Все о трансформаторах — принцип работы, характеристики, свойство и применение

Как работает трансформатор

Трансформатор работает по взаимной индукции. Во-первых, давайте посмотрим, что такое индукция.

Что такое индукция

Если через провод пропускается электрический ток, создается магнитное поле.

Магнитное поле является неотъемлемой частью электрического. А электрическая энергия хранится в магнитном поле.

В постоянных магнитах наличие магнитного поля объясняется направлением «доменов в одном направлении». Каждый атом имеет собственное небольшое магнитное поле. У постоянных магнитов эти небольшие магнитные поля направлены в одном направлении. Вот почему постоянный магнит имеет такое сильное магнитное поле.

И другие материалы могут быть намагничены, например, направить магнитные поля в одном направлении. Это создаст искусственно созданный магнит.

Кстати, у ремонтников очень популярен магнит, который намагничивает и размагничивает отвертки. Такими отвертками удобно пользоваться, так как винтики и шурупы останутся на отвертке и не выпадут при неосторожном движении.

А индуктивность — это способность материала создавать магнитное поле, когда электрический ток течет через этот материал.

Чем больше материал может создавать магнитное поле, тем больше его индуктивность.

Магнитное поле можно увеличить, создав катушку.

Просто возьмите нить и оберните ею рамку. И магнитные поля катушек складываются.

Это индуктор.

Провод в индукторе должен быть изолирован. Потому что, если хотя бы один виток замкнуть накоротко, магнитное поле будет неравномерным. Между витками произойдет короткое замыкание, в результате чего магнитное поле потеряет однородность.

Если подать на катушку постоянный ток, магнитное поле также будет постоянным. Это не изменится. Что делать, если вы отключите катушку от источника? Тогда наступит явление самоиндукции. По мере уменьшения тока уже не остается ничего, что могло бы поддерживать магнитное поле. И так вся энергия, которая была в магнитном поле, превращается в электрическую.

Изменение магнитного поля создает электрическое поле.

Увеличение индуктивности сердечником

Как увеличить индуктивность? Только по количеству витков и диаметру провода? На индуктивность также влияет окружающая среда. Воздух — не лучший материал для хранения или передачи магнитных полей. Обладает низкой магнитной проницаемостью. Кроме того, это значение изменяется при изменении плотности и температуры воздуха. Поэтому для увеличения индуктивности используются ферромагнетики. К ним относятся железо, никель, кобальт и др.

Если сделать сердечник в центре катушки из таких материалов, можно увеличить индуктивность катушки.

Ферромагнетики используются для изготовления сердечников (магнитных цепей). В основном они используют электротехническую сталь, специально изготовленную для этих целей.

Кстати, теперь индуктивность сердечника регулировать намного проще. Просто плавно переместите сердечник внутри катушки, и индуктивность изменится плавно. Это удобнее, чем сдвигать кривые друг от друга.

Взаимоиндукция и принцип передачи тока

Поскольку в одной катушке можно накапливать энергию из-за магнитного поля, можно передавать эту энергию другой катушке.

Допустим, есть две одинаковые катушки индуктивности. Один запитан, другой нет.

Когда питание подключено, первая катушка будет иметь магнитное поле. А если поднести вторую катушку ближе к первой, во второй катушке наведется ЭДС из-за магнитного поля первой.

Но ЭДС второй катушки долго не протянет. Если к первой катушке приложить постоянное напряжение, магнитное поле также будет постоянным.

А электрический ток возникает только в переменном магнитном поле. Следовательно, ток во второй катушке исчезнет сразу же, как только стабилизируется магнитное поле.

Если мы изменим полярность на первой катушке, ее магнитное поле изменится. Это означает, что он изменится и во второй катушке. Это снова вызывает ток во второй катушке, но ненадолго.

Для непрерывной передачи тока от первой катушки ко второй требуется источник переменного тока. Переменный ток создает переменное магнитное поле. А переменное магнитное поле, пронизывающее проводник, создает в нем переменный индуцированный ток.

И поэтому, если на первую катушку подать переменное напряжение, также возникнет переменное магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует электромагнитное поле во второй катушке, и ток будет во второй катушке.

Это явление называется взаимной индукцией. Когда из-за индуктивности ток из одной части цепи может передаваться в другую с помощью электромагнитного поля.

Многие путают электромагнитную индукцию и взаимную индукцию. Но это разные явления, хотя принцип действия во многом схож.

