обмотке индуцируется электродвижущая сила самоиндукции, а во вторичной обмотке – электродвижущая сила взаимноиндукции.

Если присоединить концы вторичной обмотки к приемнику электрической энергии (нагрузке), то через неё потечёт ток i2. В тоже время в первичную обмотку будет поступать ток i1 от источника энергии (генератора). Таким образом энергия от первичной обмотки во вторичную будет передаваться при помощи переменного магнитного потока Ф0.

На рисунке видно, что часть магнитного потока первичной  Ф1 и вторичной Ф2 обмотки не замыкается через магнитопровод. Они не участвуют в передаче энергии, а образуют так называемое магнитное поле рассеяния.

Одной из задач проектирования трансформаторов является сведение магнитного потока рассеяния к минимуму.

Что такое коэффициент трансформации?

Одним из основных параметров трансформатора является его коэффициент трансформации. Рассмотрим в чём его смысл. Для этого примем допущение, что магнитное поле рассеяния сведено к минимуму и практически равно нулю. Тогда первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и тем же магнитным потоком ФВ. И в соответствии с законом электромагнитной индукции электродвижущая сила на выводах обмоток трансформатора определяется следующими выражениями

где E1 и Е2 – ЭДС на выводах первичной и вторичной обмотки соответственно,

ω1 и ω2 – число витков первичной и вторичной обмотки соответственно,

dФВ/dt – скорость изменения магнитного потока.

Тогда приравняв последнюю часть обоих выражение получим соотношение определяющее значение коэффициента трансформации

где n – коэффициент трансформации.

Таким образом, коэффициентом трансформации n называется отношение числа витков первичной ω1 к числу витков вторичной ω2 обмотки.

В зависимости от величины коэффициента трансформации, трансформатор может быть понижающим, когда n > 1, и повышающим, когда n < 1. В повышающем трансформаторе ЭДС вторичной обмотки больше, чем в первичной E1 < Е2, а в понижающем – E1 > Е2.

Приведённые параметры трансформатора

Для анализа работы трансформатора как электрического устройства используется так называемая эквивалентная схема или схема замещения. Данная схема содержит в себе все основные параметры трансформатора, используемые в расчёте и теории. Эквивалентную схему строят для так называемого приведённого трансформатора, когда число витков вторичной и первичной обмоток считают одинаковыми. Приведение числа витков обмотки сопровождается приведением и всех остальных параметров трансформатора: напряжения, токов и сопротивлений. Приведённые параметры вторичной обмотки вычисляются по следующим выражениям

где n – коэффициент трансформации,

U’2, I’2, Z’2 – приведённые параметры вторичной обмотки: напряжение, ток, сопротивление,

U2, I2, Z2 – реальные параметры вторичной обмотки: напряжение, ток, сопротивление.

Данные выражение соответствуют параметрам вторичной обмотки приведённые к первичной. В случае необходимости можно привести параметры первичной обмотки ко вторичной. В этом случае коэффициент трансформации будет равен отношению витков вторичной обмотки ω2 к первичной обмотке ω1.

Эквивалентная схема трансформатора

Для расчёта электрических параметров трансформатора применяют различные эквивалентные схемы. Данные схемы должны соответствовать следующим условиям:

  • схема должна учитывать наиболее существенные электромагнитные процессы и обеспечивать достаточную точность расчётных характеристик различных режимов трансформаторов;
  • схема должна описываться уравнениями невысокого порядка, чтобы в явном виде определялась связь между электрическими характеристиками и конструктивными параметрами трансформатора.

Ввиду противоречивости данных условий возможно опустить из расчётов ряд конструктивных параметров, которые незначительно влияют на электрические характеристики трансформатора. Кроме того при практической реализации трансформатора его конструктивные размеры всегда отличаются в той или иной степени от расчётных значений.

Поэтому для анализа и расчёта трансформатора используют эквивалентную схему трансформатора изображённую ниже


Эквивалентная схема замещения двухобмоточного трансформатора.

В данной схеме используют следующие параметры:

LC – индуктивность намагничивания трансформатора, усчитывающая запасание энергии в основном потоке взаимной индукции магнитопроводе при приложении напряжения к первичной обмотке,

RC – эквивалентное сопротивление активных потерь в магнитопроводе на перемагничивание и вихревые токи,

LS1и L’S2 – индуктивность рассеивания первичной обмотки и приведённая индуктивность вторичной обмотки, учитывающие запасание энергии в потоках рассеяния,

R и R’2 – активное  сопротивление первичной обмотки и приведённое сопротивление вторичной обмотки, учитывающие потери энергии при протекании по ним тока нагрузки,

С01 и С’02 – собственная емкость первичной обмотки и приведённая емкость вторичной обмотки,

С12 – межобмоточная емкость трансформатора.

С учётом данной эквивалентной схемы запишем уравнения работы трансформатора

Большинство параметров эквивалентной схемы трансформатора рассчитываются по таким же выражениям, что и параметры эквивалентной схемы дросселя, рассмотренной в одной из предыдущих статей. Однако для трансформатора вводится новый параметр – межобмоточная ёмкость С12.

Как определить паразитные параметры трансформатора?

К паразитными параметрами трансформатора, определяющие качество его работы относятся индуктивность рассеяния и емкость обмоток. При правильном расчёте и конструктивном исполнении трансформатора при частотах до сотен кГц и напряжениях в десятки вольт их влияние незначительно. Поэтому есть смысл вести расчёт только суммарных значений паразитных параметров трансформатора в целом.

Так суммарная индуктивность рассеяния трансформатора, приведённая к первичной обмотке, определяется следующим выражением

где μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π * 10-7 Гн/м,

ω1 – число витков первичной обмотки,

lcp – средняя длина витка обмотки,

b1 и b2 – толщина первичной и вторичной обмоток соответственно

hок – высота окна магнитопровода,

сок – ширина окна магнитопровода,

δ12 – межобмоточное расстояние. Так как данная величина по сравнению с толщиной обмоток незначительна, то её можно не учитывать в расчётах и упростить формулу.

Суммарная емкость обмоток трансформатора, приведённая к первичной обмотке можно вычислить по следующей формуле

где ω1 и ω2 – число витков первичной и вторичной обмотки соответственно,

Vm – объем магнитопровода в см3.

Данные выражение позволяют рассчитать паразитные параметры приблизительно, так как они зависят от различных конструктивных характеристик. Так индуктивность рассеяния зависит от толщины изоляции обмоток и обмоточного провода, а емкость – от расположения обмоточного провода на каркасе сердечника.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Принципиальная схема силового трансформатора

В этой статье мы поговорим о трансформаторах, устройствах способных повышать или понижать напряжение при переменном токе. Существуют различные по конструкции и предназначению трансформаторы. Например есть как однофазные, так и трехфазные. На фото изображен однофазный трансформатор:


Трансформатор напряжения соответственно будет называться повышающим, если на выходе со вторичной обмотки напряжение выше, чем в первичной, и понижающим, если, напряжение во вторичной обмотке ниже, чем в первичной. На рисунке ниже изображена схема работы трансформатора:

Принципиальная схема трансформатора

Красным (на рисунке ниже) обозначена первичная обмотка, синим вторичная, также изображен сердечник трансформатора, собранный из пластин специальной электротехнической стали. Буквами U1 обозначено напряжение первичной обмотки. Буквами I1 обозначен ток первичной обмотки. U2 обозначено напряжение на вторичной обмотке, I2 ток во вторичной. В трансформаторе две или более обмоток индуктивно связаны. Также трансформаторы могут использоваться для гальванической развязки цепей.

Принцип работы трансформатора

Принцип действия трансформатора


Коэффициент трансформации – формула

Если коэффициент трансформации меньше единицы, то трансформатор повышающий, если больше единицы, понижающий. Разберем на небольшом примере: w1 количество витков первичной обмотки равно условно равно 300, w2 количество витков вторичной обмотки равно 20. Делим 300 на 20, получаем 15. Число больше единицы, значит трансформатор понижающий. Допустим, мы мотали трансформатор с 220 вольт, на более низкое напряжение, и нам теперь нужно посчитать, какое будет напряжение на вторичной обмотке. Подставляем цифры: U2=U1кт = 22015 = 14.66 вольт. Напряжение на выходе с вторичной обмотки будет равно 14.66 вольт.

Трансформаторы на схемах

Обозначается на принципиальных схемах трансформатор так:

Обозначение трансформатора на схемах

На следующем рисунке изображен трансформатор с несколькими вторичными обмотками:

Трансформатор с двумя вторичными обмотками

Цифрой «1» обозначена первичная обмотка (слева), цифрами 2 и 3 обозначены вторичные обмотки (справа).

Сварочные трансформаторы

Существуют специальные сварочные трансформаторы.

Сварочный трансформатор предназначен для сварки электрической дугой, он работает как понижающий трансформатор, снижая напряжение на вторичной обмотке, до необходимой величины для сварки. Напряжение вторичной обмотки бывает не более 80 Вольт. Сварочные трансформаторы рассчитаны на кратковременные замыкания выхода вторичной обмотки, при этом образуется электрическая дуга, и трансформатор при этом не выходит из строя, в отличие от силового трансформатора.

Силовые трансформаторы


Фото высоковольтный трансформатор

Трансформаторы с 6-10 киловольт на 380 вольт расположены вблизи потребителей. Такие трансформаторы стоят на трансформаторных подстанциях расположенных во многих дворах. Они поменьше размерами, но вместе с ВН (выключателями нагрузки) которые ставятся перед трансформатором и вводными автоматами и фидерами могут занимать двух этажное здание.

Трансформатор 6 киловольт

У трехфазных трансформаторов обмотки соединяются не так, как у однофазных трансформаторов. Они могут соединяться в звезду, треугольник и звезду с выведенной нейтралью. На следующем рисунке приведена как пример одна из схем соединения обмоток высокого напряжении и низкого напряжения трехфазного трансформатора:

Пример соединения обмоток силового трансформатора

Трансформаторы существуют не только напряжения, но и тока. Такие трансформаторы применяют для безопасного измерения тока при высоком напряжении. Обозначаются на схемах трансформаторы тока следующим образом:

Изображение на схемах трансформатор тока

На фото далее изображены именно такие трансформаторы тока:

Трансформатор тока – фото

Существуют также, так называемые, автотрансформаторы. В этих трансформаторах обмотки имеют не только магнитную связь, но и электрическую. Так обозначается на схемах лабораторный автотрансформатор (ЛАТР):

Лабораторный автотрансформатор – изображение на схеме

Используется ЛАТР таким образом, что включая в работу часть обмотки, с помощью регулятора, можно получить различные напряжения на выходе. Фотографию лабораторного автотрансформатора можно видеть ниже:

В электротехнике существуют схемы безопасного включения ЛАТРа с гальванической развязкой с помощью трансформатора:

Безопасный ЛАТР изображение на схеме

Для согласования сопротивления разных частей схемы служит согласующий трансформатор. Также находят применение измерительные трансформаторы для измерения очень больших или очень маленьких величин напряжения и тока.

Тороидальные трансформаторы

Промышленность изготавливает и так называемые тороидальные трансформаторы. Один из таких изображен на фото:

Фотография – тороидальный трансформатор

Преимущества таких трансформаторов по сравнению с трансформаторами обычного исполнения заключаются в более высоком КПД, меньше звуковой дребезг железа при работе, низкие значения полей рассеяния и меньший размер и вес.

Сердечники трансформаторов, в зависимости от конструкции могут быть различными, они набираются из пластин магнитомягкого материала, на рисунке ниже приведены примеры сердечников:

Сердечники трансформаторов – рисунок

Вот в кратце и вся основная информация о трансформаторах в радиоэлектронике, более подробно разные частные случаи можно рассмотреть на форуме. Автор AKV.

Раздел: Электротехника

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования системы переменного тока одних параметров в систему переменного тока с другими параметрами.

Принцип действия трансформатора

Простейший трансформатор состоит из магнитопровода и двух расположенных на нем обмоток. Обмотки электрически не связаны друг с другом. Одна из обмоток — первичная, подключена к источнику переменного тока. К другой обмотке — вторичной подключают потребитель.

Принципиальная схема трансформатора

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток I1, который создает в магнитопроводе переменный магнитопоток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток пронизывает обе обмотки, индуцируя в них ЭДС:

Из этих формул следует, что вычисленные ЭДС е1 и е2 могут отличаться друг от друга числами витков в обмотках. Применяя обмотки с различным соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений.

При подключении ко вторичной обмотке нагрузки zн в цепи потечет ток I2 и на выводах вторичной обмотки установится напряжение U2.

Обмотка трансформатора, подключенная к сети c более высоким напряжением, называется обмоткой высшего напряжения (ВН). А обмотка, присоединенная к сети меньшего напряжения — обмоткой низшего напряжения (НН).

Таким образом, трансформаторы — обратимые аппараты, то есть могут работать как повышающими, так и понижающими.

При транспортировке электроэнергии на большие расстояния для снижения потерь используется принцип трансформации. Для этого электричество, вырабатываемое генераторами, поступает на трансформаторную подстанцию. На ней повышается амплитуда напряжения, поступающего в линию электропередачи.

Второй конец ЛЭП подключен на ввод удаленной подстанции. На ней для распределения электричества между потребителями осуществляется понижение напряжения.

На обеих подстанциях трансформацией электроэнергии больших мощностей занимаются специальные силовые устройства:

Они имеют много общих признаков и характеристик, но отличаются определенными принципами работы. Эта статья описывает только первые конструкции, у которых передача электроэнергии между разделенными обмотками происходит за счет электромагнитной индукции. При этом изменяющиеся по амплитуде гармоники тока и напряжения сохраняют частоту колебаний.

Силовые трансформаторы в энергетике устанавливаются на заранее подготовленные стационарные площадки с прочными фундаментами. Для размещения на грунте могут монтироваться рельсы и катки.

Общий вид одного из многочисленных типов силовых трансформаторов, работающего с системами напряжений 110/10 кВ и обладающего величиной полной мощности 10 МВА, показан на фотографии ниже.

Отдельные ярко выраженные элементы его конструкции снабжены подписями. Более подробно устройство основных частей и их взаимное расположение демонстрирует чертеж.

Электрическое оборудование трансформатора размещается внутри металлического корпуса, изготовленного в форме герметичного бака с крышкой. Он заполнен специальным сортом трансформаторного масла, которое обладает высокими диэлектрическими свойствами и, одновременно, используется для отвода тепла от деталей, подвергаемых большим токовым нагрузкам.

Гидравлическая схема трансформатора

Упрощенно состав и взаимодействие ее основных элементов показано на картинке.

Для залива/слива масла используются специальные задвижки и вкручивающаяся пробка, а запорный вентиль, расположенный внизу бака, предназначен для отбора проб масла и последующего проведения его химического анализа.

В силовом трансформаторе образовано два контура циркуляции масла:

Первый контур представлен радиатором, состоящим из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных системой металлических трубок. Через них проходит нагретое масло, которое, находясь в магистралях охладителя, остывает и возвращается в бак.

Внутри бака циркуляция масла может производиться:

принудительно за счет создания давления в системе насосами.

Часто поверхность бака увеличивается за счет создания гофр — специальных металлических пластин, улучшающих теплообмен между маслом и окружающей атмосферой.

Забор тепла от радиатора в атмосферу может выполняться обдувом системой вентиляторов или без них за счет свободной конвекции воздуха. Принудительный обдув эффективно повышает теплосъем с оборудования, но увеличивает затраты энергии на эксплуатацию системы. Они могут снизить нагрузочную характеристику трансформатора до 25%.

