Устройство назначение и принцип действия трансформатора: режимы, схема, назначение, из чего состоит

режимы, схема, назначение, из чего состоит

Может быть, кто-то думает, что трансформатор – это что-то среднее между трансформером и терминатором. Данная статья призвана разрушить подобные представления.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного электрического тока одного напряжения и определенной частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.

Работа любого трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, открытой Фарадеем.

Назначение трансформаторов

Разные виды трансформаторов используются практически во всех схемах питания электрических приборов  и при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Электростанции вырабатывают ток относительно небольшого напряжения – 220, 380, 660В. Трансформаторы, повышая напряжение до значений порядка

тысяч киловольт, позволяют существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а заодно и уменьшить площадь сечения проводов ЛЭП.

 

Непосредственно перед тем как попасть к потребителю (например, в обычную домашнюю розетку), ток проходит через понижающий трансформатор. Именно так мы получаем привычные нам 220 Вольт.

Самый распространенный вид трансформаторов – силовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования напряжения в электрических цепях. Помимо силовых трансформаторов в различных электронных приборах применяются:

• импульсные трансформаторы;
• силовые трансформаторы;
• трансформаторы тока.

Принцип работы трансформатора

Трансформаторы бывают однофазные и многофазные, с одной, двумя или большим количеством обмоток. Рассмотрим схему и принцип работы трансформатора на примере простейшего однофазного трансформатора.

Кстати, в других статьях можно почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.

Из чего состоит трансформатор? Во простейшем случае из одного металлического сердечника и двух обмоток. Обмотки электрически не связаны одна с другой и представляют собой изолированные провода.

Одна обмотка (ее называют первичной) подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка, называемая вторичной, подключается к конечному потребителю тока.

 

Когда трансформатор подключен к источнику переменного тока, в витках его первичной обмотки течет переменный ток величиной I1. При этом образуется магнитный поток Ф, который пронизывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС.

Бывает, что вторичная обмотка не находится под нагрузкой. Такой режимы работы трансформатора называется режимом холостого хода. Соответственно, если вторичная обмотка подключена к какому-либо потребителю, по ней течет ток I2, возникающий под действием ЭДС.

Величина ЭДС, возникающей в обмотках, напрямую зависит от числа витков каждой обмотки. Отношение ЭДС, индуцированных в первичной и вторичной обмотках, называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков соответствующих обмоток.

Путем подбора числа витков на обмотках можно увеличивать или уменьшать напряжение на потребителе тока с вторичной обмотки.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором отсутствуют потери энергии. В таком трансформаторе энергия тока в первичной обмотке полностью преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а далее – в энергию вторичной обмотки.

Конечно, такого трансформатора не существует в природе. Тем не менее, в случае, когда теплопотерями можно пренебречь, в расчетах удобно пользоваться формулой для идеального трансформатора, согласно которой мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Потери энергии в трансформаторе

Коэффициент полезного действия трансформаторов достаточно высок. Тем не менее, в обмотке и сердечнике происходят потери энергии, приводящие к тому, что температура при работе трансформатора повышается. Для трансформаторов небольшой мощности это не представляет проблемы, и все тепло уходит в окружающую среду – используется естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.

В более мощных трансформаторах воздушного охлаждения оказывается недостаточно, и применяется охлаждение маслом. В этом случае трансформатор помещается в бак с минеральным маслом, через которое тепло передается стенкам бака и рассеивается в окружающую среду. В трансформаторах высоких мощностей дополнительно применяются выхлопные трубы – если масло закипает, образовавшимся газам нужен выход.

 

Конечно, трансформаторы не так просты, как может показаться на первый взгляд — ведь мы рассмотрели принцип действия трансформатора кратко. Контрольная по электротехнике  с задачами на расчет трансформатора внезапно может стать настоящей проблемой. Специальный студенческий сервис всегда готов оказать помощь в решении любых проблем с учебой! Обращайтесь в Zaochnik и учитесь легко!

Устройство и принцип работы трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga. ru. Продолжаем знакомство с электронными компонентами и в этой статье рассмотрим устройство и принцип работы трансформатора.

