Трансформаторы назначение устройство и принцип действия

Простейший трансформатор представляет собой устройство, состоящее из стального сердечника и двух обмоток (рис. 1). При подаче в первичную обмотку переменного напряжения, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС той же частоты. Если ко вторичной обмотке подключить некоторый электроприемник, то в ней возникает электрический ток и на вторичных зажимах трансформатора устанавливается напряжение, которое несколько меньше, чем ЭДС и в некоторой относительно малой степени зависит от нагрузки. Отношение первичного напряжения ко вторичному (коэффициент трансформации) приблизительно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.

Рис. 1. Принцип устройства однофазного двухобмоточного трансформатора. 1 первичная обмотка, 2 вторичная обмотка, 3 сердечник. U1 первичное напряжение, U2 вторичное напряжение, I1 первичный ток, I2 вторичный ток, Ф магнитный поток

Простейшие условные обозначения трансформаторов изображены на рис. 2; для наглядности разные обмотки трансформатора можно, как и на рисунке, представить разными цветами.

Рис. 2. Условное обозначение трансформатора в подробных (многолинейных) схемах (a) и в схемах электрических сетей (b)

Трансформаторы могут быть одно- или многофазными, а вторичных обмоток может быть больше одной. В электрических сетях обычно используются трехфазные трансформаторы с одной или двумя вторичными обмотками. Если первичное и вторичное напряжения относительно близки друг другу, то могут использоваться и однообмоточные автотрансформаторы, принципиальные схемы которых представлены на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальные схемы понижающего (a) и повышающего (b) автотрансформаторов

Важнейшими номинальными показателями трансформатора являются его номинальные первичное и вторичное напряжения, номинальные первичный и вторичный ток, а также номинальная вторичная полная мощность (номинальная мощность). Трансформаторы могут изготовляться как на весьма малую мощность (например, для микроэлектронных цепей), так и на очень большую (например, для мощных энергосистем), охватывая диапазон мощностей от 0,1 mVA до 1000 MVA.

Потери энергии в трансформаторе – обусловленные активным сопротивлением обмоток потери в меди и вызванные вихревыми токами и гистерезисом в сердечнике потери в стали – обычно настолько малы, что кпд трансформатора, как правило, выше 99 %. Несмотря на это, тепловыделение в мощных трансформаторах может оказаться настолько сильным, что необходимо прибегать к эффективным способам теплоотвода. Чаще всего активная часть трансформатора размещается в баке, заполненном минеральным (трасформаторным) маслом, который, при необходимости снабжается принудительным воздушным или водяным охлаждением. При мощности до 10 MVA (иногда и выше) могут применяться и сухие трансформаторы, обмотки которых обычно залиты с эпоксидной смолой. Основные преимущества сухих трансформаторов заключаются в более высокой огнебезопасности и в исключении течи трансформаторного масла, благодаря чему они могут без препятствий устанавливаться в любых частях зданий, в том числе на любом этаже. Для измерения переменных тока или напряжения (особенно в случае больших токов и высоких напряжений) часто используются измерительные трансформаторы.

Устройство трансформатора напряжения по своему принципу не отличается от силовых трансформаторов, но работает он в режиме, близком к холостому ходу; коэффициент трансформации в таком случае достаточно постоянен. Номинальное вторичное напряжение таких трансформаторов обычно равно 100 V. Вторичная обмотка трансформатора тока в идеальном случае короткозамкнута и вторичный ток в таком случае пропорционален первичному. Номинальный вторичный ток обычно составляет 5 A, но иногда может быть и меньше (например, 1 A). Примеры условных обозначений трансформаторов тока приведены на рис. 4.

Рис. 4. Условное обозначение трансформатора тока в развернутых схемах (a) и в однолинейных схемах (b)

Первым трансформатором может считаться изготовленное Майклом Фарадеем (Michael Faraday) индукционное кольцо (англ. induction ring), состоящее из кольцевого стального сердечника и двух обмоток, при помощи которого он 29 августа 1831 года открыл явление электромагнитной индукции (рис. 5). Во время быстрого переходного процесса, возникающего при включении или отключении первичной обмотки, соединенной с источником постоянного тока, во вторичной обмотке индуцируется импульсная ЭДС. Такое устройство может поэтому называться импульсным или транзиентным трансформатором.

