Как работает трансформатор для чайников. Трансформатор для
Как работает трансформатор для чайников
Как работает трансформатор, его принцип действия и устройство на простом языке.
Тема: пояснение работы и устройства силового трансформатора электрического.
Обычный силовой трансформатор является достаточно важным и распространенным электротехническим устройством. Он позволяет преобразовывать напряжение и ток в нужные величины. Конструктивно он прост, имеется магнитный сердечник определенной формы, на который наматываются обмотки изолированного провода (медный, чаще всего). Эти обмотки делятся на первичную (входную) и вторичную (выходная). Их может быть не две (входная и выходная), а более двух (несколько входных и выходных) в зависимости от конкретного назначения силового трансформатора.
В основе работы любого трансформатора заложен один простой принцип, точнее электро физическое явление — это электромагнитная индукция. Что это такое? Все очень просто! Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц (в твердых телах это электроны. а в жидких и газообразных это ионы). При движении заряда по проводнику вокруг него образуется магнитное поле (именно движущегося заряда, вокруг недвижущегося имеется только электрическое поле). Магнитное поле также существует вокруг постоянных магнитов. Так вот, если взять кусок изолированного провода, намотать из него катушку, подсоединить к концам этой катушки вольтметр, после чего быстро провести возле катушки магнитом, то мы на вольтметре увидим скачок электрического напряжения. Получается, что если постоянно воздействовать на катушку магнитным полем (движущемся), то можно из нее получить некий источник или преобразователь электрической энергии.
В трансформаторе одна катушка (первичная, входная) выполняет роль источника магнитного поля. Стоит учесть, что магнитное поле должно быть обязательно переменным (постоянно меняющееся в направлении и величине). На эту входную катушку подается переменное напряжение определенной величины (то, на которую рассчитана эта катушка, чтобы основная часть электрической энергии тратилось именно на создание магнитного поля, и лишь минимальная его часть тратилась на выделение тепла, это неизбежные потери).
В результате вокруг этой входной катушки образуется переменное магнитное поле, которое по сердечнику передается на вторую катушку. Как было сказано выше, если воздействовать на проводник переменным магнитным полем, на нем индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). То есть, на выходной катушке появляется напряжение. Вот и получаем простой электромагнитный преобразователь электрической энергии.
Материал сердечника трансформатора подбирается так, чтобы он максимально хорошо проводил через себя электромагнитные поля, усиливая их. В итоге мы имеем несколько цепей. Первая — электрическая, которая образована движением зарядов по первичной обмотке. Она вокруг себя образовывает магнитное поле, которое замыкается по контуру магнитного сердечника, и это вторая цепь (электромагнитная, смещена на 90 градусов). Ну, а третья цепь опять электрическая, которая образована вторичной обмоткой (где индуцируется напряжение) и подключенной к ней нагрузкой (она также смещена на 90 градусов относительно магнитной цепи).
От количества витков на катушке зависит напряжение, а от сечения провода этой катушки зависит сила тока. То есть, если первичная и вторичная катушка будут иметь одинаковое количество витков — выходное напряжение будет такое же как и входное. Если вторичную обмотку намотать в два раза больше (по количеству витков), то и выходное напряжение увеличится вдвое (относительно входного). От диаметра провода катушки зависит выходной ток. При большой нагрузке и слишком малом сечении провода будет происходит нагрев катушки, что может привести к перегреву, повреждению изоляции и выходу из строя трансформатора.
Существуют специальные таблицы, в которых указаны нужные сечения проводов с учетом определенной плотности тока в них. При расчете трансформатора и выборе сечения провода под нужный выходной ток необходимо брать данные с этих таблиц.
Что касается магнитопровода, который замыкает магнитные поля на себе. Чем лучше материал магнитопровода проводит через себя электромагнитные поля, тем выше коэффициент полезного действия трансформатора. Следовательно, существуют специальные сплавы, имеющие лучшие электромагнитные характеристики, которые и используют в сердечнике трансформаторов. Помимо этого в трансформаторе не должны быть зазоров между частями магнитопровода (на пути течения магнитного поля). Только лишь при полной замкнутости магнитопровода можно получить минимальные потери при трансформации электрической энергии.
Работа трансформатора также зависит от частоты тока, который подается на входную обмотку. Чем выше частота тока, тем лучше происходит трансформация энергии. То есть, с повышением частоты будут уменьшаться размеры трансформатора при тех же выходных мощностях. Если взять обычный трансформатор, который рассчитан на сетевое напряжение стандартной частоты в 50 герц, то он по размерам будет значительно больше того, который будет работать на килогерцовых частотах. Но там уже и магнитопровод используется из других ферромагнитных материалов.
Более короче работу трансформатора можно выразить так — на входную обмотку подается переменное напряжение (которое должно быть изначально рассчитано), в катушке начинает течь переменный ток, который образовывает переменное магнитное поле вокруг себя. Это магнитное поле начинает протекать по магнитопроводу сердечника трансформатора проходя также через выходную катушку. В результате на этой выходной обмотке образуется переменное напряжение, величина которого зависит от количества витков катушек. При подключении нагрузки к выходной обмотки мы получаем течение переменного тока в выходной цепи.
P.S. В нынешнее время все чаще стали использовать электрические схемы, где для источников питания делается специальный модуль, работающий на более высоких частотах, отличных от стандартных 50 герц. То есть, если раньше повсеместно для блоков питания использовали обычные силовые трансформаторы, имеющие железный магнитопровод, рассчитанный на сетевую частоту, имеющие только выпрямительный диодный мост и фильтрующий конденсатор электролит, то сейчас схемы блоков питания более сложнее. Они уже содержать выпрямитель, фильтр, электронный преобразователь напряжения и частоты (на транзисторах, микросхемах), стабилизатор, обратную связь (гальваническую развязку) и т.д. Размеры, масса и выходные характеристики таких источников питания гораздо выше, чем у их предшественников (обычных силовых трансформаторов). Хотя по надежности все же классический вариант блоков питания будет получше.
Главная | О нас | Обратная связь
Принцип работы и устройство трансформатора
В трансформаторе передача электрической энергии из первичной обмотки во вторичную осуществляется, как и во всех электрических машинах, посредством магнитного потока Ф, который является переменным, т.е. изменяющимся во времени.
В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. в соответствии с которым значение электродвижущей силы (ЭДС), наведенной в контуре, пропорционально скорости изменения потока Ф, пронизывающего этот контур. Если в контуре имеется несколько последовательно соединенных витков w. то наведенная в катушке ЭДС будет в w раз больше.
Принцип работы трансформатора рассмотрим на примере простейшего однофазного двухобмоточного трансформатора, электромагнитная система которого представлена на рис. 8.2.
Трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода 3 и двух обмоток с числом витков w1 и w2 .