Трансформаторы нашли широкое применение в радио и электротехнике и применяются для передачи и распределения электрической энергии в сетях энергосистем, для питания схем радиоаппаратуры, в преобразовательных устройствах, качестве сварочных трансформаторов и т.п.

Трансформатор предназначен для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

В большинстве случаев трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя катушками (обмотками) электрически не связанных между собой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитного материала, а обмотки мотают медным изолированным проводом и размещают на магнитопроводе.

Одна обмотка подключается к источнику переменного тока и называется первичной (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки и обмотка называется вторичной (II).

Схематичное устройство простого трансформатора с двумя обмотками показано на рисунке ниже.

1. Принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения

U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.

При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1, образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2, создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2, стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.

В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопроводе устанавливается магнитный поток Фo равный разности потоков Ф1 и Ф2 и являющийся частью потока Ф1, т.е.

Результирующий магнитный поток Фo обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2, под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2. Именно благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2, который будет тем больше, чем больше Фo. Но и в то же время чем больше ток I2, тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo.

Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока

Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2, тока I2 и потока Ф2, обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.

Таким образом, разность потоков Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фo, а без него не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2. Следовательно, магнитный поток Ф1, создаваемый первичным током

I1, всегда больше магнитного потока Ф2, создаваемого вторичным током I2.

Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.

Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным.

Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют

повышающим.

Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют понижающим.

Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получают желаемое выходное напряжение U2. Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.

2. Устройство трансформатора.

2.1. Магнитопровод. Магнитные материалы.

Назначение магнитопровода заключается в создании для магнитного потока замкнутого пути, обладающего минимальным магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы для трансформаторов изготавливают из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях. Материалы должны иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при достаточно больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки.

Магнитные материалы, используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент определенной толщины и ширины и называются

электротехническими сталями.
Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки.

Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты.

Для изготовления разнообразных относительно недорогих трансформаторов широко применяются электротехнические стали

, имеющие небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. Наибольшее применение нашли холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки.

Сплавы с высокой магнитной проницаемостью применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50 – 100 кГц.

Недостатком таких сплавов является их высокая стоимость. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 – 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра – в 150 раз. Однако в ряде случаев их применение позволяет существенно снизить массу, объем и даже общую стоимость трансформатора.

Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, переменных магнитных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям – удар, давление и т.п.

Из магнитомягких низкочастотных ферритов с высокой начальной проницаемостью изготавливают прессованные магнитопроводы, которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 – 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а недостатком является низкая индукция насыщения (0,4 – 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях.

Выбор магнитных материалов производится исходя из электромагнитных характеристик с учетом условий работы и назначения трансформатора.

2.2. Типы магнитопроводов.

Магнитопроводы трансформаторов разделяются на шихтованные (штампованные) и ленточные (витые), изготавливаемые из листовых материалов и прессованные из ферритов.

Шихтованные магнитопроводы набираются из плоских штампованных пластин соответствующей формы. Причем пластины могут быть изготовлены практически из любых, даже очень хрупких материалов, что является достоинством этих магнитопроводов.

Ленточные магнитопроводы изготавливаются из тонкой ленты, намотанной в виде спирали, витки которой прочно соединены между собой. Достоинством ленточных магнитопроводов является полное использование свойств магнитных материалов, что позволяет уменьшить массу, размеры и стоимость трансформатора.

В зависимости от типа магнитопровода трансформаторы подразделяются на стрежневые, броневые и тороидальные. При этом каждый из этих типов может быть и стрежневым и ленточным.

Стержневые.

В магнитопроводах стержневого типа обмотки располагается на двух стержнях (стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки). Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что способствует снижению индуктивности рассеяния, расхода проволоки и увеличивает поверхность охлаждения.

Стержневые магнитопроводы используют в выходных трансформаторах с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под влиянием внешнего магнитного поля в обеих катушках индуцируются напряжения, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Как правило, стержневыми выполняются трансформаторы большой и средней мощности.

Броневые.

В магнитопроводе броневого типа обмотка располагается на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой, а также создает некоторую механическую защиту обмотки. Поэтому такие магнитопроводы получили наибольшее применение.

Некоторым недостатком броневых магнитопроводов является их повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает их малопригодными к использованию в качестве выходных трансформаторов с малым уровнем помех. Чаще всего броневыми выполняются трансформаторы средней мощности и микротрансформаторы.