Кроме переменного тока, можно также использовать импульсный ток, при котором больше и меньше местами не меняются. Главное, соблюдать правило: сила тока должна менять свое значение. И тогда будет переменное магнитное поле.

Кстати, при работе балластов и ламп издаваемый ими грохот — это звук катушек или их сердечников. Это связано с индукцией. Магнитное поле из-за разного направления катушек частично смещает катушки и сердечники, поэтому появляется один и тот же звук. Это касается и электродвигателей. Поэтому такие детали заполняются смолой или компаундом, чтобы уменьшить производимый звук.

Устройство трансформатора

Что, если бы катушки были другими? Таким образом, вы можете преобразовывать напряжение из одного значения в другое. Так работает трансформатор. Трансформатор преобразует напряжение первичной обмотки в напряжение разной величины на вторичной обмотке.

Трансформатор работает только с переменным током, импульсным или любым другим, значение которого со временем меняется.

Трансформатор преобразует ток и напряжение, но не позволяет увеличить мощность. Напротив, из-за нагрева он поглощает некоторую мощность. И, несмотря на это, его КПД может достигать 99%.

Классический трансформатор

Разберем устройство классического трансформатора.

Его основная функция — уменьшить или увеличить напряжение источника питания. Сетевое напряжение и низкочастотный источник питания (от 50 Гц). Частота переменного тока важна для расчетов.

Классический трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, а также сердечника (магнитопровода).

Преобразуемое напряжение подается на первичную обмотку. А со вторичной обмотки снимается напряжение, полученное за счет взаимной индукции. Сердечник увеличивает магнитный поток.

Как происходит трансформация? Это просто. Можно рассчитать индуктивность первичной и вторичной обмоток. Если требуется низкое напряжение, вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная. Поскольку первичка работает за счет сетевого напряжения, то она рассчитана на 220В с небольшим запасом из-за колебаний сети.

Вторичное напряжение не в фазе относительно первичного. Это связано с явлением взаимной индукции. График показывает приблизительную разницу синусоид.

Трансформаторы могут быть источниками фазовых искажений. Сигналы изменяются по фазе из-за индуктивности, как показано на графике выше.

На принципиальных схемах классический трансформатор обозначен двумя катушками с сердечником.

Следовательно, если у трансформатора несколько вторичных обмоток, количество катушек в цепи будет другим.

Количество обмоток на трансформаторе может быть любым. Может быть несколько первичных и вторичных обмоток. А есть трансформаторы с общей точкой для двухполюсного питания.

Кстати, если вы думаете, что у трансформатора нет сторон, таких как диоды или транзисторы, то вы ошибаетесь. Трансформатор также имеет начало и конец обмотки. На принципиальных схемах обозначение начала обмотки указано точкой и цифрами.

Зачем это нужно? Дело в том, что магнитная индукция имеет свое направление, и на этом основан весь принцип работы схемы. Если вы подключите обмотку не так, как показано на схеме, вся схема перестанет работать так, как задумано изначально. Другой пример — трехфазные электродвигатели. Для них для правильной работы важно знать начало и конец намотки.

Коэффициент трансформации

Трансформеры имеют понятие трансформационных отношений. Это соотношение его входных и выходных характеристик (отношение числа витков первичной обмотки к вторичной).

Например, при уменьшении трансформатора с 220 В до 12 В его коэффициент больше единицы, то есть K <1. А если вниз, наоборот, K> 1. Коэффициент разделения равен 1.

От чего зависит мощность трансформатора

При расчете учитываются следующие параметры:

• Размеры магнитопровода (сердечника);
• Количество кругов;
• Сечение провода;
• Количество обмоток;
• Частота работы.

И все эти значения меняются в зависимости от проектной мощности и требуемых параметров.

Типы классических трансформаторов

Классические трансформаторы по типу магнитопровода и расположению катушек делятся на три основных типа:

Броня часто состоит из E (или W, как многие ее называют) пластин, которые изолированы друг от друга краской. В этом типе катушки заключены внутри сердечника, как и под якорем. Поэтому их так и называют.

И сердечник тоже может быть лентой, но положение витков от этого не меняется.

Однако с точки зрения эффективности преобразования мощности это не лучший вариант. Магнитный поток неоднороден. А бронированный трансформатор более уязвим для помех и помех извне. Но с другой стороны, у этого типа есть неоспоримое преимущество. Катушка наматывается довольно просто и сборка магнитопровода не составляет труда.

Такие трансформаторы чаще всего используются в малогабаритной бытовой технике. Например, они часто встречаются в мощных компьютерных колонках.

Стержни различаются особенностями расположения катушек и конструкцией магнитопровода. Этот тип трансформатора еще называют П-образным, это связано с тем, что конструктивно сердечник такого трансформатора представляет собой ленту и собирается из узкой полосы электротехнической стали. А для установки катушек в сердечник он состоит из двух форм в форме буквы П.

После установки двух катушек на первую часть сердечника вторая часть замыкает его при окончательной сборке.

Этот тип является противоположностью бронетранспортера. У такого трансформатора обмотки снаружи, а у бронированного наоборот — внутри.

Тороидальные трансформаторы являются наиболее эффективными и сложными в производстве. Сложности изготовления заключаются в том, что сердечник имеет форму тора. Он замкнутый, и катушки в сердечнике разместить так же просто, как в катушках стержня и якоря.

можно разделить трансформаторное железо на две полукруглые части (как у П-образного трансформатора), но намотать обмотку нельзя. Он не будет таким плотным и однородным.

Поэтому витки наматываются прямо на сердечник. А это намного дольше и такой процесс сложнее автоматизировать. В результате цена на такой трансформатор будет выше.

Режимы работы трансформаторов

Есть три основных режима:
1. Режим ожидания. Первичная обмотка подключена к сети, а вторичная обмотка не подключена к нагрузке.

2. Способы загрузки. Это способ работы. Первичная обмотка преобразует сетевое напряжение, а вторичная принимает его и подает на нагрузку.

3. Режим короткого замыкания. Короткое замыкание вторичной обмотки. Это аварийный режим для большинства трансформаторов. В такой ситуации он может быстро перегреться и выйти из строя.

Все режимы и их критические параметры также зависят от типа трансформатора. Например, для трансформатора тока режим холостого хода является аварийным.

Импульсные трансформаторы

Импульсные трансформаторы имеют другой тип действия. Они преобразуют напряжение в высокие частоты с помощью схемы управления. Конечно, из-за этого схема работы усложняется, но это позволяет накапливать большое количество энергии в катушках. Большим преимуществом перед традиционными трансформаторами является его компактность. Если классический трансформатор мощностью 100 Вт имеет большие размеры, импульсный трансформатор будет в десять раз меньше.

Одним из недостатков импульсных блоков питания является наличие импульсных помех. Но даже эти помехи можно сгладить. Поэтому все блоки питания компьютеров, ноутбуков и зарядных устройств часто изготавливаются на импульсных трансформаторах.

Импульсные трансформаторы также питают лампы подсветки в мониторах, которые освещают матрицу. Это касается TFT-мониторов.

Отличия импульсных трансформаторов от классических

Можно выделить несколько отличий тезиса:

• Частота работы;
• Основной состав;
• Габаритные размеры;
• Схема работы;
• Цена.

К тому же, как правило, импульсные трансформаторы имеют больше обмоток, чем классические.

Почему сердечник не делают сплошным

Сердечники (магнитопроводы) изготовлены из железных пластин, так как во время работы возникают вихревые токи. Их еще называют вихревыми токами. Эти токи возникают из-за индукции обмоток в сердечнике. В результате сердечник может перегреться и даже расплавить катушки.

Поэтому у низкочастотных трансформаторов сердечники состоят из изолированных друг от друга пластин.

Листы можно покрасить или заизолировать бумагой. Это уменьшает короткое замыкание в пластинах.

можно ли сделать сердечник твердым? Да, ты можешь. А в импульсных трансформаторах сердечники сделаны из ферромагнитного порошка, в котором частицы изолированы друг от друга. Его называют железным сердечником. Но это возможно только на высоких частотах, на которых работает импульсный трансформатор.

Области применения

Помимо преобразования напряжений в электрических сетях, трансформаторы часто используются в источниках питания для электронных устройств. В основном это автотрансформаторы, которые одновременно подают разное напряжение на разные узлы.

Сегодня все чаще используются бестрансформаторные источники питания. Однако там, где требуется мощность с мощным переменным током, без электромагнитных устройств не обойтись.

Что делает трансформатор

Трансформатор имеет множество полезных и важных функций:

• Он передает электричество на расстояние. Он способен увеличивать переменное напряжение. Это помогает передавать переменный ток на большие расстояния. Поскольку провода также имеют сопротивление, требуется высокое напряжение от источника тока, чтобы преодолеть сопротивление проводов. Поэтому трансформаторы незаменимы в электрических сетях, где они повышают напряжение до десятков тысяч вольт. Распределительные трансформаторы также расположены вблизи электростанций, вырабатывающих электроэнергию. Они повышают напряжение для передачи потребителям. А рядом с потребителями стоит понижающий трансформатор, понижающий напряжение до 220В 50Гц.
• Силовая электроника. Трансформатор является частью блока питания. Он снижает входное сетевое напряжение, которое затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется и подается на плату. Фактически, он используется практически во всех блоках питания и преобразователях.
• Он питает радиолампы и электронно-лучевые трубки. Радиолампам требуется широкий диапазон напряжений. Это и 12В, и 300В и т.д.
• Для этих целей делаются трансформаторы, понижающие и повышающие сетевое напряжение. Это достигается за счет наличия нескольких обмоток на одном сердечнике. Разновидностью ламп являются электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). Они используются в электронных микроскопах, где детальные изображения микроскопических поверхностей могут быть получены с помощью электронного луча. Они требуют высокого напряжения, порядка нескольких десятков тысяч киловольт. Это необходимо для ускорения электронного пучка в вакуумной трубке до высоких скоростей. Электрон в вакууме может увеличить скорость своего движения за счет увеличения напряжения. А здесь, кстати, используется импульсный трансформатор. Увеличьте напряжение с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Такие трансформаторы называются линейными (или строчными).

Такое название неспроста, поскольку такой преобразователь выполняет функцию строчной развертки. По сути, кинескоп — это электронно-лучевая трубка. Поэтому для работы телевизоров, в которых используется кинескоп, потребуется линейный трансформатор.

• Преодолейте сопротивление. В усилителях звука важную роль играет согласование источника и потребителя. Поэтому существуют соответствующие трансформаторы, позволяющие передавать на нагрузку максимальную мощность. Если бы такого трансформатора не существовало, усилители на ногах, рассчитанные на 100 Вт, выдавали бы в нагрузку менее 50 Вт.
• Например, выход усилителя составляет 2 кОм, а трансформатор соответствует импедансу и снижает напряжение для бесперебойной работы динамика. А на его вторичной обмотке сопротивление всего несколько десятков Ом.
• Для безопасности. Трансформатор создает гальваническую развязку между сетью и источником питания. Это последняя линия безопасности в блоке питания, если что-то пойдет не так. Будет время взорвать предохранитель. Или катушки и магнитопровод расплавятся, но потребитель не получит нагрузку на сеть. Он физически не подключен к сети 220 В. Связь происходит только с помощью магнитного поля (взаимной индукции). А если трансформатор рассчитан на 100 Вт, он сможет выдавать только 100 Вт.

Таким образом, потребитель будет защищен от опасных сильных токов. Вот почему бестрансформаторные блоки питания считаются опасными.

• Деталь оружия. В электрошокерах используются высокие напряжения. И им помогает форматирование трансформатора высокого напряжения. Он также используется в некоторых конструкциях пушек Гаусса.

Вопросы об устройстве трансформатора

-Почему расстояние между катушками минимизировано?
Это сделано для лучшего контакта с магнитными полями. Если зазор велик, КПД трансформатора будет низким.

— Можно ли сделать трансформатор без сердечника с такой же мощностью, как у сердечника?
Да, но тогда вам нужно увеличить количество оборотов, чтобы увеличить магнитный поток. Например, с сердечником обмотки могут иметь несколько тысяч витков. А без сердечника придется увеличивать магнитный поток за счет катушек. А количество витков будет несколько десятков тысяч. Это не только увеличивает размер катушек, но также снижает их эффективность и увеличивает вероятность перегрева.

-Можно ли понижающий трансформатор подключать как повышающий?
Если у вас есть трансформатор, понижающий напряжение сети с 220 В до 12 В, вы можете подключить его как повышающий. То есть можно подать на него переменное напряжение 12 В на вторичную обмотку и получить повышение на первичной 220 В.

-Что произойдет, если на вторичную обмотку понижающего трансформатора будет подано сетевое напряжение?
Тогда обмотка сгорит. Его сопротивление, количество витков и сечение провода не рассчитаны на такие напряжения.

-Можете ли вы сделать трансформер своими руками в домашних условиях?
Да, вполне реально. И этим занимаются многие радиолюбители и электронщики. А некоторые даже зарабатывают на продаже готовой продукции. Но стоит помнить, что это долгая, трудная и непростая работа. Нам нужны качественные материалы. Это железо для трансформаторов, медные эмалированные провода различного сечения, изоляционные материалы.

Все материалы должны быть качественными. Если медный провод плохо изолирован, возможно короткое замыкание между витками, что неминуемо приведет к перегреву. И для начала нужно рассчитать все параметры будущего трансформатора. Это можно сделать с помощью различных программ, доступных в Интернете.

К тому же это долгие часы сборки. Особенно если вы решили намотать тороидальный трансформатор.

намотывать витки необходимо плотно и равномерно, записывать каждые десять, чтобы не запутаться и не изменить характеристики будущего преобразователя или блока питания.

-Что будет, если включить трансформатор без сердечника?
Поскольку трансформатор изначально рассчитывался с сердечником, он не сможет полностью преобразовать напряжение. То есть на вторичке что-то будет, но явно не те параметры. А если подключить нагрузку к обмоткам без сердечника, они быстро нагреваются и сгорают.

Неисправности трансформаторов

Основные отказы трансформатора включают:

• Коррозия и ржавчина на сердечнике;
• Перегрев и выход из строя изоляции;
• Короткое замыкание между витками;
• Деформация корпуса, обмоток и сердечника
• Попадание воды в обмотку.

Как проверить на целостность

Трансформатор можно проверить обычным мультиметром. Установите измеритель в режим измерения сопротивления и проверьте обмотки.

Они никогда не должны быть на обрыве. Если нигде нет обрывов, можно определить первичную и вторичную обмотки, измерив сопротивление. Первичная обмотка понижающего трансформатора будет иметь более высокое сопротивление, чем вторичная. Все это связано с количеством кругов. Чем больше количество витков и чем меньше диаметр провода, тем больше сопротивление обмотки.

Вы также можете найти паспорт на свой трансформатор. Указывает сопротивления обмоток и их параметры, которые нужно будет проверить мультиметром.

Безопасная проверка работы трансформатора

Если вы решили намотать трансформатор или проверить старый, обязательно подключите лампочку в разрыв цепи (последовательно!). Если что-то пойдет не так, свет включится и будет принимать ток на себя и сможет спасти неисправный трансформатор.

Итог

Трансформаторы используются во многих местах. Их конструкция разная и для каждой задачи по-своему уникальна.

Интересные факты про трансформаторы

Трансформатор — самый эффективный преобразователь. Его КПД (КПД) может достигать 99% (силовые трансформаторы). Но для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) КПД обычно не более 30%.

Наиболее производительным, но в то же время сложным в изготовлении является тороидальный трансформатор. Он эффективен благодаря расположению катушек и магнитной цепи. Это усложняет производственный процесс, особенно в промышленных масштабах.

Все про резисторы

Устройство трехфазного силового трансформатора

Основными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотка. Магнитопровод собирается из листов электротехнической стали толщиной 0,3-0,5 мм. Листовая изоляция — это покрытие листа пленкой краски с двух сторон. Магнитопровод разделен на стержни и ярмо. Стержень — это вертикальная часть магнитопровода, на которой крепится обмотка. Ярмо — это горизонтальная часть, закрывающая магнитный поток.

Трехфазные трансформаторы часто изготавливают с тремя стержнями (стержневого типа), на которых расположены три обмотки. Соединение стержней и коромысел бывает двух типов: стыковое и прокатное. Стыковое соединение — ярмо и стержни скрепляются соединительными деталями, при этом удобно снимать обмотки. При многослойном соединении ярмо и стержни собираются из стальных листов внахлест, в этом случае магнитное сопротивление магнитной цепи уменьшается за счет уменьшения воздушного зазора. Кроме того, механическая прочность ламинированного соединения выше, чем у стыкового соединения.

Обмотки трансформатора выполняются с медными жилами круглого или квадратного сечения. Изоляция — кабельная бумага или хлопковая нить.

Магнитопровод с баком заземлен, для безопасности в случае обрыва обмотки.

В масляных трансформаторах магнитопровод с одной обмоткой опускается в бак, заполненный трансформаторным маслом. Масло отводит тепло от обмоток. Характеристики масла лучше, чем у воздуха, поэтому размеры масляного трансформатора и сухого трансформатора одинаковой мощности более выгодны, чем масляного трансформатора.

По мере изменения климатических условий уровень масла может меняться. Это происходит не в баке трансформатора, а в специальном расширителе, который представляет собой сосуд на крышке бака, сообщающийся с ним.

В ненормальных условиях, таких как короткое замыкание, давление масла может измениться из-за попадания газа в масло. Сливной шланг используется для сброса этого давления на трансформаторы. Сверху трубки находится стеклянная пластина. По мере увеличения давления пластина расширяется, и давление в трансформаторе сбрасывается.

На мощных трансформаторах предусмотрено газовое реле. Когда давление увеличивается из-за выброса газа (например, при коротком замыкании внутри трансформатора), реле срабатывает, и отправляется сигнал на размыкание переключателя. Затем трансформатор отключается от сети.

Подключение обмоток к сети происходит через вводы трансформатора. Они бывают различных моделей: с основной изоляцией фарфоровой крышки, проходными отверстиями для конденсаторов, с изоляцией из пергаментной бумаги, полимера, SF6, масляного барьера.

В трансформаторах можно изменять количество витков обмотки (группы соединения обмоток). Для этого используются устройство РПН (переключатель скорости без напряжения) и устройство РПН (управление скоростью нагрузки).

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

Источником питания трансформатора тока является сам ток. Если он не пройдет через обмотки, это устройство быстро выйдет из строя. Блок питания для трансформатора напряжения является источником напряжения и не будет работать даже при более высоких нагрузках по току.

Разница между приборами в разных электрических величинах и схемах переключения.

Проверка резистора мультиметром

Расположение магнитной цепи

Трехфазные линейные трансформаторы подразделяются на симметричные трансформаторы магнитной цепи и асимметричные трансформаторы магнитной цепи. Расположение стержней в одной плоскости приводит к тому, что магнитное сопротивление для потока промежуточной фазы ниже, чем для потоков крайних фаз.

Фактически, магнитные потоки крайних фаз проходят немного более длинные пути, чем поток промежуточной фазы. Кроме того, поток крайних фаз, покидая свои стержни, полностью проходит в одной половине ярма и только в другой половине (после разветвления в центральный стержень) проходит его половину. Поток центральной фазы на выходе из вертикального стержня сразу разветвляется на две половины, поэтому только половина потока центральной фазы проходит в обе части ярма.

Следовательно, потоки крайних фаз насыщают ярмо в большей степени, чем поток промежуточной фазы, и поэтому магнитное сопротивление для потоков крайних фаз больше, чем поток промежуточной фазы.

Следствием неравенства магнитных сопротивлений потоков разных фаз трехфазного трансформатора является неравенство токов холостого хода в отдельных фазах при одном и том же фазном напряжении. Однако при невысокой железонасыщенности ярма и хорошей сборке катанки это неравенство токов незначительно.

Поскольку конструкция трансформаторов с асимметричной магнитной цепью намного проще, чем конструкция трансформатора с симметричной магнитной цепью, первые трансформаторы оказались преимущественно использованными. Симметричные трансформаторы магнитопровода встречаются редко.

Основные виды устройства

Бронированные трансформаторы — это основная группа трехфазных трансформаторов. Трехфазный бронированный трансформатор можно рассматривать как состоящий из трех однофазных бронированных трансформаторов, соединенных между собой ярмами. Его можно разделить на три однофазных бронированных трансформатора, каждый из которых может быть замкнут в своей магнитной цепи.

В стержневых трансформаторах обмотки почти полностью открыты и поэтому более доступны для осмотра и ремонта, а также для охлаждающей жидкости. Есть ряд преимуществ и недостатков выбора типа трансформатора.

Плюсы и минусы бронированных трансформаторов перед линейными трансформаторами.

Коммутация устройств осуществляется по разным схемам подключения обмоток. Трехфазные групповые трансформаторы используются при наличии очень высоких мощностей, начиная от 630 кВА на фазу.

Использование группового трансформатора в таких условиях целесообразно, так как габариты и вес изделия значительно ниже, чем у аналогичного агрегата, работающего на полной мощности группы.

Кроме того, при использовании одного трансформатора для обеспечения запаса мощности необходимо установить другое аналогичное устройство, а в групповом трансформаторе одна из трех однофазных может использоваться в качестве резервного.

Это определяет выбор групповых трансформаторов для исследуемых целей, несмотря на то, что они имеют меньший КПД, большие габариты и несколько дороже единичных аналогов.

Простое объяснение принципа работы трансформатора

Чтобы понять, что такое трансформатор, попробуем его собрать, попутно разбираясь в каждом шаге.

Для начала соберем электромагнит. Самый простой электромагнит — это кусок ферромагнита, например гвоздь (плетение), вокруг которого наматывается проволока. (катушка).

индуктор

Намотайте катушку, скажем, 20-30 витков на гвоздь, подключите ее к батарее или любому источнику постоянного тока (например, 9 вольт).

Когда на катушку подается ток, гвоздь улучшает свои магнитные свойства и становится постоянным электромагнитом, полной копией простого магнита.

В зависимости от количества витков, их толщины (сечения провода), напряжения и тока, материала сердечника, способа намотки (например, двухпроводного) вашей катушки вы можете отрегулировать степень магнитной силы вашего электромагнита.

А подключив обмотку, вы можете отрегулировать положение полюсов вашего электромагнита. (это важно)

Когда вы подключаете катушку к батарее к гвоздю, то есть у вашего электромагнита, как у простого магнита, два полюса, условно северный (он же плюс) и южный (он же минус).

Поднесите к своему электромагниту простой магнит с обоими полюсами. Вы увидите электромагнитное взаимодействие. Магнит будет отталкиваться вашим электромагнитом.

Теперь поменяйте провода аккумулятора по точкам, то есть с плюса на минус. В этом случае вы заметите, что электромагнит изменил направление силы — теперь, наоборот, притягивает.

Чем чаще вы переключаетесь с плюса на минус, тем чаще ваш магнит будет менять направление силы. Другими словами, электромагнит будет притягиваться и отталкиваться с частотой питающей его сети.

Северный и южный полюса магнита будут меняться друг с другом, потому что ВЫ создали переменное напряжение с вашей частотой переключения с плюса на минус.

Теперь намотайте на гвоздь вторую, точно такую ​​же катушку, и у вас получится простейший трансформатор.

Трансформатор — это устройство, которое преобразует напряжение и ток одной величины в напряжение и ток другой величины.

Первая катушка называется первичной обмоткой, а вторая катушка — вторичной обмоткой.

Итак, соберите такую ​​структуру.

• Гвоздь с двумя одинаковыми витками наверху.
• Подключите первичную обмотку к источнику питания с возможностью изменения направления тока.
• Подключите мультиметр ко второй катушке.

Теперь включите питание и начинайте менять полярность с определенной частотой. На второй катушке начнет появляться напряжение, которое передается посредством так называемой электромагнитной индукции. В результате на гвоздь воздействуют два электромагнита, вы подаете ток и напряжение на первый, а этот ток и напряжение индуцируются на втором электромагните.

Обозначение на схемах

Трансформаторы наглядно представлены на схемах подключения. Обмотки обозначены символами, которые разделены магнитной цепью в виде толстой или тонкой линии (см. Рис. 9).

В схемах трехфазных трансформаторов обмотки начинаются со стороны сердечника.

Работа понижающего трансформатора на практике

Понижающий трансформатор — это трансформатор, который выдает меньшее напряжение на выходе, чем на входе. Коэффициент трансформации (k) таких трансформаторов больше 1. Понижающие трансформаторы являются наиболее распространенным классом трансформаторов в электротехнике и электронной технике. Посмотрим, как это работает на примере трансформатора 220 В -> 12 В .

Итак, перед нами простой однофазный понижающий трансформатор.

именно на нем мы будем проводить различные эксперименты.

Подключаем красную первичную обмотку к сети 220 Вольт и замеряем напряжение на вторичной обмотке трансформатора без нагрузки. 13, 21 вольт, хотя трансформатор говорит, что он должен выдавать 12 вольт.

Теперь подключаем нагрузку ко вторичной обмотке и видим, что напряжение упало.

Интересно, какую силу потребляет наша лампа накаливания? Вставляем мультиметр в разрыв цепи и замеряем.

Судя по паспортной табличке, на нем написано, что он может подавать на нагрузку 400 мА, а напряжение будет 12 вольт, но, как вы можете видеть, при нагрузке, близкой к 400 мА, наше напряжение упало почти до 11 вольт. Вот вам и китайский трансформатор. Он не должен быть нагружен более 400 мА. В этом случае напряжение упадет еще больше и трансформатор будет нагреваться как утюг.

Классификации

Трансформаторы классифицируются по ряду параметров, таких как:

• Деловое свидание, встреча. Они используются: для изменения напряжения, измерения тока, защиты электрических цепей, в качестве лабораторных и промежуточных устройств.
• Способ установки. В зависимости от положения и мобильности трансформатор может быть: фиксированным, переносным, внутренним, внешним, опорным, сборным.
• Количество ступеней. Устройства делятся на одноступенчатые и каскадные.
• Номинальное напряжение. Бывают низкое и высокое напряжение.
• Изоляция обмоток. Чаще всего используется масло-бумага, сухая, составная.

Кроме того, преобразовательные устройства бывают разных типов, каждое из которых имеет свою систему классификации.

Силовой

Самый популярный — силовой трансформатор. Устройства с прямым преобразованием переменного напряжения, рассчитанные на большую мощность, востребованы в различных отраслях электроэнергетики. Применяются на линиях электропередачи напряжением 35–1150 кВ, в городских электрических сетях напряжением 6 и 10 кВ, при обеспечении конечных потребителей напряжением 220/380 В. С помощью устройств осуществляется электроснабжение поставляется для всех типов электроустановок и устройств в диапазоне от долей до сотен тысяч вольт.

Силовой трансформатор

Измерительные

Трансформаторы тока (ТТ) снижают ток до требуемых значений. Схема их работы отличается последовательным включением первичной обмотки и нагрузки. При этом вторичная обмотка, находящаяся в состоянии, близком к короткому замыканию, используется для подключения измерительных приборов, исполнительных устройств и индикаторов. С помощью ТА осуществляется гальваническая развязка, что позволяет отбрасывать шунты при измерениях.

ТТ высокого напряжения (слева) и ТТ низкого напряжения (справа)

С помощью трансформаторов напряжения (ТН) так же, как ТТ только напряжения. Помимо преобразования входных параметров, электрооборудование и его отдельные элементы защищены от высокого напряжения.

Телевизор высокого напряжения (слева) и телевизор низкого напряжения (справа)

Импульсный

Если необходимо преобразовать сигналы импульсного характера, то используются импульсные трансформаторы (ИТ). Изменяя амплитуду и полярность импульсов, устройства сохраняют их длительность и практически не меняют форму.

Автотрансформатор

В автотрансформаторах обмотки образуют цепь и взаимодействуют посредством электромагнитной и электрической связи. В отличие от преобразователей других типов, устройства могут содержать только 3 выхода, что позволяет работать с разными напряжениями. Устройства отличаются высоким КПД, что особенно актуально при небольшой разнице входного и выходного напряжения.

Однофазный (слева) и трехфазный (справа)

Без гальванической развязки представители этого типа увеличивают риск поражения нагрузкой высоким напряжением. Надежное заземление и низкий коэффициент трансформации — обязательные условия для работы устройств. Недостаток компенсируется меньшим расходом материалов при изготовлении, компактностью и массой, стоимостью.

Разделительный

Для развязывающих трансформаторов взаимодействие между обмотками исключено. Устройства повышают безопасность электрооборудования с поврежденной изоляцией.

Изолирующий трансформатор

Согласующий

Согласующие трансформаторы используются для выравнивания сопротивлений между ступенями электронных схем. Сохраняя форму волны, они действуют как гальваническая развязка.

Пик-трансформатор

С помощью пикового трансформатора синусоидальное напряжение преобразуется в импульсное. В этом случае импульсы меняют полярность с каждым полупериодом.

Сдвоенный дроссель

Особенностью двойного пускателя является идентичность обмоток. Взаимная индукция катушек делает его более эффективным, чем стандартные дроссели. Устройства используются в качестве входных фильтров в источниках питания, аудио и цифровой технике.

Двойное удушье

Сварочный

Помимо вышеперечисленного, существует понятие сварочных трансформаторов. Специализированные устройства для сварочных работ снижают напряжение домашней сети за счет увеличения силы тока, измеряемой тысячами ампер. Последнее регулируется путем разделения обмоток на секторы, что отражается на индуктивном сопротивлении.

Сварочный трансформатор