Трансформатор: виды, составные части и детали, принцип работы

Немного об этапах развития

При изготовлении трансформаторов используются свойства материалов: металлические, магнитные, неметаллические. Многие исследователи прошлого применяли свои знания и открытия для производства современного оборудования. А.Г. Столетов обнаружил петлю гистерезиса и особую структуру ферромагнитного сплава. Теория электромагнитных цепей была разработана братьями Хопкинсоны.

Электромагнитная индукция была открыта М. Фарадеем, это явление лежит в основе работы трансформатора. Первая трансформаторная схема впервые появилась в работах Генри и Фарадея в 1831 году. Но ученые еще не рассматривали устройство в качестве преобразователя переменного тока.

Французский механик в 1848 году запатентовал индукционную катушку, которая стала прототипом трансформатора. В 1876 году П. Н. Яблочков впервые изобрел трансформатор, устройство представляло собой стержень с несколькими обмотками. Трансформаторы с замкнутым сердечником были разработаны братьями Хопкинс в 1884 году.

С применением масляного охлаждения устройство стало более надежно выполнять свои функции. Устройство помещалось в керамические сосуды с маслом, что привело к повышению надежности обмоток. Русский изобретатель механики Доливо-Добровольский М.О спроектировал первый трехфазный асинхронный двигатель, трехфазную систему переменного тока и впервые изготовил трехфазный трансформатор мощностью 230 кВт, работающий от напряжения 5 В.

Силовые трансформаторы начали производить в 1928 году с открытием Московского обогатительного комбината. В начале 1900-х годов английский металлург изготовил первую тонну трансформаторной стали для производства сердечников. А в начале 30-х годов 20 века было отмечено появление магнитного насыщения на 50%, снижение гистерезисных потерь в 4 раза, увеличение магнитной проницаемости в 5 раз при совместном использовании нагрева и ламинирования.

Российский рынок силовых трансформаторов 1 — 3 габарита

Сегодня в России и странах СНГ и в Таможенном союзе действуют 25 заводов по производству силовых трансформаторов I-III габаритов, которые выпускают масляные и сухие трансформаторы различных типов, а именно:

Расположение завода Всего 25

ХК «Элеттрозавод»	г. Москва
«Трансформатор Тольятти»	забрать
ГК «Самара-Электрощит ТМ»	самара
«Электрический щит»	чехов, Московская обл
Группа компаний СВЭЛ	г. Екатеринбург
«Уралэлектротяжмаш-Гидромаш»	г. Екатеринбург
Альттранс	барнаул
«БирЗСТ»	биробиджан, Еврейская автономная область
«Подольский обогатительный комбинат»	подольск, Московская обл
«Электрофизика»	санкт-Петербург
МЕТЦ им. И. Н. Козлова	минская РБ
«ZZZ»	запорожье, Украина
«Укрэлектроаппарат»	хмельницкий, Украина
«Завод МГТ»	запорожье, Украина
АО «ТЖ»	кентау РК
«Завод NVA»	рассказово
«Люберецкий завод« Монтажавтоматика»	люберцы, Московская обл
«Реж трансформатор»	г.Реж
«Энергосапкасто»	чебоксары
«ТМС Элетро»	чехов, Московская обл
Славэнерго	ярославль
«КПМ»	санкт-Пьетробурго;
«Инвертор»	оренбург
«Производственная компания« Русский трансформатор»	лыткарино, Московская обл
Группа компаний «Руселт», ОАО «Электромаш	тула

Рынок силовых трансформаторов в России объединяет предприятия-потребители совершенно разных объемов и характера производства. Поскольку силовые трансформаторы относятся к товарам производственно-технического назначения (ПТН), целесообразно сегментировать рынок силовых трансформаторов по производственно-экономическим характеристикам. При этом четко выделяются следующие шесть групп потребителей:

1. Производственные предприятия (ГЭС, ТЭЦ, ТЭЦ, ГРЭС, ГАЭС, АЭС). Объекты Федеральной сетевой компании (подстанции магистральных электрических сетей).
2. Компания региональной торговой сети.
3. Промышленные предприятия различных отраслей (заводы, фабрики, комбайны, другие предприятия, в том числе горнодобывающие, газодобывающие). Сельскохозяйственные предприятия и садоводческие объединения. Объекты Минобороны РФ.
4. Нефтедобывающие компании.
5. Объекты жилищно-коммунального хозяйства, транспортной и социальной инфраструктуры (жилые кварталы, школы, торговые центры, больницы, аэропорты, автомагистрали, автомагистрали, речные и морские порты, речные терминалы, водонасосные станции, очистные сооружения и др.). Муниципальные электросетевые компании.
6. Сооружения железнодорожного транспорта (тяговые подстанции, станции, вокзалы).

Эта сегментация также соответствует схеме транспортировки электроэнергии от генерирующих компаний к потребителям. Подробный анализ рынка представлен в книгах «Экспертный анализ рынка силовых трансформаторов в России. Часть 1: 1-3 измерения» и «Экспертный анализ рынка силовых трансформаторов в России. Часть 2; Размер 4-8»

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.

Виды трансформаторов

Автотрансформатор

Это вариант трансформатора, принцип работы которого заключается в прямом соединении вторичной и первичной обмоток, в обмотках прослеживается электрическая и электромагнитная связь. Предусмотрено несколько клемм для подключения и приема различных напряжений в обмотке. Этот тип устройства работает с высокой эффективностью, так как преобразуется только часть мощности, что важно при небольшой разнице между входным и выходным напряжениями.

К отрицательным особенностям можно отнести отсутствие гальванической развязки (изоляционного слоя) между вторичной и первичной цепями. Автотрансформаторы используются вместо обычных устройств для подключения контуров заземления с номинальным напряжением 110 кВт, при этом коэффициент трансформации не должен превышать значение 3-4.

Положительным моментом является невысокая стоимость за счет меньшего веса стального сердечника, медных проводов, следовательно, уменьшенный вес устройства и небольшие габариты.

Силовой

Распространенное стандартное устройство для преобразования электроэнергии в сети и устройства, принимающие и использующие электроэнергию.

Трансформатор тока

Принцип работы и устройство трансформатора заключается в питании от источника электрической энергии. Наиболее актуальным является использование для уменьшения первичных индикаторов тока до значения, используемого в схемах измерения и защиты, сигнализации и управления. Во вторичной обмотке отмечаются показания тока 5 А или 1 А. Измерительные устройства подключены к вторичной обмотке, а цепь, в которой измеряется ток, подключена к первичной. Для расчета тока во второй обмотке используются показания первичной обмотки, которые делятся на коэффициент трансформации.

Трансформатор напряжения

Это устройство для преобразования показаний высокого напряжения в низкие значения в стандартных схемах, измерительных линиях и схемах релейной защиты. Устройство питается от источника электрического напряжения, изолирующего схемы логической защиты и схемы измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсного действия

Устройство предназначено для преобразования импульсных сигналов с минимальным искажением формы и длительностью до десятков микросекунд. Он в основном используется для передачи прямоугольного импульса (самый крутой и передний срез, колебания примерно постоянной амплитуды). Он служит для преобразования коротких видеоимпульсов, постоянно повторяющихся, основная задача — передать преобразованные импульсы в их первоначальном и неискаженном виде. На выходе обмоток необходимо получить одинаковую форму импульса напряжения, но иногда меняется полярность или амплитуда.

Разделительный тип

В этом устройстве первичная и вторичная обмотки никак не связаны. Трансформатор используется для повышения безопасности подключения к электрическим сетям, при одновременном контакте с токоведущими и заземленными частями. Защищает от одновременного контакта с частями, которые не находятся под действием тока, но которые могут оказаться под ними из-за нарушения изоляции. Агрегаты предназначены для гальванической развязки (развязки) электрических цепей.

Пик-трансформатор

Он используется для преобразования синусоидального тока в импульсное напряжение с полярностью, которая изменяется каждые полупериод.

Сдвоенный дроссель

Индуктивный или счетчик-фильтр с двойной индуктивностью — это тип устройства, в котором используются две обмотки. Из-за взаимной индукции катушки она действует более эффективно, чем одиночная индуктивность. Он используется в качестве входного фильтрующего устройства перед источниками питания, в схемах дифференциальных цифровых сигналов и в технике со звуком.

Броневой трехфазный

Выпускаются две разные базовые модели:

• штырь;
• бронированный.

Обе конструкции не меняют производительность и надежность устройства, но при производстве есть существенные отличия:

• стержневой тип включает сердечник и обмотки, если смотреть на конструкцию, сердечник скрыт за обмотками, видны только нижнее и верхнее ярма, ось обмоток вертикальна;
• на виде якоря устройства присутствует сердечник в виде обмоток, при этом видно, что сердечник скрывает за собой часть обмоток трансформатора, оси обмоток могут располагаться как в вертикальном, так и в горизонтальном положении.

Номинальная мощность, напряжение и ток

Номинальная — мощность, с которой работает трансформатор в определенном классе точности и в соответствии с ГОСТом. Выражается в вольтах, амперах. Допускаются незначительные отклонения мощности, но не выше нормируемых значений.

Важно! Во избежание увеличения погрешности вторичной нагрузки общее потребление измерительного прибора и обмоток реле не должно превышать номинальную мощность трансформатора. Номинальную мощность можно узнать в паспорте на агрегат или на панели приборов.

Номинальный порог напряжения трансформатора 10 кВ.

Разница в зависимости от мощности электроприборов бывает:

• электроснабжение потребителей электроэнергии — 3-6,3 кВ;
• большие электродвигатели — до 1000В.

Мощность трехфазного трансформатора вычитается по формуле: — S = квадратный корень из цифры 3 UIU — номинальное межфазное напряжение, В; / — ток в одной фазе, А. Коэффициенты рабочих токов в обмотках при рабочем режиме трансформатора не должны быть выше номинальных. Даже при кратковременных перегрузках в масле и сухом приводе до определенных пределов (2,5 -3%) приемлемы.

Техника безопасности

Во время эксплуатации необходимо соблюдать определенные правила:

• при появлении на корпусе трещин, шума или вибрации автотрансформатор сразу отключается;
• запрещается оставлять без присмотра оборудование, за которым требуется постоянный контроль;
• не подключайте двигатель, мощность которого на 70% превышает мощность автотрансформатора;
• эти устройства нельзя использовать открытыми, закрытыми, закрытыми вентиляционными отверстиями, другим оборудованием или помещенными на них предметами.

При ремонте автотрансформатора или устройства, которое его включает, обязательно отключитесь от сети.

Область применения

Заземление приборов осуществляется с помощью нейтрального провода. Одновременный контакт фазы и нулевой цепи потребителем тока приводит к замыканию цепи и травмам. Подключение через разделительный трансформатор позволяет защитить человека, так как вторичная обмотка не касается земли.

Импульсные агрегаты используются при передаче прямоугольных импульсов и преобразовании коротких сигналов под нагрузкой. На выходе полярность и амплитуда тока меняются, но напряжение остается прежним.

Измерительное оборудование постоянного тока представляет собой магнитный усилитель. Направленное движение электронов малой мощности помогает изменять переменное напряжение. Выпрямитель обеспечивает постоянную энергию и зависит от значений поступающей электроэнергии.

Силовые агрегаты широко применяются в генераторах малых габаритов, мощность, показатели в дизельных двигателях имеют средние значения. Трансформаторы устанавливаются последовательно с нагрузкой, устройство подключается к источнику от первичной обмотки, вторичная цепь обеспечивает преобразованную энергию. Выходной ток прямо пропорционален нагрузке. Если генератор трехфазный, используется устройство с 3 магнитными стержнями.

Инвертирующие блоки имеют транзисторы одинаковой проводимости и усиливают только часть выходного сигнала. Для полного преобразования напряжения на оба транзистора подается импульс.

Соответствующее оборудование используется для подключения к электронным устройствам с высоким входным и выходным импедансом нагрузки с низкими электрическими диапазонами. Блоки полезны в высокочастотных линиях, где разница в размерах приводит к потерям энергии.

Посмотрите это видео на YouTube

Проверка резистора мультиметром

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 коромысла бывает двух типов: стыковое и катаное. 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. Утеплитель — 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.

При изменении 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 повышается 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, через конденсаторы, с масляно-бумажной, полимерной, элегазовой изоляцией, масляным барьером.

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).

Основные составляющие

Они включают:

• магнитная система (сердечник, магнитопровод);
• обмотки;
• система охлаждения.

Магнитная система

он состоит из элементов в одном наборе, чаще всего используются пластины из ферромагнитного материала или электротехнической стали, которые собираются в определенную геометрическую форму. Его выбор определяется локализацией внутри него магнитного поля основного трансформатора. Система магнитного воздействия одновременно со всеми узлами, элементами и деталями для соединения деталей в общую конструкцию называется каркасом трансформатора.

Часть магнитной системы, в которую входят основные обмотки, называется стержнем. Другая часть магнитного набора, на которой нет рабочих обмоток, и используется для подключения магнитопровода, носит название ярма. В зависимости от того, как расположены аукционы, они делятся:

• плоская система, в которой продольные стержни и коромысла находятся в одной плоскости;
• космическая система предусматривает иное планарное расположение сердечников и ярм;
• симметричная система имеет ту же форму и длину, что и стержни, а их положение относительно ярм стандартно для всех элементов;
• асимметричная система, в которой все стержни различаются по форме и размеру, а их расположение не отличается симметрией и отличается от других элементов.

Обмотки

Основным конструктивным элементом обмотки является катушка, которая представляет собой серию проводников, соединенных параллельно (в многопроволочном варианте сердечника), когда-то покрывающих часть магнитопровода. Ток контура вместе с током других витков, проводников и частей трансформатора создает магнитное поле трансформатора, в котором индуцируется сила, приводящая в движение ток под действием магнитного поля.

Обмотка — это общее количество витков, которые образуют электрическую цепь для добавления ЭДС в витки. Трехфазный трансформатор имеет серию обмоток из трех рабочих фаз. Проводник обычно квадратный, для увеличения площади его делят на два или более токопроводящих стержня. Этот метод помогает уменьшить вихревые токи и упрощает обращение с обмоткой. Квадратный проводник называется проводником. В качестве обмотки используется транспонированный кабель.

Утепление выполняется оберточной бумагой или краской на эмалевой основе. Два параллельных жилы могут быть выполнены в единой изоляции, такой набор называется кабелем. Чтобы понять, как работает трансформатор, необходимо знать разделение по типу обмоток. В зависимости от назначения обмотки бывают:

• основные, принимающие преобразованную энергию или отводящие переменный ток;
• регулирующие предназначены для нормализации коэффициента напряжения при малых показаниях тока в обмотках;
• вспомогательные предназначены для питания собственных нужд мощностью ниже номинальной мощности трансформатора, намагничивания магнитной системы постоянным током.

В зависимости от исполнения обмотки делятся:

• обыкновенный — повороты выполняются по всей длине в направлении оси, последующие витки заворачиваются плотно, без зазоров;
• винтовые — имеют многослойное перекрытие, предусмотрены расстояния между витками или обмотками;
• обмотки дисков содержат диски, соединенные последовательно, при этом в центре каждой намотана обмотка в виде спирали;
• фольга обмотки состоит из листа алюминия или меди разной толщины.

Бак для охлаждения

Обеспечивает резервуар для масла, защищает активный ингредиент и служит держателем для устройств управления и аксессуаров. Перед добавлением масла из резервуара откачивают воздух, чтобы обеспечить безопасную диэлектрическую прочность изоляции. Во время производства звуковые частоты сердечника трансформатора и элементов резервуара должны совпадать.

В конструкции предусмотрены дополнительные параметры расширения масла в условиях нагрева, иногда это дополнительный расширительный бак. При увеличении номинальной мощности трансформатора токи внутри и снаружи приводят к перегреву конструкции. Аналогичным образом действует магнитный поток, рассеянный внутри резервуара. Для уменьшения негативного воздействия вставки изготовлены из немагнитных материалов, окружая ими сильноточные изоляторы.

Режимы работы

Холостой ход (ХХ)

Такой порядок работы осуществляется путем размыкания вторичной сети, после чего ток внутри нее прекращается. В первичной обмотке протекает ток покоя, составляющим его элементом является ток намагничивания.

Когда вторичный ток равен нулю, индукционная электродвижущая сила в первичной обмотке полностью заменяет напряжение источника питания, и поэтому, когда токи нагрузки теряются, ток, протекающий через первичную обмотку, соответствует по величине току намагничивания.

Функциональное назначение трансформаторов без нагрузки — определение их важнейших параметров:

• Эффективность;
• индикатор трансформации;
• потери в магнитопроводе.

Режим нагрузки

Режим характеризуется работой устройства при подаче напряжения на входы первичной цепи и подключении нагрузки во вторичной. Ток нагрузки проходит через «вторичную», а в первичную — полный ток нагрузки и ток холостого хода. Этот режим работы считается преобладающим для устройства.

На вопрос, как работает трансформатор в основном режиме, отвечает основной закон индукции ЭДС. Принцип заключается в следующем: приложение нагрузки к вторичной обмотке вызывает образование магнитного потока во вторичной цепи, который формирует ток электрической нагрузки в сердечнике. Он направлен в направлении, противоположном его току, который создается первичной обмоткой. В первичной цепи не соблюдается паритет электродвижущих сил поставщика электроэнергии и индукции; в первичной обмотке электрический ток увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не вернется к исходному значению.

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).Пример обозначения

В схемах трехфазных трансформаторов обмотки начинаются со стороны сердечника.

Конструкция

Устройство трансформатора предполагает наличие одной или нескольких отдельных катушек (ленты или проволоки), которые находятся под одним магнитным потоком, намотанным на сердечник ферромагнетика.

 

Наиболее важными конструктивными частями являются следующие:

• обмотка;
• рамка;
• магнитопровод (сердечник);
• система охлаждения;
• система утепления;
• дополнительные части, необходимые в защитных целях, для установки, обеспечивающие доступ к выходящим частям.

В приборах чаще всего можно увидеть обмотки двух типов: первичная, на которую подается электрический ток от стороннего источника питания, и вторичная, с которой снимается напряжение.

Сердечник обеспечивает лучший обратный контакт обмоток, имеет пониженное сопротивление магнитному потоку.

Некоторые типы сверхвысоких и высокочастотных устройств являются продуктами без сердечника.

Производство устройств организовано по трем основным схемам намотки:

• бронированный;
• тороидальный;
• базовый.

Устройство стержневых трансформаторов подразумевает намотку обмотки на сердечник строго горизонтально. В бронированных устройствах он заключен в магнитную цепь, расположенную горизонтально или вертикально.

Надежность, производительность, конструкция и принцип действия трансформатора приняты без какого-либо влияния принципа его изготовления.

Технические характеристики

Важная особенность — коэффициенты трансформации. Они показывают зависимость выходного напряжения от соотношения витков в обмотках. Коэффициент трансформации является основным параметром для расчета.

Еще одна важная особенность трансформатора — его КПД. В некоторых устройствах этот показатель составляет 0,9 — 0,98, что характеризует незначительные потери паразитных магнитных полей. Мощность P зависит от площади S участка магнитопровода. По значению S при расчете параметров трансформатора определяется количество витков в катушках: W = 50 / S.

На практике мощность выбирается исходя из ожидаемой нагрузки с учетом потерь в сердечнике. Мощность вторичной обмотки Pn = Un × In, а мощность первичной обмотки Pc = Uc × Ic. В идеале Pn = Pc (если пренебречь потерями в сердечнике). Таким образом, k = Uc / Un = Ic / In, т.е токи в каждой из обмоток имеют обратно пропорциональную зависимость от их напряжений и, следовательно, от числа витков.

Расшифровка основных параметров

Разнообразие конструкции и широкий диапазон параметров трансформаторов привели к необходимости их маркировки по специальному стандарту. Без технического описания характеристики устройства можно определить по информации, напечатанной на его поверхности и выраженной в буквенно-цифровом коде.

Маркировка силового трансформатора содержит 4 блока.

Расшифруем первые три блока:

Расшифровка маркировки: 1,2,3 блока

1. За автотрансформаторами стоит первая буква «А». При его отсутствии буквы «Т» и «О» соответствуют трехфазным и однофазным трансформаторам.
2. Наличие буквы «П» дополнительно сообщает об устройствах с разделенной обмоткой.
3. Третья буква означает охлаждение, буква «М» присвоена системе естественного охлаждения масла. Естественное воздушное охлаждение обозначается буквой «С», масляное охлаждение с принудительным воздушным охлаждением обозначается буквой «D», с принудительной циркуляцией масла — «С». Комбинация «DC» указывает на наличие принудительной циркуляции масла с одновременным вдуванием воздуха.
4. Трехобмоточные преобразователи маркируются буквой «Т.
5. Последний знак характеризует характеристики трансформатора:

• «N» — устройство РПН (регулирование напряжения под нагрузкой);
• вакуум — переключение без возбуждения;
• «Г» — молниезащитный.

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: стационарный, переносной, внутренний, внешний, опорный, сборный.
• 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

Чаще всего используется 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, для питания конечных потребителей напряжением 220 / 380В. С помощью устройств подаются питание на всевозможные электроустановки и устройства 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.

Двойной стартер

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 сектора, что отражается на индуктивном сопротивлении.

Сварочный трансформатор

Ремонт и защита силового трансформатора тока

отремонтировать силовой трансформатор довольно сложно. Этот процесс не только трудоемкий, но и дорогостоящий. Этот процесс должен выполняться только опытным специалистом. Если в его конструкции есть неправильные соединения, это может поставить под угрозу вашу жизнь. Есть несколько заводов, которые могут это исправить. Вот основные компании, которые могут взять на себя эту работу:

• Сименс.
• РАСКРЫТЬ.
• ABB.

В силовом трансформаторе должна быть предусмотрена дифференциальная защита. Считается более эффективной, чем релейная защита. Чтобы надежно защитить современные силовые трансформаторы, вы можете использовать специальную программу Transformer Designer.

Дифференциальное реле должно сравнивать мощность первичного и вторичного тока. Если в трансформаторе возникает дисбаланс, реле активирует и защищает балласты. Вторичная обмотка должна быть подключена к токовой катушке реле. Защита трансформатора должна быть пропорциональна смещению и / или отклонению дифференциального коэффициента тока.

Самостоятельно намотать трансформатор. Обмотка должна содержать ровный слой обмотки. Провод нужно вывести обратно через розетку. Между слоями обмотки необходимо установить ватные полоски, которые будут использоваться от перегрева. Также можно следить за повышением температуры с помощью специальной жидкости, которая пропитает слой утеплителя. Монтаж силового трансформатора должны производить только опытные электрики. Многие производители трансформаторов опасаются, что смогут самостоятельно определить причину выхода из строя. Неисправность можно определить с помощью релейной защиты.

Конструктивные особенности трансформаторов

Конструкция устройства основана на вторичной и первичной обмотках, сердечнике из ферромагнитного сплава (обычно закрытого типа). Обмотки размещены на магнитном проводе, они индуктивно связаны между собой. Благодаря наличию магнитного блока аккумулируется значительная часть магнитного поля и повышается КПД устройства. Сама магнитопровод представляет собой комплекс металлических пластин, покрытых изоляцией. Изоляция необходима для предотвращения возникновения вихревых токов в сердечнике.

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 у вас есть два электромагнита, работающие на гвозде, вы подаете ток и напряжение на первый, и этот ток и это напряжение индуцируются на втором электромагните.

Уравнения идеального трансформатора

В таком трансформаторе силовые линии проходят через все ветви первичной и вторичной обмотки. Это означает отсутствие вихревых течений и потерь энергии. Магнитное поле меняется, но генерирует одинаковую ЭДС во всех катушках, поэтому оно становится прямо пропорциональным их общему количеству.

Энергия, когда она исходит из первичного контура, превращается в магнитное поле, а затем поступает во вторичный контур.

Формула уравнения идеального трансформатора: P1 = I1 • U1 = P2 = I2 • U2:

• R1 — коэффициент мощности на входе от первой цепи к трансформатору;
• R2 — коэффициент преобразованной мощности, поступающей во вторичную цепь.

Если вы увеличите напряжение на концах вторичной обмотки, уровень тока первичной цепи снизится. Согласно уравнению — U2 / U1 = N2 / N1 = I1 / I2 преобразование сопротивления одной цепи в сопротивление другой возможно только путем умножения значения на квадрат отношения.

Трансформаторы напряжения

Это, пожалуй, самый большой тип трансформаторов в семействе. Вкратце, их основная функция — сделать энергию, производимую на заводах, доступной для потребления различными устройствами. Для этого существует система передачи энергии, состоящая из трансформаторных подстанций и повышающих и понижающих линий электропередачи.

Изначально вырабатываемая станцией электроэнергия подается на трансформаторную подстанцию ​​(например, от 12 до 500 кВ). Это необходимо для компенсации неизбежных потерь электроэнергии при передаче на большие расстояния.

Следующая ступень — это понижающая подстанция, с которой электроэнергия по низковольтной линии подается на понижающий трансформатор, а затем на потребителя в виде напряжения 220 В.

Но на этом работа преобразователей не заканчивается. Большинство бытовой техники вокруг нас — компьютеры, телевизоры, принтеры, стиральные машины, холодильники, микроволновые печи, DVD-диски и даже энергосберегающие лампочки — имеют понижающие трансформаторы. Пример одиночного «карманного» трансформатора — зарядное устройство для мобильного телефона (смартфона).

Из-за огромного разнообразия современных электронных устройств и функций, которые они выполняют, существует множество различных типов трансформаторов. Это не полный список: силовые, импульсные, сварочные, изоляционные, согласующие, поворотные, трехфазные, пиковые, токовые, тороидальные, стержневые и якорные трансформаторы.