Тепловая энергия, выделяемая современными трансформаторами повышенной мощности, достигает огромных величин. Об ее размере может служить тот факт, что сейчас за ее счет стали реализовывать проекты отопления промышленных зданий, расположенных рядом с постоянно работающими трансформаторами. В них поддерживаются оптимальные условия работы оборудования даже в зимнее время.

Контроль уровня масла в трансформаторе

Масло постоянно циркулирует внутри бака. Его температура зависит от целого комплекса воздействующих факторов. Поэтому объем его все время изменяется, но поддерживается в определенных границах. Для компенсации объемных отклонений масла служит расширительный бачок. В нем удобно наблюдать текущий уровень.

Для этого используется маслоуказатель. Наиболее простые устройства изготавливают по схеме сообщающихся сосудов с прозрачной стенкой, заранее проградуированной в единицах объема.

Подключения такого маслоуказателя параллельно расширительному баку вполне достаточно для контроля эксплуатационных характеристик. На практике встречаются и другие, отличные от этого принципа работы маслоуказатели.

Защита от проникновения влаги

Поскольку верхняя часть расширительного бака контактирует с атмосферой, то в ней устанавливают осушитель воздуха, препятствующий проникновению влаги внутрь масла и снижению его диэлектрических свойств.

Защита от внутренних повреждений

Важным элементом масляной системы является газовое реле. Его монтируют внутри трубопровода, соединяющего основной бак трансформатора с расширительным. За счет этого все газы, выделяемые при нагреве из масла и органической изоляции, проходят через емкость с чувствительным элементом газового реле.

Этот датчик отстроен от работы на очень маленькое, допустимое газообразование, но срабатывает при его увеличении в два этапа:

1. на выдачу светового/звукового предупредительного сигнала обслуживающему персоналу о возникновении неисправности при достижении уставки первой величины;

2. на отключение силовых автоматических выключателей со всех сторон трансформатора для снятия напряжения при бурном газообразовании, свидетельствующем о начале мощных процессов разложения масла и органической изоляции, начинающихся при коротких замыканиях внутри бака.

Дополнительная функция газового реле — контроль уровня масла в баке трансформатора. При снижении его до критической величины газовая защита может отработать в зависимости от настройки:

только на сигнал;

на отключение с выдачей сигнала.

Защита от аварийного повышения давления внутри бака

На крышке трансформатора так монтируется выхлопная труба, чтобы ее нижний конец сообщался с емкостью бака, а масло поступало внутрь до уровня в расширителе. Верхняя часть трубы возвышается над расширителем и отводится в сторону, немного загибается вниз. Ее конец герметично закрыт стеклянной предохранительной мембраной, которая разрушается при аварийном повышении давления из-за возникновения нерасчетного нагрева.

Другая конструкция подобной защиты основана на монтаже клапанных элементов, которые открываются при повышении давления и закрываются при его сбросе.

Еще один вид — сильфонная защита. Она основана на быстром сжатии сильфона при резком повышении газа. В результате сбивается защелка, удерживающая боек, который в нормальном положении находится под воздействием сжатой пружины. Освобожденный боек разбивает стеклянную мембрану и тем самым осуществляет сброс давления.

Электрическая схема силового трансформатора

Внутри корпуса бака размещаются:

остов с верхней и нижней балкой;

обмотки высокого и низкого напряжения;

регулировочные ответвления обмоток;

низковольтный и высоковольтный отводы

нижняя часть вводов высокого и низкого напряжения.

Остов вместе с балками служит для механического закрепления всех составных деталей.

Конструкция внутренних элементов Магнитопровод служит для снижения потерь магнитному потоку, проходящему через обмотки. Его изготавливают из сортов электротехнической стали шихтованным способом.

По обмоткам фаз трансформатора протекает ток нагрузки. Материалами для их изготовления выбирают металлы: медь или алюминий с круглым либо прямоугольным сечением. Для изоляции витков используют специальные сорта кабельной бумаги или хлопчатобумажную пряжу.

Концентрические намотанные обмотки выполняют в виде цилиндров, расположенных один в другом. Для стороны высокого напряжения (ВН) создается непрерывная или многослойная обмотка, а для низкого (НН) — винтовая и цилиндрическая.

Обмотку НН располагают ближе к стержню: так легче выполнить слой для ее изоляции. Затем на нее устанавливают специальный цилиндр, обеспечивающий изоляцию между сторонами высокого и низкого напряжения, а на него монтируют обмотку ВН.

Описанный способ монтажа показан на левой части нижерасположенной картинки с концентрическим размещением обмоток на стержне трансформатора.

С правой стороны картинки показан способ размещения чередующихся обмоток, разделяемых изоляционным слоем.

Для повышения электрической и механической прочности изоляции обмоток их поверхность пропитывают специальным сортом глифталевого лака.

Для подключения обмоток одной стороны напряжения между собой используют схемы:

При этом концы каждой обмотки маркируют буквами латинского алфавита, как показано в таблице.

Тип трансформатора Сторона обмотки
Низкого напряжения Среднего напряжения Высокого напряжения
начало конец нейтраль начало конец нейтраль начало конец нейтраль
Однофазный а X Ат Хт А X
Две обмотки три фазы a Х А X
b Y B Y
с г C Z
Три обмотки три фазы a X Ат Хт А X
b Y Y т B Y
c Z Хт C Z

Выводы от обмоток подключают к соответствующим токоотводам, которые монтируются на шпильки проходных изоляторов, расположенных на крышке бака трансформатора.

Для осуществления возможности регулировки величины выходного напряжения на обмотках делают ответвления. Один из вариантов выполнения регулировочных ответвлений показан на схеме.

Систему регулирования напряжения создают с возможностью изменения номинальной величины в пределах ±5%. Для этого выполняют пять ступеней по 2,5% в каждой.

У мощных силовых трансформаторов регулирование обычно создают на обмотке высокого напряжения. Это упрощает конструкцию переключателя ответвлений и позволяет повышать точность выходных характеристик за счет большего числа витков на этой стороне.

Для многослойных цилиндрических обмоток регулировочные ответвления выполняют на внешнем стороне слоя у окончания обмотки и компонуют их симметрично на одинаковой высоте относительно ярма.

У отдельных конструкций трансформаторов ответвления делают в средней части. При использовании оборотной схемы одна половина обмотки выполняется с правой намоткой, а вторая — с левой.

Для коммутации ответвлений используют трехфазный переключатель.

У него есть система неподвижных контактов, которые подключены к ответвлениям обмоток, и подвижных, осуществляющих коммутацию схемы за счет создания различных электрических цепей с неподвижными контактами.

Если ответвления сделаны около нулевой точки, то одним переключателем управляют работой сразу всех трех фаз. Это можно делать потому, что между отдельными частями переключателя напряжение не превышает 10% линейной величины.

Когда ответвления выполнены в средней части обмотки, то для каждой фазы используется свой, индивидуальный переключатель.

Способы регулирования выходного напряжения

Существуют два типа переключателей, позволяющие изменять количество витков на каждой обмотке:

1. с отключением нагрузки;

2. под нагрузкой.

Первый способ требует больше времени на выполнение и не пользуется популярностью.

Переключения под нагрузкой обеспечивают более легкое управление электрическими сетями за счет беспрерывного электроснабжения подключенных потребителей. Но, для его выполнения необходимо иметь усложненную конструкцию переключателя, который наделяется дополнительными функциями:

осуществление переходов между ответвлениями без разрыва токов нагрузки за счет подключения двух соседних контактов на момент переключения;

ограничение тока короткого замыкания внутри обмотки между подключаемыми ответвлениями во время их одновременного включения.

Техническое решение этих вопросов заключается в создании переключающих устройств, работающих от дистанционного управления с применением токоограничивающих реакторов и резисторов.

На фотографии, показанной в начале статьи, у силового трансформатора используется автоматическое регулирование выходного напряжения под нагрузкой за счет создания конструкции АРН, сочетающей релейную схему управления электродвигателя с приводным механизмом и контакторами.

Принцип и режимы работы

В основу работы силового трансформатора заложены те же законы, что и у обычного:

Проходящий по входной обмотке электрический ток с изменяющейся по времени гармоникой колебаний наводит внутри магнитопровода меняющееся магнитное поле.

Изменяющийся магнитный поток, пронизывая витки второй обмотки, наводит в них ЭДС.

При эксплуатации и проверках силовой трансформатор может оказаться в рабочем или аварийном режиме.

Рабочий режим создается подключением источника напряжения к первичной обмотке, а нагрузки — ко вторичной. При этом величина тока в обмотках не должна превышать расчетных допустимых значений. В этом режиме силовой трансформатор должен длительно и надежно питать все подключенные к нему потребители.

Разновидностями рабочего режима являются опыт холостого хода и короткого замыкания, создаваемые для проверок электрических характеристик.

Холостой ход создается размыканием вторичной цепи для исключения протекания в ней тока. Он используется для определения:

потерь в стали на намагничивание сердечника.

Опыт короткого замыкания , создается шунтированием накоротко выводов вторичной обмотки, но с заниженным напряжением на входе в трансформатор до величины, способной создать вторичный номинальный ток без его превышения. Этот способ используют для определения потерь в меди.

К аварийным режимам трансформатора относятся любые нарушения его работы, приводящие к отклонению рабочих параметров за границы допустимых для них значений. Особенно опасным считается короткое замыкание внутри обмоток.

Аварийные режимы приводят к пожарам электрооборудования и развитию необратимых последствий. Они способны причинить огромный ущерб энергосистеме.

Поэтому для предотвращения подобных ситуаций все силовые трансформаторы снабжаются устройствами автоматики, защит и сигнализации, которые предназначены для поддержания нормальной работы первичной схемы и быстрого отключения ее со всех сторон при возникновении неисправностей.

Электрическая схема однофазного трансформатора — Строительство домов и бань

СОЗДАНИЕ ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯТеория создания вечного двигателя — правда или вымысел?

Назначение и принцип действия однофазного трансформатора

В энергетической сфере деятельности используются первичные источники высокого переменного напряжения, однако в быту или на предприятиях необходимо значительно его снизить. Для этой цели применяются трансформаторы. Для полного понимания и грамотного применения напряжения в быту необходимо знать принцип действия однофазного трансформатора.

Общие сведения о трансформаторах

Значительно легче передавать переменный ток на большие расстояния, так как достигаются минимальные потери, связанные с величинами напряжения (U) и тока (I). Кроме того, для передачи не переменного, а постоянного I необходимо применять сложную электронику, которая основана на усилении параметров электричества. Основной частью этой технологии являются мощные транзисторы, которые требуют специального охлаждения, и главным критерием является цена. Использование трансформаторов, которые работают только от переменной величины тока, является оптимальным решением.

Назначение и устройство

Трансформатор (Т) — это специализированное электрическое устройство, которое работает только от переменного I и используется для преобразования значений входного U и I в необходимые значения этих величин, предусмотренных потребителем.

Т является довольно примитивным устройством, однако в его конструкции есть некоторые особенности. Для понимания принципа действия однофазного трансформатора следует изучить его назначение и устройство. Устроен однофазный трансформатор следующим образом — он состоит из магнитопровода и обмоток.

Магнитопровод, или сердечник трансформатора, выполнен из ферромагнитного материала.

Ферромагнетики — это вещества, обладающие самопроизвольной намагниченностью. Это обусловлено тем, что атомы вещества обладают очень важными свойствами: постоянные спиновые и орбитальные моменты. Свойства ферромагнетиков зависят от температуры и действия магнитного поля. Для изготовления магнитопровода Т используются такие материалы: электротехническая сталь или пермаллой.

Электротехническая сталь содержит в своем составе большую массовую долю кремния (Si), которая под действием высокой температуры соединяется с атомами углерода ©. Этот тип используется во всех типах Т, независимо от мощности.

Пермаллой является сплавом, состоящим из никеля (Ni) и железа (Fe), и применяется только в маломощных трансформаторах.

Тип Т представляет собой катушки, состоящие из каркаса и провода, покрытого изоляционным материалом. Этот провод намотан на основание катушек, и количество витков зависит от параметров Т. Количество катушек может быть 2 и более, оно зависит от конструктивной особенности электрического устройства и определяется сферой применения.

Принцип действия

Принцип работы однофазного трансформатора довольно простой и основан на генерации электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках проводника, который находится в движущемся магнитном поле и сгенерирован при помощи переменного I. При прохождении электричества по обмоткам первичной катушки создается магнитный поток (Ф), который пронизывает и вторичную катушку. Силовые линии Ф благодаря замкнутой конструкции магнитопровода имеют замкнутую структуру. Для получения оптимальной мощности Т необходимо располагать катушки обмоток на близком расстоянии относительно друг друга.

Исходя из закона электромагнитной индукции происходит изменение Ф и индуцируется в первичной обмотке ЭДС. Эта величина называется ЭДС самоиндукции, а во вторичной — ЭДС взаимоиндукции.

При подключении потребителя к первичной обмотке Т в цепи появится электрическая энергия, которая передается из первичной обмотки через магнитопровод (катушки не связаны гальванически). В этом случае средством передачи электроэнергии служит только Ф. Трансформаторы по конструктивной особенности бывают различные. По достижению максимальной магнитной связи (МС) Т делятся на следующие типы:

При слабой МС происходит значительная потеря энергии и Т такого типа практически не применяются. Основной особенностью таких Т являются незамкнутые сердечники.

Уровень средней МС достигается только при полностью замкнутом магнитопроводе. Одним из примеров такого Т является стержневой тип, у которого обмотки расположены на железных стержнях и соединены между собой накладками или ярмами. В результате такой конструкции получается полностью замкнутый сердечник.

Примером сильной МС является Т броневого типа, обмотки которого располагаются на одной или нескольких катушках. Эти обмотки расположены очень близко, благодаря чему и обеспечивается минимальная потеря электрической энергии. Магнитопровод полностью покрывает катушки, создавая более сильный Ф, который разбивается на 2 части. У трансформаторов такого типа потоки сцепления между обмотками практически равны.

Режимы работы

Т, как и любой вторичный источник питания, имеет определенные режимы работы. Режимы отличаются потреблением I. Существует 2 режима: холостого хода и нагрузки. При холостом ходе Т потребляет минимальное количество I, которое используется только на намагничивание и потери в обмотках на нагревание. Кроме того, происходит рассеивание магнитного поля. Ф создается I магнитодвижущей силы, которую генерирует первичная обмотка. В этом случае I холостого хода составляет 3−10% от номинального показателя (Iн).

При нагрузке во II обмотке появляется I, а значит — и магнитодвижущая сила (МДС). По закону Ленца: МДС II обмотки действует против МДС первичной обмотки. При этом ЭДС в первичной обмотке во время нагрузки Т равна U и прямо пропорциональна Ф. В этом случае получение k можно записать в виде: I1 / I2 = w2/w1 = 1/k.

Исходя из формул для расчета k, можно получить еще одно соотношение Т: e1 * I1 = e2 * I2 = 1.

Это соотношение показывает, что мощность, потребляемая первичной обмоткой, равна мощности, которую потребляет II обмотка при нагрузке. Мощность Т измеряется в вольт-амперах (ВА).

Основные параметры

Кроме того, следует отметить, что любой Т обладает некоторыми параметрами, которые и отличаются от других трансформаторов. К тому же, если понимать эти зависимости, то можно рассчитать и изготовить Т своими руками.