Обмотки трансформатора служат для создания магнитного поля. посредством которого осуществляется передача электрической энергии и обеспечивается наведение в обмотках ЭДС, требуемой по условиям эксплуатации. Обмотки выполняют из медных или алюминиевых изолированных проводов круглого или прямоугольного сечения.
Обмотку w1 трансформатора, к которой подводится электрическая энергия (напряжение u1 ), называют первичной. а обмотку w2. от которой энергия отводится (напряжение u2 ), — вторичной .
Магнитопровод трансформатора служит для усиления магнитной связи между обмотками и является конструктивным основанием (остовом) для установки и крепления обмоток, отводов и других деталей трансформатора (рис. 8.3).
Магнитопровод набирают из изолированных листов специальной электротехнической стали с относительным содержанием кремния до 5 %. Толщину листов выбирают из условий получения приемлемого уровня потерь от индуктированных в них вихревых токов при заданной частоте питающего трансформатор источника переменного тока и технологических условий при производстве магнитопровода. При частоте 50 Гц в современных силовых трансформаторах толщина листов равна 0,27—0,35 мм.
Часть магнитопровода, на которой располагается обмотка, называют стержнем. а часть магнитопровода, замыкающая стержни, на которых не располагаются обмотки, называется ярмом .
Если первичную обмотку трансформатора при разомкнутой вторичной включить в сеть переменного тока с напряжением u1. то по ней потечет ток i1 = i0. называемый током холостого хода. Обусловленная током i0магнитодвижущая сила (МДС) первичной обмотки i0w1 создает в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток Ф, который почти полностью, за исключением некоторого рассеяния, сцеплен со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Магнитный поток Ф в соответствии с законом электромагнитной индукции наведет в первичной обмотке ЭДС самоиндукции e1. значение которой пропорционально числу витков w1. а во вторичной обмотке — ЭДС e2. пропорциональную числу витков w2 .
Отношение индуктированных в первичной и вторичной обмотках ЭДС, равное отношению чисел витков этих обмоток, называют коэффициентом трансформации K = el /e2 = wl /w2 .
Таким образом, подбирая число витков обмоток, можно при заданном напряжении ul. которое примерно равно ЭДС el. получить требуемое выходное напряжение трансформатора u2 = e2 .
При подключении вторичной обмотки к сопротивлению нагрузки Zн по ней потечет переменный ток i2. При этом в первичной обмотке возникнет ток i1. который поддерживает магнитный поток постоянным. Вследствие этого обеспечивается равновесие между ЭДС el. наведенной в первичной обмотке, и напряжением в сети ul .
Таким образом, при нагрузке трансформатора магнитный поток создается совместным действием магнитодвижущих сил первичной и вторичной обмоток.
При замкнутом магнитопроводе, собранном из пластин электротехнической стали, обладающей небольшим магнитным сопротивлением, МДС первичной обмотки i0w1 (при разомкнутой вторичной обмотке) составляет 0,2—3,0 % МДС обмоток при номинальной нагрузке, поэтому можно принять, что i1w1 i2w2. Следовательно, токи, протекающие в первичной и вторичной обмотках, обратно пропорциональны отношению чисел их витков i1 /i2 = w2 /w1 .
Для силовых трансформаторов установлены стандартные обозначения (маркировка) начал и концов (выводов) обмоток.
В однофазном трансформаторе начало и конец обмотки высшего напряжения (ВН) обозначается соответственно прописными буквами А и X. а обмотки низшего напряжения (НН) — строчными латинскими буквами а и х. При наличии третьей обмотки с промежуточным (средним ) напряжением (СН) начало и конец обмотки обозначают соответственно Аm и Хm .
В трехфазном трансформаторе начала и концы обмоток ВН обозначаются соответственно А. В. С и X. Y. Z и т.д.
В трехфазных трансформаторах обмотки могут быть соединены по схемам «звезда», «треугольник» или «зигзаг», которые соответственно обозначают русскими буквами У и Д и латинской Z. При выводе от нейтрали (общей точки обмоток фаз) у схемы «звезда» или «зигзаг» отвода (ответвления) его обозначают 0, добавляя к буквенным обозначениям схем соединения обмоток индекс «н» (Ун ).
Схемы соединения трехфазного трансформатора обозначаются в виде дроби, в числителе которой ставят обозначение схемы соединения обмотки ВН, а в знаменателе — НН, например для трансформатора с обмоткой ВН, соединенной по схеме треугольник, а НН — в звезду с выведенной нейтралью обозначение имеет вид Д/Ун .
При обслуживании трансформаторов кроме схем соединения необходимо знать взаимное направление ЭДС в обмотках ВН и НН. Если две обмотки 1 и 2 размещены на одном и том же стержне и пронизываются одним и тем же потоком Ф, то при одинаковом направлении намотки и обозначении выводов (концов) (рис. 8.4, а ) наведенные ЭДС одинаково направлены (от концов к началам) и, следовательно, совпадают по фазе.
Для характеристики сдвига фаз линейных ЭДС обмоток ВН и НН введено понятие группы соединения обмоток трансформатора .
Группа соединения обозначается целым числом, которое получено от деления на 30° угла сдвига между линейными ЭДС на одноименных выводах обмоток ВН и НН трансформатора, причем отсчет угла производится от вектора ЭДС обмотки ВН по направлению движения часовой стрелки.
На рис. 8.4, а сдвиг между ЭДС Е1 и Е2 обмоток АХ и ах равен нулю, поэтому группа соединений обмоток обозначается как I/I-0, где «I» говорит об однофазном варианте трансформатора, при этом ЭДС высшего напряжения Е1 ассоциируется с минутной стрелкой часов и условно направляется на циферблате часов на цифру 12. Часовая стрелка часов представляет собой ЭДС низшего напряжения Е2 и обозначает группу соединения.
Фазовый сдвиг между фазными ЭДС обмоток ВН и НН зависит как от обозначения выводов, так и от направления намотки. При размещении обмоток на одном стержне этот сдвиг может быть равным либо 0, либо 180°.
На рис. 8.4, б. в при изменении обозначений концов обмотки НН (рис. 8.4, б ) или изменении направления намотки обмотки НН (рис. 8.4, в ) ЭДС Е2 поворачивается на угол 180°, что дает группу соединений I/I-6.
В трехфазных трансформаторах схемы соединения У, Д, Z могут образовывать 12 различных групп со сдвигом фаз линейных ЭДС через 30°.
На рис. 8.5 для примера приведены схема соединения обмоток У/У и соответствующая векторная диаграмма для нулевой группы, которая обозначается У/У-0 (рис. 8.5, а ), а также векторная диаграмма для одиннадцатой группы при соединении обмоток У/Д (обозначение У/Д-11) (рис. 8.5, б ).
Из всех возможных групп соединения трехфазных двухобмоточных трансформаторов стандартизировано только две группы: 0 и 11 — с выводом в случае необходимости нулевой точки «звезды» или «зигзага», а для однофазных трансформаторов — только с соединением I/I-0.
Для трансформации трехфазного тока и напряжения применяют или три однофазных трансформатора (рис. 8.6, а ), или один трехфазный трансформатор (рис. 8.6, б ), в котором общий для трех фаз магнитопровод может быть образован из трех однофазных.
В самом деле, если три однофазных трансформатора расположить, как показано на рис. 8.7, а. то стержни магнитопроводов, на которых не размещены обмотки, можно конструктивно объединить в один. Учитывая, что в трехфазной системе сумма фазных токов IA + IB + IC = 0, а следовательно, и сумма потоков равна нулю, то надобность в объединенном стержне вообще отпадает. Полученный таким образом магнитопровод (рис. 8.7, б ) является пространственным трехфазным. В реальных конструкциях используют магнитопровод, называемый плоским стержневым трехфазным; он образуется, если у пространственного магнитопровода убрать ярма фазы В и все три стержня расположить в одной плоскости (рис. 8.7, в ).
Трехфазные трансформаторы с плоскими стержневыми магнитопроводами получили наибольшее распространение, а свойственная им магнитная несимметрия фаз существенного значения при эксплуатации не имеет.
На рис. 8.8 представлена конструкция пространственного ленточного магнитопровода, состоящего из трех овальных секций, имеющих фасонную форму сечения и навитых из ленты холоднокатаной стали переменной ширины при безотходном раскрое стали и высоком коэффициенте заполнения сечения стержня активной сталью. Обмотки наматываются после сборки системы непосредственно на стержни на специальном стенде.
Для передачи электрической энергии с незначительным изменением напряжения и тока применяются автотрансформаторы, у которых, в отличие от обычного трансформатора, обмотки имеют не только магнитные, но и электрические связи. Автотрансформатор, как и трансформатор, может быть понижающим или повышающим (рис. 8.9).
Электромагнитная (расчетная) мощность автотрансформатора меньше расчетной мощности двухобмоточного трансформатора вследствие того, что часть мощности передается во вторичную сеть за счет непосредственной электрической связи обмоток.
За счет уменьшения массы металла обмоток и стали магнитопровода КПД автотрансформатора выше по сравнению с трансформатором такой же номинальной мощности.
К числу недостатков автотрансформаторов, ограничивающих их применение, относится усложнение их релейной защиты и регулирования напряжения. а также повышенная опасность атмосферных перенапряжений из-за электрической связи обмоток. Автотрансформатор имеет, кроме того, повышенные токи короткого замыкания.
Автотрансформаторы используются для соединения электрических сетей высокого напряжения, пуска двигателей переменного тока большой мощности и т.д.
Что такое трансформатор – это устройство, способное изменять напряжение переменного тока
Вопрос, что такое трансформатор, для опытных и даже начинающих электриков совершенно простой. Но обычные обыватели, которые с электрикой не дружат, даже и не представляют, как выглядит трансформатор, для чего он необходим, а тем более, не осведомлены о его конструкции и принципе работы. Поэтому в этой статье будем разбираться с этим прибором, рассмотрим вопрос, а можно ли сделать трансформатор своими руками, и так далее. Итак, трансформатор – это электромагнитное устройство, которое может изменять напряжение переменного тока (увеличивать или уменьшать).
Устройство и принцип работы
Итак, конструкция трансформатора достаточно проста и состоит из сердечника и двух катушек из медной проволоки. В основе принципа работы лежит электромагнитная индукция. Чтобы вы поняли, как работает этот прибор, рассмотрим, как магнитное поле, образуемое в катушках (обмотках) устройства, изменяет показатель напряжения.
Подаваемый на первую обмотку электрический ток (он переменный, поэтому изменяется по направлению и величине) образует в катушке магнитное поле (оно также переменное). В свою очередь магнитное поле образует во второй катушке электрический ток. Такой своеобразный обмен параметрами. Но просто так изменение напряжения не произойдет, оно зависит от того, сколько витков медной проволоки в каждой обмотке. Конечно, величина изменения магнитного поля (скорость) также влияет на величину напряжения.
Что касается количества витков, то получается так:
- если число витков в первичной катушке больше, чем во вторичной, то это понижающий трансформатор;
- и, наоборот, если количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, то это повышающий трансформаторный прибор.
Поэтому существует формула, которая определяет так называемый коэффициент трансформации. Вот она:
k=w1/w2, где w – это число витков в катушке с соответствующим номером.
Внимание! Любой трансформатор может быть и понижающим, и повышающим, все зависит от того, к какой обмотке (катушке) подсоединяется питающий кабель сети переменного тока.
И еще один момент, касающийся устройства. Это сердечник трансформатора. Все дело в том, что существуют разные виды этого устройства, в которых сердечник присутствует или отсутствует.
- Так вот, в тех видах, где сердечник трансформатора отсутствует или изготовлен из феррита или альсифера называются высокочастотными (выше 100 кГц).
- Приборы с сердечником из стали, феррита или пермаллои – низкочастотные (ниже 100 кГц).
Первые используются в радио- и электросвязи. Вторые в для усиления звуковых частот, к примеру, в телефонии. Со стальным сердечником используется в электротехнике (в бытовых приборах в том числе).
Условные обозначения и параметры
Приобретая трансформатор, необходимо понимать, что написано на его корпусе или в сопроводительных документах. Ведь существует определенная маркировка трансформаторов, которые определяют его назначение. Основное, на что необходимо обратить внимание, до какого показателя этот прибор может снизить напряжение. К примеру, 220/24 говорит о том, что на выходе получится ток напряжением 24 вольта.
А вот буквенные обозначения чаще всего говорят о типе устройства. Кстати, имеется в виду буквы, стоящие после цифр. К примеру, О или Т – одно- или трехфазный соответственно. То же самое можно сказать о количестве обмоток, о типе охлаждения, о способе и месте установки (внутренние, наружные и прочее).
Расшифровка маркировки трансформатора
Что касается параметров трансформатора, то существует определенный стандартный ряд, который и определяет характеристики прибора. Их несколько:
- Напряжение в первичной катушке.
- Напряжение во вторичной катушке.
- Первичная сила тока.
- Вторичная сила тока.
- Общая мощность аппарата.
- Коэффициент трансформации.
- КПД.
- Коэффициент мощности и нагрузки.
Есть так называемая внешняя характеристика трансформатора. Это зависимость вторичного напряжения от вторичной силы тока, при условии, что сила тока первичной обмотки будет номинальной, а cos φ= const. По-простому – чем выше сила тока, тем ниже напряжение. Правда, второй параметр изменяется всего лишь на несколько процентов. При этом внешняя характеристика трансформатора определяется относительными характеристиками, а именно коэффициентом загрузки, который определяется по формуле:
Обозначение на схемах
K=I2/I2н, где второй показатель силы – это сила тока при номинальном напряжении.
Конечно, характеристики трансформатора – это достаточно большой ряд всевозможных показателей, от которых зависит сама работа прибора. Здесь и мощность потерь, и внутреннее сопротивление в обмотке.
