Принцип действия и назначение трансформатора: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Всего комментариев: 0

Трансформатор.

Цифровой ресурс может использоваться для обучения в рамках программы средней школы (профильного и углубленного уровней).

Компьютерная программа иллюстрирует принцип действия трансформатора.

Краткая теория

Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы. Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная. Различают два режима работы трансформатора.

1. Трансформатор на холостом ходу (нагрузка отсутствует)

При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В режиме холостого хода, то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность.

Если полную ЭДС индукции, возникающую в первичной обмотке (имеющей N₁ витков) обозначить как ε₁, а полную ЭДС индукции, возникающую во вторичной обмотке (N₂ витков) как ε₂, то имеет место следующее соотношение:

Активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен модулю ЭДС индукции.

Величина K называется коэффициентом трансформации. При K > 1 трансформатор является понижающим, а при K < 1 – повышающим.

2. Работа нагруженного трансформатора

Если к концам вторичной обмотки присоединить нагрузку, потребляющую электроэнергию, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна нулю. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца должен уменьшить изменения магнитного потока в сердечнике. Уменьшение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока должно уменьшить и ЭДС индукции в первичной обмотке. Но это невозможно, так как модуль напряжения на зажимах первичной катушки по прежнему приблизительно равен модулю ЭДС индукции. Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока в первичной обмотке. Его амплитуда возрастает таким образом, чтобы восстановить прежнее значение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока. Мощность в первичной цепи при нагрузке трансформатора, близкой к номинальной, приблизительно равна мощности во вторичной цепи:

Отсюда:

Таким образом, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).

Работа с моделью

Компьютерная программа моделирует два режима работы трансформатора.

• Трансформатор на холостом ходу (ненагруженный).
• Нагруженный трансформатор.

В режиме холостого хода модель позволяет проводить эксперимент, изменяя число витков первичной и вторичной обмотки трансформатора, напряжение на первичной обмотке (напряжение на вторичной обмотке изменяется автоматически, в соответствии с выбранными пользователем параметрами).

В режиме нагруженного трансформатора можно изменять число витков первичной и вторичной обмотки, напряжение на первичной обмотке, сопротивление нагрузки. Выводятся значения напряжения на вторичной обмотке, а также силы тока в первичной и вторичной обмотках.

Рекомендации по применению модели

Данная модель может быть применена в качестве иллюстрации на уроках изучения нового материала в 11 классе по теме «Трансформатор». На примере этой модели можно рассмотреть с учащимися принцип действия трансформатора, его работу на холостом ходу и с нагрузкой.

Пример планирования урока с использованием модели

Тема «Трансформатор»

Цель урока: рассмотреть принцип действия трансформатора, ввести понятие холостого хода трансформатора, коэффициента трансформации.

Примеры вопросов

• Что можно сказать о магнитном потоке, пронизывающем первичную и вторичную обмотки трансформатора? Какая часть трансформатора это обеспечивает?
• За счет чего трансформатор изменяет величину напряжения?
• По данным модели определить коэффициент трансформации.
• Определить повышающий трансформатор или понижающий.

Принцип действия трансформатора и его устройство

Принцип действия трансформатора основан на знаменитом законе взаимной индукции. Если включить в сеть переменного тока первичную обмотку этой электрической машины, то по этой обмотке начнет течь переменный ток. Этот ток будет создавать в сердечнике переменный магнитный поток. Данный магнитный поток начнет пронизывать витки вторичной обмотки трансформатора. На этой обмотке будет индуцироваться переменная ЭДС (электродвижущая сила). Если подключить (замкнуть) вторичную обмотку к какому-то приемнику электрической энергии (например, к обычной лампе накаливания), то под воздействием индуктируемой электродвижущей силы по вторичной обмотке к приемнику будет течь электрический переменный ток.

Вместе с этим, по первичной обмотке будет протекать ток нагрузки. Это значит, что электроэнергия будет трансформироваться и передаваться из вторичной обмотки в первичную при том напряжении, на который рассчитана нагрузка (то есть приемник электроэнергии, подключенный ко вторичной сети). Принцип действия трансформатора и основан на этом простом взаимодействии.

Для улучшения передачи магнитного потока и усиления магнитной связи намотка трансформатора, как первичная, так и вторичная, помещается на специальный стальной магнитопровод. Обмотки изолированы и от магнитопровода, и друг от друга.

Принцип действия трансформатора различен по напряжению обмоток. Если напряжение вторичной и первичной обмоток будет одинаково, то коэффициент трансформации будет равен единице, и тогда теряется сам смыл трансформатора как преобразователя напряжения в сети. Разделяют понижающие и повышающие трансформаторы. Если первичное напряжение будет меньше, чем вторичное, то такое электрическое устройство будет называться повышающим трансформатором. Если же вторичное меньше – то понижающим. Однако один и тот же трансформатор можно использовать и в качестве повышающего, и в качестве понижающего. Трансформатор повышающий используется для передачи энергии на различные расстояния, для транзита и прочего. Понижающие используют в основном для перераспределения электроэнергии между потребителями. Расчет силового трансформатора обычно и производится с учетом его последующего применения в качестве понижающего напряжение или повышающего.

Как уже говорилось выше, принцип действия трансформатора довольно прост. Однако есть некоторые любопытные детали в его конструкции.

В трансформаторах трехобмоточных три изолированные обмотки помещены на магнитопровод. Такой трансформатор может получать два разных напряжения и передавать энергию сразу двум группам приемников электроэнергии. В таком случае говорят, что кроме обмоток низшего и высшего напряжения у трехобмоточного трансформатора есть и обмотка среднего напряжения.

Обмотки трансформатора имеют цилиндрическую форму, и полностью изолируются друг от друга. При такой обмотке поперечное сечение стержня будет иметь круглую форму для уменьшения ненамагниченных промежутков. Чем меньше таких промежутков, тем меньше и масса меди, а, следовательно, масса и стоимость трансформатора.

Назначение, устройство и принцип действия однофазного трансформатора

Подробности

Категория: Электротехника и электроника

 Основные части трансформаторов — обмотки, осуществляющие электромагнитное преобразование энергии, и магнитопровод (магнитная система), выполненный из ферромагнитного материала и предназначенный для локализации магнитного потока и усиления электромагнитной связи обмоток.

Магнитопровод трансформаторов малой мощности изготавливают из листовой или ленточной электротехнической стали толщиной 0,1 — 0,35 мм.
В зависимости от конфигурации магнитопровода различают трансформаторы стержневого, броневого и кольцевого типов.
 
Рис.6.1.  Типы магнитопроводов трансформаторов
(1, 4 — броневые; 2, 5 — стержневые; 3, 6 — кольцевые)
Обмотка трансформатора — это совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС витков.
Обмотки трансформаторов стержневого и броневого типов представляют собой катушки, намотанные из изолированного провода, в большинстве случаев медного, на изолирующий каркас или гильзу. Отдельные слои проводов изолируют друг от друга тонкой межслойной изоляцией из специальной бумаги или ткани, пропитанной лаками; между обмотками прокладывают более толстую межобмоточную изоляцию. Обмотки трансформатора, к которым электрическая энергия подводится, называют первичными, обмотки, от которых электрическая энергия отводится, — вторичными.
Повышение электрической прочности трансформаторов и их устойчивости к механическим и атмосферным воздействиям достигается путем пропитки обмоток изоляционными лаками или компаундами или заливкой трансформаторов в эпоксидную смолу. Стержневые трансформаторы имеют наилучшие условия охлаждения ввиду большой поверхности охлаждения обмоток. Броневые трансформаторы благодаря меньшему числу катушек имеют меньшие размеры и более просты в изготовлении. Кольцевые трансформаторы отличаются малыми потоками рассеяния и низким сопротивлением сердечника благодаря отсутствию воздушных зазоров на пути потока, но более сложны в изготовлении ввиду невозможности предварительной намотки обмоток вне магнитопровода.
 
Рис.6.4. Принцип действия трансформатора
Принцип действия рассмотрим на примере идеального трансформатора — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии:
P1 = I1•U1= P2 = I2•U2,
где
P1 — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи,
P2 — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.
Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:

Смотрите также:

Принцип работы трансформаторов тока | Бесплатные дипломные работы на DIPLOMKA.

1.3 Принцип работы
Трансформатор тока состоит из замкнутого сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной. Первичную обмотку включают последовательно в контролируемую цепь, ко вторичной обмотке присоединяют токовые катушки различных приборов и реле.

Рисунок 1 – Трансформатор тока:
а — устройство, б, в — схемы включения амперметра непосредственно в контролирующую цепь и через трансформатор тока
Устройство трансформатора тока и схемы включения амперметра показаны на рисунке 1, а—в. Магнитный поток в магнитопроводе 3 создается токами первичной 1 и вторичной 2 обмоток. Соотношение первичного I1 и вторичного I2 токов определяется формулой:
KТТ = I1/I2 = w2/wl ,
где KТТ — коэффициент трансформации; w1 и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток.
Если в силовых трансформаторах и трансформаторах напряжения увеличение сопротивления во вторичной цепи вызывает уменьшение тока во вторичной и в первичной цепях, а напряжение на выводах обеих обмоток почти не изменяется, то у трансформаторов тока увеличение сопротивления во вторичной цепи приводит к повышению напряжения на выводах вторичной обмотки. Это объясняется тем, что ток в первичной цепи не зависит от нагрузки трансформатора тока. Ток во вторичной цепи трансформатора тока практически не меняется с изменением ее сопротивления при данном режиме первичной цепи. Вследствие этого нагрузка трансформатора тока увеличивается с возрастанием сопротивления во вторичной цепи, складывающегося из сопротивлений, подключенных к трансформатору тока аппаратов и приборов, соединительных проводов и переходных контактов.
Трансформаторы тока для электроустановок напряжением до 1000 В показаны на рисунке 2, а, б, в (катушечный, шинный ТШ-0,5 и шинный с литой изоляцией ТШЛ-0,5). В шинных трансформаторах тока в качестве первичной обмотки используют шину, пропускаемую через окно 5 сердечника трансформатора тока, на который намотана вторичная обмотка.
Проходные трансформаторы тока для внутренней установки на напряжение 10 кВ выполняют многовитковыми, одновитковыми и шинными с фарфоровой и пластмассовой (литой) изоляцией (Рисунок 3, а—в).
Опорный трансформатор тока ТФНД-220 для наружной установки на напряжение 220 кВ (Рисунок 4) имеет обмотки, помещенные в фарфоровый корпус 3, залитый маслом и укрепленный на основании 4. На верхнем торце фарфорового корпуса укреплен чугунный расширитель 1 для масла с маслоуказателем и зажимами 2 первичной обмотки. Сердечник с вторичной обмоткой охватывается первичной обмоткой, имеющей в этом месте форму кольца. Выводы вторичной обмотки размещены в коробке 5 на основании трансформатора.

Рисунок 2 – Трансформаторы тока на напряжение до 1000 В:
а — катушечный, б, в — шинные ТШ-0,5 и ТШЛ-0,5; 1 — каркас, 2, 4 — зажимы вторичной и первичной обмоток, 3 — защитный кожух, 5 — окно

Рисунок 3 – Трансформаторы тока на напряжение 10 кВ с литой изоляцией:
а — многовитковый ТПЛ-10, б — одновитковый ТПОЛ-10, в —шинный ТПШЛ-10; 1, 2 — зажимы первичной и вторичной обмоток, 3 — литая изоляция, 4 — установочный угольник, 5 — сердечник

Рисунок 4 – Опорный трансформатор тока ТФНД-220 наружной установки
В высоковольтных распределительных устройствах подстанций применяют проходные (Рисунок 5, а) и опорные (Рисунок 5, б) трансформаторы тока.

Рисунок 5 – Трансформаторы тока:
а — проходной ТПФМ-10 на 10 кВ, б — опорный ТФН-35М на 35 кВ; 1 и 3 — первичная и вторичная обмотки, 2 — фарфоровый изолятор, 4 — сердечник вторичной обмотки, 5 — контактный угольник, 6 — крышка, 7 — кожух, 8 — верхний фланец, 9 — зажимы выводов вторичной обмотки, 10 — якореобразный болт, 11 — крышка, 12 — фарфоровая покрышка, 13 — изоляционное масло, 14 — кольцевые обмотки («восьмеркой»), 15 — полухомут, 16 — масловыпускатель, 17 — цоколь, 18 — коробка вторичных выводов, 19 — кабельная муфта, 20 — маслоуказатель

: принцип работы, назначение, параметры и технические характеристики

В электротехнике величины с большими значениями необходимо вычислять относительно часто. Для решения этой проблемы используются трансформаторы тока, назначение и принцип работы которых позволяют проводить некоторые измерения. По этой причине первичная обмотка устройства последовательно подключается к цепи переменного тока, частоту которой необходимо определить. Первичная и вторичная обмотки имеют определенную пропорцию между токами.Все такие трансформаторы отличаются высокой точностью. Их конструкция включает две или более вторичных обмотки, которые подключены к защитным устройствам, измерительным приборам и приборам учета.

Что такое трансформатор тока?

Трансформатор тока — это электрическое устройство, которое используется для увеличения или уменьшения переменного тока, подаваемого на него. Трансформаторы тока обеспечивают, когда вторичный ток, используемый для расчета, равен основному току электрической сети. Включение в цепь первичной обмотки производится последовательно с токоподводом.Вторичная обмотка в виде измерительных приборов и различных реле подключается к любой нагрузке. Существует пропорциональное соотношение, относящееся к количеству витков между токами обеих обмоток. Изоляция между обмотками в системах трансформаторов высокого напряжения основана на максимальном рабочем напряжении. Как правило, один из концов вторичной обмотки заземляется, поэтому потенциалы обмотки и земли будут примерно равны.

Все трансформаторы тока предназначены для выполнения двух основных функций: измерения и защиты.В некоторых устройствах обе функции могут быть совмещены.

Измерительные трансформаторы передают полученную информацию в соответствующие измерительные приборы. Они устанавливаются в цепи высокого напряжения, в которые нельзя напрямую подключать измерительные приборы. Поэтому подключение амперметров, счетчиков, токовых обмоток счетчиков мощности и других приборов учета осуществляется только во вторичной обмотке трансформатора. В результате трансформатор преобразует переменный ток, даже очень большого значения, в переменный с помощью индикаторов, которые лучше всего подходят для использования обычных измерительных приборов.В то же время сохраняется отделение средств измерений от цепей высокого напряжения и улучшается электрическое состояние обслуживающего персонала.

Защитные трансформаторные устройства в основном передают полученную информацию об измерениях на устройства управления и безопасности. С помощью защитных трансформаторов переменный ток любого значения преобразуется в переменный ток наиболее подходящего значения, обеспечивая устройства релейной защиты максимальной мощностью.

Для чего нужен трансформатор тока?

Трансформаторы тока относятся к группе специальных вспомогательных устройств, используемых в цепях переменного тока вместе с различными измерительными приборами и реле.Такие трансформаторы имеют главную функцию преобразования любого значения тока в наиболее удобные для измерения значения, обеспечивая питание для отключения устройств и обмоток реле. Рабочие по обслуживанию должным образом защищены от поражения электрическим током благодаря изоляции оборудования.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для электрических цепей высокого напряжения, в которых прямое подключение измерительных приборов невозможно. Основное назначение — ретрансляция полученных данных об электрическом токе на измерительные устройства, подключенные к вторичной обмотке.

выполняют важную функцию по контролю состояния электрического тока в цепи, к которой они подключены. При подключении к силовому реле проводятся постоянные проверки сети, наличия и состояния заземления. Когда ток достигает аварийного значения, срабатывает система безопасности, которая отключает все используемое оборудование.

Каков принцип работы трансформатора тока?

Принцип действия трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции.С определенным количеством витков напряжение от внешней сети поступает на первичную силовую обмотку и преодолевает ее полное сопротивление. Это приводит к появлению магнитного потока, захваченного магнитной цепью вокруг катушки. Которая перпендикулярна текущему направлению. Благодаря этому потери электрического тока при преобразовании будут минимальными. Поток также варьируется в зависимости от типа магнитного материала.

Электродвижущая сила стимулирует магнитный поток на пересечении переключателей вторичной обмотки, расположенных перпендикулярно. Ток возникает под управлением ЭДС, которая требуется для определения полного сопротивления катушки и выходной нагрузки. На источнике вторичной обмотки одновременно наблюдается падение напряжения.

Трансформатор тока Параметры и характеристики:

Каждый трансформатор тока имеет индивидуальные параметры и технические характеристики, определяющие область применения данных устройств.

1. Номинальный ток.

Позволяет аппарату работать без перегрева длительное время.У таких трансформаторов есть значительный запас на нагрев и возможна нормальная работа с перегрузками до 20 процентов.

2. Расчетное напряжение.

Надежность гарантирует нормальную работу трансформатора. Именно этот показатель влияет на качество изоляции между обмотками, одна из которых заземлена под высоким напряжением, а другая.

3. Коэффициент трансформации.

В первичной и вторичной обмотках описывает соотношение между токами и определяется специальной формулой. Из-за некоторых потерь в процессе фактическое значение может отличаться от номинального.

4. Текущая ошибка.

Это происходит под действием тока намагничивания в трансформаторе. Именно по этому факту абсолютные значения первичного и вторичного тока различаются между собой. Текущее намагничивание создает магнитный поток в сердечнике. Погрешность трансформатора тока также увеличивается с ее ростом.

Принцип работы трансформатора

Трансформатор — это статическое оборудование, используемое для повышения или понижения напряжения источника переменного тока с соответствующим уменьшением или увеличением тока.По сути, он состоит из двух обмоток на общем пластинчатом магнитопроводе.

Переменное напряжение V ₁ , величина которого должна быть изменена, подается на первичную обмотку. В зависимости от количества витков первичной обмотки (N ₁ ) и вторичной обмотки (N ₂ ) переменная ЭДС. E ₂ индуцируется во вторичной обмотке.

Это вызвало э.д.с. E ₂ во вторичной обмотке вызывает вторичный ток I ₂ . Следовательно, на нагрузке появится напряжение на клеммах V ₂ .

• Если V ₂ > V ₁ , он называется повышающим трансформатором.
• Если V ₂ 1 , он называется понижающим трансформатором.

Когда на первичную обмотку подается переменное напряжение V ₁ , в сердечнике создается переменный поток φ. Этот переменный поток связывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС E ₁ и E ₂ согласно законам электромагнитной индукции Фарадея.Э.д.с. E ₁ называется первичной ЭДС. и э.м.ф. E ₂ называется вторичной э.д.с.

E ₁ = –N ₁ (dφ / dt)

E ₂ = –N ₂ (dφ / dt)

∴ E ₂ / E ₁ = N ₂ / N ₁

Обратите внимание, что величины E ₂ и E ₁ зависят от количества витков на вторичной и первичной обмотках соответственно.

Если N ₂ > N ₁ , то E ₂ > E ₁ (или V ₂ > V ₁ ) и мы получаем повышающий трансформатор.

С другой стороны, если N2 2 1 (или V ₂ 1 ) и мы получаем понижающий трансформатор.

Если нагрузка подключена через вторичную обмотку, вторичная э.д.с. E ₂ вызовет протекание тока I ₂ через нагрузку. Таким образом, трансформатор позволяет передавать переменный ток. мощность из одной цепи в другую с изменением уровня напряжения.

Следует внимательно отметить следующие моменты:

• Действие трансформатора основано на законах электромагнитной индукции.
• Нет электрического соединения между первичной и вторичной обмотками. Переменный ток мощность передается от первичной обмотки к вторичной через магнитный поток.
• Частота не изменяется, т. Е. Выходная мощность имеет ту же частоту, что и входная мощность.

Потери в трансформаторе:

1. потери в сердечнике — потери на вихревые токи и гистерезис
2. потери в меди — в сопротивлении обмоток

На практике эти потери очень малы, так что выходная мощность почти равна входной первичной мощности.Другими словами, трансформатор имеет очень высокий КПД.

— его работа, конструкция, типы и использование

Они являются неотъемлемой частью электрической системы, и их применение можно наблюдать практически во всех областях электротехники, от систем электроснабжения до обычных бытовых приборов.

С развитием источников питания переменного тока возникла потребность в трансформаторах. Раньше передача электроэнергии постоянного тока приводила к большим потерям и низкой эффективности.

Однако, увеличив напряжение передачи с помощью трансформатора, эта проблема была решена. Повышение напряжения сопровождается уменьшением тока, чтобы поддерживать постоянную мощность в трансформаторе.

А поскольку потери мощности прямо пропорциональны квадрату тока, это приводит к уменьшению тока в 10 раз, следовательно, к снижению потерь в 100 раз. Действительно, без трансформаторов мы не смогли бы использовать электрические власть в том виде, в котором мы ее используем сейчас.

Вот почему мы генерируем электроэнергию при напряжении от 11 до 25 кВ, а затем повышаем его до 132 220 или 500 кВ для передачи с минимальными потерями, а затем мы понижаем напряжение для безопасного использования в жилых и коммерческих помещениях.

Строительство трансформатора

Трансформатор состоит в основном из сердечника, обмоток и бака, однако в некоторых трансформаторах также присутствуют проходные изоляторы, сапуны, радиаторы и расширители.

Сердечник: Сердечник трансформатора изготовлен из мягкого железа или кремнистой стали, что обеспечивает путь с низким сопротивлением (силовые линии магнитного поля могут легко проходить через них).

Сердечники трансформатора ламинированы для уменьшения потерь на вихревые токи, обычно 2 пластин.Толщиной от 5 мм до 5 мм и изолированы друг от друга и обмоток покрытием из оксида, фосфата или лака. Ядро состоит из пластин различной формы, таких как E, L, I, C и U.

В трансформаторах с оболочкой сердечник окружает или покрывает обмотки, как оболочка.

В трансформаторах с сердечником обмотки намотаны вокруг двух концов или прямоугольников сердечника.

Обмотки:

Однофазный двухобмоточный трансформатор обычно имеет 2 обмотки, первичная и вторичная обмотки, которые сделаны из высококачественной многожильной меди. Обмотки намотаны на сердечник и полностью не имеют электрического контакта друг с другом.

Их также можно назвать обмотками высокого и низкого напряжения соответственно, причем обмотка высокого напряжения имеет большую изоляцию, чем обмотка низкого напряжения.

Принцип работы:

Основной принцип работы трансформатора — это работа взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками, которые связаны общим магнитным потоком через сердечник трансформатора.Сердечник обеспечивает путь для прохождения магнитного потока с низким сопротивлением.

Трансформатор имеет первичную и вторичную обмотки, как описано выше. Обмотка, подключенная к источнику, может рассматриваться как первичная обмотка, а ток, который она проводит, может иметь собственное магнитное поле.

Это магнитное поле создается поперек сердечника и меняет направление из-за переменных токов, и теперь согласно закону электромагнитной индукции Фарадея:

Скорость изменения магнитной связи во времени прямо пропорциональна ЭДС, индуцированной в проводнике или катушке

Это изменение магнитного поля вызывает на вторичной обмотке напряжение, пропорциональное количеству витков на обмотках. Это можно понять с помощью следующего уравнения:

Коэффициент трансформации трансформатора:

Обе обмотки трансформатора, т.е. первичный и вторичный имеют определенное количество витков. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки известно как отношение витков.

Где:

N _P = Количество витков первичной обмотки

N _S = витки вторичной обмотки

Идеальный трансформатор:

Идеальный трансформатор — это трансформатор, который дает выходную мощность, точно равную входной мощности.Это означает, что у него нет никаких потерь.

Идеальных трансформаторов не существует, и они используются только для упрощения расчетов трансформаторов. Их соотношение напряжений можно смоделировать с помощью этих простых уравнений:

Где:

В _P = Напряжение первичной стороны

В _S = Напряжение вторичной обмотки

А мощность определяется по формуле:

и

или

Где:

Другими словами, идеальный трансформатор будет иметь 100% КПД без потерь мощности.

Мы можем предположить, что идеальный трансформатор будет иметь нулевое сопротивление обмотки, отсутствие потока утечки и потерь в меди или сердечнике.

Схема эквивалента идеального трансформатора:

Эквивалентная схема идеального трансформатора не будет моделировать какое-либо сопротивление или какое-либо реактивное сопротивление, потому что все типы потерь считаются несуществующими. Итак, мы получаем очень упрощенную принципиальную схему.

Чем идеальный трансформатор отличается от настоящего трансформатора?

На самом деле у нас есть трансформаторы, которые состоят из некоторых потерь мощности; следовательно, выходная мощность никогда не равна входной мощности трансформатора.

Настоящие трансформаторы будут иметь некоторое значение сопротивления обмотки, будут иметь поток утечки, а также будут иметь потери в меди и сердечнике, которые мы обсудим ниже.

Ток намагничивания:

Это ток, необходимый для создания магнитного потока в сердечнике трансформатора (или его намагничивания).

Можно заметить, что когда на трансформатор подается переменный ток при размыкании цепи во вторичной обмотке, небольшой ток по-прежнему будет течь через первичную обмотку.

Этот ток состоит из тока намагничивания (i _m ) и тока потерь в сердечнике (i _{h + e} ).

Некоторые важные моменты относительно тока намагничивания:

1. Он не является чисто синусоидальным и будет иметь более высокочастотные компоненты, когда ядро ​​начнет насыщаться.
2. Когда сердечник достигает максимального магнитного потока, для небольшого увеличения притока потребуется очень высокий ток намагничивания.

Ток потерь в сердечнике компенсирует гистерезис и потери на вихревые токи в сердечнике.

Сумма тока намагничивания и тока потерь в сердечнике называется током возбуждения трансформатора.

Убытков:

Трансформатор является статическим устройством и не имеет вращающейся части, поэтому он не имеет вращательных потерь. Однако он имеет следующие электрические потери:

1. Потери в сердечнике или в железе
2. Потери меди

Потери в сердечнике:

Потери в сердечнике называются потерями в сердечнике, потому что они связаны или являются следствием стального сердечника трансформатора.

Их можно разбить на 2 части.

1. Гистерезис потери
2. Потери на вихревые токи

Гистерезис потери:

Можно считать, что любой ферромагнитный материал имеет множество небольших магнитных доменов (маленьких постоянных магнитов), которые указывают в случайных направлениях. Когда к железу прикладывают внешнее магнитное поле, эти домены выстраиваются в направлении поля.

Однако, когда переменный ток меняет свое направление, магнитное поле также меняет свое направление, и магнитные домены также должны менять свое направление в соответствии с магнитным полем.

Некоторые магнитные домены выровняются, но некоторым потребуется дополнительная энергия для их выравнивания. Эта энергия, необходимая для переориентации магнитных доменов во время каждого цикла переменного тока, известна как потеря гистерезиса.

Вихретоковые потери:

Переменный поток в сердечнике трансформатора соединяется со вторичными обмотками и наводит на них напряжение согласно закону Фарадея.

Также вероятно, что этот переменный поток будет связываться с другими проводящими частями трансформатора, такими как железный сердечник и железный кожух или корпус.

Этот переменный поток будет индуцировать локализованные напряжения в этих частях, что приведет к возникновению вихрей тока, протекающих внутри них. Эти токи известны как вихревые токи.

Эти токи вызывают потери энергии из-за удельного сопротивления сердечника или проводящей части, на которой они возникают, следовательно, энергия рассеивается в виде тепла.

Гистерезисные потери и потери на вихревые токи приводят к нагреву сердечника трансформатора.

Потери меди:

Первичная и вторичная обмотки трансформатора всегда будут иметь некоторое собственное сопротивление, и прохождение тока через это сопротивление всегда будет приводить к потерям энергии.

Поскольку обмотки сделаны из меди, потери энергии или тепла в них известны как потери в меди.

Потери меди можно определить по:

Итак, чем больше величина тока, тем больше будут потери в меди. Вот почему эти потери также известны как переменные потери, поскольку они зависят от нагрузки.

Реактивное сопротивление утечки:

Первичная и вторичная обмотки создают свой собственный поток, который связан друг с другом, это называется взаимным потоком.

Однако не весь магнитный поток между первичной и вторичной обмотками связан.

Некоторый поток, создаваемый первичной обмоткой, не будет связан с вторичной обмоткой, в то время как некоторое количество потока, создаваемого вторичной обмоткой, не будет связываться с первичной обмоткой.

Этот поток, который соединяется только с одной из обмоток вместо соединения с обеими, известен как поток утечки.

Обмотки являются индуктивными по своей природе, этот поток рассеяния будет создавать в обмотках самореактивное сопротивление или импеданс, который известен как реактивное сопротивление рассеяния.

Это реактивное сопротивление утечки вызовет падение напряжения в первичной и вторичной обмотках.

:

Эквивалентная схема трансформатора — это упрощенное представление трансформатора, состоящего из сопротивлений и реактивных сопротивлений.

Эквивалентная схема помогает нам в выполнении расчетов трансформатора, поскольку теперь анализ базовой схемы может быть применен к трансформатору.

Резистор R

Эти резисторы моделируют резистивные потери в меди в трансформаторе, и их легко представить.

X _M :

Как мы уже упоминали ранее, ток возбуждения или ток холостого хода равен сумме тока намагничивания и тока потерь в сердечнике.

Таким образом, ток намагничивания можно смоделировать реактивным сопротивлением X _M , подключенным к первичному источнику напряжения.

R _C :

Потери в сердечнике, состоящие из потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис, можно смоделировать с помощью сопротивления R _C , подключенного к первичному источнику напряжения

Xm и Rc известны как ветви возбуждения.

X _P и X _S :

X _p — реактивное сопротивление рассеяния на первичной обмотке, а X _S — реактивное сопротивление рассеяния на вторичной обмотке.

Для первичной и вторичной сторон:

Приведенная выше эквивалентная схема является точным представлением трансформатора. Однако для решения практических схем трансформатора необходимо преобразовать всю схему на единый уровень напряжения.

Это делается путем привязки цепи к ее первичной или вторичной стороне.

На первичную сторону:

Чтобы отнести или преобразовать схему к первичной стороне, мы сначала находим значение константы «а».

Где a = N _p N _s

Теперь, когда мы нашли «a», мы можем преобразовать сопротивление вторичной стороны Rs и реактивное сопротивление Xs в первичную сторону, умножив их оба на ² .

R _S ^‘ = R _S x a ²

X _S ^‘ = X _S x a ²

Вторичное напряжение Vs умножается на «a», а вторичный ток Is делится на «a».

На вторичную сторону:

Учитывая значение константы «a», мы делим значения сопротивления первичной стороны и реактивного сопротивления на ² .

То же самое будет сделано для X _M и R _C .

R _P ^‘ = R _P a ²

X _P ^‘ = X _P a ²

R _C ^‘ = R _C a ²

X _M ^‘ = X _M a ²

Первичный ток умножается на «а», а первичное напряжение делится на «а».

После того, как мы отнесли наши значения к одной конкретной стороне, первичной или вторичной, мы можем переместить ветвь возбуждения на передний план и последовательно сложить сопротивления и реактивные сопротивления, как показано на принципиальных схемах.

Эффективность:

КПД трансформатора — это отношение выходной мощности трансформатора к входной мощности.

Выдается

η = P _ВЫХ P _ВЫХ + P _ПОТЕРЯ X 100%

Где:

Поскольку выходная мощность всегда будет меньше входной мощности, КПД трансформатора всегда будет находиться в пределах 0–100%, в то время как идеальный трансформатор будет иметь КПД 100%.

Чтобы рассчитать КПД трансформатора по эквивалентной схеме, мы просто добавляем потери в меди и потери в сердечнике к уравнению КПД, чтобы получить следующее уравнение:

η = P _ВЫХ P _ВЫХ + P _cu + P _{сердечник} X 100%

Регулировка напряжения:

Также важно знать, что, поскольку трансформатор имеет последовательные сопротивления внутри, на нем также будут падать напряжения.Это приведет к изменению выходного напряжения с изменяющейся нагрузкой, даже если входное напряжение остается постоянным.

Величина, которая сравнивает выходное напряжение без нагрузки с выходным напряжением при полной нагрузке, называется регулировкой напряжения.

Его можно рассчитать по следующей формуле:

VR = V _S.NL — V _S.FL V _S.FL X 100%

Где:

В _С.NL = Выходное напряжение без нагрузки

В _S.FL = Выходное напряжение при полной нагрузке

Следует отметить, что идеальный трансформатор будет иметь регулировку напряжения 0%.

Типы трансформаторов и их применение

Привет! По соответствующей теме мы ранее писали в блоге о типах трансформаторов. Если это вас заинтересует, ознакомьтесь с ним и дайте нам знать, что вы думаете

Повышающий трансформатор:

Эти трансформаторы увеличивают нижний уровень напряжения на первичной стороне до более высокого значения на вторичной стороне.В этом случае вторичная обмотка имеет большее количество витков, чем первичная.

Они в основном используются на генерирующих станциях, где генерируемое напряжение около 11 кВ повышается до 132 кВ или более для передачи.

Понижающий трансформатор:

Понижающие трансформаторы понижают высокое напряжение на первичной стороне до более низкого значения на вторичной стороне. В этом случае первичная обмотка имеет большее количество витков.

Понижающие трансформаторы используются на сетевых станциях для снижения высоких напряжений передачи до подходящего более низкого значения для распределения и использования.Их также можно найти на наших зарядных устройствах для мобильных устройств.

Другие типы включают силовые трансформаторы, распределительные трансформаторы, трансформаторы с сердечником, одно- и трехфазные трансформаторы, внутренние и внешние трансформаторы. Вы можете проверить наш предыдущий блог, посвященный типам трансформаторов и их применению.

Ограничения трансформатора:

Здесь также важно отметить, что трансформатор будет работать только от переменного тока. Это связано с тем, что постоянный ток (DC) будет создавать постоянное магнитное поле вместо изменяющегося магнитного поля, и, следовательно, во вторичной обмотке не будет индуцироваться ЭДС.

На этом мы завершаем нашу тему о трансформаторах. Мы надеемся, что этот блог был полезен и дал вам ценную информацию по этой теме. Не стесняйтесь предлагать или задавать любые вопросы, которые могут у вас возникнуть, в разделе комментариев ниже. Спасибо.

Что такое трансформатор Объясните принцип построения, класс 12, физика CBSE

Электрическое устройство, которое может изменять переменный ток, называется трансформатором.
Принцип — Трансформатор работает по принципу взаимной индукции. Взаимная индукция — это явление, при котором при изменении величины магнитного потока, связанного с катушкой, возникает ЭДС. индуцируется в соседней катушке.

Конструкция —
Трансформатор состоит из прямоугольного железного сердечника. Две катушки, первичная катушка $ ({P _ {}}) $ с двумя сторонами $ {P_1} $ и $ {P_2} $ и вторичная катушка $ (S) $ с двумя сторонами $ {S_1} $ и $ { S_2} $.Обе эти катушки изолированы от сердечника из ферромагнитного железа. Источник переменного тока подключен к первичной обмотке, а выход получается через вторичную обмотку, которая подключена параллельно к сопротивлению $ R $.

Рабочий —
Мы считаем, что для идеального трансформатора сопротивления первичной и вторичной обмоток незначительны.
Пусть $ ЭДС $ переменного тока, подаваемого источником переменного тока, будет
$ {E_P} = {E_0} \ sin \ omega t $
Предположим, что первичная обмотка представляет собой чистую индуктивность, поэтому здесь $ {I_p} $ будет отставать от напряжения $ {E_ {P}} $ на $ 90 ^ \ circ $.\ circ = 0 $.
Пусть число витков в первичном проводе будет $ {N_P} $, а во вторичном — $ {N_S} $
Согласно закону Фарадея, индуцированный $ E.M.F. $ через один виток обеих катушек будет одинаковым.
Пусть поток через один виток равен $ \ phi $, поток через первичную обмотку равен $ {\ phi _p} $, а поток через вторичную обмотку равен $ {\ phi _S} $.
Итак, $ {\ phi _p} = {N_P} \ phi $
$ {\ phi _S} = {N_S} \ phi $

Мы также знаем по закону Фарадея

$ E = \ dfrac {{d \ phi} } {{dt}} $
Итак, для первичной катушки это уравнение становится
$ {E_S} = \ dfrac {{d {\ phi _S}}} {{dt}} $ (Уравнение 1)
А для вторичной катушки это уравнение принимает вид
$ {E_P} = \ dfrac {{d {\ phi _P}}} {{dt}} $ (Уравнение 2)

Деление уравнения 1 на уравнение 2
$ \ dfrac {{{E_S}}} {{{E_P}}} = \ dfrac {{d {\ phi _S}}} {{d {\ phi _P}}} = \ dfrac {{{N_S} \ phi}} {{{N_P} \ phi} } $
$ {E_S} = {E_p} \ dfrac {{{N_S}}} {{{N_p}}} $ (Уравнение 3)
Мы знаем, что
$ P = VI $
Здесь
$ P = $ Power
$ V = $ напряжение
$ I = $ ток
Для первичной катушки это уравнение принимает вид
$ {P_P} = {E_P} {I_P} $ (Уравнение 4)
Для вторичной катушки это уравнение принимает вид
$ {P_S} = { E_S} {I_S} $ (Уравнение 5)
Для идеального трансформатора энергия не теряется, поэтому
$ {P_p} = {P_S} $
$ {E_P} {I_P} = {E_S} {I_S} $
$ { I_S} = {I_p} \ dfrac {{{E_p}}} {{{E_s }}} $$ (\ потому что \ dfrac {{{E_p}}} {{{E_S}}} = \ dfrac {{{N_p}}} {{{N_S}}}) $
$ {I_S} = { I_p} \ dfrac {{{N_p}}} {{{N_S}}} $

Примечание — трансформатор, увеличивающий A.Напряжение C. называется повышающим трансформатором ($ {N_S}> {N_p} $), а трансформатор, который снижает напряжение переменного тока, известен как понижающий трансформатор ($ {N_S} <{N_p} $). Кроме того, используется железный сердечник, потому что это ферромагнитный материал, который помогает увеличить силу магнитного поля.

Как работает трансформатор?

Как работает трансформатор?

На рисунке показан блок питания, установленный в школьных лабораториях. Он подключен к электросети, которая обеспечивает входное напряжение 240 В.Используя переключатель напряжения, вы можете выбирать выходное напряжение от 2 В до 12 В. Что меняет входное напряжение с 240 В на более низкое выходное напряжение?
Основным компонентом блока питания является трансформатор. Трансформаторы могут уменьшать или увеличивать переменный ток. напряжение подавалось на него .

Принцип действия трансформатора:

1. Трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции .
2. Он состоит из двух катушек, намотанных на сердечник из мягкого железа, как показано на рисунке.
   
3. Первичная обмотка подключена к сети переменного тока. источник питания, в то время как вторичная катушка подключена к выходным клеммам.
4. Когда ток в первичной цепи увеличивается, рост магнитного потока заставляет силовые линии магнитного поля перерезать вторичную катушку. Э.д.с. индуцируется во вторичной катушке.
5. Когда ток в первичной цепи уменьшается, магнитный поток падает, и силовые линии снова разрезают вторичную катушку. Э.д.с. действие в противоположном направлении индуцируется во вторичной катушке.
6. Переменный ток в первичной обмотке создает изменяющийся магнитный поток, который вызывает переменную ЭДС. той же частоты во вторичной катушке.
7. На рисунке показана принципиальная схема трансформатора с переменным источником питания.
   

Люди тоже спрашивают

Повышающие и понижающие трансформаторы:

1. Существует два типа трансформаторов:
   (a) Повышающий трансформатор
   (b) Понижающий трансформатор
2. На рисунке показано сравнение двух типов трансформаторов.
   

Цель: Разобраться в повышающем и понижающем трансформаторах.
Материалы: Медная катушка на 120 витков, медная катушка на 400 витков, соединительные провода
Аппарат: Два стальных сердечника С-образной формы с зажимом, изолированные провода, низкое напряжение переменного тока. блок питания, две лампочки 2,5 В 0,3 А с держателями и две лампочки 6,2 В 0,3 А с держателями
Метод:

Повышающий трансформатор

1. Устройство настроено, как показано на рисунке.Первичная катушка — это медная катушка с 120 витками, а вторичная обмотка — это медная катушка с 400 витками.
2. Лампочки на 6,2 В, 0,3 А ввинчиваются в соответствующие держатели.
3. Источник питания установлен на 2 В переменного тока.
4. Электропитание включено. Сравнивается яркость лампочек в первичной и вторичной цепях.

Понижающий трансформатор

1. Настройка устройства изменена так, что медная катушка с 400 витками становится первичной обмоткой, а обмотка с 120 витками — вторичной обмоткой.
2. Лампы заменены на лампочки 2,5 В, 0,3 А.
3. Электропитание включено. Сравнивается яркость лампочек в первичной и вторичной цепях.

Наблюдения:
Обсуждение:

1. Яркость лампы пропорциональна напряжению на ней. Яркость лампочки в первичной цепи указывает на величину входного напряжения. Яркость лампочки во вторичной цепи указывает на величину выходного напряжения.
2. Когда количество витков вторичной катушки больше, чем количество витков первичной катушки, выходное напряжение больше входного.
3. Когда количество витков вторичной катушки меньше, чем количество витков первичной катушки, выходное напряжение меньше входного.

Заключение:

1. Более высокое напряжение индуцируется во вторичной катушке, когда у вторичной катушки больше витков, чем у первичной катушки.
2. Более низкое напряжение индуцируется во вторичной катушке, когда у вторичной катушки меньше витков, чем у первичной катушки.

Цель: Показать взаимосвязь V _s / V _p = N _s / N _p
Материалы: Медные катушки с 300, 600 и 900 витками соответственно, соединительные провода
Аппаратура: Сердечники из мягкого железа, 0 — 12 В переменного тока блок питания, два переменного тока вольтметры (0-10 В)
Метод:

1. Устройство настроено, как показано на рисунке, с медной катушкой на 300 витков в качестве первичной катушки и катушкой на 600 витков в качестве вторичной катушки.
2. Напряжение блока питания установлено на 2 В.
3. Включается питание и записываются показания вольтметров.
4. Этапы с 1 по 3 повторяются с медной катушкой на 300 витков в качестве первичной катушки и катушкой на 900 витков в качестве вторичной катушки.
5. Настройка устройства изменена так, что катушка с 900 витками является первичной обмоткой, а обмотка с 600 витками — вторичной обмоткой.
6. Напряжение блока питания установлено на 10 В.
7. Включается питание и записываются показания вольтметров.
8. Этапы 6 и 7 повторяются с 900-витковой катушкой в ​​качестве первичной катушки и 300-витковой катушкой в ​​качестве вторичной катушки.

Наблюдения:

Обсуждение:

1. Соотношения N _s / N _p и V _s / V _p для каждой пары первичной и вторичной катушек приблизительно равны.
2. Принимая во внимание экспериментальные ошибки и потерю мощности в трансформаторе, можно сделать вывод, что N _s / N _p = V _s / V _p .

Вывод:
Отношение вторичного выходного напряжения к первичному входному напряжению равно отношению числа витков вторичной катушки к числу витков первичной обмотки.

Проблемы соотношения витков и напряжений

1. На рисунке показана лампочка на 12 В, подключенная к выходным клеммам трансформатора.
   
   Каково значение N _s , если бы лампа загоралась с нормальной яркостью?
   Решение:
   Когда лампа загорается с нормальной яркостью, напряжение на ней составляет 12 В.

1. Трансформатор передает электроэнергию из первичной цепи во вторичную.
2. Первичная цепь трансформатора получает питание при определенном напряжении от a.c. источник питания. Трансформатор подает эту мощность с другим напряжением на электрическое устройство, подключенное к вторичной цепи, как показано на рисунке.
   
3. В идеальном трансформаторе отсутствуют потери энергии в процессе преобразования напряжения и передачи мощности.
4. Выходная мощность равна входной. Следовательно,
   Выходная мощность = Входная мощность
   То есть:
   

На рисунке показан трансформатор, используемый для питания нагревателя 6 В, 48 Вт от источника переменного тока 240 В переменного тока.c. поставка.

Рассчитайте
(a) количество витков в первичной катушке, N _p
(b) ток во вторичной обмотке, I _с
(c) ток в первичной обмотке, I _p
Раствор:

Основные принципы промышленных трансформаторов

ЗАДАЧИ:

• объясните, как и почему трансформаторы используются для передачи и распределения электроэнергии.

• описать основную конструкцию трансформатора.

• различают первичную и вторичную обмотки трансформатора.

• перечислить в порядке последовательности различные этапы работы повышающий трансформатор.

• использовать соответствующую информацию для расчета коэффициента напряжения, напряжения, токи и КПД повышающих и понижающих трансформаторов.

• объясните, как первичная нагрузка изменяется с вторичной нагрузкой.

Производство больших количеств неэффективно и экономически нецелесообразно. электроэнергии постоянного тока. Изобретение трансформатора было веха в развитии электротехнической промышленности. Трансформатор увеличивает или уменьшает напряжение больших количеств переменного тока энергоэффективно, безопасно и удобно. Большое распределение мощности Станция изображена на илл. 1.

ил. 1: Подстанция с тремя индивидуальными маслонаполненными выключателями .

Большое количество энергии переменного тока может быть произведено при удобном напряжение, используя паровую, ядерную или водную энергию. Трансформаторы используются первыми увеличить эту энергию до высокого напряжения для передачи на многие мили проводов передачи, а затем уменьшить это напряжение до значений, которые удобны и безопасны для использования потребителем.

ЭЛЕМЕНТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформатор состоит из двух или более проводниковых обмоток, размещенных на тот же магнитный путь с железным сердечником, как показано на рис.2.

ил. 2: Детали трансформатора

Ламинированный сердечник

Стальной сердечник трансформатора состоит из листов проката. Этот железо обрабатывается таким образом, чтобы оно обладало высокой магнитной проводимостью (высокое проницаемость) по всей длине сердечника. Проницаемость — это термин используется, чтобы выразить легкость, с которой материал будет проводить магнитные линии силы. Утюг также имеет высокое омическое сопротивление на пластинах (через толщина сердцевины).Необходимо ламинировать листы железа. (рис. 3) для уменьшения гистерезиса и вихревых токов, вызывающих нагрев ядра.

Обмотки

Трансформатор имеет две обмотки: первичную и вторичную. обмотка. Первичная обмотка — это катушка, которая получает энергию. Это формируется, наматывается и надевается на железный сердечник. Вторичная обмотка катушка, которая обеспечивает энергию при преобразованном или измененном напряжении — увеличенном или уменьшился.

Трансформаторы по определению используются для передачи энергии от одной системы переменного тока. к другому с помощью электромагнитных средств. Они не меняют количество энергии существенно; в трансформаторе происходят лишь незначительные потери мощности. Если Трансформатор увеличивает напряжение, он называется повышающим трансформатором. Если он снижает напряжение, это называется понижающим трансформатором.

Вторичное напряжение зависит от:

• напряжение первичной обмотки,

• количество витков первичной обмотки, а

• количество витков вторичной обмотки.

Некоторые типы трансформаторов с сердечником имеют первичную и вторичную обмотки. катушки проводов намотаны на отдельные ножки сердечника (см. рис. 2А). Катушки первичной и вторичной проволоки также могут быть намотаны друг на друга, как показано на рисунке. в больном. 2B. Обмотка таким образом повышает КПД трансформатора и экономит энергию. При указании коэффициента трансформации первичная обмотка — это первый фактор соотношения. Это говорит о том, какая обмотка, высокая или низкая, подключена. к источнику питания.

КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Три основных типа конструкции сердечников трансформатора: снарядного типа, крестового или Н-типа (илл. 4).

ил. 3 Пластины E, используемые в конструкции сердечника трансформатора

ил. 4 Основные типы конструкций сердечников трансформаторов: A. Сердечник или типа «одно окно»; B. Тип ядра или единого окна; C. Shell или двойной оконный тип; D. Крест тип

Тип сердечника

В трансформаторе с сердечником первичная обмотка находится на одном плече трансформатора, а вторичная обмотка — на другом.Более эффективный тип конструкция сердечника — это тип оболочки, в которой ядро ​​окружено оболочка из железа (илл. 4А и Б).

Корпус типа

Трансформатор с сердечником с оболочкой или двойным окном (рис. 4С), вероятно, наиболее часто используется в электромонтажных работах. Что касается энергосбережения, эта конструкция трансформатора работает с КПД 98% или выше.

Крест или H Тип

Крестообразный сердечник или H-тип также называют модифицированным типом оболочки.В катушки окружены четырьмя стержнями сердечника. Тип креста — действительно комбинация двух сердечников оболочки, установленных под прямым углом друг к другу. Обмотки расположен над центральным ядром, которое в четыре раза превышает площадь каждого из внешние ноги. Сердечник этого типа очень компактен и легко охлаждается. Он используется для больших силовых трансформаторов, где падение напряжения и стоимость должны быть сведенным к минимуму. Эти агрегаты обычно погружаются в масло на длительное время. изоляционные свойства и эффективное охлаждение.Еще один способ охлаждения трансформаторы нагнетаются воздухом. Трансформаторы нельзя погружать в воду в воде для охлаждения. Случайное затопление, например, в подземном трансформаторе своды, надо прокачивать (илл. 4D).

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Согласно закону Ленца в катушке индуцируется напряжение всякий раз, когда катушка ток увеличивается или уменьшается. Это индуцированное напряжение всегда находится в таком направление, противостоящее вызывающей его силе.Это называется индукцией. Действие проиллюстрировано наложением двух петель из проволоки, как показано на рис. 5.

Записка ил. 5 прогрессивное увеличение магнитного поля около одна сторона каждой петли по мере нарастания тока. Сила магнитного поле увеличивается по мере увеличения электрического тока через проводник от источника питания. больной. 5 также показан рисунок поля во время период, когда ток уменьшается.

ил.5 Магнитная индукция (поток электронов): УВЕЛИЧЕНИЕ ТОКОВОГО ПОТОКА; УВЕЛИЧЕНИЕ ПОТОКА; ОБРАБОТКА ПОТОКА; АККУМУЛЯТОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ; УМЕНЬШЕНИЕ ТЕКУЩИЙ ПОТОК;

ил. 5 использует правило левой руки для проводников. Схватить проводника левой рукой с большим пальцем вытянутым в направлении электрона поток. Ваши пальцы укажут направление магнитного потока. В Поток расширяется наружу от проводника, когда ток увеличивается, и сжимается к центру проводника, когда ток уменьшается.

По мере того, как ток достигает максимального значения, круговые магнитные линии вокруг проволоки двигаться наружу от проволоки. Это внешнее движение магнитного силовые линии пересекают проводник второй петли. Как результат, индуцируется ЭДС и в контуре циркулирует ток, как показано на гальванометр, расположенный над проводником.

Когда ток достигает установившегося состояния в первой цепи, поток является стационарным, и в цепи не возникает напряжения.Гальванометр указывает нулевой ток.

Когда цепь батареи разомкнута, ток падает до нуля и магнитный поток рушится. Сжимающийся поток прорезает второй контур и снова индуцирует ЭДС. Второй наведенный ток имеет направление, противоположное ток первого индуцированного тока, как показано стрелкой гальванометра. Заключительный этап показывает установившееся состояние без поля и индуцированного тока. Это действие выполняется автоматически с применением ac.

Петли проволоки могут быть заменены двумя концентрическими витками (петли с много витков), чтобы сформировать трансформатор. больной. 6 показан трансформатор, который имеет первичную обмотку, железный сердечник и вторичную обмотку. Когда меняется или переменный ток подается на первичную обмотку, изменяющийся первичный ток создает изменяющееся магнитное поле в железном сердечнике. Этот изменяющееся поле прорезает вторичную катушку и, таким образом, индуцирует напряжение, значение зависит от количества проводников в разрезе вторичной обмотки магнитными линиями.Это называется взаимной индуктивностью. Коммерческие трансформаторы обычно имеют фиксированные сердечники, которые обеспечивают полные магнитные цепи для эффективная работа при небольшой утечке магнитного потока и высокой взаимной индукция.

КОЭФФИЦИЕНТ НАПРЯЖЕНИЯ

Согласно закону Ленца, один вольт индуцируется, когда 100000000 магнитных силовые линии разрезаются за одну секунду. Первичная обмотка трансформатора обеспечивает магнитное поле для сердечника. Вторичная обмотка при размещении непосредственно по тому же сердечнику, подает на нагрузку индуцированное напряжение который пропорционален количеству проводников, перерезанных первичным потоком ядра.

Оболочечный трансформатор, изображенный на илл. 6 предназначен для уменьшения напряжение источника питания.

В ил. 6:

Np = количество витков в первичной обмотке

Np = количество витков вторичной обмотки

Ip = ток в первичной обмотке

Is = ток во вторичной обмотке

Предположим, что Np = 100 витков

Нс = 50 витков

E (питание) = 100 вольт, 60 герц

ил.6 Однофазный трансформатор, показывающий взаимную индуктивность двух катушки

Переменное напряжение питания (100U) создает ток в первичной обмотке. который намагничивает сердечник переменным потоком. (По словам Ленца По закону, в первичной обмотке индуцируется противоэдс. Этот счетчик ЭДС называется самоиндукцией и противостоит приложенному напряжению). Поскольку вторичная обмотка на том же сердечнике, что и первичная, всего 50 вольт индуцируется во вторичной обмотке, потому что отрезано только половина проводов. магнитным полем.

В условиях холостого хода верно следующее соотношение:

Следовательно, отношение 2 к 1 означает, что трансформатор понижающий. трансформатор, который снизит напряжение источника питания. Трансформеры либо повышать, либо понижать напряжение питания.

Обратитесь к ил. 7 для следующего примера. Первичная обмотка трансформатор имеет 100 витков, а вторичный — 400 витков. ЭДС 110 к первичной обмотке приложено вольт.Какое напряжение на вторичной обмотке и каково соотношение трансформатора?

Этот трансформатор имеет повышающий коэффициент 440/110 = 4/1, или 1: 4

СООТНОШЕНИЕ ТОКА

Коэффициент тока в трансформаторе обратно пропорционален напряжению. трансформация. Трансформатор не создает мощность и не предназначен потреблять энергию. Входная мощность должна быть очень близка к выходной мощности. Следовательно, если входной вольт-ампер равен выходному вольт-амперам и напряжению уровень увеличивается, текущий уровень уменьшается.Коэффициент напряжения и коэффициент тока обратно пропорциональны.

Если ток нагрузки трансформатора, показанного в 7, составляет 12 ампер, первичный ток должен быть таким, чтобы произведение количества витков и значения тока (ампер-витки первичной обмотки) равнялось значению вторичные ампер-витки.

Проверка решения на ток

Np x Ip = Ns x Is; 100 х 48 = 400 х 12; 4800 = 4800

Коэффициент текущей ликвидности является обратной величиной; то есть, чем больше число витков, тем меньше ток для данной нагрузки.Практические оценки первичный или вторичный токи рассчитываются исходя из предположения, что трансформаторы 100% эффективность.

Например, предположим, что

Вт на входе = на выходе

или

Основная мощность = Дополнительная мощность

Следовательно, для повышающего трансформатора на 1000 Вт, 100/200 В:

Is = 1000Вт / 200 В = 5 ампер

Ip = 1000 Вт / 100 В = 10 ампер

Чем больше ток, тем больше сечение проводов на трансформаторе.По этой информации мы можем определить стороны высокого и низкого напряжения.

Более высокое напряжение = меньший ток, следовательно, меньшее сечение провода

Меньшее напряжение = больший ток, следовательно, провод большего размера

ил. 8 Принципиальная схема повышающего трансформатора

Пример: На перемещаемом станке отключен управляющий трансформатор. Табличка неразборчива из-за коррозии. Схема питания двигателя 480 вольт.Контроллер мотора работает от управления напряжением 120 В. Который первичная и вторичная обмотки управляющего трансформатора? Более высокое напряжение имеет меньший размер провода. Следовательно, он должен быть подключен к 480 вольт.

Использование омметра также может сказать нам, какая обмотка имеет больший сопротивление. Измеряя каждую обмотку, мы обнаруживаем, что чем больше сопротивление, чем больше напряжение, потому что в нем больше витков меньшего провод. Помните, что термин «первичный» относится к стороне питания трансформатора.Термин «вторичный» относится к стороне нагрузки (рис. 8).

СХЕМА ИЛИ СИМВОЛ

Повышающий трансформатор обычно показан в схематическом виде, как показано на рисунке. в больном. 8. Соотношение витков первичной и вторичной обмоток не наглядно. показано. Обычно это отображается в виде символа повышения или понижения.

ПЕРВИЧНАЯ ЗАГРУЗКА СО ВТОРИЧНЫМИ НАГРУЗКАМИ

Ток во вторичной обмотке управляет током в первичной обмотке.Когда вторичная цепь завершена путем размещения нагрузки на нее, вторичная ЭДС заставляет ток течь. Это создает магнитное поле напротив к основному полю. Это противодействующее или размагничивающее действие уменьшает эффективное поле первичного потока, что, в свою очередь, уменьшает первичный cemf, тем самым позволяя протекать большему току в первичной обмотке. Чем больше тока во вторичной обмотке, тем больше поле, создаваемое вторичный.Это приводит к уменьшению первичного поля; следовательно, сокращенный первичный cemf производится. Это условие допускает больший ток в Главная. Весь этот процесс будет повторяться всякий раз, когда изменение значения тока в первичной или вторичной обмотке. Трансформатор легко приспосабливается к любому нормальному изменению вторичной обмотки. нагрузка. Однако, если короткое замыкание происходит через вторичную обмотку, ненормально большое количество протекающего тока вызывает повышение первичного тока в подобным образом, что приведет к повреждению или полному перегоранию трансформатора, если он не защищен должным образом.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Эффективность всего оборудования — это отношение выпуска к затратам.

КПД = выход / вход

В целом КПД трансформатора составляет около 97 процентов. Только три процента полного напряжения на вторичной обмотке теряется в результате преобразования. Падение напряжения связано с потерями в сердечнике и потерями в меди.

Потери в сердечнике являются результатом гистерезиса (магнитного трения) и завихрения. токи (индуцированные токи) в железном сердечнике.

Потери в меди — это потери мощности в медном проводе обмоток. Следовательно, с учетом этих потерь,

% КПД = выходная мощность (вторичная) / потребляемая мощность (первичная) X 100

где: входная мощность = выходная мощность + потери

РЕЗЮМЕ

очень полезны для подачи точного напряжения, необходимого для сайт клиентов. Постоянный ток не может быть легко изменен с одного уровня напряжения на Другая.Настоящих трансформаторов постоянного тока не существует. AC может быть увеличен или уменьшен легко за счет электромагнитной связи катушек трансформатора. Трансформеры может использоваться для: (1) повышения напряжения; (2) понизить напряжение; или (3) просто изолируйте первичную систему трансформатора от трансформатора. вторичная система.

ВИКТОРИНА

A. Выберите правильный ответ для каждого из следующих утверждений.

1. Когда первичная обмотка имеет больше витков, чем вторичная, напряжение во вторичной обмотке _______

а.повысился. c. уменьшилось.

г. вдвое. d. вдвое.

2. В катушках трансформатора движение потока вызывается

а. постоянный ток. c. переезд вторичный.

г. вращающийся первичный. d. переменный ток.

3. Энергия передается от первичной обмотки к вторичной без изменение в:

а. частота. c. Текущий.

г.Напряжение. d. ампер-витки.

4. Средний КПД трансформатора

а. 79 процентов. c. 50 процентов.

г. 97 процентов. d. 100 процентов.

5. Трансформатор имеет первичную обмотку на 150 В и вторичную обмотку. обмотка рассчитана на 300 вольт. Первичная обмотка имеет 500 витков. Как много витков у вторичной обмотки?

а. 250 с. 1 000

г. 2,500 г.10 000

6. Управляющий трансформатор — это понижающий трансформатор. По сравнению с вторичная обмотка первичная обмотка

а. больше по размеру провода.

г. меньше по размеру провода.

г. того же размера, что и вторичный.

г. подключен к нагрузке.

7. Ток во вторичной обмотке

а. выше, чем ток в первичной обмотке.

г. ниже, чем ток в первичной обмотке.

г. контролирует ток во вторичной обмотке.

г. контролирует ток в первичной обмотке.

B. Решите следующие задачи:

8. Повышающий трансформатор на 110/220 В имеет 100 витков первичной обмотки. Как много витков у вторичной обмотки?

9, Трансформатор имеет 100 первичных витков и 50 вторичных витков. Электрический ток во вторичной обмотке 20 ампер.Какой ток в первичной обмотка.

10. Каков коэффициент трансформатора с вторичным напряжением 120 вольт при подключении к сети 2400 вольт?

11. Понижающий трансформатор на 7200/240 В имеет 1950 витков первичной обмотки. Определять количество витков вторичной обмотки.

12. Понижающий трансформатор на 2400/240 В имеет ток 9 ампер. в первичной обмотке и 85 ампер во вторичной обмотке. Определите эффективность трансформатора.

Оборудование для испытания трансформаторов | РПН

Устройство РПН предназначено для регулирования выходного напряжения трансформатора. Это достигается путем изменения количества витков в одной обмотке и, тем самым, изменения коэффициента трансформации трансформатора. Существует два типа устройств РПН с трансформатором: устройство РПН (РПН) и устройство РПН без напряжения (DETC). Обратите внимание, что не все трансформаторы имеют переключатели ответвлений.

РПН изменяет коэффициент трансформации трансформатора, когда трансформатор находится под напряжением и несет нагрузку.Принцип коммутации основан на концепции контактов «замыкает перед размыканием». Соседний ответвитель замыкается перед разрывом контакта с несущим ответвителем с целью передачи нагрузки с одного ответвления на другой без прерывания или значительного изменения тока нагрузки. В положении перемычки (т. Е. При контакте с двумя ответвлениями) присутствует некоторая форма импеданса (резистивная или реактивная) для ограничения циркулирующего тока. В быстродействующих РПН резистивного типа для поглощения энергии используется пара резисторов, а положение перемычки не используется в качестве рабочего.В РПН реактивного типа используется реактор, рассчитанный на непрерывную нагрузку, например, профилактический автотрансформатор, и поэтому положение перемычки используется в качестве рабочего положения.

Есть две основные конструкции РПН. Дивертерная конструкция, используемая для более высоких напряжений и мощности, имеет как избиратель ответвлений, так и отдельный дивертерный переключатель (также называемый дугогасительным переключателем). Переключающая дуга может возникать в масле или может содержаться в вакуумном баллоне. В конструкции без дивертера, используемой для более низких номинальных напряжений, просто используется так называемый селекторный переключатель (также называемый переключателем ответвлений дуги), который сочетает в себе функции дивертерного переключателя и избирателя ответвлений.

DETC — это устройство РПН, которое нельзя перемещать, пока трансформатор находится под напряжением. Часто имеет 5 позиций (A, B, C, D, E или 1,2,3,4,5). Если DETC не выполняется на регулярной основе, существует повышенный риск того, что DETC не будет работать должным образом при следующем перемещении.

Переключатели ответвлений исторически были одной из основных причин отказов трансформаторов (Cigre_WG 12-05 «Международный обзор отказов больших силовых трансформаторов в эксплуатации», Electra № 88, 1983, и ANSI / IEEE, 1985).Неисправности РПН могут быть классифицированы как диэлектрические неисправности (связанные с качеством масла или зазором), тепловые неисправности (из-за проблем закоксовывания или обжатия) или механические неисправности (износ и несоосность контактов, концевые выключатели, срезанные штифты на рычаге, который управляет реверсивным переключателем). , проблемы со смазкой и т. д.). Следующие ниже электрические полевые испытания предоставляют информацию о целостности устройства РПН трансформатора.

Диагностика РПН

Электрические полевые испытания:

• Возбуждающий ток ; Испытания возбуждающим током позволяют выявить множество проблем с переключателем ответвлений трансформатора (DETC и OLTC), в том числе: несоосность, закоксовывание и износ контактов, незакрепленные подвижные контакты, неправильная проводка от обмотки ответвления к устройству РПН, обратное соединение в профилактических целях. автотрансформатор (PA) РПН, разомкнутые или короткозамкнутые витки или соединения с высоким сопротивлением в РПН PA, последовательный автотрансформатор или последовательный трансформатор и многое другое.
• Сопротивление обмотки постоянного тока ; Испытание сопротивления обмотки постоянному току используется для обнаружения любой проблемы, которая влияет на целостность пути прохождения тока между выводами обмотки, включая переключатель ответвлений. Он особенно эффективен для определения состояний частичного разомкнутого контура.
• Динамическое сопротивление обмотки ; динамическое испытание сопротивления обмотки — это измерение постоянного тока и сопротивления (как функции времени), когда РПН изменяет положение РПН.Он особенно эффективен при выявлении проблем с дивертерным переключателем, контактами дивертерного переключателя и переходными резисторами РПН резистивного типа. Как правило, тест оценивает целостность любого компонента, который создает, пропускает или отключает ток во время операции РПН.
• Анализ частотной характеристики развертки (SFRA) ; механическая целостность обмоток ответвлений и их выводов оценивается в диапазоне средних и высоких частот при испытании FRA на трансформаторе
.

Тесты масла:

• DGA ; нормальные схемы выделения газов (возникающие по мере износа изоляционных материалов) различаются для каждого семейства устройств РПН.Анализ DGA на образце масла из РПН является эффективным инструментом для выявления таких проблем, как локальный перегрев или чрезмерное искрение, которое приведет к изменению типичного газообразования РПН (например, изменение соотношения углеводородных газов).
• Диэлектрическая прочность ; проверяет, что напряжение диэлектрического пробоя масла в устройстве РПН превышает минимальный порог. На это влияет относительная насыщенность воды маслом и наличие проводящих частиц (количество и размер).
• Moisture ; испытание на наличие избыточного количества воды в устройстве РПН, которое снижает диэлектрическую прочность масла на пробой и может ускорить старение контактов

Другие тесты:

• Инфракрасный; проверяет разницу температур между основным баком трансформатора и отсеком отводов; нетипично, чтобы отсек для смесителя был таким же горячим или более горячим, чем основной резервуар,
• Акустика
• Инспекция