Устройство и принцип работы силового трансформатора

Для чего нужен трансформатор напряжения?

Трансформатор напряжения – универсальное устройство. Передает и распределяет энергию.

Используются в:

  • электроустановках;
  • блоках питания;
  • агрегатах передачи электроэнергии;
  • устройствах обработки сигналов;
  • источниках питания приборов.

Силовой трансформатор с большим напряжением применяется для:

  • подачи энергии в электросети на электростанциях;
  • повышения напряжения генератора, линии электропередач;
  • снижения напряжения, доходящего до потребительского уровня.

Трехфазный прибор со специальной системой охлаждения используется в электросетях. Сердечник в составе – общий для всех 3-ех фаз.

Область применения сетевого трансформатора – источники электропитания, узлы электроприборов с разным напряжением. Импульсные агрегаты незаменимы для радиотехнических, электронных устройств. Сначала выпрямляют переменное напряжение в блоках питания. Далее за счет инвертора преобразуют высокочастотные импульсы, стабилизирующие постоянное напряжение.

Трансформаторы входят в состав многих схем питания для обеспечения минимального уровня высокочастотных помех. Например, разделительные установки предотвращают угрозу поражения электрическим током для человека. Ведь включение бытовых приборов в сеть через трансформатор становится безопасным.

Вторая цепь у прибора будет изолирована от контактов с землей, если конечно, речь идет о заземлении электрического оборудования. Измерительные силовые приборы применяются в схемах генераторов переменного тока. Количество фаз у генератора из трансформатора должно совпадать для достижения стабильного напряжения на выходе.

Согласующие трансформаторы незаменимы для электронных устройств с высоким входным сопротивлением и высокочастотных линий, но с разным сопротивлением нагрузки.

Отделка стен ламинатом — способы крепления, укладка своими руками

Применение трансформатора

Недостаточно только выработать электрическую энергию. Не меньшую сложность представляет ее передача на значительные расстояния и дальнейшее распределение среди потребителей. И здесь не обойтись без специальных аппаратов – трансформаторов, выполняющих повышение или понижение напряжения.

Каждый трансформатор в электрических цепях может применяться на открытом воздухе или внутри помещений. Эти устройства дали возможность передачи электроэнергии с минимальными потерями в проводах, за счет уменьшенной площади сечения.

Высокое напряжение, поступающее со станции, не может напрямую поставляться потребителям. Поэтому на входе производится установка понижающих трансформаторов. Они доводят ток до нужного значения, при котором нормально функционирует оборудование и бытовая техника.

Как работает трансформаторКак работает трансформатор

Переходные процессы в электрических цепях

Коэффициент трансформации трансформатора

Устройство трансформатора

Схема подключения трансформаторов тока

Трехфазные трансформаторы

Виды трансформаторов

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.

Трансформаторы тока

Трансформаторы тока применяют, когда необходимо преобразовать лишь ток электроэнергии, идущей от сети, а также, когда нужно измерить эту величину. В этом случае первичную обмотку включают в цепь с переменным током, который будут измерять, последовательно, а ко второй подключают прибор для самого измерения.

Ток исходный пропорционален току, полученному в результате преобразования. Таким образом измеряют ток электричества, идущего от станции.

На трансформаторы тока распространяются строгие требования по точности измерения, так как они применяются в основном в приборах релейной защиты систем в сфере электроэнергетики. Именно эти устройства помогают обеспечить безопасность измерения тока, так как они изолируют цепи для измерения от первичных цепей, по которым обычно проходит ток высокого напряжения (от 100 кВт). Высокая точность и безопасность трансформатора тока – вот главные требования к этим приборам, поэтому трансформаторы тока производятся с несколькими группами вторичной обмотки.

Как минимум, групп две: к первой подключают защитные приборы, а ко второй – измерительные устройства, различные счетчики.
Вторичную обмотку во время работы трансформатора тока никогда не размыкают.

Виды трансформаторов

Автотрансформатор

Это вариант трансформатора, принцип работы которого заключается в соединении вторичной и первичной обмотки напрямую, в обмотках прослеживается электрическая и электромагнитная связь. Для подключения и получения различного напряжения в обмотке предусмотрено несколько выводов

Этот вид приборов работает с высоким коэффициентом полезного действия, так как преобразовывается только некоторая часть мощности, что важно при небольшой разнице входного и выходного напряжения

К отрицательным характеристикам относится отсутствие гальванической развязки (изолирующего слоя) между вторичной и первичной цепью. Используют автотрансформаторы на месте обычных агрегатов для соединения заземленных контуров с показателями напряжения от 110 КВт, при этом коэффициент трансформации не должен превышать показание 3−4.