Связь между ЭДС, возникающей в обмотках Т, зависит от количества витков каждой из них. Исходя из того, что I и II обмотки пронизываются одним и тем же Ф, возможно вычислить следующее соотношение на основании общего закона индукции для мгновенных значений ЭДС:

  1. Для первичной с количеством витков w1: e1 = — w1 * dФ/dt * E-8.
  2. Для вторичной с количеством витков w2: e2 = — w2 * dФ/dt * E-8.

Соотношение dФ/dt показывает величину изменения Ф за единицу времени. Значение потока Ф зависит от закона изменения переменного тока за единицу времени. Исходя из этих выражений получается следующая формула соотношения числа витков к ЭДС каждой обмотки:

Следовательно, можно сделать следующий вывод: индуцируемые в обмотках значения ЭДС также относятся к друг другу, как и число витков обмоток. Для более простой записи можно сопоставить значения e и U: e = U. Из этого следует, что e1 = U1 e2 = U2 и возможно получить еще одну величину, называемую коэффициентом трансформации (к): e1/e2 = U1/U2 = w1 / w2 = k. По коэффициенту трансформации Т делятся на понижающие и повышающие.

Понижающим является Т, k которого меньше 1, и, соответственно, если к > 1, то он является повышающим. При отсутствии потерь в проводах обмоток и рассеивания Ф (они незначительны и ими можно пренебречь) вычислить основной параметр Т (k) достаточно просто. Для этого необходимо воспользоваться следующим простым алгоритмом нахождения k: найти соотношения U обмоток (если обмоток более 2, то соотношение нужно искать для всех обмоток).

Однако расчет k является только первым шагом для дальнейшего расчета или выявления неисправности на наличие короткозамкнутых витков.

Чтобы определить значения U, необходимо использовать 2 вольтметра, точность которых составляет около 0,2−0,5. Кроме того, для определения k существуют такие способы:

  1. По паспорту.
  2. Практически.
  3. Использование определенного моста (мост Шеринга).
  4. Прибором, предназначенным для этой цели (УИКТ).

Таким образом, принцип работы однофазного трансформатора основан на простом законе физики, а именно: если проводник с n количеством витков поместить в магнитное поле, причем это поле должно постоянно меняться с течением времени, то в витках будет генерироваться ЭДС. В этом случае справедливо и обратное утверждение: если в постоянное магнитное поле поместить проводник и осуществлять им движения, то в его обмотках начинает появляться ЭДС.

Однофазный трансформатор

Электрическая энергия, выработанная генераторами электростанций, передается потребителям, находящимся в большинстве случаев на большом расстоянии от станций. Для удешевления стоимости электропередачи и уменьшения потерь энергии в ней приходится повышать напряжение электропередачи до cотен киловольт. При распре делении энергии между потребителями необходимо понизить напряжение до десятков и сотен вольт. Все это вызывает необходимость многократного изменения (трансформирования) напряжения, которое осуществляется трансформаторам

Трансформатором называется статический аппарат, имеющий две (иногда более) обмотки, связанные переменным магнитным полем, служащий для трансформации переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, при неизменной частоте.

Число трансформаций от станции до потребителя обычно велико, и поэтому на 1 квт мощности генераторов, установленных на станции, приходится 4— 5 ква установленной мощности трансформаторов. Суммарные потери электроэнергии в трансформаторах составляют значительную долю потерь всей энергосистемы. Поэтому необходимо, чтобы трансформатор имел очень высокий к.п.д. В современных мощных трансформаторах к.п.д доходит до 0,995 при номинальной мощности.

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

Рис. 9-1. Однофазный трансформатор.

1 — магнитопровод; 2 — обмотка высшего напряжения; 3 — обмотка низшего напряжения; 4—путь полезного потока; 5 — путь потоков рассеяния первичной обмотки; 6 — путь потоков рассеяния вторичной обмотки.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Работа трансформатора основана на использовании явления взаимоиндукции. Трансформатор (рис. 9-1) имеет обычно две магнитно-связанные обмотки 2—2 и 3—3 с разными числами витков, помещенные для усиления магнитной связи на стальном, замкнутом магнитопроводе — сердечнике 1. Сердечник для уменьшения потерь энергии от вихревых токов набирается из стальных листов толщиной 0,5—0,35 мм, а при повышенной частоте тока — из более тонких листов (0,2—0 ,1 мм). Листы, перед сборкой, покрываются с двух сторон лаком для изоляции друг от друга. Трансформаторная сталь содержит 4—5% кремния, при этом сильно уменьшаются потери от гистерезиса и вихревых токов.

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

Сборка сердечника производится «внахлестку». На рис. 9-2 показаны два слоя листов, которые накладываются друг на друга при сборке сердечника трансформатора. При такой сборке достигается минимальный воздушный зазор в стыках.

Рис. 9 -2. Расположение листов стали однофазного трансформатора при сборке.

Листы предварительное стягиваются изолированными болтами в пакеты сначала так, чтобы на стержни можно было надеть изготовленные обмотки (рис.9-3), а затем окончательно, чтобы после установки обмоток, замкнуть магнитопровод. Сечение стержней, получаемое при этом, показано на рис. 9-4 — квадратное при малой мощности, или крестовидное, приближающееся к кругу, при средней и большой мощности трансформаторов.

Обмотки трансформатора представляют собой катушки разных конструкций. Различают обмотку низшего напряжения (НН), рассчитанную на низшее напря жение трансформатора, которая помещается ближе к стерж ню, и обмотку высшего напряжения (ВН), рассчитанную на высшее напряжение и помещаемую по верх обмотки (НН), концентрически с ней.

На рис. 9-1 обмотки ВН и НН показаны сдвинутыми друг относительно друга для упрощений рисунка. В однофазных трансформаторах (рис. 9-1) каждая обмотка делится пополам и помещается на двух стержнях. Обе половины обмотки НН и обмотки ВН соединяются так, чтобы э. д. с. половин обмоток складывались.

Рис. 9-3. Сборка сердечника трансформатора.

1 — стержень магнитопровода; 2 — обмотки.

Начала и концы обмоток трансформаторов обозначаются буквами латинского алфавита. Начала обмоток обозначают Л, В, С и a, b, с, а концы — X, Y, Z и х, y, z. Заглавные буквы приняты для обмотки высшего напряжения, а строчные — для обмотки низшего напряжения (рис. 9-1).

Та обмотка, к которой энергия подводится, называется первичной, а та, от которой энергия отдается потребителю, называется вторичной. Энергия передается с первичной обмотки на вторичную при помощи магнитного потока, связывающего обмотки. Если напряжение вторичной обмотки меньше, чем первичной, то трансформатор называется понижающим; в обратном случае он будет повышающим.

Рис. 9-4. Сечение сердечников трансформаторов.

Таким образом, трансформатор, показанный на рис. 9 1 понижающий. Однако если к обмотке ах подать энергию при номинальном для этой обмотки напряжении, а к обмотке АХ подключить потребителя, то трансформатор будет повышающим.

Трансформатор с сердечником рассмотренного выше типа называется стержневым. Однако существуют трансформаторы броневого типа (рис. 9-5), у которых магнитопровод разветвлен и охватывает обмотки как бы броней.

P ис 9.5 Броневой трансформатор.

Обмотки ВН и НН таких трансформаторов изготовляются в виде плоских катушек, размещающихся на одном и том же стержне. Трансформаторы броневого типа применяются, например, в радиотехнических устройствах.

Номинальной мощностью трансформатора называется мощность его вторичной обмотки, обозначенная на щитке трансформатора и выраженная в вольт-амперах или киловольт-амперах.

Статья на тему Однофазный трансформатор

Что такое однофазный трансформатор

Однофазный трансформатор – статическое устройство, имеющее две обмотки связанные индуктивно на магнитопроводе, предназначенное для преобразования одной величины напряжение и тока в другое в одной фазе.

Конструкция однофазного трансформатора

Любой однофазный трансформатор может работать только в цепях переменного тока. За счёт него полученное электрическое напряжение изменяется в нужную величину. Ток, полученный таким способом, повышается, в результате того, что мощность отдаётся в действительности без потерь. С этого и следует вывод, что основное использование такого прибора – вывести необходимое для решения задачи напряжение, после чего можно применять в определённых целях.

Вникнуть в работу прибора поможет детальный разбор конструкции трансформатора. Состоит он из следующих основных частей:

  • Сердечник, состоящий из материалов с ферромагнитными свойствами;
  • Две катушки, вторая находится на отдельном каркасе;
  • Защитный чехол (имеется не у всех моделей).
Конструкция однофазного трансформатора

Принцип работы

Однофазный трансформатор работает на определённом законе, ввиду которого идущее в витке переменное электромагнитное поле наводит электродвижущую силу в расположенном рядом проводнике. Действие названо законом электромагнитной индукции, которое было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. В результате обоснования закона учёный создал общую теорию, используемую в работе огромного числа современных электрических приборов.

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток I1, который создает в сердечнике (магнитопроводе) переменный магнитный поток. Замыкаясь в сердечнике, этот поток сцепляется с первичной и вторичной обмотками и индуцирует в них ЭДС, пропорциональные числу витков W.

Принцип работы трансформатора

В первичной обмотке ЭДС самоиндукции:

во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции:
При подключение ко вторичной обмотке нагрузке потечет I2 и установиться U2.

Режимы работы

Как и любой другой преобразователь, однофазный трансформатор имеет три режима работы:

  1. Режим холостого хода. Из названия понятно, что ток проходить не будет, в виду разомкнутой вторичной цепью устройства. А по первичной обмотке проходит холостой ток, основной элемент которого представлен реактивным током намагничивания. Режим используется в качестве определения КПД трансформатора, либо для вывода потерь в сердечнике.
  2. Режим нагрузки. Режим определяется работой трансформатора с подсоединённым источником в первичной цепи, и определённой нагрузкой во вторичном канале устройства. Для вторичной цепи характерен протекающий ток нагрузки (посчитанного из отношения количества витков обмотки и вторичного тока) и ток холостого хода.
  3. Режим короткого замыкания. Режим действует в процессе замыкания вторичной цепи из-за разностей значения потенциала. В этом режиме получаемое сопротивление от вторичной обмотки будет одним источником нагрузки. При проведении короткого замыкания можно вычислить убыток на нагрев обмотки в цепи устройства.

Коэффициент трансформации

Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, что бы это определить нужно узнать коэффициент трансформации, с его помощью можно узнать какой трансформатор. Если коэффициент меньше 1 то трансформатор повышающий(также это можно определить по значениям если во вторичной обмотке больше чем в первичной то такой повышающий) и наоборот если К>1, то понижающий(если в первичной обмотке меньше витков чем во вторичной).

Формула по вычислению коэффициента трансформации
  • U1 и U2 — напряжение в первичной и вторичной обмотки,
  • N1 и N2 — количество витков в первичной и вторичной обмотке,
  • I1 и I2 — ток в первичной и вторичной обмотки.

Виды магнитопроводов

Классификация однофазных трансформаторов

Силовой трансформатор

Трансформатор используется в преобразовании электроэнергии в сетях и в устройствах, используемых для получения и применения нужной величины электрической энергии. «Силовой» подразумевает его работу с высоким напряжением. Использование силовых трансформаторов вынуждается разными показателями рабочей мощности ЛЭП, сетей в городской полосе, выводящее напряжение для конечных объектов, а также для общей работы электрических устройств и машин. Мощность разнится от нескольких единиц вольт до сотен киловатт.

Автотрансформатор – один из видов преобразователя, где первичная и вторичная обмотки не разделены, а соединены друг с другом напрямую. Ввиду этого между ними образуется как электромагнитная, так и электрическая связь. Обмотка сопровождается как минимум тремя выводами, подсоединяясь к каждой из них, можно использовать разные мощности. Главным достоинством такого трансформатора – это его высокий уровень КПД, так как преобразуется не всё напряжение, а лишь некоторая часть. Разница особенно заметна, когда входная и выходная мощность имеют незначительные отличия.

Трансформатор тока

Такой трансформатора используется в основном для уменьшения тока первичной обмотки до нужного значения, подходящего в применении цепей измерения, защиты, регулирования и сигнализации. Помимо этого используется в гальванической развязке (передача электроэнергии или сигнала связанными электрическими цепями, при этом электрический контакт между ними отсутствует).

Нормируемое значение параметров тока вторичной обмотки – 1 А или 5 А. Первичная обмотка трансформатора подсоединяется ступенчато в цепь с нагрузкой, при этом переменный ток подвергается контролю, ко вторичной обмотке подключаются измерительные устройства.

Вторичной обмотке трансформатора тока необходимо постоянно находиться в режиме около короткого замыкания. Ведь при любом варианте разъединения цепи на неё поступает высокая мощность, способная выбить изоляцию и выхода из строя включённых приборов.

Высоковольтный ТТ(слева) и низковольтный ТТ(справа)

Трансформатор напряжения

Такой трансформатор получает энергию от источника напряжения. Используется в основном для изменения высокого напряжения в низкое в различных цепях, в том числе измерительных и релейной защиты и автоматики. Имеет возможность проводить изоляцию цепей защиты и измерения от цепей повышенной мощности.

Высоковольтный ТН(слева) и низковольтный ТН(справа)

Импульсный трансформатор

Применяется для изменения импульсных сигналов с откликом импульса в точности до десятков микросекунд. При этом форма импульса сопровождается лишь незначительным искажением. Главным назначением импульсного трансформатора является передача прямоугольного электрического импульса. Используется для преобразования коротких видеоимпульсов напряжения, зачастую воспроизводящихся с высокой скважностью.

Важный параметр при использовании импульсного трансформатора – это неискажённый вид передачи импульсных систем напряжения. При влиянии на вход устройства мощности, отличающейся друг от друга, важно получить напряжение, в точности совпадающее с той же самой формой, разве что, с другой амплитудой или различающейся полярностью.

Однофазные трансформаторы

Эксплуатация

При использовании однофазных трансформаторов технике безопасности отводится особое место. Обусловлено это тем, что устройство находится под высоким напряжением, находящимся на первичных обмотках. При подключении и установке трансформатора в электрические схемы важно соблюдать ряд правил, для исключения поломок и нарушений работы прибора:

  • Чтобы обмотки не выходили из строя (выгорали), необходимо поставить защиту от короткого замыкания на вторичной цепи;
  • Необходимо контролировать температурный режим сердечника и обмоток. Желательно установить систему охлаждения, предусматривающую исключение критического повышения температуры при работе.

В случае различной нагрузки от электросети изменяется и её напряжение. Для стабильной работы устройств, получающих энергию, необходимо, чтобы напряжение не изменялось от установленного уровня выше допустимого диапазона. Ввиду этого допускается использование методов регулирования напряжения в сети.

Устройство и принцип работы однофазного трансформатора

Действующее в электрической сети напряжение 220 Вольт в том виде, в котором оно поступает в квартиру, непригодно для работы большинства электронных устройств. Для приведения его к удобному типу для питания бытовой аппаратуры требуются специальные преобразователи, называемые трансформаторами. С их помощью удается понизить величину питающего напряжения до нужного значения, а затем выпрямить его.

Общие сведения о трансформаторах

В качестве преобразователей эти устройства традиционно применяются для приведения к приемлемому виду мощностей, пересылаемых по высоковольтным линиям. Для «переброски» на огромные расстояния подходят только сверхвысокие напряжения, при которых ток может иметь приемлемую величину.

Если попытаться передать энергию хотя бы на сотню километров в виде привычного напряжения 380 Вольт – для доставки до потребителя нужной мощности потребуется ток величиной в миллионы Ампер.