Как сделать самостоятельно
Итак, как сделать трансформатор самому? Зная, принцип работы установки и его конструктивные особенности, можно собрать своими руками простейший аппарат. Для этого вам понадобится любое металлическое кольцо, на котором надо накрутить два участка обмотки. Самое важно – обмотки не должны касаться друг друга, а место их намотки не зависит конкретно от их расположения. То есть, они могут быть размещена напротив друг друга или рядом. Важно – даже небольшое расстояние между ними.
Внимание! Трансформатор работает только от сети переменного тока. Так что не стоит подключать к вашему устройству батарейку или аккумулятор, где присутствует ток постоянный. Работать от этих источников электроэнергии он не будет.
Как уже было сказано выше, количество витков в обмотках определяет, какой прибор вы собираете – понижающий или повышающий. К примеру, если вы на первичной обмотке соберете 1200 витков, а на вторичной всего лишь 10, то на выходе вы получите напряжение 2 вольта. Конечно, при подключении первичной катушки к напряжению 220-240 вольт. Если фазировка трансформатора будет заменена, то есть, провести подсоединение 220 вольт к вторичной обмотке, то на выходе первичной получится ток напряжением 2000 вольт. То есть, к назначению трансформатора надо подходить осторожно, учитывая тот самый коэффициент трансформации.
Как правильно подключить
Что касается монтажа трансформатора, особенно его понижающего типа в быту дома, то необходимо знать некоторые нюансы проводимого процесса.
- Во-первых, это касается самого устройства. При монтаже трансформатора иногда появляется необходимость подключения не одного потребителя, а сразу нескольких. Поэтому обращайте внимание на количество выходных клемм. Конечно, необходимо знать, что суммарная потребляемая мощность потребителей не должна быть больше мощности самого трансформаторного устройства. Во всяком случае, специалисты рекомендуют, чтобы второй показатель был всегда больше первого на 15-20%.
- Во-вторых, подключение трансформатора производится электрической проводкой. Так вот ее длина и до прибора, и после не должна быть очень большой. К примеру, понижающий аппарат для светодиодного освещения предполагает наличие проводки от него до светильников не больше двух метров. Это позволит избежать больших потерь мощности.
Схема подключения понижающего трансформатора
Внимание! Нельзя процесс монтажа трансформатора проводить и в том случае, если потребляемая мощность потребителей будет меньше мощности самого агрегата.
- В-третьих, место установки электрического понижающего прибора должно быть выбрано правильно. Самое важное, чтобы до него всегда можно было бы добраться просто, особенно когда есть необходимость провести демонтаж со следующей заменой и монтажом трансформатора. Поэтому перед тем как подключить трансформатор, необходимо определиться с его местом установки.
Схема замещения
Буквально несколько слов о том, что такое схема замещения трансформатора. Начнем с того, что две катушки соединены между собой магнитным полем, поэтому проанализировать работы трансформатора, а тем более его характеристики, очень сложно. Поэтому для этих целей сам прибор заменяют моделью, которая и называется схема замещения трансформатора.
По сути, все переводится на математический уровень, а точнее, в уравнения (токов и электрического состояния). Здесь важно, чтобы все уравнения, касающиеся прибора и его модели, совпадали. Кстати, для многих схема замещения трансформатора достаточно сложна, поэтому существует упрощенный вариант, в котором нет тока холостого хода, ведь на него приходится незначительная часть.
Фазировка трансформатора – это испытание его выходов, когда в одну цепь подключены несколько приборов параллельно. Ведь обязательное условие эффективной работы цепи с отсутствием больших потерь мощности – это правильное соединение фаз между собой, чтобы образовался замкнутый контур.
Если фазы не совпадут, то падает мощности и растет нагрузка. Если не совпадает чередование фаз, то произойдет короткое замыкание.
Заключение по теме
Итак, был сделан небольшой обзор всего, что касается трансформаторных установок, поэтому будем считать, что вопрос, зачем нужны трансформаторы, исчерпан, хотя и не полностью. Об этом приборе можно говорить долго. К примеру, самые простые варианты: как разобрать трансформатор, как прозвонить его, как подключить или демонтировать самому дома.
Упрощенный вид расчета трансформатора
Разделительный трансформатор 220 на 220 вольт и понижающий 220 на 110 – принцип работы и устройство
Что такое понижающий трансформатор
Источники: http://electrohobby.ru/kak_rabot_trans_llk.html, http://megaobuchalka.ru/3/12825.html, http://onlineelektrik.ru/eoborudovanie/transformatori/chto-takoe-transformator-eto-ustrojstvo-sposobnoe-izmenyat-napryazhenie-peremennogo-toka.html
electricremont.ru
Устройство и принцип работы трансформатора
Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомство с электронными компонентами и в этой статье рассмотрим устройство и принцип работы трансформатора.
Трансформаторы нашли широкое применение в радио и электротехнике и применяются для передачи и распределения электрической энергии в сетях энергосистем, для питания схем радиоаппаратуры, в преобразовательных устройствах, качестве сварочных трансформаторов и т.п.
Трансформатор предназначен для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.
В большинстве случаев трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя катушками (обмотками) электрически не связанных между собой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитного материала, а обмотки мотают медным изолированным проводом и размещают на магнитопроводе.
Одна обмотка подключается к источнику переменного тока и называется первичной (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки и обмотка называется вторичной (II). Схематичное устройство простого трансформатора с двумя обмотками показано на рисунке ниже.
1. Принцип работы трансформатора.
Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.
Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.
При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1, образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2, создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2, стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.
В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопроводе устанавливается магнитный поток Фo равный разности потоков Ф1 и Ф2 и являющийся частью потока Ф1, т.е.
Результирующий магнитный поток Фo обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2, под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2. Именно благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2, который будет тем больше, чем больше Фo. Но и в то же время чем больше ток I2, тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo.
Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2, тока I2 и потока Ф2, обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.
Таким образом, разность потоков Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фo, а без него не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2. Следовательно, магнитный поток Ф1, создаваемый первичным током I1, всегда больше магнитного потока Ф2, создаваемого вторичным током I2.
Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.
Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным.
Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим.
Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют понижающим.
Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получают желаемое выходное напряжение U2. Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.
Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.
2. Устройство трансформатора.
2.1. Магнитопровод. Магнитные материалы.
Назначение магнитопровода заключается в создании для магнитного потока замкнутого пути, обладающего минимальным магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы для трансформаторов изготавливают из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях. Материалы должны иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при достаточно больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки.
Магнитные материалы, используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент определенной толщины и ширины и называются электротехническими сталями.Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки.
Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты.
Для изготовления разнообразных относительно недорогих трансформаторов широко применяются электротехнические стали, имеющие небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. Наибольшее применение нашли холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки.
Сплавы с высокой магнитной проницаемостью применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50 – 100 кГц.