Положительным является низкая стоимость из-за меньшего веса сердечнниковой стали, медных проводов, отсюда маленькая масса прибора и небольшие габариты.

Силовой

Обычный стандартный прибор для преобразования электричества в сетях и устройствах, принимающих и использующих электрическую энергию.

Трансформатор тока

Принцип работы и устройство трансформатора заключается в подаче питания от источника электричества. Наиболее актуальным является использование для снижения первичных показателей тока до величины, применяемой в измерительных и защитных цепях, сигнализации и управления. Во вторичной обмотке отмечаются показатели тока 5 А или 1 А. Измерительные устройства подключаются к вторичной обмотке, а к первичной подключается цепь, в которой измеряют ток. Для расчета тока во второй обмотке используют показания в первичной обмотке и делят на коэффициент трансформации.

Устройство трансформатора тока  ТФРМ-750(isaboris@elec.ru)1.aviУстройство трансформатора тока ТФРМ-750(isaboris@elec.ru)1.avi

Трансформатор напряжения

Это прибор для преобразования больших показателей напряжения в низкие значения в стандартных цепях, измерительных линиях, и контурах РЗиА. Устройство питается от источника электрического напряжения, изолирует логические защитные контуры и измерительные цепи от цепи с высокими показателями напряжения.

Импульсного действия

Прибор используется для преобразования сигналов импульса с минимальным искажением формы и длительностью до десятков микросекунд. В основном применяется для передачи импульса прямоугольного типа (наиболее крутой срез и фронт, примерно постоянное колебание амплитуды). Служит для преобразования коротких видеоимпульсов, постоянно повторяющихся, основной задачей является передача трансформируемых импульсов в первоначальном и неискаженном виде. На выходе обмоток требуется получить ту же форму импульса напряжения, но иногда меняется полярность или амплитуда.

Разделительный тип

У этого прибора первичная и вторичная обмотки никак не связаны. Трансформатор используется для увеличения безопасного подключения к электрическим сетям, для случаев одновременного прикасания к токоведущим деталям и земле. Защищает от одновременного прикасания к деталям, которые не находятся под действием тока, но могут под ним оказаться в результате нарушения изоляции. Агрегаты призваны обеспечить гальваническую развязку (изоляцию) электрических цепей.

Пик-трансформатор

Служит для преобразования синусоидального тока в импульсное напряжение с полярностью, меняющейся через каждые полпериода.

Сдвоенный дроссель

Индуктивный встречный фильтр или сдвоенный дроссель представляет собой тип устройства с использованием двух обмоток. Из-за взаимной катушечной индукции он действует эффективнее, чем одинарный дроссель. Используется в качестве входного фильтровального приспособления перед блоками питания, в сигнальных дифференциальных цифровых контурах и в технике со звуком.

Броневой трехфазный

Выпускают две различных базовых конструкции:

  • стержневую;
  • броневую.

Обе конструкции не изменяют эксплуатационные качества и надежность прибора, но при изготовлении имеются существенные различия:

  • стержневой тип включает сердечник и обмотки, при взгляде на конструкцию сердечник скрыт за обмотками, видно только нижнее и верхнее ярмо, ось обмоток имеет вертикальное расположение;
  • броневой вид прибора включает сердечник в виде обмоток, при этом видно, что сердечник скрывает за собой часть обмоток трансформатора, ось обмоток может располагаться в вертикальном или горизонтальном положении.

Разборка трансформаторов

Разборку трансформатора при капитальном ремонте производят в следующем порядке. Из расширителя сливают масло, снимают газовое реле, предохранительную трубу и расширитель; ставят заглушки на отверстия в крышке бака. С помощью грузоподъемных механизмов стропами за подъемные кольца поднимают крышку с активной частью трансформатора. Приподняв ее на 10 — 15 см, осматривают состояние и положение уплотняющей прокладки, отделяют ножом ее от рамы бака и по возможности сохраняют для повторного применения. После этого извлекают из бака активную часть участками, удобными для работ по удалению масляных шламов, промывки обмоток и сердечника струей нагретого масла и дефектации. Затем активную часть устанавливают на заранее подготовленную площадку с поддоном. Подняв активную часть трансформатора на 20 см выше уровня бака, отодвигают бак в сторону, а активную часть для удобства осмотра и ремонта устанавливают на прочный помост. Обмотки очищают от грязи и промывают струей нагретого до 35 — 40 °С трансформаторного масла.