Для ее рассеяния нужен провод толщиной примерно с человеческое тело, что на практике реализовать невозможно. Поэтому на генерирующей электричество стороне с помощью другого (повышающего) трансформатора его значение поднимается до 110-ти кВ. В таком виде использовать электроэнергию распределения по жилым строениям и производственным объектам нельзя. Поэтому после доставки по ВВ в распределительных станциях 110 кВ понижаются до 10(6) кВ.

Отсюда они поступают в районные трансформаторные подстанции, где в местном понижающем трансформаторе приобретают свой окончательный вид 380 (220) Вольт. При таких значениях потенциалов энергию легко удается транспортировать по подземному кабелю или воздушному проводу СИП до конечного потребителя. Поэтому однофазный трансформатор играет большую роль в жизни человека.

Назначение и устройство

Любой трансформатор 220 Вольт однофазный представляет собой электрическое устройство, работающее только в цепях переменного тока. С его помощью входное напряжение преобразуется в нужную величину (чаще всего оно уменьшается). При этом ток, отбираемый от вторичной обмотки, возрастает, поскольку мощность предается практически без потерь. Отсюда следует, что основное назначение этого прибора – получить нужное для решения задач напряжение, а затем использовать его в конкретных целях.

Составить более полное представление поможет знакомство с конструкцией трансформатора, который состоит из следующих основных элементов:

  • сердечник из ферромагнитных материалов;
  • первичная и вторичная катушка, размещенная на изолированном каркасе;
  • защитный кожух (этот элемент у ряда моделей отсутствует).

В некоторых образцах вместо ферромагнетиков применяются электротехническая сталь или пермаллой. Выбор определенного типа материала сердечника зависит от области использования самого изделия.

Принцип действия

Принцип работы однофазного трансформатора основан на законе, согласно которому действующее в витке переменное э/м поле наводит ЭДС в расположенном рядом проводнике. Явление названо законом электромагнитной индукции Фарадея, который первым обнаружил этот интересный эффект. Для его обоснования ученый разработал целую теорию, которая легла в основу работы большинства современных электротехнических устройств и агрегатов.

Основные ее положения:

  • при прохождении тока через виток провода вокруг него формируется магнитный поток, захватывающий все такие же витки, расположенные рядом;
  • под воздействием этого потока в них наводится ЭДС, по форме изменений совпадающая с исходным полем;
  • при наличии в нем ферромагнетика действие этого эффекта усиливается.

Все эти принципы заложены в основу действия современного трансформаторного изделия. При подключении к вторичной обмотке нагрузки рабочая цепь замыкается, а энергия практически без потерь передается потребителю.

Режимы работы

Подобно любым преобразовательным устройствам трансформатор имеет два режима работы:
  • так называемый «холостой ход»;
  • режим нагрузки.

При холостом ходе устройство работает без нагрузки и потребляет минимум мощности, рассеиваемой только в первичной обмотке. Ток в ней также минимален и составляет обычно не более 3-10% от значения, наблюдаемого при подключенной нагрузке. Во втором случае в витках вторичной обмотки начинает течь ток, величина которого обратно пропорциональна количеству витков в катушке.

В понижающем трансформаторе напряжение в ней ниже, а ток – больше. В этом режиме мощность в нагрузку передается с учетом теплового рассеяния в сердечнике трансформатора.

Основные параметры

При рассмотрении параметров преобразователей напряжения и тока важно отметить коэффициент трансформации k, определяемый как I1/I2 = w2/w1 = 1/k. Здесь w2 и w1 – число витков во вторичной и первичной обмотках соответственно. Помимо этого, учитываются и такие его характеристики, как размер окна сердечника, в котором размещаются катушки.

Еще одним параметром, характеризующим передаточные свойства однофазного двухобмоточного трансформатора по напряжению, является тот же коэффициент трансформации k, величина которого для понижающего прибора меньше 1. И наоборот, если к > 1 – это изделие является повышающим трансформатором. При отсутствии потерь в проводах обмоток и рассеивания потока вычислить этот показатель очень просто. Для этого удобнее всего воспользоваться простым алгоритмом расчета: k= U2/U1. Если вторичных обмоток несколько, указанный параметр следует определять для каждой из них в отдельности.

Виды трансформаторов и их применение

По конструктивным особенностям сердечника известные образцы однофазных трансформаторов подразделяются на стержневые, кольцевые и броневые изделия. По форме используемого в них магнитопровода они могут быть:

Каждая из этих форм подходит для определенных целей, связанных с необходимостью получения заданных передаточных характеристик.

По величине максимально достижимой магнитной связи (МС) трансформаторы делятся на изделия с сильным, средним и слабым взаимодействием. Эти характеристики в значительной мере зависят от конструкции самого изделия и вида его сердечника.

Однофазный трансформатор востребован в тех областях, где нужно согласовать две силовые цепи с электрической развязкой каждой из них.

Эксплуатация изделий

При эксплуатации однофазных преобразующих устройств особое внимание обращается на безопасное обращение с ними, что объясняется высоким напряжением, присутствующим на первичных обмотках. Также важно учитывать следующие моменты, касающиеся правил установки и включения трансформаторов в электрические схемы:

  • чтобы избежать выхода обмоток из строя (выгорания), следует защищать вторичные цепи от КЗ;
  • важно следить за тепловым режимом сердечника и обмоток и, если потребуется, предусмотреть их охлаждение.

Уход за однофазным трансформатором сводится к стандартным процедурам, которые предусмотрены положениями действующих нормативов.

Оценка статьи:

Загрузка…Электрическая схема однофазного трансформатора Ссылка на основную публикацию wpDiscuzAdblock
detector

Электрическая схема подстанции | Кварценаполненные взрывобезопасные шахтные трансформаторы и подстанции

Страница 13 из 26

Электрическая схема подстанции с кварцевым заполнением представлена на рис. 5-29. Пунктиром на схеме показаны условно оболочки РУ ВН и НН и кожуха трансформатора и обозначены те электрические части и элементы, которые в них размещаются.
На рис. 5-29 сплошными жирными линиями показана силовая схема трансформатора. Напряжение 6 кВ подается разъединителем Рш на трансформатор. Со вторичной обмотки напряжение 380 или 660 в подается на линейный автомат А, две фазы которого имеют максимальные токовые реле.

Рис. 5-29. Электрическая схема подстанции ТКШВПС.

рв — высоковольтный разъединитель; Рб — рукоятка блокировки; А — автотрансформатор тока; ОСО-0,25— осветительный трансформатор; Кк — катушка  защиты; КОМ — килоомметр; Тр — трансформатор тепловой защиты;
верки реле утечки; БК-1, БК-2 — блок-контакты;

С линейного автомата  напряжение поступает на проходные изоляторы, установленные в выводной коробке.
Выводная коробка предусматривает присоединение двух трехжильных кабелей необходимого сечения.
Цепи управления, защиты и сигнализации, а также блокировки позволяют производить необходимые манипуляции в полной безопасности для обслуживающего персонала.

выключатель; ОК — катушка независимого расцепителя; ТТ — трансверки максимальной защиты автомата А- Кп м — кнопка проверки   Р — реле; Рт — тепловое реле; ТС — терморезистор; Кп — кнопка проверки, ПУ — пульт управления; МР — м-реле.

Разъединитель подстанции Рв позволяет отключить ток холостого хода или ток нагрузки трансформатора (см. ниже), но включение и отключение его можно производить только тогда, когда блокировочная рукоятка Рб находится в нейтральном положении. В этом положении выступы кулачка блокировочного вала 2 (рис. 5-30) выходят из зацепления с диском 1 вала разъединителя, блок-контакты кнопки управления БК-1 замкнуты, а блок-контакты Б К-2— разомкнуты, так как кулачок блокировочного вала не выходит из зацепления с кнопкой управления.

Рис. 5-30. Положение блокировочного кулачка разъединителя. а — отключено; б — нейтральное положение; в —включено;
1 — диск на валу разъединителя; 2 — кулачок блокировочного вала; 3 — кнопка управления.

Контакты БК-2 включены в цепь минимальной катушки привода ячейки высокого напряжения УРВ-6 или РВД-6, от которой осуществляется питание подстанции. Размыкаясь контакты БК-2 отключают масляный выключатель ячейки УРВ-6 или РВД-6 и не позволяют включить последний. Контакты БК-1 включены в цепь отключающей катушки ОК линейного автомата А. Включение линейного автомата А возможно только после того, как контакты БК-1 разомкнутся, разорвав цепь катушки ОК, а кулачок 2 блокировочного вала выйдет из зацепления с диском 1 вала разъединителя. При нахождении рукоятки Рб в положении «включено» или «отключено» манипулирование разъединителем Рв невозможно. Включением линейного автомата подается питание через контактные зажимы Л1, Л2, Л3 на устройство автоматического контроля изоляции типа БЗП-1А, состоящее из реле утечки типа УАКИ и тепловой защиты, работа которого рассмотрена ниже. Перед линейным автоматом А подключены: шинный трансформатор тока ТТ, к зажимам которого присоединен амперметр А; осветительный трансформатор типа 0с0-0,25, питание к которому подается от двух фаз а и б силового трансформатора через предохранитель типа Пр-2. К фазам а и б присоединен через добавочное сопротивление Rд вольтметр V. Максимальные реле линейного автомата А имеют отключающие катушки K, включенные в фазы а и с силового трансформатора. В цепи катушек Кк имеются кнопки К1 и К2 проверки работы максимальных реле автомата. В условиях шахты проверка осуществляется нажатием кнопки Кп.м. которая включает одновременно обе кнопки K1 и К2.
Согласно «Правилам безопасности в угольных и сланцевых шахтах» обязательным является применение реле утечки — устройства для автоматического контроля сопротивления изоляции и отключения трехфазной цепи переменного тока с изолированной нейтралью при снижении общего сопротивления изоляции до опасной величины (на шахтах СССР применяются трансформаторы только с изолированной нейтралью). В рассматриваемой подстанции применяется реле утечки типа УАКИ-380/660, которое предотвращает: 1) поражение электрическим током человека, прикоснувшегося к нормально находящемуся под напряжением проводнику или случайно оказавшемуся под напряжением корпусу в случае, если защитное заземление неисправно; 2) воспламенение электрооборудования токами утечки на землю; 3) преждевременное воспламенение электродетонаторов токами утечки трехфазной сети; 4) повреждение работающего электрооборудования с отсыревшей изоляцией; 5) опасный нагрев и сквозной прожог взрывобезопасных оболочек под действием устойчивой электрической дуги, возникающей между проводником и оболочкой.
Принцип работы реле утечки типа УАКИ можно уяснить из схемы рис. 5-29. Исполнительным элементом, реагирующим на величину тока утечки, является двухобмоточное реле Р, обмотки которого соединены так, чтобы их магнитные потоки были направлены встречно. При отсутствии повреждения изоляции сети и токоприемников, когда ток утечки составляет незначительную величину, обмотки 1 и 2 реле Р обтекаются вспомогательным током  и создают встречные магнитные потоки. Результирующий магнитный поток равен или близок к нулю. По мере снижения сопротивления изоляции ток утечки увеличивается; увеличивается и величина оперативного тока, проходящего через обмотку реле Р. Значение вспомогательного тока через диод Д-7 будет уменьшаться. При снижении сопротивления изоляции сети и токоприемников до недопустимой величины оперативный ток увеличивается настолько, что станет больше вспомогательного тока, в результате чего диод Д-7 закроется и оперативный ток будет проходить только по обмотке II. Если к проводу прикоснется человек или появится опасная утечка на землю, разность магнитных потоков станет достаточной для срабатывания реле. Реле замкнет свой замыкающий контакт Р в цепи отключающей катушки ОК линейного автомата и линейный автомат А отключит сеть с поврежденной изоляцией.

Регулирование защитных характеристик осуществляется сопротивлениями R5 и R14, которые могут быть зашунтированы перемычками. При снятых перемычках реле применяют для защиты сетей с емкостью относительно земли 0,3—1,5 мкф на фазу, а при установленных—с емкостью не более 0,5 мкф на фазу.
Для компенсации емкостных токов утечки в реле УАКИ используется компенсирующий дроссель Др. Для подсоединения дросселя к сети используются конденсаторы С2, С3 и С4, соединенные в звезду и подключенные к линейным зажимам устройства. Применение компенсатора емкости позволяет значительно уменьшить длительные и особенно кратковременные токи через прикоснувшегося к сети человека.
Для того чтобы обеспечить наибольшую безопасность и наибольшие удобства эксплуатации, необходимо, чтобы количество витков дросселя было подобрано в соответствии с суммарной длиной кабеля на участке. Дроссель имеет 5200 витков с отпайкой от 4 000-го витка. В выпускаемом заводом устройстве соединение дросселя соответствует условию, когда суммарная длина кабеля меньше 2 500 м (включены 5 200 витков). Если суммарная длины кабеля больше 2 500 м то, дроссель должен быть включен на 4 000 витков.
При переключении обмотки НН трансформаторной подстанции с Д на Y устройство БЗП-1А необходимо также переключить с 380 на 660 в, дроссель-компенсатор Др должен быть включен на полное число витков 5200 и в дальнейшем при работе в сети 660 в переключение дросселя на 4 000 витков производить не рекомендуется.
Проверка исправности реле утечки осуществляется кнопкой Кв. При нажатии кнопки Кн фаза JI3 через сопротивление R5 и R4 соединяется с землей. При срабатывании реле от тока утечки проверочные сопротивления 5 и выполняют роль добавочной однофазной утечки, подключающейся в момент срабатывания реле к обмотке реле II через его замыкающие контакты Р», что увеличивает надежность срабатывания реле. Реле утечки действует только при наличии заземления корпуса реле. Для повышения надежности действия защиты предусматривается, кроме заземления з корпуса реле утечки, также соединение его с добавочным заземлением Дз. При нажатии кнопки Кн в случае обрыва заземления реле утечки не срабатывает. Сопротивления изоляции сети и приемников следует систематически контролировать.
Защита подстанции от длительных недопустимых перегрузок и, следовательно, от чрезмерного перегрева активной части трансформатора осуществляется тепловой защитой, в которой контролирующим элементом является терморезистор ТС типа КМТ-1 с номинальным сопротивлением 20 ком. Терморезистор для исключения механического повреждения его три уплотнении кварцевого песка на вибростеде помещается в латунный кожух, заливаемый эпоксидной смолой. Термодатчик закреплен на одной из катушек обмотки низкого напряжения силового трансформатора самой нагретой фазы.
Питание схемы тепловой защиты осуществляется от трансформатора Тр. Обмотка трансформатора является источником питания триода ПП, в коллекторную цепь которого включено Рт. Выпрямление переменного тока осуществляется с помощью диода Д8. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения установлен конденсатор С6. Управление триодом ПП осуществляется сигналом, снимаемым с диагонали моста, плечи которого образованы сопротивлениями R16, R17, R18, R19, а также терморезистором ТР. Питание моста осуществляегся от обмотки III трансформатора Тр через выпрямитель Дд. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения служит конденсатор С7. Сопротивления плеч выбраны таким образом, чтобы при нормальных условиях работы на базу триода ПП подавался плюсовый потенциал. В этом случае через реле Рт ток не проходит, если не считать начальный ток триода. При повышении температуры терморезистора сопротивление его уменьшается, что приводит к появлению минусового потенциала на базе триода, и последний открывается. При температуре терморезистора 105° С его сопротивление резко уменьшается до величины порядка 1 300 Ом. В этом случае минусовый сигнал на базе триода возрастает настолько, что ток коллектора достигает величины, достаточной для срабатывания реле Рт.
С помощью переменного сопротивления 19 можно регулировать установку защиты. Включаясь, реле Рт замыкает свой контакт Р»‘т. Замыкание контакта Р'»т, включенного в цепь отключающей катушки ОК линейного автомата, приводит к отключению последнего. При замыкании второго контакта Р»т получает питание сигнальная лампа Лн. Последующее включение автоматического выключателя может быть осуществлено только после снижения температуры обмотки трансформатора подстанции до температуры, предусмотренной уставкой. При отключении автомата передвижной подстанции загорание лампы Лн показывает, что отключение произошло по причине недопустимого нагрева обмоток трансформатора подстанции.
Так как разница между температурой срабатывания и температурой возврата тепловой защиты составляет примерно 3° С, то повторное включение автоматического выключателя может быть произведено в этом случае через несколько минут после отключения. Погасание сигнальной лампы является разрешающим сигналом повторного включения автоматического выключателя.
Проверка исправности тепловой защиты производится на поверхности шахты. Для этого вместо терморезистора к зажимам подключается сопротивление величиной 1 300 Ом. При подаче в этом случае напряжения 127 в на зажимы первичной обмотки трансформатора Тр и исправной тепловой защиты реле Рт включается. Один из контактов реле тепловой защиты Рт находится в цепи минимальной катушки привода ячейки УРВ или РВД. В схеме и конструкции передвижной подстанции предусмотрено подключение: 1) пульта управления с помощью которого дистанционно можно производить включение и отключение ячейки РВД, подающей питание на подстанцию. Пульт управления подключается к кабельному вводу с зажимами К7, К8, К9; 2) метан-реле, осуществляющего контроль за состоянием шахтной атмосферы.

При достижении в шахте опасной концентрации метана метан-реле путем воздействия на цепь минимальной катушки ячейки РВД или на цепь отключающей катушки автомата производит отключение подстанции. Питание метан-реле осуществляется через кабельный ввод с зажимами К14, К15. Подключение метан-реле к цепи ОК автомата осуществляется через кабельный ввод с зажимами K16, К17, а к цепи минимальной катушки ячейки РВД — через кабельный ввод с зажимами К5, К6.

Схема замещения трансформатора | Электротехника

Введение. В электрических цепях обмотки трансформаторов связаны между собой магнитным полем. Это усложняет расчет цепи и анализ ее работы.

Поэтому целесообразно заменить трансформатор его моделью, которая называется схемой замещения. Построение схемы замещения должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к моделям, т. е. математическое описание режима схемы замещения должно совпадать с математическим описанием электрического состояния трансформатора.

Схема замещения для приведенного трансформатора. Приведенный трансформатор математически описывается уравнениями электрического состояния (2.8), (2.10) и уравнением токов (2.6б). В соответствии с этими уравнениями построена схема замещения трансформатора (рис. 2.9).

На схеме и соответственно — активное сопротивление и сопротивление рассеяния первичной обмотки; и — приведенные активное сопротивление и сопротивление рассеяния вторичной обмотки; и активное и реактивное сопротивление ветви холостого хода. Мощность потерь в сопротивлении при токе эквивалентна потерям в магнитопроводе, т.е. – эквивалентное реактивное сопротивление. Падение напряжения на ветви холостого хода с комплексным сопротивлением при токе равно ЭДС и трансформатора.

Упрощенная схема замещения.

Параметры схемы замещения трансформатора экспериментально найти трудно. Если пренебречь током холостого хода из-за его малости, то получим так называемую упрощенную схему замещения (рис. 2.10), где и называются сопротивлениями короткого замыкания

и (2.11)

Читайте также:

§65. Режимы работы трансформатора и его характеристики §28. Обмотки якоря Устройство трансформатора §32. Схемы генераторов и их характеристики

Трансформаторы на электросхемах — Весёлый Карандашик

2013, Апрель 2 , Вторник

На мой взгляд, по количеству металла раритетные ламповые радиоприёмники или телевизоры превзойдут любую современную электро-радио технику. Грешно судить ‘предков’, но кто-то ещё помнит цветной ламповые телевизоры  ‘Рубин’, ‘Рекорд’, ‘Берёзка’, ‘Горизонт’,  которые угрожающе смотрели на хозяев, предупреждая о своём весе  в 61-63 кг, большую часть которой занимали трансформаторы.

Когда включаем нами любимые электроприборы в домашнюю электросеть, мы даже не догадываемся, что присутствующее напряжение в сети 220 вольт преобразовано(трансформировано) силовым электрическим трансформатором из более высокого напряжения, поступающего от другого распределительного трансформатора, который, в свою очередь, получает электричество через линии электропередачи(ЛЭП) от самой электростанции. Если включим домашний сварочный трансформатор или зарядное автомобильное устройство в сеть, то напряжение из 220 вольт будет трансформироваться в низкое, безопасное для нас.

А как работает трансформатор?

Что бы электрическая цепь, состоящая из набора элементов, потребителей и источника питания была действующей, она должна быть замкнутой, то есть электрический ток от одного полюса источника питания должен пройти через потребитель и вернуться на на другой полюс источника. У трансформатора входная сторона имеет два подключаемых конца-ввода. У нашей питающей электросети тоже два провода, которые мы и подключаем к вводным концам. Таким образом, мы запитываем электрический трансформатор, рабочее напряжение которого должно быть рассчитано на напряжение сети.

Получается рабочая электрическая цепь электросеть-трансформатор, точнее — выходная обмотка понижающего потребительского трансформатора  сети с выходным напряжением 220 вольт на первичную обмотку нашего, бытового трансформатора на 220 вольт. А так как в сети ток переменный, с частотой 50Гц, то  колебания тока посредством связи через обмотки трансформаторов  вызывают некую вибрацию металлического сердечника — магнитопровода электрического трансформатора, образовывая вокруг себя переменное электромагнитное поле. Когда поверх первичной обмотки, запитанной от сети в 220 вольт и размещённой на металлическом сердечнике, установить другую, вторичную обмотку, то можно получить переменное напряжение желаемой величины(к примеру: 12вольт), но той же частоты, что и в сети.

Таким образом, переменное напряжение электрической сети трансформируется в необходимое для нас по величине вторичное напряжение. Ко вторичной обмотке можно подключить автомобильную лампу на 12 вольт, с которой ничего плохого не случится. Тем более, первичная электрическая цепь(сеть 220 вольт + первичная катушка трансформатора) никак не соединена с другой(вторичная катушка 12 вольт + электролампа). В данном случае говорится о гальванической развязке, которая обезопасит нас и питаемое электрооборудование от опасного высокого напряжения сети. Есть трансформаторы и без гальванической развязки(автотрансформаторы), катушки у которого связаны между собой электрически(соединены).

А вот и ответ: трансформатор через расположенные  на магнитопроводе обмотки трансформирует, преобразует переменное напряжение посредством электромагнитной индукции или осуществляет гальваническую развязку между входной и питающей стороной.

Как изображается трансформатор на схеме.

В электротехнике и радиоэлектронике существует много разных видов и типов трансформаторов. Одни применяются строго в высокочастотных цепях, другие только в измерительной технике, а описываемые нами — большинство в быту и в бытовой аппаратуре.

Изображение обмотки трансформатора напоминает волнообразную линию, у которой одна сторона волны остроконечная. В последнее время обмотку изображают в виде прямоугольника с отводами по краям. Начало обмотки обозначается толстой жирной точкой. Если трансформатор магнитоэлектрический — с сердечником, то между параллельно указанными катушками рисуется сердечник, в виде чёрного закрашенного  прямоугольника.

На однолинейных схемах изображение трансформатора выполняется в виде смещения относительно друг-друга с наложением двух окружностей.

Существуют трансформаторы регулируемые и не регулируемые, с дополнительными отводами и секциями, с сердечниками и без таковых, трансформаторы тока и напряжения. Но при всех типах трансформатора всегда на схеме присутствует изображение обмотки — волнообразная линия или прямоугольник с отводами.

Обозначение на схеме используется латинской буквой T, хотя, она аналогична и кирилице. Рядом с литерой Т ставится буквенный символ, указывающий на тип электрического трансформатора.

К примеру: А — TA(трансформатор тока), V — TV(трансформатор напряжения), UV — TUV(трансформатор регулировочный).

Следует запомнить, что нарисованные параллельно или по одной оси обозначения катушек с указанием сердечника или без него и есть общее схематичное изображение трансформатора.


«Трансформаторы на электросхемах»

Таким образом, переменное напряжение электрической сети трансформируется в необходимое для нас по величине вторичное напряжение. Ко вторичной обмотке можно подключить автомобильную лампу на 12 вольт, с которой ничего плохого не случится. Тем более, первичная электрическая цепь(сеть 220 вольт + первичная катушка трансформатора) никак не соединена с другой(вторичная катушка 12 вольт + электролампа). В данном случае говорится о гальванической развязке, которая обезопасит нас и питаемое электрооборудование от опасного высокого напряжения сети. Есть трансформаторы и без гальванической развязки(автотрансформаторы), катушки у которого связаны между собой электрически(соединены).

Игорь Александрович

«Весёлый Карандашик»

Условные обозначения и описание трансформатора

Принципиальная схема — это графическое представление электрической или электронной схемы. На принципиальных схемах используются стандартные электрические символы, которые обычно изображают типы и работу компонентов, которые они символизируют. Магнитные катушки могут принимать различные формы, такие как индуктор, обмотка, дроссель, соленоид или катушки трансформатора с магнитным сердечником или без него, поэтому графический символ этих компонентов должен демонстрировать, что это действительно катушки с проводом, а не просто последовательность полукругов или петель.

Хотя схематический символ трансформатора может выглядеть как две катушки (называемые обмотками), размещенные рядом друг с другом, магнитная связь и ориентация между этими двумя катушками также указаны в его схематическом обозначении. Некоторые символы катушек могут быть помечены буквами и / или цифрами для обозначения их электрических соединений или точками для обозначения полярности.

В условных обозначениях

точки используют точки на условном обозначении трансформатора как способ указания направления обмотки между входом и выходом и, следовательно, полярности между обмотками.Точки индикации фазы отмечены на каждой обмотке общего сердечника с их положением относительно друг друга, показывая, повышаются и падают мгновенные напряжения и токи каждой обмотки вместе, указывая на нулевой сдвиг фазы (0 o ), или одно напряжение и ток растет, а другой падает, указывая на сдвиг фазы на 180 градусов (180 o ) между ними.

В любом случае символы электрических схем трансформаторов, катушек индуктивности и катушек предлагают простой и наглядный способ обозначить, какие компоненты используются в схемотехнике.Существует множество различных стандартных конфигураций трансформаторов, каждая из которых имеет свой схематический символ трансформатора, но отдельные графические символы катушек индуктивности и трансформаторов, приведенные ниже вместе с кратким описанием и пояснениями, являются одними из наиболее распространенных, которые мы используем ежедневно.

Условные обозначения для катушек индуктивности

Условные обозначения трансформаторов

Схема
Символ
Идентификация символа Описание символа
Трансформатор напряжения с воздушным сердечником Однофазный трансформатор напряжения с воздушным сердечником с двумя индуктивными катушками, плотно обернутыми вокруг твердого или полого пластикового не- магнитный сердечник для радиочастотных приложений
Трансформатор с железным сердечником Однофазный трансформатор напряжения с железным сердечником, образованный намоткой двух катушек вокруг сплошного многослойного железного сердечника, обозначенного символами двумя сплошными линиями, для передачи электрической энергии от одной обмотки к другой, изменяя напряжение переменного тока с высокого на низкий или с низкого на высокое
Силовой трансформатор Однофазный силовой трансформатор (PT), показанный в виде двух соединительных кругов для передачи и распределение электроэнергии от высокого к низкому или от низкого к высокому
Fer Rite-core Transformer Однофазный трансформатор, образованный намоткой двух катушек вокруг нетвердого сжатого ферритового сердечника для уменьшения потерь на вихревые токи, шума и увеличения намагничивающего потока.Используется в основном в тороидальных трансформаторах.
Понижающий трансформатор Однофазный понижающий изолирующий трансформатор, который преобразует более высокое напряжение первичной обмотки в более низкое вторичное напряжение на величину, определяемую соотношением витков трансформатора
Повышающий трансформатор Однофазный повышающий изолирующий трансформатор, который преобразует более низкое напряжение первичной обмотки в более высокое напряжение вторичной обмотки на величину, определяемую соотношением витков трансформатора
0 o Phase Shift Линейная ориентация точки, используемая для обозначения 0 o фазового сдвига между первичной и вторичной обмотками, используемого для правильного параллельного соединения трансформаторов
180 o Phase Shift Диагональ и противоположная ориентация точек, используемая для обозначения фазы 180 o сдвиг между первичной и вторичной обмотками, приводящий к инверсии напряжения и тока
Трансформатор с центральным отводом Однофазный трансформатор напряжения с центральным отводом с первичной, вторичной или обеими сторонами, разделенными на две обмотки, что позволяет использовать несколько точек напряжения .Центральный ответвитель первичной обмотки позволяет использовать два источника питания, а центральный отвод вторичной обмотки полезен в выпрямительных схемах
Многоканальный трансформатор Однофазный Многоступенчатый трансформатор напряжения на первичной, вторичной или обоих сторонах, позволяющий подключать несколько напряжений и принимать точки отключения
Трансформатор с несколькими нагрузками Однофазный трансформатор напряжения с одной или несколькими вторичными обмотками с магнитной связью для питания отдельных нагрузок, либо вторичные обмотки могут быть подключены параллельно для увеличения тока или последовательно для более высокого напряжения
Двухобмоточный трансформатор Однофазный трансформатор напряжения, состоящий из двух трансформаторов на одном сердечнике, с первичной и вторичной обмотками каждого трансформатора, намотанными на одном магнитном сердечнике.Для использования как в источниках низкого, так и в высоком напряжении, а также в источниках питания.
Автотрансформатор с железным сердечником Однофазный понижающий автотрансформатор с одной единственной катушкой для первичной и вторичной обмоток, намотанной вокруг магнитного железного сердечника и одна или несколько фиксированных точек ответвления, дающие вторичное напряжение, равное или меньшее первичного напряжения
Автотрансформатор с железным сердечником Однофазный повышающий автотрансформатор с одной единственной катушкой для первичной и вторичной обмоток обернутый вокруг магнитного железного сердечника и одной или нескольких фиксированных точек ответвления, дающих вторичное напряжение, равное или превышающее первичное напряжение быть отрегулированным, чтобы производить переменное вторичное напряжение.Не обеспечивает изоляцию
Трансформатор тока Понижающие трансформаторы тока (СТ) обмотки, тороидального или стержневого типа, которые обеспечивают электрическую изоляцию между сильноточным проводником и измерительным устройством

Основы работы с трансформаторами и принципы работы с трансформаторами

Одна из основных причин, по которой мы используем переменные напряжения и токи переменного тока в наших домах и на рабочих местах, заключается в том, что источники переменного тока можно легко генерировать при подходящем напряжении, преобразовывать (отсюда и название трансформатор) в гораздо более высокие напряжения, а затем распространять по стране с использованием национальная сетка пилонов и кабелей на очень большие расстояния.

Причина преобразования напряжения на гораздо более высокий уровень заключается в том, что более высокие напряжения распределения подразумевают более низкие токи при той же мощности и, следовательно, более низкие потери I 2 * R в сетевой кабельной сети. Эти более высокие напряжения и токи передачи переменного тока могут быть затем снижены до гораздо более низкого, безопасного и пригодного для использования уровня напряжения, где его можно использовать для питания электрического оборудования в наших домах и на рабочих местах, и все это возможно благодаря базовому трансформатору напряжения .