Недостатком таких сплавов является их высокая стоимость. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 – 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра – в 150 раз. Однако в ряде случаев их применение позволяет существенно снизить массу, объем и даже общую стоимость трансформатора.
Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, переменных магнитных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям – удар, давление и т.п.
Из магнитомягких низкочастотных ферритов с высокой начальной проницаемостью изготавливают прессованные магнитопроводы, которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 – 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а недостатком является низкая индукция насыщения (0,4 – 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях.
Выбор магнитных материалов производится исходя из электромагнитных характеристик с учетом условий работы и назначения трансформатора.
2.2. Типы магнитопроводов.
Магнитопроводы трансформаторов разделяются на шихтованные (штампованные) и ленточные (витые), изготавливаемые из листовых материалов и прессованные из ферритов.
Шихтованные магнитопроводы набираются из плоских штампованных пластин соответствующей формы. Причем пластины могут быть изготовлены практически из любых, даже очень хрупких материалов, что является достоинством этих магнитопроводов.
Ленточные магнитопроводы изготавливаются из тонкой ленты, намотанной в виде спирали, витки которой прочно соединены между собой. Достоинством ленточных магнитопроводов является полное использование свойств магнитных материалов, что позволяет уменьшить массу, размеры и стоимость трансформатора.
В зависимости от типа магнитопровода трансформаторы подразделяются на стрежневые, броневые и тороидальные. При этом каждый из этих типов может быть и стрежневым и ленточным.
Стержневые.
В магнитопроводах стержневого типа обмотки располагается на двух стержнях (стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки). Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что способствует снижению индуктивности рассеяния, расхода проволоки и увеличивает поверхность охлаждения.
Стержневые магнитопроводы используют в выходных трансформаторах с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под влиянием внешнего магнитного поля в обеих катушках индуцируются напряжения, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Как правило, стержневыми выполняются трансформаторы большой и средней мощности.
Броневые.
В магнитопроводе броневого типа обмотка располагается на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой, а также создает некоторую механическую защиту обмотки. Поэтому такие магнитопроводы получили наибольшее применение.
Некоторым недостатком броневых магнитопроводов является их повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает их малопригодными к использованию в качестве выходных трансформаторов с малым уровнем помех. Чаще всего броневыми выполняются трансформаторы средней мощности и микротрансформаторы.
Тороидальные.
Тороидальные или кольцевые трансформаторы позволяют полнее использовать магнитные свойства материала, имеют малые потоки рассеивания и создают очень слабое внешнее магнитное поле, что особенно важно в высокочастотных и импульсных трансформаторах. Но из-за сложности изготовления обмоток не получили широкого применения. Чаще всего их делают из феррита.
Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные магнитопроводы набираются из штампованных пластин толщиной 0,35 – 0,5 мм, которые с одной стороны покрывают слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой.
Лента для ленточных магнитопроводов имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм и также покрывается электроизолирующей и одновременно склеивающейся суспензией или оксидной пленкой. И чем тоньше слой изоляции, тем плотнее происходит заполнение сечения магнитопровода магнитным материалом, тем меньше габаритные размеры трансформатора.
За последнее время наряду с рассмотренными «традиционными» типами магнитопроводов находят применение новые формы, к числу которых следует отнести магнитопроводы «кабельного» типа, «обращенный тор», катушечный и др.
На этом пока закончим. Продолжим во второй части.Удачи!
Литература:
1. В. А. Волгов – «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.2. В. Н. Ванин – «Трансформаторы тока», Издательство «Энергия» Москва 1966 Ленинград.3. И. И. Белопольский – «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.4. Г. Н. Петров – «Трансформаторы. Том 1. Основы теории», Государственное Энергетическое Издательство, Москва 1934 Ленинград.5. В. Г. Борисов, – «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г.
sesaga.ru
Трансформаторы — устройство, принцип работы и область применения, основные типы и характеристики
ВИДЫ И ТИПЫ - ХАРАКТЕРИСТИКИ - ПРИМЕНЕНИЕ
Трансформаторы — это устройства предназначенные для преобразования электроэнергии. Их основная задача — изменение значения переменного напряжения. Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических устройств.
Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.
Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.
Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. Классическая конструкция состоит из металлического магнитопровода и электрически не связанных обмоток выполненных из изолированного провода. Та обмотка, на которую подается электроэнергия, называется первичной. Вторая — подсоединённая к устройствам, потребляющим ток, называется вторичной.
После того как трансформатор подсоединяют к источнику переменного тока в его первичная обмотка формирует переменный магнитный поток. По магнитопроводу он передается на витки вторичной обмотки, индуцируя в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии устройства потребления в цепи вторичной обмотки возникает электрический ток.
Соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток. Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W1/W2=U1/U2, где:
- W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
- U1,U2 — входное и выходное напряжения соответственно.
Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией. Микро трансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги.
ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:
Автотрансформаторы. Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом. Импульсные трансформаторы. Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала. Разделительный трансформатор. Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице. Пик—трансформатор. Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы. Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения. Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.
Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.
Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.
В начало
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:
- уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
- способ преобразования: повышающий, понижающий;
- количество фаз: одно- или трехфазный;
- число обмоток: двух- и многообмоточный;
- форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.
Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.
Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.
Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).
В начало
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.
Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.
В зависимости от назначения трансформаторы делят на:
Силовые.
Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя.
Перед подачей непосредственно на приборы потребления (станки, бытовые и осветительные приборы) электроэнергия претерпевает обратные преобразования, проходя через силовые понижающие трансформаторы.
Тока.
Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.
В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:
- измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
- защитные — подключаемые к защитным цепям;
- промежуточные — используется для повторного преобразования.
Напряжения.
Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электро- радио- измерениях.
В начало
© 2012-2018 г. Все права защищены.
Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
eltechbook.ru
Трансформатор, преобразователь - устройство, принцип действия
Трансформатор (Electric Transformer) – устройство, предназначенное для преобразования одного напряжения в другое. Состоит из нескольких изолированных друг от друга (кроме автотрансформаторов) обмоток (первичная, вторичная & etc), общего сердечника (магнитопровод), изготавливаемого из ферро-магнитного материала или прессованной электротехнической стали (в сборе называется остовом трансформатора), для уменьшения потерь от вихревых токов.
Обмотки трансформатора состоят из изолированного эмалевым лаком или пропитанного бумагой квадратного (для более плотной обмотки), медного проводника.
Магнитопровод может быть броневым, либо стержневым. Броневой тип защищает обмотки и окружает их со всех сторон. На стержневой магнитопровод катушки одеваются сами и ничем не защищены.
Часть магнитопровода, которая находится внутри катушки, называется — стержень, а та часть, которая служит для соединения сердечников и замыкания магнитного поля называется – ярмо.
Принцип действия обычного трансформатора:
На первичную обмотку подаётся переменный ток, воздействуя посредством магнитной индукции на вторичную обмотку, тем самым образуя в ней переменный ток той же частоты, что и в первичной обмотке. Напряжение на выходе трансформатора будет зависеть от количества витков каждой из обмоток, но не может превышать мощность на входе.
КПД трансформатора, при правильном расчёте можно приблизить практически к 100%.
Существует такой вид трансформаторов как : «Автотрансформаторы» (Auto Transformers).
Их обмотки соединены напрямую и они имеют несколько выходов с различным напряжением на них, за счёт различного количества витков после которого они были выведены. Плюсом таких трансформаторов в сравнении с несколькими отдельными являются меньший вес, габариты, цена. Применяются в местах, где не требуется значительное преобразование энергии (не больше чем в 4 раза), есть качественное заземление и напряжение выше 100 кВ.
Основной причиной выхода трансформатора из строя является пробой обмотки. Происходит это по причине перегрева, либо резкого скачка напряжения. Трансформатор с пробоем, для дальнейшего использования не подлежит. Потому, производители делают трансформаторы с большим запасом прочности, ведь замена трансформатора довольно трудоёмкий процесс.
www.xtechx.ru
Что такое трансформатор? Виды трансформаторов. Принцип действия трансформатора
В данной статье мы рассмотри, что такое трансформатор. Виды трансформаторов будут описаны, принцип действия и конструкции тоже не останутся без внимания. Стоит отметить, что это вид статических (неподвижных) машин переменного тока, которые используются для различных целей не только в быту, но и в промышленности. Например, для учета потребляемой электроэнергии. Но обо всем по порядку.
Что это за устройство?
Это электрическая статическая машина, которая используется для преобразования тока или напряжения. Причем можно выделить несколько видов устройств в зависимости от того, от какой сети производится питание. Так, трехфазные имеют три сетевые обмотки, которые включаются по схеме «звезда» или «треугольник». В этом можно провести аналогию с асинхронными электродвигателями. Существуют разнообразные виды силовых трансформаторов, о которых будет рассказано немного ниже.
Но в быту используются устройства, в которых одна сетевая обмотка. К тому же имеется как минимум одна вторичная, которая служит для питания устройств. Например, в ламповой технике применяются силовые трансформаторы, у которых несколько вторичных обмоток. Возникала необходимость с одного устройства получать несколько значений напряжения: 6,3 В, 250 В. Кроме того, в быту можно встретить трансформаторы тока. Они установлены в электросчетчиках и служат для работы устройства контроля.
Конструкция
Основу трансформатора выделить сложно, но если опираться на вес, то это, несомненно, сердечник (магнитопровод). Он изготавливается из стальных листов, которые собраны воедино и плотно стянуты друг с другом. Это позволяет получить максимально возможное сечение магнитопровода. Но не только сталь может применяться, нередко изготавливаются сердечники из ферромагнетиков. Это вещество, которое по свойствам очень схоже с металлом, но имеет несколько иную структуру. Существуют определенные виды трансформаторов, фото основных конструкций приведены в статье.
В конструкции присутствует минимум две обмотки. На одну (первичную) производится подача напряжения питания. Со второй, третьей, N-ной, снимается пониженное напряжение с частотой и формой, аналогичной входному. Обмотки силовых состоят из медного провода. Он наматывается на каркасе, расположенном вокруг магнитопровода. При подаче напряжения в первичную цепь появляется переменное магнитное поле, которое во вторичной обмотке индуцирует ЭДС. В результате этого на выходе появляется некоторая разность потенциалов.
Силовые трансформаторы
К указанным типам относятся те, которые преобразуют электроэнергию в сети. Это не только устанавливаемый на подстанциях трансформатор. Виды трансформаторов силовых разнообразны, они служат не только для понижения напряжения со 110 кВ, например, до 6 кВ, в случае с подстанцией. К ним можно отнести и устройства, используемые в блоках питания бытовой радиоаппаратуры. По сути, конструкция у всех аналогичная, имеются общие узлы.
Даже сварочные трансформаторы, виды которых разнообразны, имеют аналогичное строение. Вот только есть мелкие нюансы, например, силовые машины на подстанциях оборудованы системой масляного охлаждения, в то время как сварочные работают без него. Зато у последних имеется регулировка выходного тока. Это необходимо для сварки различных по толщине металлов. Ну а устройства, используемые в быту, и вовсе лишены таких регулировок.
Автотрансформаторы
Автотрансформатор – один из видов, у которого первичная и вторичная обмотки соединены напрямую. Это позволяет получить не только электрическую связь в устройстве, но и электромагнитную. Обычно имеется у автотрансформатора три вывода, а это позволяет получать различные значения напряжения. Отличительная особенность автотрансформаторов – высокий коэффициент полезного действия. Но есть и один существенный недостаток – первичная и вторичная цепи электрически не изолированы друг от друга. Используется по большей части для регулирования мощности потребителя такой трансформатор. Виды трансформаторов для иных целей рассмотрены ниже.
Измерительные
Для использования в электроустановках переменного тока создан специальный вид трансформаторов – измерительный. Благодаря им увеличиваются пределы измерительных устройств. Кроме того, они позволяют без электрического соединения с силовым проводом провести замер протекающего по нему тока. Другими словами, без гальванической связи имеется возможность контроля протекающего тока в цепи. Но можно выделить два типа измерительных устройств – трансформаторы напряжения и тока. Существуют различные виды трансформаторов тока, их отличие в габаритах и области применения.
Трансформаторы тока позволяют осуществить преобразование. При этом большой ток, протекающий в цепи, снижается до безопасного значения. Причем он на выходе безопасен для систем управления или измерения, устройств сигнализации и защиты. Первичная обмотка – это отрезок проводника, вокруг него проведена намотка вторичной. С последней снимается ток в 1 или 5 Ампер. А вот трансформаторы напряжения предназначены для иной цели. Они производят понижение напряжения для измерения характеристик. С их помощью осуществляется гальваническая развязка защитных устройств от цепи с высоким напряжением.
Импульсные
Этот тип устройств используется для узкоспециализированных целей. Он необходим для преобразования серии импульсных сигналов. Причем длительность одного импульса может достигать нескольких десятков микросекунд. Причем имеется одна небольшая особенность – изменяется только амплитуда сигнала, но не его форма. Между прочим, имеются определенные виды защит трансформаторов, импульсные также снабжаются схемами, предотвращающими превышение напряжения или тока.
Как правило, импульсные устройства применяются в цепях, в которых протекает сигнал прямоугольной формы. Зачастую такой вид устройств используется в телевизионной технике. Они преобразуют малые по длительности импульсы видеосигнала с очень большой скважностью. Причем на выходе вы получаете сигнал в первозданном виде, но с увеличенной амплитудой.
Заключение
Теперь вы знаете, что такое трансформатор. Виды трансформаторов мы рассмотрели и увидели, что все они обладают небольшими отличиями, несмотря на то, что конструкция во многом схожа. Обратите внимание, что при работе с любыми электрическими устройствами необходимо соблюдать технику безопасности. Кроме того, для обслуживания электросетей переменного тока необходимо иметь группу допуска.
fb.ru
Трансформатор для двухтактного ИБП | Электрознайка. Домашний Электромастер.
Трансформатор для двухтактного ИБП.
Для статьи: "Двухтактный ИБП своими руками"
Трансформатор Тр2 можно намотать на ферритовом кольце, на Ш – образном сердечнике или на сердечнике 
другой формы.
Сердечник трансформатора подбирается по требуемой мощности на выходе инвертора.
Есть много различных формул и разных программ по расчету ферритовых трансформаторов для импульсных источников питания. Я перепробовал различные способы расчета ферритовых трансформаторов. Не буду вдаваться в их достоинства и недостатки. Каждый выбирает свой вариант расчета ферритового сердечника для импульсного блока питания.
Вот некоторые мои рассуждения по этому поводу. Во первых: рекомендуемые к использованию, в результате расчетов, ферритовые сердечники (кольца, Ш-образные, броневые) не всегда имеются в наличии в торговых точках. Во вторых: тот ферритовый магнитопровод, что мы можем достать, как правило, не имеет никаких обозначений на корпусе о его магнитной проницаемости. Вот и получается, что все с таким трудом проведенные выкладки и расчеты количества витков в обмотках ферритового трансформатора, из за неопределенности в магнитной проницаемости феррита, теряют ценность.
Я подошел к подбору выходного ферритового трансформатора с чисто практической стороны. Из технической литературы приведу таблицу ферритовых колец для использования в качестве высокочастотный трансформаторов. В этой таблице дан размер магнитопровода, его поперечное сечение по сердечнику, размер окна. Произведение площадей, сечения магнитопровода и окна, дает возможность определить его габаритную мощность на частоте в 20 килогерц. На другой частоте соответственно и мощности будут другие. Ферритовые сердечники будут работать и на более высокой частоте, но увеличатся потери в магнитопроводе и КПД трансформатора уменьшится. Но ничего, для нашего случая частота автогенератора не превысит 45 — 50 КГц, это нормально. В нашем случае нужно подобрать ферритовый сердечник на мощность свыше 20 ватт. У меня есть ферритовое кольцо снятое со старой аппаратуры вполне подходящее под наш случай. Его размер: К28×18х8 (наружний диаметр 28, внутренний 18, толщина 8 мм.). По таблице его габаритная мощность свыше 200 ватт, что более чем достаточно для данного устройства. Не нужно стремиться брать ферритовое кольцо меньших размеров, это якобы уменьшает габариты устройства. Ничего подобного. Чем больше окно кольца, тем удобнее расположить в нем витки и не нужно стеснять себя в диаметре провода. Чем больше диаметр провода в первичной и вторичной обмоток, тем меньше потерь в проводах и стабильнее выходное напряжение. К тому же, с увеличением сечения магнитопровода, уменьшается количество витков на вольт, то есть будет меньше витков во всех обмотках. Количество витков на 1 вольт у ферритового трансформатора зависит от сечения сердечника магнитопровода. Известная формула для определения количества витков на вольт при расчете обмоток трансформатора изготовленного из стальных листов и работающего на частоте 50 герц:n = 50 /SГде: n – количество витков на вольт;S – площадь поперечного сечения сердечника в см. кв.
Для расчета количества витков на вольт ферритового трансформатора на частоты свыше 20 килогерц, я применяю немного видоизмененную формулу:
n = 0,7 / S; где: S – площадь поперечного сечения ферритового сердечника в см. кв... Площадь поперечного сечения выбранного нами кольца К28×18х8 будет: S = (D — d) / 2 x l = (28 — 18) / 2 x 8 = 10 / 2 x 8 = 40 мм. кв. или 0,4 см. кв.. Количество витков на 1 вольт выбранного мной ферритового магнитопровода: n = 0,7 / S = 0,7 / 0,4 = 1,75 витка на 1 вольт.
Тогда количество витков первичной обмотки трансформатора Тр2 будет: w1 = n x U1 = 1,75 х 145 = 253,75 витка. Примем 254 витка. Диаметр провода 0,25 — 0,35 мм. Чем больше диаметр провода, тем мощнее будет ИБП, но все должно быть в разумных пределах. Вторичная обмотка состоит из двух полуобмоток w2-1 и w2-2, каждая из которых рассчитана на полное выходное напряжение. 
Количество витков в каждой вторичной полуобмотке: w2-1 = w2-2 = n x U2 = 1,75 х 15 = 26,25 витка. С учетом падения напряжения на диодах Д9, Д10 количество витков во вторичной обмотке примем: w2-1 = w2-2 = 28 витков. Диаметр провода 0,6 — 0,7 мм. Напряжение обратной связи в обмотке w3 должно быть достаточным для работы генератора. Для трансформатора Тр1 оно должно быть 6,5 вольт. Количество витков в обмотке связи w3 = n x 6,5 = 1,75 x 6,5 = 11,3 витка. Примем: w3 = 12 витков. Диаметр провода 0,3 мм. Трансформатор Тр2 будем мотать на ферритовом кольце по схеме приведенной на рисунке.
На рисунке показана последовательность намотки ферритового трансформатора.
Ферритовое кольцо (рис. а) необходимо обмотать лакотканью или лучше фторопластовой лентой (рис. б). Поверх мотается первичная обмотка w1. На начало и конец провода, для жесткости, надевается хлорвиниловая трубочка и провод вместе с трубочкой закрепляется нитками. Витки обмотки необходимо равномерно распределить по всей длине кольца (рис.в). 
Для этого нужно заранее поверхность кольца разделить на секторы. Например на четыре сектора. Тогда в каждом секторе будет по 254 витка / 4 = 63,5 витков. Равномерно и последовательно намотав один сектор, переходим ко второму, еще 63,5 витка и т.д.
Идеальный случай, это намотать обмотку виток к витку, что вряд ли получится. Начало и конец проводов обмотки не должны касаться друг друга, между ними надо сохранить промежуток в 2-3 мм... Это делается для избежания пробоя между витками начала и конца первичной обмотки. Намотка на кольцо производится с помощью самодельного челнока, который можно изготовить из медной проволоки, по форме как на рисунке. 
Предварительно рассчитав необходимую длину провода (количество витков в обмотке умноженное на длину одного витка, плюс длину выводов) с небольшим запасом, наматываем на челнок. Закрепляем начало провода обмотки , провод вместе с трубочкой, нитками на кольце и мотаем при помощи челнока. При намотке провода на кольцо необходимо следить, чтобы провод не скручивался и не образовывались «барашки». Нужно запастись большим терпением и тогда все получится. Сначала процедура намотки кольца будет проходить с трудом, но по мере накопления опыта, работа ускорится. Поверхность намотанной первичной обмотки w1 необходимо обмотать лентой шириной 8 — 10 мм. из лакоткани или лучше фторопласта (рис. г). Далее мотается вторичная обмотка w2. Две полуобмотки w2-1 и w2-2 мотаются одновременно двумя проводами. Нужно определить длину каждого провода для w2-1 и w2-2. Предварительно измеряется длина одного витка, а затем умножается на количество витков, плюс 10 сантиметров на длину выводов, плюс запас 20 см. Провод для вторичной обмотки толстый и мотается без челнока, одновременно двумя проводами. Начала двух проводов закрепляются нитками, а затем виток за витком, двумя проводами продеваются в кольцо. Между началами и концами вторичных полуобмоток нужно оставить на кольце свободным расстояние 5-6 мм. В этот зазор разместить витки обмотки w3 Нужно стараться меньше гнуть провода и чтобы они оба не переплетались между собой. Необходимо так же равномерно распределить количество витков вторичной обмотки по всему кольцу, т.е. разбить количество витков на четыре сектора, как и в случае первичной обмотки. Необходимо мотать так, чтобы намотка уложилась в один ряд по всей длине, как на рисунке д). Конец одной полуобмотки (w2-1) спаять с началом другой полуобмотки (w2-2). Получится полная обмотка w2 с выводом посередине (рис. д). Обмотка обратной связи w3 мотается на первичную обмотку в одном слое с вторичной w2. Мотать ее поверх обмотки w2 нельзя, так как это может повлиять на режим автогенерации.
УДАЧИ ВАМ!!!!
domasniyelektromaster.ru
Что такое трансформатор. Принцип работы
Что такое трансформатор. Начиная с 1830-х годов, трансформаторы стали важным компонентом в электрических и электронных схемах. И, несмотря на то, что новые передовые технологии в области электроники позволили снизить потребность в трансформаторах, они по-прежнему востребованы в различных устройствах.
Принцип работы трансформатора
Работа трансформатора основана на принципах электромагнетизма, и это позволяет уменьшать или увеличивать напряжения переменного тока. Опыты Майкла Фарадея в 19 веке показали, что изменения тока в проводнике (например, первичная обмотка трансформатора) влияет на изменение магнитного поля вокруг этого проводника. Если другой проводник (вторичная обмотка) находится непосредственно в области меняющегося магнитного поля, то в нем будет происходить наводка напряжения.
Коэффициент трансформации
Фарадей также подсчитали, что напряжение, индуцированное во вторичной обмотке будет иметь величину, которая зависит от коэффициента трансформации самого трансформатора. То есть, если вторичная обмотка имеет половину витков от числа витков первичной обмотки, то напряжение на вторичной обмотки будет в два раза ниже, чем напряжение на первичной обмотке. И на оборот, если вторичная обмотка имеет в два раза больше витков, чем у первичной обмотки, вторичное напряжение будет в два раза больше чем первичное напряжение.
Соотношение мощности обмоток
Поскольку трансформатор является пассивным компонентом схемы (не имеет никакого внешнего источника питания), он не может отдавать больше энергии, чем получает. Поэтому, если вторичное напряжение больше первичного напряжения на определенную величину, то ток вторичной будет меньше, чем ток первичной на ту же величину. То есть, если напряжение вторичной обмотки в два раза превышает напряжение в первичной, то ток во вторичной будет в два раза ниже, чем в первичной.
Работа трансформатора может быть описана двумя формулами, связывающие коэффициент трансформации с соотношением витков обмоток трансформатора.
- U1 = первичное напряжение.
- I1 = первичный ток.
- U2 = вторичное напряжение.
- I2 = вторичный ток.
- N1 = количество витков в первичной обмотке.
- N2 = число витков вторичной обмотки.
Потеря мощности в трансформаторе
Формулы, приведенные выше, относятся к идеальному трансформатору. У идеального трансформатора нет каких-либо потерь мощности, то есть мощность первичной обмотки (U1*I1) равна мощности вторичной обмотки (U2*I2).
В то время, как реальные трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективным, некоторые потери все же будут происходить, поскольку не весь магнитный поток исходящий от первичной обмотки достигает вторичной обмотки. Потери мощности, которые происходят в трансформаторе бывают трех типов:
Потери мощности в обмотках
Данные потери могут произойти в обмотках, изготовленных из других металлов, чем медь. Потери проявляются в виде тепла, которое возникает в проводах обмоток. Потери мощности в обмотках трансформатора могут быть рассчитаны на основании тока в обмотке и его сопротивления по следующей формуле: P = I2*R2. Чтобы свести к минимуму потери, сопротивления обмоток должно быть низким, используя для этого обмоточные провода подходящего сечения.
Потери на гистерезис
Каждый раз, когда переменный ток вызывает намагничивание и размагничивание сердечника трансформатора (один раз в каждом цикле), вектор напряженности магнитного поля меняет свое направление и на это затрачивается определенное количество энергии.
При этом количество используемой энергии зависит от магнитного сопротивления материала сердечника. В больших сердечниках силовых трансформаторах, где потери на гистерезис представляют собой большую проблему, это решается путем применения специальной кристаллизованной стали, которая создает минимальное магнитное сопротивление.
Потери от вихревых токов
Поскольку железо или стальной сердечник является электрическим проводником в магнитной цепи, изменение тока в первичной обмотке будет иметь тенденцию генерировать ЭДС в сердечнике, а также и во вторичной обмотке. Ток будет оказывать сопротивление изменению магнитного поля, возникающего в сердечнике. По этой причине эти вихревые токи должны быть снижены.
Поэтому железный сердечник изготавливают не из цельного куска железа, а собирают из тонких листов или пластин, причем каждая пластина имеет изолирующий слой в виде лака или оксидной пленки. Многослойные сердечники значительно уменьшают образование вихревых токов, не ухудшая при этом магнитных свойств сердечника.
Ферритовые сердечники трансформатора
В высокочастотных трансформаторах потери на вихревых токах снижают путем использования сердечников, выполненный из керамического материала, содержащего большое количество мелких частиц железа, цинка или порошка марганца. Керамика изолирует металлические частицы друг от друга, что дает такой же эффект, как и от тонких пластин и более эффективно при высоких частотах.
Из-за применяемых способов снижения потерь, которые описаны выше, реальные трансформаторы приближаются к трансформаторам с идеальной производительностью. В крупных силовых трансформаторах, КПД составляет около 98%. Поэтому для большинства практических расчетов можно исходить из того, что трансформатор является "идеальным".
Соотношение вольт на виток обмотки
Трансформатор, имеющий в первичной обмотке 1000 витков и вторичной обмотке 100 витков, имеет коэффициент трансформации 1000:100 или 10:1. Поэтому 100 вольт, приложенное к первичной обмотке будет производить вторичное напряжение равное 10 вольтам.
Другой способ расчета напряжения трансформатора является соотношение вольт / на виток. Если подается 100 вольт к первичной обмотке содержащей 1000 витков, то на 1 виток приходится 0,1 вольт (100/1000). Поэтому каждые десять витков на вторичной обмотке будут создавать 1 воль напряжения.
www.joyta.ru