Рис. 5. Принцип устройства транзиентного трансформатора Майкла Фарадея. i1 первичный ток, i2 вторичный ток, t время

Исходя из открытия Фарадея, учитель физики колледжа города Маргнута (Margnooth) около Дублина (Dublin, Ирландия) Николас Келлан (Nicholas Callan, 1799–1864) построил в 1836 году индукционную катушку (искровой индуктор), состоящий из прерывателя и трансформатора; это устройство позволяло преобразовать постоянный ток в переменный ток высокого напряжения и вызывать длинные искровые разряды. Индукционные катушки стали быстро усовершенствоваться и в 19-м веке широко применялись при исследовании электрических разрядов. К ним могут быть отнесены и катушки зажигания современных автомобилей. Первый трансформатор переменного тока запатентовал в 1876 году живший в Париже русский электротехник Павел Яблочков, использовав его в цепях питания своих дуговых ламп. Сердечник трансформатора Яблочкова представлял собой прямой пучок стальных проволок, вследствие чего магнитная цепь была не замкнутой, как у Фарадея, а открытой, и в других установках такой трансформатор применять не стали. В 1885 году инженеры-электрики Будапештского завода Ганц и Компания (Ganz & Co.) Макс Дери (Max Deri, 172 1854–1938), Отто Титуш Блати (Otto Titus Blathy, 1860–1939) и Кароль Зиперновски (Karoly Zipernovsky, 1853–1942) изготовили трансформатор с тороидальным проволочным сердечником и заодно разработали систему распределения электроэнергии на переменном токе, основанную на применении этих трансформаторов. Трансформатор с еще лучшими свойствами, сердечник которого собирался из Е- и I-образных стальных листов, создал в том же году американский электротехник Уильям Стенли (William Stanley, 1858–1916), после чего началось быстрое развитие систем переменного тока как в Европе, так и в Америке. Первый трехфазный трансформатор построил в 1889 году Михаил Доливо-Добровольский.

Читайте также:

1. I, d – диаграмма влажного воздуха и принцип ее построения
2. I. Медико-гигиеническое воспитание, цели, задачи, принципы.
3. I. Предмет, цели, задачи, принципы специальной психологии
4. I. Предмет, цели, задачи, принципы специальной психологии
5. I.3. Основные принципы психологии.
6. II Составляющие СП, их особенности строения и взаимодействия.
7. II. Воздействия технологических факторов — агрессивные среды, технологические загрязнения, химические загрязнения, механические воздействия.
8. II. Принцип действия паровой турбины.
9. II. Принципы производственного обучения
10. III. Государственное устройство земель и княжеств в период феодальной раздробленности.
11. III. Организация вахты на мостике. Общие принципы организации вахты
12. III. Основные факторы и принципы, определяющие развитие психологии. Категориальный строй психологии.

Трансформатор – электромагнитный аппарат с двумя или более обмотками,

имеющими между собой магнитную связь, который служит для преобразования

переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения

Если первичное напряжение больше вторичного, то трансформатор называют понижающим, если первичное напряжение меньше вторичного – повышающим.

1. Для передачи и распределения электрической энергии (силовые трансформаторы).

Генераторы дают напряжение от 6 до 24 кВ, передают энергию на напряжении 110, 220, 330, 500, 750 кВ. Для повышения напряжения используют трансформаторы. При потреблении электроэнергии напряжение понижают до 220/380 В, следовательно, тоже необходимы трансформаторы. Таким образом, электроэнергия пока она доходит до потребителя обычно преобразуется 5-6 раз.

2. Для обеспечения схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на входе и выходе преобразователя (преобразовательные трансформаторы).

В вентильных преобразователях для выпрямления тока и преобразования его в переменный ток, отношение напряжения на входе и на выходе зависит от схемы включения вентилей. Следовательно, при подаче на вход стандартного напряжения на выходе будет нестандартное; поэтому нужен трансформатор.

3. Для технологических целей – сварка, питание электрических печей (печные и сварочные трансформаторы).

4. Для преобразования частоты, получения импульсных сигналов, питания цепей радиоаппаратуры, устройств связи автоматически и телемеханики электробытовых приборов.

5. Для включения измерительных приборов – преобразуют ток или напряжение (измерительные трансформаторы тока и напряжения).

• По числу фазных обмоток трансформаторы бывают однофазные, трехфазные и многофазные.

• По числу систем фазных обмоток — двухобмоточные и многообмоточные.

• По конструкции силовые трансформаторы делятся на два типа: сухие и масляные. Сухие трансформаторы охлаждаются воздухом. В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками находится в баке, заполненном трансформаторным маслом. Недостатком масла является его горючесть и, при некоторых условиях, способность образовывать с воздухом взрывоопасные смеси. Для устранения этих недостатков вместо масла используют специальные жидкости: совтол и пиранол (не окисляющиеся и химически устойчивые).

Основные элементы трансформатора – магнитная система (сердечник) с обмотками.

Магнитопровод состоит из стержней – часть, охватываемая обмотками, и ярма – участка, который связывает стержни.

Сердечник набирается из листов специальной трансформаторной стали толщиной 0,35; 0,5 мм. Для изоляции листов применяется бумага толщиной 0,03 мм и масляный лак.

Бумага дешевле лака, но имеет меньшую теплопроводность, нагревостойкость и механическую прочность.

Магнитная система бывает двух типов:

— стержневая (на каждом стержне обмотка); рис.1.2.1(а)

— броневая (все обмотки на одном стержне); рис.1.2.1(б)

В силовых трансформаторах мощностью более 100 МВА и напряжением 220 кВ применяют бронестержневые конструкции. Она получается из стержневой, если добавить два стержня, закрывающих обмотки фаз. Рис.(2.1.2)

Бронестержневые трансформаторы имеют меньшую высоту магнитопровода, что важно при транспортировке, так как в этом случае трансформатор проходит под железнодорожные габариты.

В основном выпускаются стержневые трансформаторы.

• По взаимному расположению стержней и ярм магнитные системы могут иметь плоское (рис.1.2.3 (а)) и пространственное выполнение (рис.1.2.3 (б)).

В качестве материала магнитной системы также используется холоднокатонная анизотропная текстурированная сталь марок 3413, 3404, 3403, 3406 в рулонах толщиной 0,3; 0,35; 0,5 мм. Сталь толщиной 0,3 и 0,35 мм имеет электроизоляционное покрытие.

Магнитопровод шихтуется ( т.к. при этом уменьшаются потери на вихревые токи), пластины ярма и стержней переплетаются.(рис.1.2.4)

Обычно располагают по 2-3 листа (позиции 1 и 2) в слое. Стык может быть прямым и косым. При косом стыке уменьшается длина участка магнитной цепи, на котором направление потока не совпадает с направлением проката (уменьшаются потери холостого хода)(рис.1.2.5)

Рисунок 1.2.4

Форма стержня стремится к цилиндру, следовательно, пакеты выполняются ступенями. Приближение к окружности даёт лучшее заполнение пространства обмотками, уменьшение габаритов трансформатора.

(рис.1.2.6) Рисунок 1.2.5

Сечение ярма можно выполнять без ступеней, на ярме их делают меньше. Ступени нужны, чтобы магнитный поток распределялся более равномерно. Кроме того сечение ярма выполняют на 10…15% больше, чем стержня для уменьшения тока холостого хода.

Ярмо и стержни стягиваются шпильками.

Кроме магнитной системы и обмоток в масляном трансформаторе имеются:

— бак (чугун, конструкционная сталь). Он может быть гладким (до 30 кВА) или трубчатым (до 3000 кВА), чтобы увеличить поверхность охлаждения трансформатора.

— расширитель – резервуар, частично заполненный маслом.

— маслоуказатель – располагается на расширителе, позволяет определить уровень масла. Уровень рассчитывается таким образом, чтобы при любых внешних изменениях окружающей среды, нагреве (при возрастании нагрузки) обмоток маслу было куда расширяться. Бак должен быть полностью залит трансформаторным маслом, чтобы уменьшить поверхность контактирования масла с воздухом (окисление ведет к ухудшению свойств трансформаторного масла).

— радиаторы – располагаются на баке, используются в крупных трансформаторах для увеличения поверхности охлаждения (до 10000 кВА).

— изоляторы ВН и НН – располагаются на крышке, выполняются из фарфора или керамики. Размеры зависят от мощности трансформатора. В крупных трансформаторах изоляторы могут быть маслонаполненными.

— регулятор напряжения – позволяет изменять напряжение на ±5%.

— выхлопная труба – соединяется с баком – это стальная труба со стеклянной мембраной на конце толщиной 3-5 мм. Служит для газовой защиты. Повреждение обмоток приводит к испарению масла, выделяются газы, которые выдавливают мембрану, деформации бака не происходит.

— газовое реле – осуществляет тепловую защиту трансформатора. Располагается между расширителем и баком. Перегрев способствует разрушению изоляции, следовательно, газы попадают в реле и вытесняют оттуда масло, а поплавок опускается и замыкает сигнальную цепь.

Выполняются из медного или алюминиевого провода.

Конструкция обмоток включает:

— изоляционные детали (для создания главной и продольной изоляции);

— емкостные кольца и экраны.

Основным элементом обмотки является виток, который выполняется одним проводом или группой параллельных проводов. Ряд витков на цилиндрической поверхности образуют слой.

Слой – совокупность проводников, находящихся на одном расстоянии от стержня.

• По направлению намотки обмотки делятся на правые и левые (удобнее) подобно резьбе винта.

• По способу размещения обмоток на стержне различают обмотки:

1. Концентрические – в каждом поперечном сечении окружности, имеющие общий центр. Обмотка низкого напряжения внутри, так как ее легче изолировать от стержня.(рис. 1.2.7)

2. Чередующиеся – части обмоток высшего и низшего напряжения попеременно следуют друг за другом по высоте стержня. Применяются только в специальных трансформаторах (электропечных, испытательных)(рис.1.2.8)

• По конструкции и способу намотки обмотки подраз-

1. Цилиндрические (одно- или многослойные).

2. Катушечные (непрерывные, дисковые, переплетен

3. Винтовые (одно- и двухходовые).

Рисунок 1.2.8 Основные эксплуатационные требования к обмоткам:

— электрическая прочность изоляции (изоляция должна выдерживать без повреждений перенапряжения в сети);

— механическая прочность (гарантия от механических деформаций и повреждений при таких коротких замыканиях).

— нагревостойкость (обеспечение свободной теплоотдачи) при заданном классе изоляции.

Ι. Цилиндрические обмотки

Это наиболее простая обмотка, применяется в трансформаторах до 630 кВА в качестве обмоток низкого напряжения и в масляных трансформаторах в качестве обмоток высшего напряжения до 400 кВА и напряжения до 35 кВ.

Это обмотка, состоящая из расположенного на цилиндрической поверхности слоя витков без интервалов (то есть витки наматываются по винтовой линии вдоль образующей цилиндра вплотную друг к другу)(рис.1.2.9).

Многослойная цилиндрическая обмотка состоит из двух или более концентрически расположенных слоев.

При сечении провода менее 8…10 мм 2 – обмотка многослойная из круглого провода. При больших сечениях – двухслойная из прямоугольного провода (плашмя или на ребро).

Между слоями устанавливают изоляцию из электрокартона.

ΙΙ. Винтовая обмотка

Может образовывать от 4 до 20 параллельных ветвей и используется при токах более 300…400 А. Представляет собой видоизмененную цилиндрическую обмотку и подразделяется на простую винтовую (одноходовую) – как цилиндрическая, но между двумя соседними по высоте проводниками оставляют канал, то есть расстояние, и полувинтовую – (двухходовую) – каждые два витка, кроме концевых, объединяют в одну катушку без канала (рис.1.2.10).

В винтовых обмотках для равномерного распределения тока меж- ду параллельными витками делают Рисунок 1.2.10 транспозицию (перекладку) провоников.

Тогда все проводники будут в одинаковом положении, относительно поля, и магнитный поток будет также распределяться по ним равномерно.

Сущность транспозиции – каждый из параллельных проводников в разных катушках перекладывается из одного слоя в другой так, что на всей длине обмотки этот проводник будет находиться во всех слоях, следовательно, активное и индуктивное сопротивления между началом и концом провода будут одинаковы у всех параллельных проводов.

Транспозиция бывает групповая, общая, совершенная и несовершенная (рис.1.2.11).

Совершенная – когда проводник после перекладки оказывается на том же месте.

ΙΙΙ. Катушечные обмотки.

Группу последовательно соединенных витков, намотанную в виде плоской спирали и отделенную от других таких же групп, называют катушкой, а обмотку, состоящую из ряда катушек, расположенных в осевом направлении – катушечной.

Катушечные обмотки могут быть дисковыми и непрерывными.

Дисковая обмотка состоит из ряда отдельно намотанных одинарных или двойных (спаренных) катушек, каждая из которых имеет несколько витков, намотанных один на другой по спирали.

Изоляция – кабельная бумага.

Дисковые обмотки трудоемки, широко применяются в мощных трансформаторах.

Различают одинарные или двойные дисковые катушки. В одинарных катушках количество паек в два раза больше (пайка наружных и внутренних концов). Используется прямоугольный провод. Число витков в катушке 4…25.

Замковые прокладки выполняют из электрокартона (они образуют горизонтальные каналы) и пластин (штампованных)(рис.1.2.13).

Непрерывная обмотка – ряд плоских катушек (дисков), отделенных друг от друга каналами. Особенность – катушки соединяются между собой без пайки путем особого способа перекладки одной из катушек в каждой паре.

Преимущества непрерывной обмотки:

— отсутствие разрывов при намотке;

— большая опорная поверхность, следовательно, устойчивость к осевым усилиям при коротких замыканиях;

— относительно свободный проход масла как вдоль, так и поперек поверхности (в горизонтальные каналы между катушками), следовательно, хорошее охлаждение и можно увеличить мощность обмотки;

— непрерывные обмотки могут выполняться с ответвлениями для регулирования напряжения.

Переплетенная обмотка – более сложная и трудоемкая, но обеспечивает защиту от импульсных перенапряжений для обмоток от 220 до 750 кВ. В такой обмотке порядок последовательного соединения витков отличается от последовательности их расположения в катушках. Каждая катушка наматывается двумя параллельными проводами, а затем производится соединение этих проводов по отдельной схеме. В переплетенной обмотке используются емкостные кольца (для защиты от импульсных перенапряжений), в отличие от других обмоток здесь нет необходимости в экранирующих витках.

Принцип действия трансформатора

При подключении первичной обмотки (1) трансформатора к сети с синусоидальным напряжением в обмотке возникает ток I₁, который создает синусоидальный поток Ф, замыкающийся по сердечнику. Поток Ф индуцирует ЭДС в первичной и вторичной обмотке, под действием ЭДС возникает ток I₂ и на зажимах (2) устанавливается некоторое напряжение U₂.

Результирующий поток Ф_С

Рисунок 1.2.14 создаётся током обеих обмоток.

Ф_σ1, Ф_σ2 – потоки рассеяния, которые ослабляют основной поток Ф_С и замыкаются в основном по воздуху.

Дата добавления: 2014-01-13 ; Просмотров: 1742 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Трансформатор — незаменимое устройство в электротехнике.

Без него энергосистема в ее нынешнем виде не могла бы существовать.

Присутствуют эти элементы и во многих электроприборах.

Желающим познакомиться с ними поближе предлагается данная статья, тема которой — трансформатор: принцип работы и виды приборов, а также их назначение.

Что такое трансформатор

Таким аппаратами оснащают многие приборы, также они применяются в самостоятельном виде.

Например, установки, повышающие напряжение для передачи тока по электромагистралям.

Генерируемое электростанцией напряжение они поднимают до 35 – 750 кВ, что дает двойную выгоду:

• уменьшаются потери в проводах;
• требуются провода меньшего сечения.

Принцип работы

Работа трансформаторного устройства основана на явлении электромагнитной индукции, состоящей в следующем: при изменении параметров магнитного поля, пересекающего проводник, в последнем возникает ЭДС (электродвижущая сила). Проводник в трансформаторе присутствует в форме катушки или обмотки, и общая ЭДС равна сумме ЭДС каждого витка.

Для нормальной работы требуется исключить электрический контакт между витками, потому используют провод в изолирующей оболочке. Эту катушку называют вторичной.

Магнитное поле, необходимое для генерации во вторичной катушке ЭДС, создается другой катушкой. Она подключается к источнику тока и называется первичной. Работа первичной катушки основана на том факте, что при протекании через проводник тока, вокруг него формируется электромагнитное поле, а если он смотан в катушку, оно усиливается.

Как работает трансформатор

При протекании через катушку постоянного тока параметры электромагнитного поля не меняются и оно неспособно вызвать ЭДС во вторичной катушке. Поэтому трансформаторы работают только с переменным напряжением.

На характер преобразования напряжения влияет соотношение количества витков в обмотках – первичной и вторичной. Его обозначают «Кт» – коэффициент трансформации. Действует закон:

Кт = W1 / W2 = U1 / U2,

• W1 и W2 — количество витков в первичной и вторичной обмотках;
• U1 и U2 — напряжение на их выводах.

Следовательно, если в первичной катушке витков больше, то напряжение на выводах вторичной ниже. Такой аппарат называют понижающим, Кт у него больше единицы. Если витков больше во вторичной катушке — трансформатор напряжение повышает и называется повышающим. Его Кт меньше единицы.

Большой силовой трансформатор

Если пренебречь потерями (идеальный трансформатор), то из закона сохранения энергии следует:

P1 = P2,

где Р1 и Р2 — мощность тока в обмотках.

Поскольку P = U * I, получим:

• U1 * I1 = U2 * I2;
• I1 = I2 * (U2 / U1) = I2 / Кт.

• в первичной катушке понижающего устройства (Кт > 1) протекает ток меньшей силы, чем в цепи вторичной;
• с повышающими трансформаторами (Кт Конструкция

Трансформаторные обмотки надевают на магнитопровод — деталь из ферромагнитной, трансформаторной или иной магнитомягкой стали. Он служит проводником электромагнитного поля от первичной катушки ко вторичной.

Под действием переменного магнитного поля в магнитопроводе также генерируются токи — они называются вихревыми. Эти токи приводят к потерям энергии и нагреву магнитопровода. Последний, с целью свести данное явление к минимуму, набирают из множества изолированных друг от друга пластин.

На магнитопроводе катушки располагают двояко:

• рядом;
• наматывают одну поверх другой.

Обмотки для микротрансформаторов изготавливают из фольги толщиной 20 – 30 мкм. Ее поверхность в результате окисления становится диэлектриком и играет роль изоляции.

На практике добиться соотношения Р1 = Р2 невозможно из-за потерь трех видов:

1. рассеивание магнитного поля;
2. нагрев проводов и магнитопровода;
3. гистерезис.

Потери на гистерезис — это затраты энергии на перемагничивание магнитопровода. Направление силовых линий электромагнитного поля постоянно меняется. Каждый раз приходится преодолевать сопротивление диполей в структуре магнитопровода, выстроившихся определенным образом в предыдущей фазе.

Потери на гистерезис стремятся уменьшить, применяя разные конструкции магнитопроводов.

Итак, в реальности величины Р1 и Р2 отличаются и соотношение Р2 / Р1 называют КПД устройства. Для его измерения используются следующие режимы работы трансформатора:

• холостого хода;
• короткозамкнутый;
• с нагрузкой.

Режим холостого хода

Первичная обмотка подключена к источнику тока, а цепь вторичной разомкнута. При таком подключении в катушке течет ток холостого хода, в основном представляющий реактивный ток намагничивания.

Такой режим позволяет определить:

• КПД устройства;
• коэффициент трансформации;
• потери в магнитопроводе (на языке профессионалов — потери в стали).

Схема трансформатора в режиме холостого хода

Короткозамкнутый режим

Выводы вторичной обмотки замыкают без нагрузки (накоротко), так что ток в цепи ограничивается лишь ее сопротивлением. На контакты первичной подают такое напряжение, чтобы ток в цепи вторичной обмотки не превышал номинального.

Режим с нагрузкой

В этом состоянии к выводам вторичной обмотки подключен потребитель.

Охлаждение

В процессе работы трансформатор греется.

Применяют три способа охлаждения:

1. естественное: для маломощных моделей;
2. принудительное воздушное (обдув вентилятором): модели средней мощности;
3. мощные трансформаторы охлаждаются при помощи жидкости (в основном используют масло).

Прибор с масляным охлаждением

Виды трансформаторов

Аппараты классифицируются по назначению, типу магнитопровода и мощности.

Силовые трансформаторы

Наиболее многочисленная группа. К ней относятся все трансформаторы, работающие в энергосети.

Автотрансформатор

• Повышенный КПД. Объясняется тем, что преобразованию подвергается только часть мощности. Это особенно важно при незначительной разнице между напряжением на входе и выходе.
• Низкая стоимость. Это обусловлено меньшим расходом стали и меди (автотрансформатор имеет компактные размеры).

Эти устройства выгодно применять в сетях напряжением 110 кВ и более с эффективным заземлением при Кт не выше 3-4.

Трансформатор тока

Используется для снижения силы тока в подключенной к источнику питания первичной обмотке. Устройство находит применение в защитных, измерительных, сигнальных и управляющих системах. Преимущество в сравнении с шунтовыми схемами измерения, состоит в наличии гальванической развязки (отсутствие электроконтакта между обмотками).

Первичная катушка включается в цепь переменного тока – исследуемую или контролируемую – с нагрузкой последовательно. К выводам вторичной обмотки подключают исполнительное индикаторное устройство, к примеру, реле, или прибор измерения.

Допустимое сопротивление в цепи вторичной катушки ограничено мизерными значениями — почти короткое замыкание. У большинства токовых трансформаторов величина номинального тока в этой катушке составляет 1 или 5 А. При размыкании цепи в ней формируется высокое напряжение, способное пробить изоляцию и повредить подключенные приборы.

Импульсный трансформатор

Работает с короткими импульсами, продолжительность которых измеряется десятками микросекунд. Форма импульса практически не искажается. В основном используются в видеосистемах.

Сварочный трансформатор

• понижает напряжение;
• рассчитано на номинальный ток в цепи вторичной обмотки до тысяч ампер.

Регулировать сварочный ток можно изменением числа витков обмоток, задействованных в процессе (они имеют по нескольку выводов). При этом изменяется величина индуктивного сопротивления или вторичное напряжение холостого хода. Посредством дополнительных выводов обмотки разбиты на секции, потому регулировка сварочного тока осуществляется ступенчато.

Габариты трансформатора во многом зависят от частоты переменного тока. Чем она выше, тем более компактным получится устройство.

Сварочный трансформатор ТДМ 70-460

На этом принципе основано устройство современных инверторных сварочных аппаратов. В них переменный ток перед подачей на трансформатор подвергается обработке:

• выпрямляется посредством диодного моста;
• в инверторе — управляемом микропроцессором электронном узле с быстро переключающимися ключевыми транзисторами — снова становится переменным, но уже с частотой 60 – 80 кГц.

Потому эти сварочные аппараты такие легкие и небольшие.

Также устроены блоки питания импульсного типа, например, в ПК.

Разделительный трансформатор

В этом устройстве обязательно присутствует гальваническая развязка (нет электрического контакта между первичной и вторичной обмотками), а Кт равен единице. То есть разделительный трансформатор напряжение оставляет неизменным. Он необходим для повышения безопасности подключения.

Прикосновение к токоведущим элементам оборудования, подключенного к сети через такой трансформатор, к сильному удару током не приведет.

В быту такой способ подключения электроприборов уместен во влажных помещениях— в ванных и пр.

Магнитопроводы

Бывают трех видов:

1. Стержневые. Выполнены в виде стержня ступенчатого сечения. Характеристики оставляют желать лучшего, но зато просты в исполнении.
2. Броневые. Лучше стержневых проводят магнитное поле и вдобавок защищают обмотки от механических воздействий. Недостаток: высокая стоимость (требуется много стали).
3. Тороидальные. Наиболее эффективная разновидность: создают однородное сконцентрированное магнитное поле, чем способствуют уменьшению потерь. Трансформаторы с тороидальным магнитопроводом имеют наибольший КПД, но они дороги из-за сложности изготовления.

Мощность

• маломощные: менее 100 ВА;
• средней мощности: несколько сотен ВА;

Существуют установки большой мощности, измеряемой в тысячах ВА.

Трансформаторы отличаются назначением и характеристиками, но принцип действия у них одинаков: переменное магнитное поле, генерируемое одной обмоткой, возбуждает во второй ЭДС, величина которого зависит от числа витков.

Необходимость в преобразовании напряжения возникает очень часто, потому трансформаторы получили самое широкое распространение. Данное устройство можно изготовить самостоятельно.