Тороидальные.

Тороидальные или кольцевые трансформаторы позволяют полнее использовать магнитные свойства материала, имеют малые потоки рассеивания и создают очень слабое внешнее магнитное поле, что особенно важно в высокочастотных и импульсных трансформаторах. Но из-за сложности изготовления обмоток не получили широкого применения. Чаще всего их делают из феррита.

Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные магнитопроводы набираются из штампованных пластин толщиной 0,35 – 0,5 мм, которые с одной стороны покрывают слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой.

Лента для ленточных магнитопроводов имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм и также покрывается электроизолирующей и одновременно склеивающейся суспензией или оксидной пленкой. И чем тоньше слой изоляции, тем плотнее происходит заполнение сечения магнитопровода магнитным материалом, тем меньше габаритные размеры трансформатора.

За последнее время наряду с рассмотренными «традиционными» типами магнитопроводов находят применение новые формы, к числу которых следует отнести магнитопроводы «кабельного» типа, «обращенный тор», катушечный и др.

На этом пока закончим. Продолжим во второй части.
Удачи!

Литература:

1. В. А. Волгов – «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.
2. В. Н. Ванин – «Трансформаторы тока», Издательство «Энергия» Москва 1966 Ленинград.
3. И. И. Белопольский – «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.
4. Г. Н. Петров – «Трансформаторы. Том 1. Основы теории», Государственное Энергетическое Издательство, Москва 1934 Ленинград.
5. В. Г. Борисов, – «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г.

Определение, типы, принцип работы, уравнения и примеры

Трансформатор — это простейшее устройство, которое используется для передачи электрической энергии от одной цепи переменного тока к другой цепи или нескольким цепям посредством процесса электромагнитной индукции. Трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции для повышения или понижения напряжения. Трансформатор либо увеличивает переменное напряжение (повышающий трансформатор), либо уменьшает переменное напряжение (понижающий трансформатор). Трансформатор, который обычно используется для передачи и распределения мощности переменного тока, по сути является устройством регулирования напряжения. Трансформаторы используются для самых разных целей, включая повышение напряжения от электрогенераторов для обеспечения передачи электроэнергии на большие расстояния и снижение напряжения в обычных силовых цепях для работы низковольтных устройств, таких как дверные звонки и игрушечные электропоезда.

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это статическое электрическое устройство, которое передает мощность переменного тока из одной цепи в другую с постоянной частотой, но уровень напряжения может быть изменен, что означает, что напряжение может быть увеличено или уменьшено в зависимости от требований.

Типы трансформаторов 

Типы трансформаторов в зависимости от уровня напряжения

Существует два основных типа трансформаторов в зависимости от рабочего напряжения. Вот некоторые из них:

 

• Понижающий трансформатор: Первичное напряжение преобразуется в более низкое напряжение на вторичном выходе с помощью понижающего трансформатора. Число обмоток на первичной стороне понижающего трансформатора больше, чем на вторичной. В результате общее отношение вторичной обмотки к первичной всегда будет меньше единицы. Понижающие трансформаторы используются в электрических системах, которые распределяют электроэнергию на большие расстояния и работают при чрезвычайно высоких напряжениях, чтобы обеспечить минимальные потери и экономичные решения. Понижающий трансформатор используется для преобразования высоковольтных линий в низковольтные.
• Повышающий трансформатор: Вторичное напряжение повышающего трансформатора повышается по сравнению с низким первичным напряжением. Поскольку первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная обмотка в этом типе трансформатора, отношение первичной обмотки к вторичной будет больше единицы. Повышающие трансформаторы часто используются в электронных стабилизаторах, инверторах и других устройствах, которые преобразуют низкое напряжение в значительно более высокое напряжение. Повышающий трансформатор также используется в распределении электроэнергии. Для приложений, связанных с распределением электроэнергии, необходимо высокое напряжение. В сети для повышения уровня напряжения перед распределением используется повышающий трансформатор.

Типы трансформаторов в зависимости от материала сердечника

Различные типы трансформаторов используются в электроэнергетике и электронной промышленности в зависимости от материалов сердечника, а именно:

• Трансформатор с железным сердечником: В качестве сердечник трансформатора с железным сердечником. Сильные магнитные свойства железа трансформатора с железным сердечником имеют чрезвычайно высокую потокосцепление. В результате трансформатор с железным сердечником имеет высокий КПД. Сердечники из мягкого железа бывают разных размеров и форм. Несколько типичных форм включают E, I, U и L. 
• Трансформатор с ферритовым сердечником: Из-за высокой магнитной проницаемости в трансформаторе с ферритовым сердечником используется один. В высокочастотном приложении этот тип трансформатора обеспечивает невероятно низкие потери. В высокочастотных приложениях, таких как импульсные источники питания (SMPS), радиочастотные приложения и т. Д., В результате используются трансформаторы с ферритовым сердечником.
• Трансформатор с тороидальным сердечником: Железный сердечник или ферритовый сердечник — два примера материалов тороидального сердечника, используемых в трансформаторе. Из-за их превосходных электрических характеристик часто используются тороиды с кольцеобразным или кольцевым сердечником. Кольцевая форма обеспечивает очень низкую индуктивность рассеяния и чрезвычайно высокую индуктивность и добротность.
• Трансформатор с воздушным сердечником: Материал сердечника трансформатора с воздушным сердечником не является настоящим магнитным сердечником. Воздух используется исключительно в потокосцеплении трансформатора с воздушным сердечником. Первичная обмотка трансформатора с воздушным сердечником генерирует переменный ток, создавая вокруг себя электромагнитное поле.

Типы трансформаторов в зависимости от расположения обмоток

• Трансформатор с автоматической обмоткой: Первичная и вторичная обмотки всегда были фиксированными, но с трансформатором с автоматической обмоткой они могут быть соединены последовательно, а узел с отводом от центра может быть перемещенным. Вторичное напряжение можно изменить, изменив положение центрального отвода. Auto используется для оповещения себя или отдельной катушки и не является аббревиатурой от Automatic. Эта катушка создает соотношение, используя главные и второстепенные компоненты. Соотношение главного и вторичного определяется расположением узла центрального отвода, который изменяет выходное напряжение. VARIAC, устройство, которое генерирует переменный переменный ток из постоянного входного переменного тока, используется наиболее часто.

Типы трансформаторов в зависимости от области применения

Трансформаторы бывают разных модификаций, каждая из которых работает в определенной области. Таким образом, в зависимости от предполагаемого использования трансформаторы можно разделить на следующие категории:

• Силовой трансформатор: Энергия передается на подстанцию ​​или в общий источник электропитания с использованием силового трансформатора большего размера. Между основной распределительной сетью и электрогенератором этот трансформатор служит связующим звеном. Силовые трансформаторы можно разделить на три группы в зависимости от их номинальной мощности и технических характеристик.0024
• Малый силовой трансформатор,
• Среднемощный трансформатор и
• Большой силовой трансформатор

Измерительный трансформатор: Измерительный трансформатор — другое название измерительного трансформатора. Это еще один инструмент измерения, который обычно используется в области мощности. Для разделения первичной мощности и преобразования тока и напряжения в меньшем соотношении к ее вторичному выходу используется измерительный трансформатор.

Распределительный трансформатор: Распределительный трансформатор функционирует как понижающий трансформатор, преобразующий высокое напряжение сети в напряжение, подходящее для конечного пользователя, обычно 110 В или 230 В. В зависимости от мощности преобразования или номиналов распределительный трансформатор может быть меньше или больше.

Импульсный трансформатор: Одним из самых популярных трансформаторов, устанавливаемых на печатную плату, который генерирует электрические импульсы с постоянной амплитудой, является импульсный трансформатор. Он используется в ряде цифровых схем, где существует потребность в создании изолированных импульсов.

Выходной аудиотрансформатор: Другим трансформатором, часто используемым в электронной промышленности, является аудиотрансформатор. Он специально используется в приложениях, связанных со звуком, где необходимо согласование импеданса.

Принцип работы трансформатора

Основой работы трансформатора является взаимная индукция между двумя катушками или закон электромагнитной индукции Фарадея. Ниже приведено описание работы трансформатора. Многослойный сердечник трансформатора из кремнистой стали покрыт двумя отдельными обмотками. Согласно схеме ниже, первичная обмотка — это та, к которой подключен источник переменного тока, а вторичная обмотка — это та, к которой подключена нагрузка. Можно использовать только переменный ток, потому что взаимная индукция между двумя обмотками требует переменного потока.

 

Первичная обмотка трансформатора создает переменный поток, известный как взаимный поток, при приложении переменного напряжения в соответствии с принципом взаимной индуктивности.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, этот переменный поток магнитно связывает первичную и вторичную обмотки трансформатора и генерирует ЭДС E ₁ в первичной обмотке и E ₂ во вторичной обмотке. ЭДС (E ₁ ) называется первичной ЭДС, а ЭДС (E ₂ ) — вторичной ЭДС.

и 

Разделив вышеприведенные уравнения, получим соотношение: количество витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора соответственно. Если N ₂ > N ₁ , то E ₂ > E ₁ , а трансформатор будет повышающим; если N ₂ < N ₁ , то E ₂ < E ₁ , и трансформатор будет понижающим.

Если к вторичной обмотке теперь подключена нагрузка, ток нагрузки I ₂ будет протекать через нагрузку в результате ЭДС E ₂ . В результате трансформатор позволяет передавать электроэнергию с изменением уровня напряжения из одной электрической цепи в другую.

Части трансформатора

Трансформатор в основном состоит из трех частей:

Сердечник

Сердечник трансформатора служит опорой для обмотки. Кроме того, он предлагает канал потока магнитного потока с минимальным сопротивлением. Как видно на изображении, обмотка намотана вокруг сердечника. Для снижения потерь в трансформаторе используется многослойный сердечник из мягкого железа. Состав сердечника определяется переменными, в том числе рабочим напряжением, током и мощностью. Диаметр сердечника отрицательно коррелирует с потерями в железе и прямо коррелирует с потерями в меди.

Обмотки

Медные провода, намотанные на сердечник трансформатора, называются обмотками. Медные кабели используются, потому что высокая проводимость меди снижает потери трансформатора, поскольку сопротивление току снижается по мере увеличения проводимости. А высокая степень пластичности меди позволяет изготавливать из нее невероятно тонкие провода.

Два основных типа обмоток. обмотки первичной и вторичной катушек. Первичная обмотка представляет собой группу витков обмотки, на которую подается ток питания. Количество витков обмотки, из которых получается выходная мощность, называется вторичной обмоткой. Изоляционные покрытия используются для изоляции первичной и вторичной обмоток друг от друга.

Изоляционные материалы

Трансформатору требуется изоляция для разделения обмоток и предотвращения коротких замыканий. Это облегчает взаимную индукцию. На стабильность и долговечность трансформатора влияют изоляционные материалы. В трансформаторе в качестве изолирующих сред используются: изоляционная жидкость, лента, бумага и ламинирование из дерева.

Бак

Главный бак трансформатора служит двум целям:

• Сердечник и обмотки защищены от непогоды, например дождя и пыли.
• Используется как емкость для масла, а также как опора для всех других насадок трансформатора.

Трансформаторное масло

Большая часть огромного трансформатора погружена в масло. Трансформаторное масло добавляет изоляцию между проводниками, улучшает отвод тепла от катушек и обладает способностью обнаруживать неисправности. Трансформаторное масло обычно изготавливается из углеводородного минерального масла.

Расширители масла

Расширитель масла расположен над баком трансформатора и проходными изоляторами. Некоторые расширители трансформаторного масла содержат резиновую камеру. Когда трансформатор нагружен, температура окружающей среды повышается, что приводит к увеличению количества масла внутри трансформатора. В расширительном баке трансформатора достаточно места для увеличенного объема трансформаторного масла. Он также служит резервуаром для масла, которое используется для изоляции зданий.

Сапун

Все масляные трансформаторы с расширительным баком включают его. Помогает защитить масло от влаги.

Радиаторы и вентиляторы

Большая часть мощности, теряемой в трансформаторе, рассеивается в виде тепла. Радиаторы и вентиляторы способствуют рассеиванию тепла, выделяемого трансформатором, и обеспечивают защиту от выхода из строя. Большинство сухих трансформаторов охлаждаются естественным воздухом.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор — это чисто теоретический трансформатор, который вообще не имеет потерь, включая потери в сердечнике, потери в меди или другие потери трансформатора. Этот трансформатор считается КПД 100%.

Предполагается, что обмотки трансформатора полностью индуктивны, а сердечник трансформатора предполагается без потерь при создании идеальной модели трансформатора. Кроме того, трансформатор не имеет реактивного сопротивления рассеяния (реактивное сопротивление — это сопротивление протеканию тока от элемента цепи за счет его индуктивности и емкости). Это указывает на то, что первичная и вторичная обмотки трансформатора подключены к сердечнику трансформатора при 100% магнитном потоке. Однако каждая обмотка должна иметь некоторое индуктивное сопротивление, что приводит к падению напряжения и потерям I2R. В модели идеального трансформатора обмотки предполагаются идеальными (полностью индуктивными), а значит, их сопротивление равно нулю.

Уравнение ЭДС идеального трансформатора

Пусть N _p — число витков основной обмотки, а N _s — число витков вторичной обмотки. Когда на основную катушку трансформатора подается переменное напряжение, генерируемый ток создает переменный магнитный поток, который соединяет вторичную катушку и создает ЭДС. Количество витков вторичной обмотки определяет величину этой ЭДС. Рассмотрим идеальный (без потерь) трансформатор с нулевым сопротивлением первичной обмотки (отсутствие падения напряжения на катушке) и полным потоком в сердечнике, соединяющем первичную и вторичную обмотки. При напряжении В _p подается на первичную обмотку, пусть потокосцепление в каждом витке в сердечнике в момент времени t за счет тока в первичной обмотке.

 

Затем вычисляется ЭДС индукции или напряжение (ε _s ) во вторичной обмотке с N _s витков.

ε _с = –N _с x dϕ/dt                 ……(1)

Кроме того, переменный поток создает в сети обратную ЭДС. Это оно.

ε _p = –N _p x dϕ/dt               ……(2)

А для идеального трансформатора ε _p =V _p

Приблизительно, если вторичная цепь представляет собой разомкнутую цепь или потребляемый от нее ток небольшой, ε _с =V _с .

Напряжение на вторичной обмотке составляет В _с . В результате уравнения (1) и (2) могут быть записаны как0108 p x dϕ / dt …… (4)

Из уравнений (3) и (4), мы имеем

V _S / V _P = N _S / N _P … …(5)

Приведенное выше уравнение известно как Уравнение преобразования или Формула преобразования .

Следующие три допущения используются для получения предыдущего соотношения:

• Электрические сопротивления первичной и вторичной обмоток незначительны.
• Связь потока как с первичной, так и со вторичной катушками одинакова, или из сердечника уходит очень мало потоков.
• Вторичный ток незначителен.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации — это мера, позволяющая определить, имеет ли вторичная обмотка трансформатора больше или меньше витков, чем первичная. Количество витков первичной катушки равно «Np», а количество витков вторичной катушки равно «Ns», что соответствует количеству витков.

Потребляемая и выдаваемая мощность будут равны, если трансформатор исправен или имеет 100-процентный КПД (без потерь энергии).

I _P V _P = I _S V _S …… (6)

Сочетание уравнений (5) и (6), мы имеем

I _P /I _S

I _P /I _S = V _s /V _p = N _s /N _p =K       

Коэффициент поворота, K, определяется в предыдущем уравнении. Если вторичная катушка имеет больше витков, чем первичная, это так (N _s >N _p ), и напряжение повышается (V _s >V _p ). Повышающий трансформатор — это название для такого рода установки. Понижающий трансформатор — это трансформатор, в котором вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная обмотка (N _s p ).

Эффективность трансформатора

Эффективность трансформатора также известна как коммерческая эффективность . Обозначается буквой «η». Эффективность трансформатора описывается как отношение мощности (в Вт или кВт) к потребляемой мощности (в Вт или кВт).

Следовательно, эффективность трансформатора может быть выражена следующим образом:

КПД (η) = (Выходная мощность / Потребляемая мощность)

Приведенное выше уравнение можно использовать для идеального трансформатора, в котором нет трансформатора. потери и вся входная энергия передается на выходе. В результате следующее уравнение в основном используется, если учитываются отходы трансформатора и оценивается эффективность трансформатора в практических состояниях.

Эффективность = ((Мощность O/P) / (Мощность O/P + Потери)) × 100% = 1− (Потери/мощность i/p) × 100

Потери энергии в трансформаторе

В предыдущих уравнениях мы использовали идеальный трансформатор (без потерь энергии). Однако некоторые потери энергии все же происходят в реальном трансформаторе по следующим причинам:

• Утечка потока: Поскольку часть потока уходит из сердечника, не весь поток, генерируемый первичной обмоткой, поступает во вторичную обмотку. Это происходит из-за неправильной конструкции сердечника или наличия отверстий для воздуха в сердечнике. Его можно понизить, намотав первичную и вторичную обмотки друг на друга. Его также можно снизить, если ядро ​​хорошо спроектировано.
• Сопротивление обмоток: Поскольку провод, используемый для обмоток, имеет некоторое электрическое сопротивление, в результате тепла, выделяемого в обмотках, теряется энергия. Они смягчаются в обмотках сильного тока и низкого напряжения за счет использования толстого провода с высокой проводимостью.
• Вихревые токи: Переменный магнитный поток создает вихревые токи в железном сердечнике, что приводит к потерям энергии при нагреве. Использование ламинированного сердечника снижает ударную нагрузку.
• Гистерезисные потери: В каждом цикле переменного тока переменное магнитное поле меняет намагниченность сердечника на противоположное. Потеря энергии в сердечнике происходит в виде тепла из-за гистерезисных потерь, которые сводятся к минимуму за счет использования магнитного материала с низкими гистерезисными потерями.

Применение трансформатора

Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных применений трансформатора:

1. Повышение или понижение уровня напряжения в цепи переменного тока для обеспечения правильной работы различных электрических компонентов цепи.
2. Препятствует переходу постоянного тока из одной цепи в другую.
3. Разделяет две отдельные электрические цепи.
4. Перед началом передачи и распределения необходимо повысить уровень напряжения на электростанции.

Также Проверка:

• Генераторы переменного тока
• Электродвижная сила
• Индуцированное напряжение

Решающие примеры на трансформаре

Пример 1: Первичный трансформатор. Первичный намотчик приводится в движение 120. Чему равно вторичное напряжение, если коэффициент трансформации равен 10?

Решение:

Учитывая, что коэффициент поворота, n ₂ /n ₁ = 10

и приводы по всему первично Трансформатор; уравнение:

V ₂ /V ₁ = N ₂ /N ₁

Подстановка заданных значений,

V ₂ /120 = 10 0007

V _2. = 1200 В

Пример 2: Трансформатор имеет 1000 витков в первичной обмотке, и через него протекает ток 8 А. При входной мощности 10 кВт, а на выходе 1000 В. Определить число витков во вторичной обмотке.

Решение:

Рассмотрим случай идеального трансформера,

, учитывая, что, стр. _в = P _Out = 1000 Вт

Но, p _Out = V _S I

Но, p _Out = V _S I

, P _OUT = V _S I

Но, p _{. S}

Теперь ток во вторичной цепи составляет,

I _S = P _out / V _S = 10000 / 1000 = 10 A

Таким образом, коэффициент трансформации трансформатора определяется как

I _{P 90 90 N 8 90 / I 90 S} / N _P

N _S = (I _P / I _S ) N _P  

= (8/10) × 1000

7 оборотов

Пример 3: Число витков вторичной обмотки однофазного трансформатора мощностью 22 кВА, 2200 В/220 В равно 50, затем найдите число витков первичной обмотки. Всеми видами потерь в трансформаторе пренебречь.

Ответ:

Значение соотношения поворотов составляет

V _P /V _S = 2200/220

= 10 = K

Количество первичных поворотов

Первичные повороты можно определить как:-

N _P /N _S = K

N _P /50 = 10

N _P = 500

Пример 4: Определить первичный ток, потребляемый трансформатором, когда КПД предоставленного трансформатора составляет 75 % и он работает на 100 В, 5 кВА, а вторичное напряжение составляет 200 В.

Ответ:

Учитывая, что оценка KVA трансформатора = 5 кВА

Первичное напряжение, v ₁ = 100 В

Вторичное напряжение, V ₂ = 200 В

С. Первичный ток I ₁ задан,

I ₁ = S / V ₁

= 5 KVA / 100

= 50 A

FAQS на Transform

. Что такое Трансформер?

Ответ:

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую с помощью электромагнитной индукции и взаимной индукции. Чаще всего он используется для увеличения («повышение») или уменьшения («понижение») уровней напряжения между цепями при сохранении постоянной частоты переменного тока.

Вопрос 2: Перечислите некоторые основные типы трансформаторов.

Ответ:

Трансформатор можно разделить на множество в зависимости от назначения: 

• Типы трансформаторов в зависимости от уровня напряжения
  • Понижающий трансформатор
  • Повышающий трансформатор
• Типы трансформаторов в зависимости от материала сердечника
  Железо
  9002 Трансформатор с ферритовым сердечником
  • Трансформатор с тороидальным сердечником
  • Трансформатор с воздушным сердечником
  • Типы трансформаторов в зависимости от схемы обмотки
    • Трансформатор с автоматической обмоткой
  • Types of transformer based on Usage
    • Power Transformer
      • Small power transformer, 
      • Medium power transformer, and 
      • Large power transformer
    • Measurement Transformer
    • Distribution Transformer
    • Pulse Transformer
    • Audio Output Трансформатор

Вопрос 3: Что такое коэффициент поворота?

Ответ:

Коэффициент трансформации — это мера, позволяющая определить, имеет ли вторичная обмотка трансформатора больше или меньше витков, чем первичная. Количество витков первичной катушки равно «Np», а количество витков вторичной катушки равно «Ns», что соответствует количеству витков.

Вопрос 4: Что такое повышающий трансформатор?

Ответ:

Вторичное напряжение повышающего трансформатора увеличивается по сравнению с низким первичным напряжением. Отношение первичной обмотки к вторичной в этом типе трансформатора будет больше единицы, поскольку первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная обмотка.

Вопрос 5: Что такое понижающий трансформатор?

Ответ:

Вторичное напряжение повышающего трансформатора повышается от низкого первичного напряжения. Поскольку первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная обмотка в этом типе трансформатора, отношение первичной обмотки к вторичной будет больше единицы.

трансформатор | Определение, типы и факты

Ключевые люди:

Никола Тесла

Связанные темы:

согласующий трансформатор импеданса трансформатор с воздушным сердечником трансформатор с железным сердечником коэффициент поворота разделительный трансформатор

Просмотреть весь связанный контент →

Популярные вопросы

Что такое трансформатор?

Трансформатор представляет собой устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи переменного тока к одной или нескольким другим цепям, повышая (повышая) или уменьшая (понижая) напряжение.

Где используются трансформаторы?

Трансформаторы используются для самых разных целей. Например, трансформатор часто используется для снижения напряжения в обычных силовых цепях для работы низковольтных устройств и для повышения напряжения от электрогенераторов, чтобы можно было передавать электроэнергию на большие расстояния.

Почему железный сердечник трансформатора многослойный?

Железный сердечник трансформатора ламинирован для уменьшения вихревых токов. Вихревые токи — это небольшие токи, возникающие в результате изменения магнитного поля, создаваемого переменным током в первой катушке. Их необходимо свести к минимуму, чтобы они не мешали потоку электричества от первичной катушки к вторичной.

трансформатор , устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи переменного тока к одной или нескольким другим цепям, повышая (увеличивая) или уменьшая (понижая) напряжение. Трансформаторы используются для самых разных целей; например, для снижения напряжения в обычных силовых цепях для работы низковольтных устройств, таких как дверные звонки и игрушечные электропоезда, и для повышения напряжения от электрогенераторов, чтобы можно было передавать электроэнергию на большие расстояния.

Трансформаторы изменяют напряжение посредством электромагнитной индукции; т. е. по мере того, как магнитные силовые линии (линии потока) нарастают и разрушаются при изменении тока, проходящего через первичную катушку, ток индуцируется в другой катушке, называемой вторичной. Вторичное напряжение рассчитывается путем умножения первичного напряжения на отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки, т. е. количество витков.

Британская викторина

Энергия и ископаемое топливо

От ископаемого топлива и солнечной энергии до электрических чудес Томаса Эдисона и Николы Теслы — мир живет за счет энергии. Используйте свои природные ресурсы и проверьте свои знания об энергии в этой викторине.

No related posts.