Типовой трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения можно рассматривать как электрический компонент, а не как электронный компонент. Трансформатор в основном представляет собой очень простое статическое (или стационарное) электромагнитное пассивное электрическое устройство, которое работает по принципу закона индукции Фарадея, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое.

Трансформатор делает это путем соединения двух или более электрических цепей с помощью общей колеблющейся магнитной цепи, которая создается самим трансформатором.Трансформатор работает на принципах «электромагнитной индукции» в форме взаимной индукции.

Взаимная индукция — это процесс, при котором катушка с проволокой индуцирует напряжение в другой катушке, расположенной в непосредственной близости от нее. Тогда мы можем сказать, что трансформаторы работают в «магнитной области», а трансформаторы получили свое название от того факта, что они «преобразуют» один уровень напряжения или тока в другой.

Трансформаторы

способны увеличивать или уменьшать уровни напряжения и тока в своей системе питания без изменения его частоты или количества электроэнергии, передаваемой от одной обмотки к другой через магнитную цепь.

Однофазный трансформатор напряжения в основном состоит из двух электрических катушек, одна из которых называется «Первичная обмотка», а другая — «Вторичная обмотка». В этом руководстве мы определим «первичную» сторону трансформатора как сторону, которая обычно принимает питание, а «вторичную» как сторону, которая обычно подает питание. В однофазном трансформаторе напряжения первичной обмоткой обычно является сторона с более высоким напряжением.

Эти две катушки не находятся в электрическом контакте друг с другом, а вместо этого намотаны вместе вокруг общей замкнутой магнитной железной цепи, называемой «сердечником».Этот сердечник из мягкого железа не является твердым, а состоит из отдельных пластин, соединенных вместе, чтобы помочь уменьшить потери сердечника.

Две обмотки катушки электрически изолированы друг от друга, но магнитно связаны через общий сердечник, что позволяет передавать электрическую мощность от одной катушки к другой. Когда электрический ток проходит через первичную обмотку, создается магнитное поле, которое индуцирует напряжение во вторичной обмотке, как показано.

Однофазный трансформатор напряжения

Другими словами, для трансформатора нет прямого электрического соединения между двумя обмотками катушки, что дало ему название также изолирующий трансформатор .Обычно первичная обмотка трансформатора подключается к источнику входного напряжения и преобразует или преобразует электрическую энергию в магнитное поле. В то время как работа вторичной обмотки заключается в преобразовании этого переменного магнитного поля в электрическую энергию, производящую требуемое выходное напряжение, как показано.

Конструкция трансформатора (однофазный)

  • Где:
  • В P — первичное напряжение
  • V S — вторичное напряжение
  • N P — количество первичных обмоток
  • N S — количество вторичных обмоток
  • Φ (phi) — флюсовая связь

Обратите внимание, что две обмотки катушки не связаны электрически, а связаны только магнитно.Однофазный трансформатор может увеличивать или уменьшать напряжение, подаваемое на первичную обмотку. Когда трансформатор используется для «увеличения» напряжения на его вторичной обмотке относительно первичной, он называется повышающим трансформатором . Когда он используется для «уменьшения» напряжения на вторичной обмотке относительно первичной, он называется понижающим трансформатором .

Однако существует третье условие, при котором трансформатор создает на своей вторичной обмотке такое же напряжение, какое прикладывается к его первичной обмотке.Другими словами, его выход идентичен по передаваемому напряжению, току и мощности. Этот тип трансформатора называется «трансформатором импеданса» и в основном используется для согласования импеданса или изоляции прилегающих электрических цепей.

Разница в напряжении между первичной и вторичной обмотками достигается путем изменения количества витков катушки в первичной обмотке (N P ) по сравнению с количеством витков катушки на вторичной обмотке (N S ).

Поскольку трансформатор в основном является линейным устройством, теперь существует соотношение между количеством витков первичной катушки, деленным на количество витков вторичной катушки. Это соотношение, называемое коэффициентом трансформации, более широко известно как «коэффициент трансформации» трансформаторов (TR). Это значение коэффициента трансформации определяет работу трансформатора и соответствующее напряжение на вторичной обмотке.

Необходимо знать соотношение количества витков провода на первичной обмотке по сравнению с вторичной обмоткой.Передаточное число витков, которое не имеет единиц измерения, сравнивает две обмотки по порядку и записывается с двоеточием, например 3: 1 (3-к-1). В этом примере это означает, что если на первичной обмотке 3 вольта, то на вторичной обмотке будет 1 вольт, а на 1 вольт — 3 вольта. Тогда мы можем видеть, что если соотношение между количеством витков изменяется, результирующие напряжения также должны изменяться в том же соотношении, и это правда.

Трансформаторы — все о «соотношениях». Соотношение первичной и вторичной обмоток, отношение входа к выходу и коэффициент трансформации любого данного трансформатора будет таким же, как и его коэффициент напряжения.Другими словами, для трансформатора: «коэффициент трансформации = коэффициент напряжения». Фактическое количество витков провода на любой обмотке, как правило, не имеет значения, просто соотношение витков, и это соотношение дается как:

A Коэффициент трансформации трансформатора

Предполагая идеальный трансформатор и фазовые углы: Φ P ≡ Φ S

Обратите внимание, что порядок чисел при выражении значения коэффициента трансформации трансформаторов очень важен, так как соотношение витков 3: 1 выражает совершенно другое соотношение трансформатора и выходное напряжение, чем то, в котором соотношение витков задано как 1: 3 .

Основы трансформатора, пример №1

Трансформатор напряжения имеет 1500 витков провода на первичной обмотке и 500 витков провода на вторичной обмотке. Каким будет коэффициент трансформации (TR) трансформатора.

Это соотношение 3: 1 (3 к 1) просто означает, что на каждую вторичную обмотку приходится три первичные обмотки. По мере того, как соотношение перемещается от большего числа слева к меньшему числу справа, значение первичного напряжения постепенно понижается, как показано.

Основы трансформатора, пример №2

Если к первичной обмотке того же трансформатора, указанного выше, приложено 240 В (среднеквадратичное значение), каким будет результирующее вторичное напряжение холостого хода.

Еще раз подтверждая, что трансформатор является «понижающим» трансформатором, поскольку первичное напряжение составляет 240 вольт, а соответствующее вторичное напряжение ниже 80 вольт.

Тогда основная цель трансформатора — преобразовывать напряжения с заданными соотношениями, и мы видим, что первичная обмотка имеет заданное количество или количество обмоток (витков провода) на ней, чтобы соответствовать входному напряжению.Если вторичное выходное напряжение должно быть таким же, как входное напряжение на первичной обмотке, то на вторичный сердечник должно быть намотано такое же количество витков катушки, как и на первичном сердечнике, что дает равное соотношение витков 1: 1. (1 к 1). Другими словами, одна катушка включает вторичную обмотку, а другая — первичную.

Если выходное вторичное напряжение должно быть больше или выше входного напряжения (повышающий трансформатор), то на вторичной обмотке должно быть больше витков, обеспечивающих соотношение витков 1: N (1-к-N), где N представляет собой число передаточного числа витков.Аналогичным образом, если требуется, чтобы вторичное напряжение было ниже или ниже первичного (понижающий трансформатор), то количество вторичных обмоток должно быть меньше, обеспечивая соотношение витков N: 1 (N-к-1). .

Действие трансформера

Мы видели, что количество витков на вторичной обмотке по сравнению с первичной обмоткой, соотношение витков, влияет на величину напряжения, доступного от вторичной обмотки. Но если две обмотки электрически изолированы друг от друга, как создается это вторичное напряжение?

Ранее мы говорили, что трансформатор в основном состоит из двух катушек, намотанных на общий сердечник из мягкого железа.Когда к первичной катушке прикладывается переменное напряжение (V P ), ток течет через катушку, которая, в свою очередь, создает вокруг себя магнитное поле, называемое взаимной индуктивностью , посредством этого тока, протекающего в соответствии с законом Фарадея электромагнитная индукция. Сила магнитного поля нарастает по мере увеличения тока от нуля до максимального значения, которое задается как dΦ / dt.

По мере того, как магнитные силовые линии, устанавливаемые этим электромагнитом, расширяются наружу от катушки, сердечник из мягкого железа формирует путь и концентрирует магнитный поток.Этот магнитный поток связывает витки обеих обмоток, когда он увеличивается и уменьшается в противоположных направлениях под влиянием источника переменного тока.

Однако сила магнитного поля, индуцированного в сердечнике из мягкого железа, зависит от силы тока и количества витков в обмотке. Когда ток уменьшается, напряженность магнитного поля уменьшается.

Когда магнитные линии потока проходят вокруг сердечника, они проходят через витки вторичной обмотки, вызывая наведение напряжения во вторичной катушке.Величина индуцированного напряжения будет определяться: N * dΦ / dt (закон Фарадея), где N — количество витков катушки. Также это индуцированное напряжение имеет ту же частоту, что и напряжение первичной обмотки.

Тогда мы можем видеть, что одинаковое напряжение индуцируется в каждом витке катушки обеих обмоток, потому что один и тот же магнитный поток связывает витки обеих обмоток вместе. В результате общее индуцированное напряжение в каждой обмотке прямо пропорционально количеству витков в этой обмотке. Однако пиковая амплитуда выходного напряжения, доступного на вторичной обмотке, будет уменьшена, если магнитные потери сердечника велики.

Если мы хотим, чтобы первичная катушка создавала более сильное магнитное поле, чтобы преодолеть магнитные потери сердечника, мы можем либо послать через катушку больший ток, либо сохранить тот же ток, и вместо этого увеличить количество витков катушки (N P ) обмотки. Произведение ампер на витки называется «ампер-витки», которое определяет силу намагничивания катушки.

Предположим, что у нас есть трансформатор с одним витком в первичной обмотке и только с одним витком во вторичной.Если один вольт приложен к одному витку первичной катушки, при условии отсутствия потерь, должно протекать достаточно тока и генерироваться достаточно магнитного потока, чтобы вызвать один вольт в одном витке вторичной обмотки. То есть каждая обмотка поддерживает одинаковое количество вольт на виток.

Поскольку магнитный поток изменяется синусоидально, Φ = Φ max sinωt, то основное соотношение между наведенной ЭДС, (E) в обмотке катушки из N витков определяется выражением:

ЭДС = количество оборотов x скорость изменения

  • Где:
  • ƒ — частота потока в Герцах, = ω / 2π
  • Ν — количество витков катушки.
  • Φ — количество флюса в полотнах

Это известно как уравнение ЭДС трансформатора . Для ЭДС первичной обмотки N будет числом витков первичной обмотки (N P ), а для ЭДС вторичной обмотки N будет числом витков вторичной обмотки (N S ).

Также обратите внимание, что, поскольку трансформаторы требуют переменного магнитного потока для правильной работы, трансформаторы, следовательно, не могут использоваться для преобразования или подачи постоянного напряжения или тока, поскольку магнитное поле должно изменяться, чтобы индуцировать напряжение во вторичной обмотке.Другими словами, трансформаторы НЕ работают с установившимся постоянным напряжением , а только с переменным или пульсирующим напряжением.

Если первичная обмотка трансформатора была подключена к источнику постоянного тока, индуктивное реактивное сопротивление обмотки было бы равно нулю, поскольку постоянный ток не имеет частоты, поэтому эффективное сопротивление обмотки будет очень низким и равным только сопротивлению используемой меди. . Таким образом, обмотка будет потреблять очень большой ток от источника постоянного тока, что приведет к ее перегреву и, в конечном итоге, сгоранию, потому что, как мы знаем, I = V / R.

Основы трансформатора, пример №3

Однофазный трансформатор имеет 480 витков на первичной обмотке и 90 витков на вторичной обмотке. Максимальное значение плотности магнитного потока составляет 1,1 Тл, когда на первичную обмотку трансформатора подается напряжение 2200 В, 50 Гц. Вычислить:

а). Максимальный поток в сердечнике.

б). Площадь поперечного сечения сердечника.

в). Вторичная наведенная ЭДС.

Поскольку номинальное вторичное напряжение равно вторичной наведенной ЭДС, другой более простой способ рассчитать вторичное напряжение из отношения витков дается как:

Электрическая мощность в трансформаторе

Еще одним из основных параметров трансформатора является его номинальная мощность. Номинальная мощность трансформатора получается простым умножением тока на напряжение, чтобы получить номинальную мощность в вольт-амперах , (ВА). Малые однофазные трансформаторы могут быть рассчитаны только на вольт-амперы, но более мощные силовые трансформаторы рассчитаны на единицы кило вольт-ампер , (кВА), где 1 киловольт-ампер равен 1000 вольт-амперам, а единицы Мега-вольт-ампер , (МВА), где 1 мегавольт-ампер равен 1 миллиону вольт-ампер.

В идеальном трансформаторе (без учета потерь) мощность, доступная во вторичной обмотке, будет такой же, как и мощность в первичной обмотке, они являются устройствами постоянной мощности и не изменяют мощность, а изменяют только отношение напряжения к току. Таким образом, в идеальном трансформаторе коэффициент мощности равен единице, поскольку напряжение V, умноженное на ток, I останется постоянным.

То есть электрическая мощность на одном уровне напряжения / тока на первичной стороне «преобразуется» в электрическую энергию на той же частоте с тем же уровнем напряжения / тока на вторичной стороне.Хотя трансформатор может повышать (или понижать) напряжение, он не может повышать мощность. Таким образом, когда трансформатор увеличивает напряжение, он снижает ток и наоборот, так что выходная мощность всегда равна входной мощности. Тогда мы можем сказать, что первичная мощность равна вторичной мощности (P P = P S ).

Мощность в трансформаторе

Где: Φ P — это первичный фазовый угол, а Φ S — вторичный фазовый угол.

Обратите внимание, поскольку потеря мощности пропорциональна квадрату передаваемого тока, то есть: I 2 R, увеличение напряжения, скажем, удвоение (× 2) напряжения уменьшит ток на ту же величину, (÷ 2) при подаче того же количества мощности на нагрузку и, следовательно, снижении потерь в 4 раза. Если бы напряжение было увеличено в 10 раз, ток уменьшился бы в том же разы, уменьшив общие потери в 100 раз.

Основы трансформатора — КПД

Трансформатору не требуются движущиеся части для передачи энергии.Это означает, что отсутствуют потери на трение или парусность, связанные с другими электрическими машинами. Однако трансформаторы действительно страдают от других типов потерь, называемых «потерями в меди» и «потерями в стали», но в целом они довольно малы.

Потери в меди, также известные как I 2 R потери — это электрическая мощность, которая теряется в тепле в результате циркуляции токов вокруг медных обмоток трансформатора, отсюда и название. Потери в меди представляют собой самые большие потери в работе трансформатора.Фактические потери мощности в ваттах можно определить (в каждой обмотке), возведя в квадрат амперы и умножив на сопротивление обмотки в омах (I 2 R).

Потери в железе, также известные как гистерезис, представляют собой запаздывание магнитных молекул внутри сердечника в ответ на переменный магнитный поток. Это запаздывающее (или не совпадающее по фазе) состояние связано с тем, что для переворота магнитных молекул требуется энергия; они не меняют направление, пока поток не достигнет достаточной силы, чтобы повернуть их вспять.

Их перестановка приводит к трению, а трение вызывает тепло в сердечнике, что является формой потери мощности. Гистерезис внутри трансформатора можно уменьшить, сделав сердечник из специальных стальных сплавов.

Интенсивность потерь мощности в трансформаторе определяет его КПД. Эффективность трансформатора отражается в потерях мощности (мощности) между первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками. Тогда результирующий КПД трансформатора равен отношению выходной мощности вторичной обмотки, P S , к мощности, потребляемой первичной обмоткой, P P , и, следовательно, является высоким.

Идеальный трансформатор имел бы 100% КПД, передавая всю электрическую энергию, которую он получает с первичной стороны, на вторичную. Но настоящие трансформаторы, с другой стороны, не эффективны на 100%. При работе с полной нагрузкой их максимальный КПД составляет от 94% до 96%, что все еще неплохо для электрического устройства. Для трансформатора, работающего при постоянном напряжении и частоте переменного тока, его КПД может достигать 98%. КПД трансформатора η определяется как:

КПД трансформатора

Где: вход, выход и потери выражены в единицах мощности.

Обычно, когда речь идет о трансформаторах, первичные ватты называются «вольт-ампер», ВА , чтобы отличить их от вторичных ватт. Тогда приведенное выше уравнение эффективности можно изменить на:

Иногда легче вспомнить взаимосвязь между входом, выходом и эффективностью трансформатора с помощью изображений. Здесь три величины VA, W и η наложены в треугольник, дающий мощность в ваттах вверху с вольт-амперами и эффективность внизу.Это расположение представляет собой фактическое положение каждой величины в формулах эффективности.

Треугольник КПД трансформатора

и транспонирование вышеуказанных величин треугольника дает нам следующие комбинации одного и того же уравнения:

Затем, чтобы найти Вт (выход) = VA x эфф., Или найти VA (вход) = W / eff., Или найти КПД, эфф. = Вт / ВА и т. Д.

Основные сведения о трансформаторе

Затем подведем итоги этого учебника по основам работы с трансформатором.Трансформатор изменяет уровень напряжения (или уровень тока) на своей входной обмотке на другое значение на выходной обмотке с помощью магнитного поля. Трансформатор состоит из двух электрически изолированных катушек и работает по принципу «взаимной индукции» Фарадея, согласно которому ЭДС индуцируется во вторичной катушке трансформатора магнитным потоком, создаваемым напряжениями и токами, протекающими в обмотке первичной катушки.

Как первичная, так и вторичная обмотки катушки намотаны вокруг общего сердечника из мягкого железа, сделанного из отдельных пластин для уменьшения вихревых токов и потерь мощности.Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока, который должен быть синусоидальным по своей природе, а вторичная обмотка подает электроэнергию на нагрузку. При этом трансформатор можно использовать в обратном направлении с источником питания, подключенным к вторичной обмотке, при условии соблюдения номинальных значений напряжения и тока.

Мы можем представить трансформатор в виде блок-схемы следующим образом:

Базовое представление трансформатора

Соотношение первичной и вторичной обмоток трансформаторов относительно друг друга дает либо повышающий трансформатор напряжения, либо понижающий трансформатор напряжения с отношением числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки, называемым «витками». коэффициент »или« коэффициент трансформации ».

Если это отношение меньше единицы, n <1, тогда N S больше, чем N P , и трансформатор классифицируется как повышающий трансформатор. Если это отношение больше единицы, n> 1, то есть N P больше, чем N S , трансформатор классифицируется как понижающий трансформатор. Обратите внимание, что однофазный понижающий трансформатор также можно использовать в качестве повышающего трансформатора, просто поменяв местами соединения и сделав обмотку низкого напряжения первичной, и наоборот, пока трансформатор работает в пределах своей первоначальной проектной мощности в ВА.

Если соотношение витков равно единице, то есть n = 1, то и первичная, и вторичная обмотки имеют одинаковое количество витков катушки, поэтому напряжения и токи будут одинаковыми для первичной и вторичной обмоток.

Этот тип трансформатора 1: 1 классифицируется как изолирующий трансформатор, поскольку первичная и вторичная обмотки трансформатора имеют одинаковое количество вольт на виток. Эффективность трансформатора — это отношение мощности, которую он передает нагрузке, к мощности, которую он потребляет от источника питания.В идеальном трансформаторе нет потерь, поэтому нет потери мощности, тогда P IN = P OUT .

В следующем учебном пособии, посвященном основам трансформатора , мы рассмотрим физическую конструкцию трансформатора и рассмотрим различные типы магнитных сердечников и пластинки, используемые для поддержки первичной и вторичной обмоток.

Принципиальная схема трансформатора, подключенного к выключателю и…

Контекст 1

… может произойти в нескольких ситуациях, которые были описаны в [34]. Здесь исследуемая система такова, что одна фаза замкнута, а две фазы разомкнуты из-за отказа автоматического выключателя, как схематически показано на рис. 7. Заземленный силовой трансформатор, соединенный звездой, разгружен, а первичные обмотки в отключенных фазах становятся последовательными с соответствующими конденсаторами в каждой фазе, что может быть связано с емкостью кабеля и может привести к феррорезонансу.Также ток, протекающий в подключенной фазе к источнику питания, возвращается через …

Контекст 2

… силовой трансформатор разгружается, и первичные обмотки в отключенных фазах становятся последовательными с соответствующими конденсаторами в каждой фазе. это может быть связано с емкостью кабеля и может привести к феррорезонансу. Также ток, протекающий в подключенной фазе к источнику питания, возвращается через путь заземления, как показано красной линией на рис. 7. Заметно, что амплитуда тока зависит от номиналов катушек индуктивности и конденсаторов.На рис. 8 показаны два цикла петли магнитного гистерезиса в центре левой конечности, что указывает на сильное магнитное насыщение внутри сердечника трансформатора в условиях феррорезонанса. На рис. 9 показаны формы сигналов трехфазного тока …

Контекст 3

… формы сигналов трехфазного тока первичных обмоток, находящихся в хаотическом состоянии. Следует отметить, что трансформатор обесточен в момент инициирования феррорезонанса. В этом случае токи возрастают намного выше, чем те, из которых трансформатор находится под напряжением и разгружается до возникновения феррорезонанса.Как видно на рис. 7, две фазы соединены параллельно и имеют одинаковые пути, и, следовательно, их соответствующие токи одинаковы, в то время как ток в другой фазе, подключенной к источнику питания, немного отличается. На рис. 10 показаны трехфазные напряжения первичных обмоток силового трансформатора, которые увеличиваются до 1,9 о.е. в течение …

Эквивалент

Принципиальная схема однофазного трансформатора | Electricalunits.com

Эквивалентная принципиальная схема трансформатора — это, по сути, схема, которая может быть преобразована в эквивалентную схему, в которой сопротивление и реактивное сопротивление рассеяния трансформатора считаются внешними по отношению к обмотке.

Эквивалентная схема трансформатора приведена ниже: —

Где, R 1 = Сопротивление первичной обмотки. R 2 = Сопротивление вторичной обмотки. I 0 = Ток холостого хода. I µ = намагничивающий компонент, I w = Рабочий компонент, Эти I µ и I w подключены параллельно через первичную цепь. Стоимость E 1 (Primary e.m.f) получается векторным вычитанием I 1 Z 1 из V 1 . Значение X 0 = E 1 / I 0 и R 0 = E 1 / I w . Мы знаем, что отношение E 1 и E 2 есть E 2 / E 1 = N 2 / N 1 = K, (коэффициент трансформации)

Используя эквивалентную схему, мы можем легко вычислить полное сопротивление передачи напряжения, тока и импеданса на первичную или вторичную обмотку.

Вторичная цепь показана на рис-1. и его эквивалентное первичное значение показано на рис. 2,

рис-1

рис-2

Полная эквивалентная схема трансформатора получается добавлением полного сопротивления первичной обмотки, как показано на рис. 3.

рис-3

И можно упростить клеммы, показанные на рис. 4, и еще более упростить эквивалентную схему, показанную на рис.- 5,

рис-4

Наконец, схема упрощена за счет полного исключения I 0 , как показано на рис. 5.

рис-5

По эквивалентной схеме, показанной на рис. 3, полное сопротивление между входными клеммами равно

.

Это так, потому что есть две параллельные цепи, одна с импедансом Z м , а другая с Z ’ 2 и Z’ L , включенными последовательно друг с другом.

Подробная информация: —

  • electric4u.com



  • Последние сообщения

    Вопрос с множественным выбором (MCQ) для электроники стр. 17: 241. Какое из следующих утверждений верно? а) Напряжение насыщения V CF кремниевого транзистора больше, чем у германиевого транзистора. б) Напряжение насыщения V CE для германиевого транзистора больше, чем у кремниевого транзистора.c) Напряжение насыщения V CE для кремниевого транзистора такое же, как и для германия. г) Напряжение насыщения V CE для кремниевого транзистора ниже, чем для германиевого транзистора.

    Подробнее …

    Вопрос с множественным выбором (MCQ) электроники стр. 16: 226. Какое из следующих утверждений является правильным? а) Внутренние электроны всегда присутствуют в полупроводнике. б) Связанные электроны всегда присутствуют в полупроводнике.в) Свободные электроны всегда присутствуют в полупроводнике. г) Внутренние и связанные электроны всегда присутствуют в полупроводнике.

    Подробнее …

    Вопрос с множественным выбором (MCQ) для электроники стр.-15: 211. Материалы, электрическая проводимость которых обычно меньше 1 × 10 6 мхо / м, являются а) Полупроводники б) Проводники в) Изоляторы г) Сплавы

    Подробнее …

    Вопрос с множественным выбором (MCQ) электроники стр-14: 196.В каком из следующих устройств базовые резисторы не добавляются в комплект, а добавляются извне? а) UJT б) CUJT в) PUT d) Ни один из вышеперечисленных

    Подробнее …

    Вопрос с множественным выбором (MCQ) электроники стр. 13: 181. Проводимость в JEFT всегда определяется а) Основные перевозчики б) Миноритарные перевозчики в) Отверстия г) Электроны д) Дырки и электроны одновременно

    Подробнее …
    Трансформатор

    — Источник питания | Схемы переменного тока

    ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

    • Силовой трансформатор, 120 В переменного тока, понижающий до 12 В переменного тока, с вторичной обмоткой с центральным отводом (каталог Radio Shack № 273-1365, 273-1352 или 273-1511).
    • Клеммная колодка минимум с тремя выводами.
    • Вилка и шнур для бытовой розетки.
    • Переключатель сетевого шнура.
    • Коробка (опционально).
    • Предохранитель и держатель предохранителя (опция).

    Силовые трансформаторы можно получить из старых радиоприемников, которые обычно можно приобрести в комиссионном магазине за несколько долларов (или меньше!). Радио также предоставит шнур питания и вилку, необходимые для этого проекта. Выключатели сетевого шнура можно приобрести в хозяйственном магазине.

    Если вы хотите быть абсолютно уверены в том, какой трансформатор вы получаете, вам следует приобрести его в магазине электроники.

    Если вы решите оснастить свой блок питания предохранителем, обязательно приобретите плавкий предохранитель с задержкой срабатывания или с задержкой срабатывания . Трансформаторы могут потреблять высокие «импульсные» токи при первоначальном подключении к источнику переменного тока, и эти переходные токи приведут к срабатыванию быстродействующего предохранителя.

    Определите надлежащий номинальный ток предохранителя, разделив номинальную мощность трансформатора «ВА» на 120 вольт: другими словами, рассчитайте полный допустимый ток первичной обмотки и рассчитайте соответствующий размер предохранителя.

    СПРАВОЧНЫЕ ССЫЛКИ

    Уроки электрических цепей , том 2, глава 1: «Основы теории переменного тока»

    Уроки электрических цепей , том 2, глава 9: «Трансформаторы»

    ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

    • Для определения поведения при понижении напряжения трансформатора.
    • Для определения назначения обмоток с ответвлениями.
    • Для иллюстрации методов безопасной разводки шнуров питания.

    СХЕМА

    ИЛЛЮСТРАЦИЯ

    ИНСТРУКЦИЯ

    Предупреждение! Этот проект предполагает использование опасных напряжений. Вы должны убедиться, что все проводники высокого напряжения (120 В бытовой электросети) надежно изолированы от случайного контакта. На «первичной» стороне цепи трансформатора не должно быть оголенных проводов.

    Обязательно припаяйте все соединения проводов, чтобы они были надежными, и используйте настоящую изоленту (не изоленту, скотч, упаковочную ленту или какой-либо другой!) Для изоляции ваших паяных соединений.

    Если вы хотите поместить трансформатор в коробку, вы можете использовать электрическую «распределительную» коробку, которую можно приобрести в хозяйственном магазине или в магазине электроснабжения. Если используемый корпус металлический, а не пластиковый, следует использовать трехконтактную вилку с заземляющим контактом (самый длинный на вилке), подключенным непосредственно к металлическому корпусу для максимальной безопасности.

    Перед тем, как вставить вилку в розетку, выполните проверку безопасности с помощью омметра. Установите сетевой выключатель в положение «включено» и измерьте сопротивление между контактом вилки и корпусом трансформатора. Должно быть бесконечное (максимальное) сопротивление.

    Если измеритель регистрирует обрыв (некоторое значение сопротивления меньше бесконечности), то между одним из проводов питания и корпусом имеется короткое замыкание, что опасно!

    Далее проверьте сами обмотки трансформатора на целостность.Когда линейный переключатель находится в положении «включено», между двумя контактами вилки должно быть небольшое сопротивление. Когда переключатель находится в положении «выключено», показание сопротивления должно увеличиваться до бесконечности (разомкнутая цепь — отсутствие целостности).

    Измерьте сопротивление между парами проводов на вторичной стороне. Эти вторичные обмотки должны иметь гораздо меньшее сопротивление, чем первичные. Почему это?

    Вставьте шнур в розетку и включите выключатель. Вы должны иметь возможность измерять напряжение переменного тока на вторичной стороне трансформатора между парами клемм.Между двумя из этих клемм вы должны измерить около 12 вольт.

    Между любым из этих двух выводов и третьим выводом вы должны измерить половину этого значения. Этот третий провод является проводом вторичной обмотки «центрального отвода».

    Было бы желательно сохранить этот проект в собранном виде для использования в других экспериментах, показанных в этой книге. С этого момента я буду обозначать этот «низковольтный источник питания переменного тока», используя эту иллюстрацию:

    КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ Схема с номерами узлов SPICE:

    Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно):

    трансформатор с центральным отводом вторичной обмотки v1 1 0 ac 120 sin rbogus1 1 2 1e-3 l1 2 0 10 l2 5 4 0.025 l3 4 3 0,025 k1 l1 l2 0,999 k2 l2 l3 0,999 k3 l1 l3 0,999 rbogus2 3 0 1e12 rload1 5 4 1k rload2 4 3 1k * Устанавливает анализ переменного тока при 60 Гц: .ac lin 1 60 60 * Печатает первичное напряжение между узлами 2 и 0: .print ac v (2,0) * Печатает (вверху) вторичное напряжение между узлами 5 и 4: .print ac v (5,4) * Печатает (внизу) вторичное напряжение между узлами 4 и 3: .print ac v (4,3) * Печатает (общее) вторичное напряжение между узлами 5 и 3: .print ac v (5,3) .end 

    СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

    Подключение трехфазного трансформатора

    | Electrical Academia

    В этом разделе мы рассмотрим рабочие характеристики основных соединений трансформатора по схеме треугольник, звезда-звезда, треугольник-звезда и звезда-треугольник.

    Конструкция трехфазного трансформатора может быть представлена, как показано на Рисунок 1 . Сердечник оболочечного типа имеет три набора первичной и вторичной обмоток. Способ соединения этих обмоток определяет конфигурацию трансформатора (треугольник, звезда и т. Д.).

    Рисунок 1: Конструкция трехфазного трансформатора

    Соединительный трансформатор звезда-звезда (Y-Y)

    Трансформатор на Рисунке 1 может быть представлен так, как показано на Рисунке .T 1, T 2, и T 3 представляют те же три пары первичной / вторичной катушек, показанные на сердечнике кожухового типа. Линии, обозначенные ΦA 1 , ΦB 1 и ΦC 1 , представляют собой проводники первичной линии, которые подключаются к первичным катушкам, а линия, обозначенная N 1 , представляет собой нейтральный проводник. Точно так же линии с обозначениями ΦA 2 , ΦB 2 и ΦC 2 представляют собой вторичные линейные проводники, а N 2 представляет собой нейтральный проводник.

    Рисунок 2: Элементы электрической схемы трансформатора.

    При подключении, как показано на рис. 3 , трансформатор корпусного типа образует схему Y-Y (звезда-первичная-звезда-вторичная). Таким образом, соотношение первичного и вторичного тока и напряжения трансформатора выглядит следующим образом:

    $ \ begin {matrix} {{E} _ {L}} = \ sqrt {3} \ times {{E} _ {P}} = 1,732 \ times {{E} _ {P}} & {} & {{I} _ {L}} = {{I} _ {P}} \\\ end {matrix} $

    $ \ begin { матрица} {{E} _ {P}} = \ frac {{{E} _ {L}}} {\ sqrt {3}} = \ frac {{{E} _ {L}}} {1.732} & {} & {{I} _ {N}} = {{I} _ {A}} + {{I} _ {B}} + {{I} _ {C}} = 0 \\\ end {matrix} $

    Где E L и I L — значения строки, а E P и I P — значения фазы. Эти отношения предполагают, что схема Y-Y сбалансирована (перед чтением найдите время, чтобы проследить соединения схемы на рисунке 3, чтобы убедиться, что схема представляет ту же схему).

    Рисунок 3: Схема трансформатора YY и схема подключения

    Необходимо сделать два момента:

    • Схема подключения на рисунке 3a может быть реализована с использованием банка (группы) из трех однофазные (1Ф) трансформаторы.

    • Y-Y трансформаторы используются в промышленности и предпочтительнее, чем трансформаторы ∆-∆, когда критически важно иметь нейтральное соединение во вторичной цепи.

    Трансформатор, подключенный по схеме треугольник-треугольник (∆-∆)

    При подключении, как показано на рис. 4 , трансформатор корпусного типа образует схему ∆-∆ (первичная обмотка — треугольник). Обратите внимание, что на схеме подключения нет нейтральной линии. Трансформатор, первичный и вторичный ток и напряжение имеют следующие соотношения:

    $ \ begin {matrix} {{E} _ {L}} = {{E} _ {P}} & {} & {{I} _ {L}} = \ sqrt {3} \ times {{I} _ {P}} = 1.732 \ times {{I} _ {P}} \\\ end {matrix} $

    $ \ begin {matrix} {{I} _ {P}} = \ frac {{{I} _ {L}} } {\ sqrt {3}} = \ frac {{{I} _ {L}}} {1.732} & {} & {{I} _ {N}} = {{I} _ {A}} + { {I} _ {B}} + {{I} _ {C}} = 0 \\\ end {matrix} A $

    Где E L и I L — строчные значения, а E P и I P — значения фазы. Эти отношения предполагают, что ∆-∆ схема сбалансирована (прежде чем читать дальше, найдите время, чтобы проследить соединения схемы на Рисунке 4, чтобы убедиться, что диаграммы представляют одну и ту же схему).

    Рисунок 4: Схема трансформатора треугольник-треугольник (∆-∆) и электрические схемы.

    Как и в случае схемы Y-Y, электрическая схема на рис. 4a может быть реализована с использованием группы однофазных трансформаторов. Обратите внимание, что трансформаторы ∆-∆ чаще всего используются в промышленности.

    Соединенный трансформатор звезда-треугольник (Y-∆) Подключенный трансформатор

    При подключении, как показано на рис. 5 , трансформатор кожухового типа образует Y-∆ (звезда-треугольник вторичная) цепь.Обратите внимание, что в первичной цепи есть нейтраль, а во вторичной — нет. (Прежде чем читать дальше, найдите время, чтобы проследить соединения схемы на рисунке 5, чтобы убедиться, что схемы представляют одну и ту же схему).

    Рисунок 5 Схема трансформатора звезда-треугольник (Y-∆) и электрические схемы.

    Как и в случае с предыдущими схемами, подключение на схеме , рис. 5a, может быть (и часто реализуется) с использованием блока однофазных (1Φ) трансформаторов.Обратите внимание, что трансформаторы, подключенные по схеме Y-∆, чаще всего используются в системах передачи высокого напряжения.

    Дельта-звезда (∆ Y) Подключенный трансформатор

    При подключении, как показано в Рисунок 6 , трансформатор корпусного типа образует ∆-Y (треугольник первичная — звезда вторичная) цепь. Обратите внимание, что во вторичной цепи есть нейтраль, а в первичной — нет. (Прежде чем читать дальше, найдите время, чтобы отследить соединения цепи на рисунке 6, чтобы убедиться, что схема представляет ту же цепь).

    Рисунок 6 Схема трансформатора ∆-Y (треугольник-звезда) и электрическая схема

    Как и в случае с предыдущими схемами, схема на рис. 6a может быть реализована с использованием одной фазы (1Φ ) трансформаторы. Обратите внимание, что трансформаторы с соединением ∆-Y чаще всего встречаются в коммерческих и промышленных приложениях.

    Зачем нужны блоки однофазных трансформаторов?

    Как упоминалось ранее, каждый трансформатор, представленный в этом разделе, может быть сконструирован с использованием группы (группы) однофазных трансформаторов.Такой блок трансформаторов показан на рис. 7 .

    Рисунок 7 Три однофазных трансформатора, подключенных как трехфазный трансформатор

    Зачем использовать три однофазных трансформатора вместо одного трехфазного трансформатора? Две причины : удобство и практичность.

    Самым частым отказом в любой трехфазной системе является замыкание на землю, когда одна фаза выходит из строя (короткое замыкание) на землю. Когда используется один трехфазный трансформатор, выход из строя одной фазы требует замены всего трансформатора. Однако , когда используется группа однофазных трансформаторов, отказ любой фазы требует замены только этого фазного трансформатора; и проще и дешевле заменить однофазный трансформатор, чем трехфазный трансформатор.

    Кроме того, группа из трех однофазных трансформаторов может быть подключена как любое из соединений, которые были представлены в этом разделе. Трехфазные трансформаторы изготавливаются в определенных конфигурациях и поэтому не обладают такой гибкостью.

    Обрыв фазы в трехфазных трансформаторах

    Когда одна из фазных дросселей в цепи , соединенной звездой , размыкается, вся цепь фактически сводится к однофазной цепи. Этот принцип проиллюстрирован на фигуре , рис. 8а, . Когда L 1 открывается, ΦA изолирован от цепи. Когда это происходит, ток через L 1 отсутствует, и только E BC остается неизменным. Фактически трехфазная цепь была уменьшена до однофазной.

    Рисунок 8 Напряжения в цепи звезды (Y) и треугольника (∆).

    Когда одна из фазных дросселей в цепи , соединенной треугольником, размыкается, цепь по-прежнему работает как трехфазная цепь (с пониженной мощностью). Этот принцип проиллюстрирован на фигуре , рис. 8b, . При размыкании L 1 ни один из фазных входов не изолирован от цепи, поэтому трехфазная работа продолжается. Однако, , ток через L 1 отсутствует, что влияет на общую работу схемы треугольника.Номинальная мощность трансформатора в кВА снижается, поскольку допустимая мощность L 1 снижается до 0 Вт. Даже в этом случае схема может продолжать трехфазную работу с пониженной непрозрачностью.

    Разомкнутое соединение треугольником

    Как было сказано ранее, трансформатор, соединенный треугольником, может работать с пониженной мощностью, если одна из его фаз размыкается. Этот принцип позволяет создать трехфазную схему, используя всего два однофазных трансформатора. Это открытое дельта-соединение, которое теперь встречается редко, показано на рис. 9 , .

    Обратите внимание, что номинальная мощность в кВА при подключении по схеме открытого треугольника ограничена примерно 87% от суммы номинальных значений , указанных на паспортной табличке, двух однофазных трансформаторов. Например, если каждый трансформатор имеет номинальную мощность 100 кВА, то номинальная мощность сети открытого треугольника составляет 200 кВА × 87% = 174 кВА. Это связано с тем, что только два трансформатора несут нагрузку трех.

    Рисунок 9 Схема трансформатора разомкнутого треугольника и электрическая схема

    Обратный трансформатор

    — определение, принципиальная схема и принцип работы

    В 20-м веке было много достижений в области технологий, благодаря изобретению множества новых устройств.Это была также эпоха, когда исследователи переходили от аналоговых технологий к цифровым. Размеры многих устройств стали уменьшаться с метров до миллиметров и нано. Одно из таких достижений можно увидеть в том, как развивались экраны мониторов. Дисплеи прошли долгий путь от громоздких монохромных до тонких UHD. Одним из устройств, сыгравших решающую роль в конструкции экранов мониторов, является «Flyback Transformer». Помимо многих других приложений, это устройство хорошо известно своим использованием в ЭЛТ.

    Что такое обратный трансформатор?

    Как следует из названия, Flyback трансформатор — это особый вид электрического трансформатора. Этот трансформатор был создан для генерации высокого напряжения. Он также широко известен как «линейный выходной трансформатор». Этот трансформатор широко используется для управления горизонтальным движением электронного луча, генерируемого в электронно-лучевой трубке. Выдающимся качеством этого трансформатора, которое отличает его от других типов, является его способность сохранять энергию в своей магнитной цепи.Этот трансформатор генерирует пилообразный сигнал. Но, в отличие от обычных трансформаторов, формирование пилообразного выходного сигнала не зависит от формы входного сигнала.

    Почему он называется обратноходовым трансформатором?

    Flyback Transformer получил свое название от одного из своих предприятий. В первичной обмотке этого трансформатора используется пилообразная волна низкого напряжения. Эта волна сначала выпрямляется, а затем резко выключается, заставляя электронный луч возвращаться на дисплей справа налево.Отсюда и название Flyback Transformer.

    Строительство

    Как любой трансформатор. Обратный трансформатор также имеет первичную и вторичную обмотки. Здесь первичная обмотка сделана вокруг ферритового стержня. Для вторичной обмотки используется эмулированный провод. Вторичная обмотка сделана послойно вокруг первичной. Это сделано для уменьшения индуктивности рассеяния первичной обмотки. Между слоями вторичного слоя добавляется майларовая пленка. Этот тип компоновки обеспечивает части высоковольтных проводов с высоким диэлектрическим разделением между ними.Теперь вокруг этого узла обернута ферритовая рамка, охватывающая силовые линии магнитного поля трансформатора. Для увеличения магнитного сопротивления между стержнем и ферритовой рамой поддерживается воздушный зазор. В конце концов, этот воздушный зазор помогает передать поток энергии обратноходовому трансформатору.

    Принципиальная схема

    На схеме ниже показана схема обратного трансформатора. Первичные компоненты обратного трансформатора:

    Схема трансформатора обратного хода

    1. Первичный переключатель: МОП-транзистор, установленный на радиаторе, обычно считается первичным переключателем трансформатора.Иногда рассматриваются и такие переключатели, как биполярный транзистор, GaN, SiC.
    2. Дроссели с взаимной связью: В трансформаторе с обратным ходом вторичная обмотка намотана вокруг первичной обмотки, что делает их связанными с индукторами. Такое расположение помогает ему подавать высокое напряжение до 50 кВ с более высокими частотами.
    3. Выходной выпрямитель: Это помогает в передаче энергии, хранящейся в магнитном сердечнике трансформатора, к нагрузке.

    Уникальная конструкция обратноходового трансформатора с воздушным зазором, способным накапливать энергию, выделяет его среди всех других трансформаторов.

    рабочий

    Когда переключатель полевого транзистора замкнут, ток подается на первичную обмотку. На этом этапе энергия накапливается в зазоре в магнитном сердечнике трансформатора. Выходной выпрямитель имеет обратное смещение, поэтому ток не течет во вторичную обмотку, когда переключатель замкнут.

    Когда переключатель разомкнут, вся энергия, запасенная в магнитном сердечнике, передается вторичной обмотке, а затем — нагрузке. На этом этапе ток во вторичной обмотке достигает пика.Затем, когда переключатель замкнут, ток во вторичной обмотке быстро падает, поскольку весь ток передается на нагрузку

    .

    Если переключатель замкнут до того, как вся энергия, присутствующая во вторичной обмотке, перейдет на нагрузку, ток во вторичной обмотке никогда не достигнет нуля. Следовательно, говорят, что обратный трансформатор работает в режиме непрерывной проводимости (CCM).

    Когда переключение выполняется после передачи всей энергии от вторичной обмотки к нагрузке, вторичный ток достигает нуля. Следовательно, говорят, что обратный трансформатор работает в режиме прерывистой проводимости (DCM).

    Трансформаторы обратного хода

    могут быть разработаны для работы в CCM, DCM или в обоих режимах. Этот трансформатор может работать в любом из вышеперечисленных режимов в зависимости от входного напряжения и условий нагрузки.

    Испытания обратноходового трансформатора

    Плохая конструкция и низкое качество материалов, из которых изготовлены трансформаторы с обратным ходом, приводят к выходу трансформатора из строя из-за короткого замыкания при их использовании в течение 2 лет. Некоторые из распространенных проблем, обнаруженных в трансформаторе Flyback:

    • Короткое замыкание в первичной обмотке, в результате чего индикация отсутствует, мигает питание.
    • Короткое замыкание внутреннего конденсатора, в результате чего дисплей не отображается, силовая часть взорвется.
    • Внешняя дуга к земле.
    • Внутренняя дуга в обмотке.
    • пробой при полном рабочем напряжении
    • Треснувший трансформатор обратного хода
    • Поломка делителя напряжения, вызывающая размытие дисплея
    • Короткое замыкание между первичной и вторичной обмоткой

    Для проверки проблем, связанных с первичной обмоткой, используется тестер Flyback.Это устройство определяет неисправности первичной обмотки путем проведения кольцевого теста. Для проверки проблем, связанных с внутренним конденсатором, используется обычный аналоговый измеритель и цифровой измеритель емкости. Хороший конденсатор должен иметь диапазон от 1,5 до 3 нанофарад. Такие проблемы, как внешняя дуга относительно земли и внутренняя дуга в обмотке, можно найти, послушав звук дуги, генерируемый трансформатором.

    Применения обратноходового трансформатора

    Обратноходовые трансформаторы

    отличаются невысокой стоимостью, простой конструкцией.Этот трансформатор может обеспечивать несколько выходных напряжений. Обратный трансформатор широко применяется в катодно-лучевых трубках, телевизионных мониторах, плазменных лампах и аналогичном оборудовании.

    Для электронно-лучевых трубок требуется высокое напряжение для ионизации электронного луча. Этого легко добиться с помощью высоковольтного обратного трансформатора меньшего размера по сравнению с обычными трансформаторами. Эти трансформаторы работают на более высоких частотах. При использовании в телевизорах они используются для генерации частоты около 15 кГц.При использовании в современных компьютерных дисплеях он работает в диапазоне частот от 30 кГц до 150 кГц.

    Эти трансформаторы часто выбирают для экспериментов с высоким напряжением из-за их доступности, простоты управления и высокого достижимого напряжения.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *