Во время эксплуатации электросистем часто возникает необходимость преобразовать определенные электрические величины с заданной пропорциональностью. Это делается для того, чтобы смоделировать определенные процессы в установках, а также провести измерения. Изобретение трансформаторов позволило решать широкий спектр задач относительно передачи электроэнергии на длительное расстояние, а также защиты оборудования. Простота и надежность такого оборудования определили его широкое распространение.
Современный рынок электроустановок предлагает огромное разнообразие трансформаторов различной мощности и назначения. Существует очень много фирм «ссылка 2», которые занимаются реализацией и обслуживанием данного оборудования, а также способны помочь с выбором. Далее попробуем разобраться, как работает трансформатор напряжения и для чего он нужен.
Назначение трансформатора
Главной задачей данного устройства является изменение значения напряжения. По степени преобразования напряжения выделяют следующие виды трансформаторов:
- повышающие (коэффициент преобразования больше 1);
- понижающие (меньше 1);
Повышающие трансформаторы способны значительно повышать напряжение (до 1150 кВ), таким образом уменьшая потери в линии электропередач (ЛЭП). Это свойство облегчает транспортировку электроэнергии.
Непосредственно перед потребителями электричества устанавливаются понижающие ТР. Их функция состоит в том, чтобы понизить напряжение до приемлемых значений (380 В и меньше). Кроме того, широко распространено применение таких трансформаторов в бытовой технике — в телевизорах, компьютерах, магнитофонах, зарядных устройствах. Они используются для питания электрических схем и плат, которые не рассчитаны на напряжение 220 В.
Классификация трансформаторов
По назначению ТР бывают:
- ТР напряжения;
- ТР тока;
- защитные;
- промежуточные;
- лабораторные.
По конструкции выделяют сухие (охлаждение за счет воздуха) и масляные (магнитопровод и обмотки находятся в резервуаре с маслом) трансформаторы.
По количеству обмоток ТР бывают:
- двухобмоточные (первичная и вторичная);
- трехобмоточные (одна первичная и две вторичные или наоборот);
- многофазные (несколько первичных и вторичных обмоток).
Назначение, устройство, принцип работы трансформатора напряжения
Устройство ТР напряжения включает сердечник и несколько обмоток. Сердечник трансформатора изготавливают штампованием отдельных стальных пластин. Это делается для уменьшения значения вихревых токов, которые наводятся переменным магнитным полем. Обмотки представляют собой изолированную медную проволоку, которая обматывается вокруг сердечника. К одной из обмоток подключается электростанция (первичная), а к другой — ЛЭП или потребители (вторичная). Подобное устройство трансформаторов напряжения позволяет достичь максимальной эффективности. Большой каталог силовых трансформаторов приведен на сайте http://lipetsk.vsetmg.ru/ .
Принцип работы трансформатора напряжения описывается явлением электромагнитной индукции. Когда по первичной обмотке проходит переменный ток, он образовывает переменный магнитный поток. Этот поток проходит сквозь сердечник (магнитопровод) и обе обмотки, в которых наводится ЭДС. В случае, когда вторичная обмотка имеет нагрузку, то в цепи под действием ЭДС начинает протекать ток. Отношение значений ЭДС будет равно отношению числа витков обмоток. То есть, подбирая определенное количество витков, можно получать нужное напряжение на выходе.
Стоит отметить, что подобный эффект невозможен при подключении к обмотке трансформатора постоянного тока. Все из-за того, что постоянным током создается постоянный магнитный поток, который не наводит ЭДС. Следовательно, энергия между обмотками не передается.
Трансформаторы тока, назначение и принцип действия
По своей сути трансформатор тока (ТТ) есть измерительным аппаратом. Главное назначение данного устройства — понижать значение тока до приемлемых для амперметра значений.
Конструктивно ТТ сходен с трансформатором напряжения. Он так же имеет стальной сердечник и пару обмоток. В таком устройстве первичная обмотка имеет мало витков, но большого сечения. К ней подключается цепь, в которой нужно провести измерение. Ко вторичной (содержит большее число витков) подключают амперметр. Благодаря большему количеству витков, ток во вторичной обмотке существенно ниже, чем в первичной, именно поэтому становится возможным подключение измерительного прибора.
Поскольку сопротивление амперметра очень мало, то такой трансформатор находится в состоянии короткого замыкания. Для ТТ это является рабочим режимом, в отличии от ТР напряжения.
Виды трансформаторов тока
- сухие (обмотки имеют физическую связь, поэтому на ток во вторичной обмотке непосредственно влияет коэффициент трансформации);
- тороидальные (первичная обмотка отсутствует, вместо нее шина или кабель);
- высоковольтные.
Следует отметить, что эксплуатироваться трансформатор тока должен только с подключенным амперметром или с закороченной вторичной обмоткой. В противном случае на вторичной обмотке возникает высокое напряжение, способное убить.
Содержание:Трансформатор относится к категории статических электромагнитных устройств, способных преобразовывать переменный ток с одним значением напряжения в переменный ток с другим напряжением, сохраняя при этом одну и ту же частоту. Эти приборы успешно используются в электрических сетях для передачи и распределения энергии, а также являются неотъемлемой частью многих электроустановок. В связи с этим, особенно актуальным становится вопрос, как работает трансформатор, в зависимости от количества обмоток, фаз, способов охлаждения и других конструктивных особенностей, от которых напрямую зависит применение данных устройств.
Действие понижающего трансформатора
Существуют различные типы понижающих трансформаторов. Они могут быть одно-, двух- или , что позволяет использовать их в различных областях энергетики. Конструкция этих устройств включает в себя две обмотки и шихтованный сердечник, для изготовления которого используется электротехническая сталь. Отличительной особенностью понижающего трансформатора является различное число витков в первичной и вторичной обмотке. Для того, чтобы правильно использовать устройство, нужно хорошо представлять себе, как работает понижающий трансформатор.
Напряжение, подаваемое на вход трансформатора, вызывает появление в обмотке электродвижущей силы, которая, в свою очередь приводит к возникновению магнитного поля. В результате пересечения этим полем витков второй катушки, в ней появляется собственная электродвижущая сила самоиндукции. Под ее воздействием во второй катушке появляется напряжение, отличающееся от первичного на разницу количества витков в обеих обмотках.
Для определения точных параметров, необходимо выполнить расчеты понижающего трансформатора. Следует учитывать, что возникновение электродвижущей силы самоиндукции возможно лишь под действием переменного напряжения. Поэтому все бытовые электрические сети работают только на .
В современных условиях все чаще возникает необходимость в преобразовании высокого напряжения в низкое. Это связано с тем, что электростанции вырабатывают ток высокого напряжения, обеспечивающий потребности какого-то участка. Поэтому на каждом таком участке начальное напряжение преобразуется до значения, допустимого к применению в бытовых условиях. Кроме того, понижающие трансформатора довольно часто используются в бытовых условиях, чтобы адаптировать низковольтные устройства к сетевому току 220В. Они являются конструктивными элементами различных блоков питания, адаптеров, стабилизаторов и других аналогичных устройств.
Приобретая понижающий трансформатор, следует обратить внимание на такие параметры, как мощность и количество витков в обеих обмотках. Необходимо учитывать важный показатель - коэффициент трансформации напряжения. Этот параметр зависит от соотношения количества витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора. Таким образом, определяется соотношение напряжений на обеих обмотках.
В понижающем трансформаторе число витков первичной обмотки превышает количество витков во вторичной обмотке, выдающей пониженное выходное напряжение. В некоторых устройствах имеется несколько выводов, означающих наличие сразу нескольких групп соединений. Формирование нужной схемы в них осуществляется в зависимости от величины входного и выходного тока. Такие трансформаторы являются универсальными и многофункциональными, пользующиеся широкой популярностью у потребителей.
Принцип работы трансформатора напряжения
Основная функция трансформаторов напряжения заключается в преобразовании энергии источника в нужное значение напряжение. Данные устройства могут работать лишь при переменном напряжении с неизменной частотой.
В соответствии с коэффициентом трансформации существует три типа трансформаторов напряжения:
- Понижающий. В этих устройствах напряжение на выходе меньше, чем входное. Используется в блоках питания, стабилизаторах и т.д.
- Повышающий. Здесь ток на выходе больше, чем на входе. Применяется, в основном, в усилительных устройствах.
- Согласующий. Работа этих приборов происходит без изменений параметров напряжения, все действия ограничиваются лишь гальванической развязкой. Используется в схемах звуковых усилителей.
Для того чтобы правильно использовать ту или иную конструкцию, необходимо точно знать, как работает трансформатор тока. Известно, что основой работы этих устройств является . Для снижения потерь в процессе трансформации и максимальной передачи энергии в трансформаторах используются магнитопроводы. В конструкции имеется одна первичная катушка, в то время как вторичных катушек бывает несколько, в зависимости от назначения каждого прибора.
После возникновения в первичной обмотке переменного тока, в магнитопроводе появляется магнитный поток, возбуждающий напряжение во вторичной обмотке. Основным параметром считается коэффициент трансформации, равный отношению напряжения в первичной обмотке, к напряжению во вторичной обмотке. Таким же образом соотносится число витков, имеющихся в первой и второй катушках.
С помощью этого коэффициента выполняется расчет параметров для конкретного трансформатора. Например, если в первичной обмотке имеется 2000 витков, а во вторичной - 100, коэффициент трансформации будет равен 20. Следовательно, при входном сетевом напряжении 240 В, выходное напряжение составит 12 В. Таким же способом определяется необходимое количество витков при заданных значениях входного и выходного напряжения.
Одним из типов таких устройств, широко применяемых на практике, являются измерительные трансформаторы напряжения. Они используются в оборудовании, потребляющем большие токи и высокие рабочие напряжения с целью проведения контрольных измерений. С помощью этих устройств, измеряемые величины снижаются до уровня, позволяющего выполнить необходимые замеры.
Своим появлением трансформатор обязан английскому ученому Майклу Фарадею. В 1831 году физик описал явление, которое назвал «электромагнитная индукция». Оно заключается в том, что в близко расположенных катушках (обмотках) проявляется ярко выраженная
электромагнитная взаимосвязь. То есть, если в первой катушке (первичной обмотке) создать переменный ток, то во второй катушке (вторичной обмотке) возбуждается напряжение с аналогичной частотой и мощностью, зависящей от многих параметров, которые рассмотрим далее.
Трансформаторы напряжения назначение и принцип действия
Трансформаторы напряжения предназначены для преобразования энергии источника напряжения в напряжение с нужным нам значением (амплитудой). Нужно заметить, что такие трансформаторы работают только с переменным напряжением и его частота остается неизменной.
Для чего нужен трансформатор напряжения?
Трансформаторы напряжения, в силу своей универсальности, необходимы в блоках питания, устройствах обработки сигналов, передающих устройствах, аппаратах передачи электроэнергии и во многом другом оборудовании.
По коэффициенту трансформации эти устройства могут делиться на 3 типа:
- трансформатор напряжения понижающий – на выходе устройства напряжение ниже входного (n>1), например, применяется в блоках питания;
- повышающий трансформатор – на выходе устройства напряжение выше, чем напряжение на входе (n<1), например, применяется в ламповых усилителях;
- согласующий – трансформатор параметры напряжения не изменяет, происходит только гальваническая развязка цепей (n~1), например, применяется в звуковых усилителях.
В основе работы трансформатора лежит принцип электромагнитной индукции и для наиболее полной передачи энергии, для уменьшения потерь при трансформации, устройство обычно выполняется на магнитопроводе.
Как правило, первичная катушка одна, а вот вторичных может быть несколько, все зависит от назначения трансформатора.
После того, как в первичной обмотке появится переменное напряжение U1, в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф, который возбуждает напряжение во вторичной обмотке U2. Это наиболее простое и краткое описание принципа работы трансформатора напряжения.
Самым главным параметром трансформаторов является «коэффициент трансформации» и обозначается латинской «n». Он вычисляется делением напряжение в первичной обмотке на напряжение во вторичной обмотке или количества витков в первой катушки на количество витков во второй катушке.
Этот коэффициент позволяет рассчитать необходимые параметры вашего трансформатора для выбранного устройства. Например, если первичная обмотка имеет 2000 витков, а вторичная -100 витков, то n=20. При напряжении сети 240 вольт, на выходе устройства должно быть 12 вольт. Так же, можно определить количество витков при заданных, входном и выходном, напряжениях.
Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?
По определению эти устройства предназначены для работы с разными электрическими величинами, как основными и соответственно, схемы включения будут различными. Например, трансформатор тока питается от источника тока и не работает, даже может выйти из строя, если его обмотки не нагружены и через них не идет электрический ток. Трансформатор напряжения питаются от источников напряжения и, наоборот, не может долго работать в режиме с большими токовыми нагрузками.
Измерительные трансформаторы напряжения и тока
При эксплуатации оборудования с высокими рабочими напряжениями и большими токами потребления встает вопрос их измерения и контроля. Здесь на помощь приходят измерительные трансформаторы. Они обеспечивают гальваническую развязку измерительного оборудования от цепей с повышенной опасностью и снижение измеряемой величины до уровня, необходимого для замеров.
Дополнительная информация
Прежде чем покупать трансформатор напряжение, нужно проанализировать все требования, выдвигаемые к устройству. Необходимо учитывать не только рабочие напряжения, но и токи нагрузки при использовании трансформатора в различных приборах.
Трансформаторы напряжения можно изготовить самому, но если вам нужен простой бытовой трансформатор с напряжением на 220 вольт и понижением до 12 вольт, то лучше его приобрести . Сколько стоят трансформаторы напряжения можно узнать на любом интернет-сайте, как правило, на бытовые понижающие трансформаторы напряжения цены не очень высоки.
С н/п Владимир Васильев
P.S. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок!
Электромагнитные статические устройства используются для создания и применения магнитного поля. Случаев, зачем нужен трансформатор в электронных, электрических цепях и радиотехнике, существует много. Устройство оснащено индуктивными обмотками, взаимно связанными на магнитопроводе. Сеть способствует возникновению переменного поля, а трансформатор с помощью электромагнитной индукции придает току постоянные значения без изменения частоты.
Определение и назначение
Для питания приборов нужны напряжения различных характеристик. Трансформатор – это конструкция для использования индукционной работы магнитного поля. Ленточные или проволочные катушки, объединенные общим потоком, понижают или увеличивают напряжение. В телевизоре применяется 5 В для работы транзисторов и микросхем, питание кинескопа требует нескольких киловольт при использовании каскадного генератора.
Изолированные обмотки располагаются на сердечнике из спонтанно намагниченного материала с определенным значением напряженности. Старые агрегаты использовали существующую частоту сети, около 60 Гц. В современных схемах питания электроприборов применяют импульсные трансформаторы с высокой частотой. Переменное напряжение выпрямляется и преобразовывается при помощи генератора в величину с заданными параметрами.
Напряжение стабилизируется благодаря управляющей установке с импульсно-широтной модуляцией. Высокочастотные всплески передаются трансформатору, на выходе получают стабильные показатели. Массивность и тяжесть приборов прошлых лет сменяется легкостью и небольшими размерами. Линейные показатели агрегата пропорциональны мощности в отношении 1:4, для уменьшения габаритов устройства увеличивается частота тока.
Массивные приборы используют в схемах электроснабжения, если требуется создать минимальный уровень рассеяния помех с высокой частотой, например при обеспечении качественного звука.
Устройство и принцип работы
Производитель выбирает базовые правила функционирования агрегата, но это не влияет на надежность эксплуатации. Отличаются концепции процессом изготовления. Принцип действия трансформатора основывается на двух положениях:
- изменяющееся движение направленных носителей заряда создает переменное магнитное силовое поле;
- влияние на силовой поток, передаваемый через катушку, продуцирует электродвижущую силу и индукцию.
Устройство состоит из следующих частей:
- магнитный привод;
- катушки или обмотки;
- основа для расположения витков;
- изолирующий материал;
- охладительная система;
- другие элементы крепления, доступа, защиты.
Работа трансформатора осуществляется по виду конструкции и сочетания сердечника и обмоток. В стержневом типе проводник заключен в обмотках, его трудно рассмотреть. Витки спирали видны, просматривается верх и низ сердечника, ось располагается вертикально. Материал, из чего состоит виток, должен хорошо проводить электричество.
В изделиях броневого типа стержень скрывает большую часть оборотов, он ставится горизонтально или отвесно. Тороидальная конструкция трансформаторов предусматривает расположение на магнитопроводе двух независимых обмоток без электрической связи между собой.
Магнитная система
Выполняется из легированной трансформаторной стали, феррита, пермаллоя с сохранением геометрической формы для продуцирования магнитного поля агрегата. Проводник конструируется из пластин, лент, подков, его изготавливают на прессе. Часть, на которой располагается обмотка, называются стержнем. Ярмо – это элемент без витков, выполняющий замыкания цепи.
Принцип действия трансформатора зависит от схемы стоек, которая бывает:
- плоская – оси ярм и сердечников находятся в единой плоскости;
- пространственная – продольные элементы устраиваются в разных поверхностях;
- симметричная – одинаковые по форме, размеру и конструкции проводники расположены ко всем ярмам аналогично другим;
- несимметричная – отдельные стойки отличаются по виду, габаритам и ставятся в разных положениях.
Если предполагается, что через обмотку, которую называют первичной, протекает постоянный ток, то магнитный провод делают разомкнутым. В остальных случаях сердечник закрытый, он служит для замыкания силовых линий.
Обмотки
Делают в виде совокупности витков, устраиваемых на проводниках квадратного сечения. Форма используется для эффективной работы и повышения коэффициента заполнения в окне магнитопровода. Если требуется увеличить сечение сердечника, то его выполняют в виде двух параллельных элементов, чтобы уменьшить возникновение вихревых токов. Каждый такой проводник называется жилой.
Стержень оборачивается бумагой, покрывается эмалевым лаком. Иногда два сердечника, расположенных параллельно, заключают в общую изоляцию, комплект называется кабелем. Обмотки различают по назначению:
- основные – к ним подводится переменный ток, выходит преобразованный электроток;
- регулирующие – в них предусмотрены отводы для трансформации напряжения при невысокой силе тока;
- вспомогательные – служат для снабжения своей сети с мощностью меньше номинального показателя трансформатора и подмагничивания схемы постоянным током.
Способы обкручивания:
- рядовая обмотка – обороты делают в направлении оси по всей длине проводника, последующие витки наматывают плотно, без промежутков;
- винтовое обматывание – многослойная обвивка с просветами между кольцами или заходом на соседние элементы;
- дисковая накрутка – спиральный ряд выполняется последовательно, в круге обвивание производится в радиальном порядке по внутреннему и наружному направлению;
- фольговая спираль ставится из алюминиевого и медного широкого листа, толщина которого колеблется в пределах 0,1-2 мм.
Условные обозначения
Чтобы удобно читалась схема трансформатора, есть специальные знаки. Сердечник вычерчивается толстой линией, цифра 1 показывает первичную обмотку, вторичные витки обозначаются цифрами 2 и 3.
В некоторых схемах линия сердечника аналогична по толщине черте полуокружностей обвивки. Обозначение материала стержня различается:
- магнитопровод из феррита чертят толстой линией;
- стальной сердечник с магнитным зазором рисуют тонкой чертой с разрывом в середине;
- ось из намагниченного диэлектрика обозначают тонким пунктиром;
- медный стержень имеет на схеме вид узкой линии с условным обозначением материала по таблице Менделеева.
Для выделения катушечного вывода применяют жирные точки, обозначение мгновеннодействующей индукции одинаково. Используется для обозначения промежуточных агрегатов в каскадных генераторах для показания противофазности. Ставят точки, если требуется установить полярность при сборке и направление расположения обмоток. Число витков в первичной обмотке определяется условно, как не нормируется и количество полуокружностей, пропорциональность есть, но строго не соблюдается.
Основные характеристики
Холостой режим применяется при разомкнутом вторичном контуре трансформатора, в нем отсутствует напряжение. Ток проходит по первичной обвивке, возникает реактивное намагничивание. При помощи холостой работы определяют КПД, показатель трансформации и потери в сердечнике.
Функционирование под нагрузкой подразумевает подключение источника питания к первичной цепи, где протекает суммарный ток функционирования и холостого хода. Нагрузка подсоединяется к вторичному контуру трансформатора. Этот режим является распространенным.
Фаза короткого замыкания возникает, если сопротивление вторичной спирали составляет единственную нагрузку. В этом режиме определяются потери на нагревание катушки в цепи. Параметры трансформаторов учитываются в системе замещения прибора с помощью установки сопротивления.
Отношением потребляемой и отдаваемой мощности определяется коэффициент полезного действия трансформатора.
Область применения
Бытовые приборы имеют контакт с заземлением посредством нейтрального провода. Одновременное касание потребителем тока фазы и нулевой цепи ведет к замыканию контура и травме. Подключение через разделительный трансформатор позволяет обезопасить человека, т. к. вторичная обмотка не контактирует с землей.
Импульсные агрегаты используются при передаче прямоугольного толчка и трансформации коротких сигналов при нагрузке. На выходе изменяется полярность и амплитуда тока, но остается неизменным напряжение.
Измерительное оборудование постоянного тока является магнитным усилителем. Изменять переменное напряжение помогает направленное движение электронов небольшой мощности. Выпрямитель поставляет постоянную энергию и зависит от значений входного электричества.
Силовые агрегаты широко используются в генераторах тока малой величины, мощности, показатели в дизелях имеют средние значения. Трансформаторы монтируют последовательно с нагрузкой, прибор подключается к источнику первичной обмоткой, вторичный контур выдает преобразованную энергию. Значение выходного тока прямо пропорционально нагрузке. Используется оборудование с 3 магнитными стержнями, если генератор трехфазного тока.
Инвертирующие агрегаты имеют транзисторы одинаковой проводимости и на выходе усиливают только часть сигнала. Для полного преобразования напряжения импульс подается на оба транзистора.
Согласующее оборудование используют для подсоединения к электронным приборам с высоким сопротивлением на входе и выходе нагрузки с низким показателем прохождения электричества. Агрегаты полезны в высокочастотных линиях, где разница величин ведет к потерям энергии.
Типы трансформаторов
От номинального значения тока в первичном и вторичном контуре зависит классификация трансформаторов. В распространенных видах показатель находится в пределах 1-5 А.
Разделительный агрегат не предусматривает связь обеих спиралей. Оборудование обеспечивает гальваническую развязку, т. е. передачу импульса бесконтактным способом. Без нее протекающий между цепями ток ограничивается только сопротивлением, которое не принимается во внимание из-за малого значения.
Согласующий трансформатор обеспечивает согласование различных показателей сопротивления для минимизации искажения формы импульса на выходе. Служит для организации гальванической развязки.
Прежде чем выяснить, какие бывают трансформаторы силового направления, отмечают, что их выпускают для работы с сетями большой мощности. Приборы переменного тока изменяют показатели энергии в приемных установках и работают в местах с большой пропускной способностью и скоростью изменения электроэнергии.
Вращающий трансформатор не следует путать с вращающимся оборудованием – машиной для преобразования угла поворота в напряжение цепи, где эффективность зависит от частоты вращения. Прибор передает электроимпульс на подвижные части техники, например на головку видеомагнитофона. Двойной сердечник с отдельными обмотками, одна из которых поворачивается вокруг другой.
Масляный агрегат использует охлаждение катушек специальным трансформаторным маслом. Имеют магнитопровод замкнутого типа. В отличие от воздушных видов могут взаимодействовать с сетями большой мощности.
Сварочные трансформаторы для оптимизации работы оборудования, понижения напряжения и создания тока высокой частоты. Это происходит из-за изменения индуктивного сопротивления или показателей холостого хода. Ступенчатое регулирование выполняется компоновкой электрообмотки на проводниках.