Если у трансформатора вводы расположены на стенках бака, то вначале снимают крышку, сливают масло из бака на 10 см ниже изоляторов ввода и, отсоединив вводы, снимают изоляторы, а затем вынимают активную часть из бака.

Разборку, осмотр и ремонт трансформатора проводят в сухом закрытом и приспособленном для производства этих работ помещении.

После выемки активной части проверяют состояние магнитопровода — плотность сборки и качество шихтовки, прочность креплений ярмовых балок, состояние изоляционных гильз, шайб и прокладок, степень затяжки гаек, шпилек, стяжных болтов, состояние заземления

Обращают особое внимание на состояние обмоток — расклиновку на стержнях магнитопрово-да и прочность посадки обмоток, отсутствие следов повреждений, состояние изоляционных деталей, прочность соединений выводов, демпферов

В период капитального ремонта трансформатора помимо перечисленных работ при необходимости расшихтовывают ярмо магнитопровода с распрессовкой железа и снятием катушек обмоток.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СУХОИЗОЛИРОВАННЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторные сухо изолированные конструкции в отдельных случаях обладают некоторыми преимуществами:

  • отсутствием необходимости организовывать целое маслохозяйство, доставляющее немало хлопот;
  • отсутствием потребности в регулярной проверке и замены трансформаторного масла.

Оговорка «в отдельных случаях» была сделана не случайно. Дело в том, что сфера применения сухоизолированного трансформаторного оборудования значительно уже, чем у маслонаполненных устройств.

Объясняется это тем, что невозможно обеспечить эффективное воздушное охлаждение оборудования с сухоизолированными обмотками при высоких значениях передаваемой мощности. Сухая изоляция также не применяется в трансформаторах выше 35 кВ.

Наиболее распространено применение сухой трансформаторной изоляции в устройствах 6 – 10 кВ. Только в этом узком сегменте имеет смысл производить сравнение трансформаторного оборудования различных типов.

Относительно способов размещения можно отметить следующее. Маслонаполненное оборудование обычно имеет исполнение для монтажа на открытом воздухе (на ОРУ — открытых распределительных устройствах), размещение же оборудования без масла осуществляется в специально подготовленных помещениях.

  *  *  *

2014-2021 г.г. Все права защищены.Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Трансформаторы сварочные

Трансформатор сварочный – устройство для сварочных приборов, которое преобразует высокое напряжение в напряжение низкое для вторичных электросетей уровня, необходимого в работе.

Сварочный трансформатор применяют для сварочных работ во время производства конструкций из стали. Кроме того, трансформаторы необходимы для сварки цветных металлов. Применяются эти устройства в основном в промышленном строительстве. Их используют во время монтажа технических или строительных конструкций из металла, изготовлении деталей и во время сварки арматуры, труб и узлов.

Трансформатор сварочный состоит из сердечника, изготовленного из специальной стали, на котором есть первичная и вторичная обмотка. Первая пропускает переменный ток и намагничивает магнитопровод, а во второй переменный ток нужного для сварки уровня индуктируется.

Существует два основных вида сварочных трансформаторов, один из которых отличается повышенным магнитным рассеянием, а второй имеет нормальное рассеяние и дроссель.

Трансформатор сварочный применяется при создании сварочных швов любого вида и назначения в любом труднодоступном месте и расположении самого работника. Используя это устройство, вы сможете практически без замены инструментов выполнять многие сварочные работы.

Обозначение трансформаторов на схемах.

На принципиальных схемах обмотки трансформатора обозначают катушками индуктивности, расположенных близко одна от другой, а магнитопровод – линией между катушками. Низкочастотные трансформаторы со стальными магнитопроводами и магнитопроводами из железоникелевых сплавов, например, пермаллоя, на схемах обозначаются буквой «Т», а обмотки трансформаторов обозначаются римскими цифрами. Иногда используют условную нумерацию их выводов в соответствии с маркировкой указанной на корпусе трансформатора.

В радиочастотной технике обмотки высокочастотных трансформаторов нередко являются элементами колебательных контуров и фильтров, поэтому на схемах им присваивают буквенное значение катушек индуктивности «L». Высокочастотные трансформаторы могут быть как с магнитопроводом, так и без него, а их обмотки (катушки) могут располагаться на одном или разных каркасах, но очень близко друг к другу.

Если магнитопровод является общим для всех обмоток, то на схемах его обозначают прерывистой линией (а), если же каждая из катушек имеет свой магнитопровод, то его изображают над катушками (б).

Возможность подстройки индуктивности катушек изменением положения магнитопровода отображают знаком подстроечного регулирования, который пересекает символы обмоток (а), а чтобы показать индуктивную связь между катушками, их символы пересекают знаком регулирования (б).

В приемной и передающей радиоаппаратуре для корректной работы некоторых блоков, содержащих трансформаторы, иногда требуется знать фазировку обмоток, т.е. порядок подключения выводов. В таких случаях на принципиальных схемах начало обмоток трансформаторов и катушек индуктивности обозначают жирной точкой, которую ставят у соответствующего вывода.

Для питания бытовой радиоаппаратуры применяют силовые трансформаторы, выполняющие две важные функции: они преобразуют напряжение переменного тока электрической сети к нужному, как правило, более низкому значению, которое используется для питания электронной схемы, а также «изолируют» электронную схему от непосредственного контакта с сетью, так как обмотки электрически изолированы одна от другой.

Выпускаемые промышленностью силовые трансформаторы предназначены для работы с напряжением 110, 127 или 220В и обеспечивают разнообразные значения вторичных напряжений от одного до нескольких тысяч вольт и токами от нескольких миллиампер до сотен ампер. Мощность наиболее распространенных трансформаторов чаще всего лежит в пределах 30 – 200 В•А. Как правило, силовые трансформаторы имеют несколько вторичных обмоток с различными напряжениями, но общее количество обмоток обычно не превышает четырех-пяти.

Некоторые устройства, питающиеся от сети переменного тока (коллекторные электродвигатели, сварочные аппараты и т.п.), создают интенсивные помехи, которые через электрическую сеть и силовой трансформатор могут проникнуть в аппаратуру и нарушить ее работу.

Для ослабления этих помех между первичной (сетевой) и остальными обмотками помещают электростатический экран, представляющий собой незамкнутый виток из полоски медной или алюминиевой фольги или один слой изолированного провода. Вывод экрана соединяют с шасси или с общим проводом (корпусом) прибора, а наличие экранирующей обмотки изображают штриховой линией, параллельной символу магнитопровода, со знаком корпуса прибора на конце.

Иногда для работы в измерительной и бытовой аудиоаппаратуре обмотку трансформатора экранируют путем размещения внутри металлического футляра (экрана) из магнитного материала, который также соединяют с шасси или с общим проводом (корпусом) прибора.

Вот в принципе и все, что хотел рассказать об устройстве и принципе работе трансформатора.
До встречи на страницах сайта.
Удачи!

Литература:

1. В. А. Волгов – «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.
2. В. В. Фролов – «Язык радиосхем», Москва «Радио и связь», 1988 г.
3. И. И. Белопольский – «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.
4. В. Г. Борисов, – «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г.

Принцип действия трансформатора

Электромагнитная
схема однофазного двухобмоточного
трансформатора состоит из двух обмоток
(рис. 2.1), разме­щенных на замкнутом
магнитопроводе, который выполнен из
ферромагнитного материала. Применение
ферромагнитного магнитопровода позволяет
усилить электромагнитную связь между
обмотками, т. е. уменьшить магнитное
сопротивление контура, по которому
проходит магнитный поток машины.
Первичную обмотку 1 подключают к источнику
переменного тока — электрической сети
с напряжением u1.Ко
вторичной обмотке 2 присоединяют
сопротивление нагрузки ZH.

Обмотку
более высокого напряжения называют обмоткой
высшего напряжения(ВН),
а низкого напряжения — обмоткой
низшего напряжения(НН).
Начала и концы обмотки ВН обозначают
буквами Аи X;обмотки
НН — буквами аи х.

При
подключении к сети в первичной обмотке
возникает переменный ток i1,который
создает переменный магнитный поток Ф,
замыкающийся по магнитопроводу. Поток
Ф индуцирует в обеих обмотках переменные
ЭДС — е1и е2,пропорциональные,
согласно закону Максвелла, числам витков
w1 и w2 соответствующей
обмотки и скорости изменения потока dФ/dt.

Рис.
2.1. Электромагнитная система  
однофазного   трансфор­матора
: 1,2
—первичная
и вторичная обмот­ки; 3
—магнитопровод

Таким образом,
мгновенные значения ЭДС, индуцированные
в каждой обмотке,

е1=
— w1 dФ/dt;     
е2= -w2dФ/dt.

Следовательно,
отношение мгновенных и действующих ЭДС
в обмотках определяется выражением

E1/E2= e1/e2= w1/w2.

                                            
(2.1)

Если
пренебречь падениями напряжения в
обмотках тран­сформатора, которые
обычно не превышают 3 — 5% от номи­нальных
значений напряжений U1 и U2
считать E1≈U l и Е2≈U2,
то получим

U1/U2≈w1/w2.

                                            
(2.2)

Следовательно,
подбирая соответствующим образом числа
витков обмоток, при заданном напряжении
U1можно
получить желаемое напряжение U2.Если
необходимо повысить вторичное напряжение,
то число витков w2 берут
больше числа w1;
такой трансформатор называют повышающим.Если
требуется уменьшить напряжение U2,то
число витков w2 берут
мень­шим w1;
такой трансформатор называют понижающим,

Отношение
ЭДС ЕВН обмотки
высшего напряжения к ЭДС ЕНН обмотки
низшего напряжения (или отношение их
чисел витков) называют коэффициентом
трансформации

k= ЕВННН = wВН/wНН

                                            
(2.3)

Коэффициент kвсегда
больше единицы.

В
системах передачи и распределения
энергии в ряде слу­чаев применяют
трехобмоточные трансформаторы, а в
устрой­ствах радиоэлектроники и
автоматики — многообмоточные
трансформаторы. В таких трансформаторах
на магнитопроводе размещают три или
большее число изолированных друг от
друга обмоток, что дает возможность при
питании одной из обмоток получать два
или большее число различных напряжений (U2,
U3,
U4 и
т.д.) для электроснабжения двух или
большего числа групп потребителей. В
трехобмоточных силовых трансформаторах
различают обмотки высшего, низшего и
среднего (СН) напряжений.

В трансформаторе
преобразуются только напряжения и токи.
Мощность же остается приблизительно
постоянной (она несколько уменьшается
из-за внутренних потерь энергии в
трансформаторе). Следовательно,

I1/I2≈ U2/U1≈ w2/w1.

                                            
(2.4)

При
увеличении вторичного напряжения
трансформатора в kраз
по сравнению с первичным, ток i2 во
вторичной обмотке соответственно
уменьшается в kраз.

Трансформатор
может работать только в цепях переменного
тока.Если
первичную обмотку трансформатора
под­ключить к источнику постоянного
тока, то в его магнито-проводе образуется
магнитный поток, постоянный во времени
по величине и направлению. Поэтому в
первичной и вторичной обмотках в
установившемся режиме не индуцируются
ЭДС, а следовательно, не передается
электрическая энергия из первичной
цепи во вторичную. Такой режим опасен
для трансформатора, так как из-за
отсутствия ЭДС E1 первич­ной
обмотке ток I1 =U1R1 весьма
большой.

Важным
свойством трансформатора, используемым
в устройствах автоматики и радиоэлектроники,
является способность его преобразовывать
нагрузочное сопротивление. Если к
источнику переменного тока подключить
сопротивление R через
трансформатор с коэффициентом
трансформации к,то
для цепи источника

R’= P1/I12≈ P2/I12≈
I22R/I12≈ k2R

                                       
(2.5)

где Р1
мощность, потребляемая трансформатором
от источ­ника переменного тока,
Вт;
Р2 =
I22R≈ P1 —
мощность, по­требляемая сопротивлением R от
трансформатора.

Таким
образом, трансформатор
изменяет значение сопро­тивления R в
k2раз.Это
свойство широко используют при разработке
различных электрических схем для
согласования сопротивлений нагрузки
с внутренним сопротивлением источ­ников
электрической энергии.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий