Трансформатори, їх види і призначення

1. Що таке трансформатор
2. Принцип роботи трансформатора
3. Режими роботи трансформатора
4. види трансформаторів
5. Рівняння ідеального трансформатора
6. магнитопровод трансформатора
7. обмотка трансформатора
8. застосування трансформаторів
9. схема трансформатора

Що таке трансформатор
Принцип роботи трансформатора
види трансформаторів
Режими роботи трансформатора
Рівняння ідеального трансформатора
магнитопровод трансформатора
обмотка трансформатора
застосування трансформаторів
схема трансформатора

Що таке трансформатор

Трансформатор являє собою пристрій, який перетворює напругу змінного струму (підвищує або знижує). Складається трансформатор з декількох обмоток (двох або більше), які намотані на загальний феромагнітний сердечник. Якщо трансформатор складається тільки з однієї обмотки, то він називається автотрансформатором. Сучасні трансформатори струму бувають: стрижневими, броньованими або тороїдальними. Всі три типи трансформаторів мають схожі характеристики, і надійність, але відрізняються один від одного способом виготовлення.

У трансформаторах стрижневого типу обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стрижневого типу обмотка включається в сердечник. У трансформаторі стрижневого типу обмотки добре видно, а з сердечника видно тільки нижня і верхня частина. Сердечник броньового трансформатора приховує в собі практично всю обмотку. Обмотки трансформатора стрижневого типу розташовані горизонтально, в той час як це розташування в броньовий трансформаторі може бути як вертикальним, так і горизонтальним.

Незалежно від типу трансформатора, до його складу входять такі три функціональні частини: магнітна система трансформатора (магнітопровід), обмотки, а також система охолодження.

На початок

Принцип роботи трансформатора

У трансформаторі прийнято виділяти первинну і вторинну обмотку. До первинної обмотці напруга підводиться, а від вторинної відводиться. Дія трансформатора засновано на законі Фарадея (законі електромагнітної індукції): що змінюється в часі магнітної потік через площадку, обмежену контуром, створює електрорушійну силу. Справедливо також зворотне твердження: змінюється електричний струм індукує змінюється магнітне поле.

У трансформаторі є дві обмотки: первинна і вторинна. Первинна обмотка одержує заживлення від зовнішнього джерела, а з вторинної обмотки напруга знімається. Змінний струм первинної обмотки створює в муздрамтеатрі змінне магнітне поле, яке, в свою чергу, створює струм у вторинній обмотці.

На початок

Режими роботи трансформатора

Існують такі три режими роботи трансформатора: холостий хід, режим короткого замикання, робочий режим. Трансформатор «на холостому ходу», коли висновки від вторинних обмоток нікуди не підключені. Якщо сердечник трансформатора виготовлений з магнітомягкого матеріалу, тоді струм холостого ходу показує, які в трансформаторі відбуваються втрати на перемагнічування сердечника і вихрові струми.

У режимі короткого замикання висновки вторинної обмотки з'єднані між собою накоротко, а на первинну обмотку подають невелика напруга, з таким розрахунком, щоб струм короткого замикання дорівнював номінального струму трансформатора. Величину втрат (потужність) можна порахувати, якщо напруга у вторинній обмотці помножити на струм короткого замикання. Такий режим трансформатора знаходить своє технічне застосування в вимірювальних трансформаторах.

Якщо підключити навантаження до вторинної обмотці, то в ній виникає струм, що індукує магнітний потік, спрямований протилежно магнітному потоку в первинній обмотці. Тепер в первинній обмотці ЕРС джерела живлення і ЕРС індукції харчування не рівні, тому струм в первинній обмотці збільшується до тих пір, поки магнітний потік не досягне колишнього значення.

Для трансформатора в режимі активного навантаження справедливо рівність:
U_2 / U_1 = N_2 / N_1, де U2, U1 - миттєві напруги на кінцях вторинної та первинної обмоток, а N1, N2 - кількість витків в первинній і вторинній обмотці. Якщо U2> U1, трансформатор називається що підвищує, в іншому випадку перед нами понижуючий трансформатор. Будь-трансформатор прийнято характеризувати числом k, де k - коефіцієнт трансформації.

На початок

види трансформаторів

Залежно від свого застосування і характеристик трансформатори бувають декількох видів. Наприклад, в електричних мережах населених пунктів, промислових підприємств застосовують трансформатори силові, основним завданням яких є зниження напруги в мережі до загальноприйнятого - 220 В.

Якщо трансформатор призначений для регулювання струму, він називається трансформатор струму, а якщо пристрій регулює напругу - то це трансформатор напруги. У звичайних мережах застосовуються однофазні трансформатори, в мережах на три дроти (фаза, нуль, заземлення) потрібен трифазний трансформатор.

Побутовий трансформатор, 220В призначається для захисту побутової техніки від перепадів напруги.

Зварювальний трансформатор призначений для поділу зварювальної і силової мережі, для зниження напруги в мережі до потрібної для зварювання величини.

Масляний трансформатор призначається для використання в мережах з напругою вище 6 000 Вольт. Конструкція трансформатора включає в себе: магнітопровід, обмотки, бак, а також кришки з вводами. Магнитопровод складається з 2 листів електротехнічної сталі, які ізольовані один від одного, обмотки, як правило, роблять з алюмінієвого або мідного дроту. Регулювання напруги проводиться за допомогою відгалуження, яке з'єднується з перемикачем.

Існує два види перемикання відгалужень: перемикання під навантаженням - РПН (регулювання під навантаженням), а також без навантаження, після того, як трансформатор відключений від зовнішньої мережі (ПБЗ, або перемикання без збудження). Більшого поширення отримав другий спосіб регулювання напруги.

Говорячи про види трансформаторів, не можна не розповісти про електронний трансформаторі. Електронний трансформатор являє собою спеціалізований джерело живлення, який служить для перетворення напруги 220В в 12 (24) В, при великої потужності. Електронний трансформатор набагато менше звичайного, при тих же самих параметрах навантаження.

На початок

Рівняння ідеального трансформатора

Для того щоб розрахувати основні характеристики трансформаторів, прийнято користуватися простими рівняннями, які знає кожен сучасний школяр. Для цього використовують поняття ідеального трансформатора. Ідеальним трансформатором називається такий трансформатор, в якому немає втрат енергії на нагрів обмоток і вихрові струми. В ідеальному трансформаторі енергія первинного кола перетворюється повністю в енергію магнітного поля, а потім - в енергію вторинної обмотки. Саме тому ми можемо написати:
P1 = I1 * U1 = P2 = I2 * U2,
де P1, P2 - потужності електричного струму в первинної та вторинної обмотці відповідно.

На початок

магнитопровод трансформатора

Магнитопровод є пластини з електротехнічної сталі, які концентрують в собі магнітне поле трансформатора. Повністю зібрана система з деталями, скріпними трансформатор в єдине ціле - це остов трансформатора. Та частина муздрамтеатру, на якій кріпляться обмотки, називається стрижнем трансформатора. Частина муздрамтеатру, яка не несе на собі обмотку і замикає магнітний ланцюг, називається ярмом.

У трансформаторі стрижні можуть розташовуватися по-різному, тому виділяють такі чотири типи магнитопроводов (магнітних систем): плоска магнітна система, просторова магнітна система, симетрична магнітна система, несиметрична магнітна система.

На початок

обмотка трансформатора

Тепер поговоримо про обмотці трансформатора. Основна частина обмотки - виток, який одноразово охоплює муздрамтеатр і в якому індукується магнітне поле. Під обмоткою розуміють суму витків, ЕРС всієї обмотки дорівнює сумі ЕРС в кожному витку.

У силових трансформаторах обмотка зазвичай складається з провідників, що мають квадратний перетин. Такий провідник по-іншому ще називається жилою. Провідник квадратного перетину використовується для того, щоб більш ефективно використовувати простір усередині сердечника. В якості ізоляції кожної жили може використовуватися або папір, або емалевий лак. Дві жили можуть бути з'єднані між собою, і мати одну ізоляцію - така конструкція називається кабелем.

Обмотки бувають наступних типів: основні, регулюючі та допоміжні. Основний називається обмотка, до якої підводиться або від якої відводиться струм (первинна і вторинна обмотка). Обмотка з висновками для регулювання коефіцієнта трансформації напруги називається регулюючої.

На початок

застосування трансформаторів

З курсу шкільної фізики відомо, що втрати потужності в проводах прямо пропорційні квадрату сили струму. Тому для передачі струму на великі відстані напругу підвищують, а перед подачею споживачеві навпаки, знижують. У першому випадку потрібні підвищувальні трансформатори, а в другому - понижуючі. Це основне застосування трансформаторів.

Трансформатори застосовуються також в схемах живлення побутових приладів. Наприклад, в телевізорах застосовують трансформатори, що мають кілька обмоток (для харчування схем, транзисторів, кінескопа, і т.д.).

На початок

схема трансформатора

1. Ізоляція трансформатора на основі безматрічний вакуумного просочення і працює в середовищі з високою вологістю повітря і в хімічно агресивною атмосфері.
2. Мінімальна виділення енергії горіння (наприклад, 43 кг для трансформатора 1600 кВА відповідають 1,1% ваги). Інші ізоляційні матеріали є практично негорючими, самозатухаючим і не містять будь-яких токсичних добавок.
3. Стійкість трансформатора до забруднень завдяки конвекційним самоочисним дискам обмотки.
4. Велика довжина витоку по поверхні дисків обмотки, які створюють ефект ізоляційних бар'єрів.
5. Стійкість трансформатора до температурної ударного навантаження навіть при вкрай низьких температурах (-50 ° С).
6. Керамічні блоки прокладки (без можливості загоряння) між дисками обмотки.
7. Ізоляція провідників скло-шовк.
8. Безпека експлуатації трансформатора завдяки спеціальній структурі обмотки Вплив напруги на ізоляцію ніколи не перевищує напруга ізоляції (не більше 10 В). Часткові розряди в ізоляції фізично неможливі.
9. Охолодження трансформатора забезпечується вертикальними і горизонтальних каналах охолодження, а мінімальна товщина ізоляції забезпечують можливість роботи трансформатора при великих короткочасних перевантаженнях в захисному корпусі IP 45 без примусового охолодження.
10. Ізоляційний циліндр зроблений і практично негорючого і самозагасаючого матеріалу, армованого скловолокном.
11. Обмотка низької напруги з стандартного дроти або фольги; в якості матеріалу обмотки використовується мідь.
12. Динамічна стійкість трансформатора до коротких замикань забезпечується керамічними ізоляторами.

На початок