Почему трансформатор не является электрической машиной
Обновлено: 01.05.2024
Трансформаторы в энергосистеме
Сегодня мы поговорим о трансформаторах в энергосистеме. О его функциях, назначении и влиянии. Про устройство напомню кратенько, об этом и так много где пишут и рассказывают.
Трансформатор АТДЦТН. Маркировка нам говорит, что это Автотрансформатор Трёхфазный с Дутьём и Циркуляцией масла Трёхобмоточный с РПНом Трансформатор АТДЦТН. Маркировка нам говорит, что это Автотрансформатор Трёхфазный с Дутьём и Циркуляцией масла Трёхобмоточный с РПНомНапомню про принцип работы трансформатора. У нас есть замкнутый магнитопровод (изготавливается из пластин электротехнической стали, нужен для проведения магнитного потока). С одной стороны намотана обмотка с количеством витков w1 , с другой стороны обмотка с количеством витков w2 .
Принцип работы трансформатора Принцип работы трансформатораНа данной картинке изобразили почему-то одинаковое число витков, но да не суть важно, в общем случае w1 и w2 различно. На первичную обмотку подано напряжение u1 переменного тока i1 . У вторичной обмотки соответственно u2 и i2 . В обмотках наводятся ЭДС e1 и e2 . И ещё момент. На рисунке показано, что со стороны u1 подаётся питание, это питающая сторона. А к другой обмотке подключена нагрузка, с той стороны энергия потребляется. И ЭДС действительно наводится и в одной, и во второй обмотке. Только e1 служит источником для создания магнитного потока, который, в свою очередь, наводит ЭДС e2 . А там уже по известным законам получается ток и напряжение во вторичной обмотке.
Формул приводить не буду, если надо, за формулами нетрудно сходить в учебник по физике или электрическим машинам, или хотя бы по станциям.
Где повышающий, где понижающий?
Отличаются ли трансформаторы понижающие от повышающих? По большому счёту, нет. Конструктивно трансформатор и трансформатор, только ВН с НН не перепутай (да это и невозможно). Получается, что "понижающий и повышающий" - это не про конструкцию и исполнение, а про назначение.
Сейчас немножко отвлекусь на термины и обозначения. Когда мы говорим о трансформаторах и о подстанциях, говорим: сторона ВН (НН), обмотка ВН (НН). Это сторона высшего и низшего напряжения. Вот именно так. Высшего и низшего. Не спрашивайте почему, не знаю, так исторически сложилось. А бывают ещё трансформаторы с обмоткой СН, то есть обмоткой среднего напряжения. Здесь просто среднее, никакого среднейшего в русском языке нет вообще.
И да, ещё. Пожалуй, это будет студентам на заметку. Естественно, высшее и низшее напряжение - это терминология, классическая, теоретическая. Люди на местах чаще говорят "на высокой стороне, по высокой стороне, на низкой стороне". Вот как-то так. Но вернёмся к теме.
Повышающие трансформаторы . Если мощность направлена со стороны НН к ВН, то есть источник энергии находится со стороны НН. Это, чаще всего, трансформаторы электростанций. Генераторное напряжение обычно не очень высокое, бывают 6, 10, 15 кВ, до 75 кВ. А передавать надо на напряжении 110 кВ и выше. Вот и стоят при станциях повышающие трансформаторы. Могут быть где-то ещё, но не соображу даже, где.
И у таких станционных трансформаторов есть ещё одна интересная особенность. Вернее, нет. У них нет устройства РПН, позволяющая регулировать напряжение на выходе трансформатора. Но поскольку на шинах электростанций напряжение регулируется генераторами, то устройство РПН просто не нужно.
Понижающих трансформаторов гораздо больше, самых разных видов. Все нужны, чтобы преобразовать ток более высокого напряжения в, так сказать, более близкий к маленькому потребителю. Ну не будем же мы заряжать смартфоны от 10 кВ! Да и стиралку к нему не сильно-то подключишь. Вот и получается, со 110 кВ или выше на 35, 6-10 кВ, а с него на 0,4 кВ. Бывают трансформаторы трёхобмоточные, соответственно, с тремя номинальными напряжениями, например, 110/35/10 кВ. Но я видела интересные экземпляры с номинальными напряжениями 110/10/6 кВ, редкая штучка на весьма почтенной подстанции.
Короче, в понижающих трансформаторах мощность направлена со стороны высшего напряжения к низшему.
Типов и конструкций трансформаторов множество, но я бы хотела отдельно поговорить только об одном подвиде - автотрансформаторах.
Автотрансформаторы
Основная особенность автотрансформаторов (АТ) заключается в том, что вторичная обмотка является частью первичной обмотки (см. рисунок ниже).
Если в обычном трансформаторе связь между обмотками только магнитная, то здесь она и магнитная, и электрическая. Но. У АТ три напряжения. Вот на схеме выше показаны, получается, ВН и СН. Обмотку НН делают отдельной, как у обычного трансформатора.
На данной схеме это и показано. ВН и СН связаны электрически и магнитно, а НН намотана отдельно. Из-за этого получается, что у высокой и низкой стороны должны быть одинаковые схемы соединения обмоток и режимы работы нейтрали в сетях. А вот НН можно намотать какую угодно, в данной случае треугольник с изолированной нейтралью. Но это всё так, особенности, особо полезные для понимания будущим специалистам.
Из-за указанных особенностей автотрансформаторы более эффективными, поэтому их чаще применяют в сетях 220 кВ и выше. Кстати, на первой фотографии в статье как раз АТ и показан. Не знаю точно, у него ВН вполне может быть 500 или 750 кВ. Соотношения напряжений могут быть разные: 500/220, 330/110, 220/100, 750/330 и пр. Может найтись даже такая дикость, как 330/220, не знаю даже существуют такие АТ или нет. Но создать можно любой. Это штучный товар, их всегда делают под заказ, поэтому могут сделать с любыми характеристиками.
Так как автотрансформаторы стоят, в большинстве своём, в магистральных сетях или на выдаче мощности в сеть у больших станций, то их мощности, соответственно, тоже немаленькие. Если взять советский справочник номенклатуры оборудования, то мощности АТ там начинаются с 135000 кВА.
P.S. Полезно заглядывать в справочники. Нашёлся там АТ 330/220 с богатым выбором возможных напряжений НН. Значит, это был вполне себе серийный автотрансформатор и, видимо, не такая уж и редкость
И раз уж коснулись номенклатуры трансформаторов, то и о маркировке чуток хотелось сказать.
Маркировка трансформаторов
Если честно, более толковой маркировки я, пожалуй, не встречала ни у каких других промышленных товаров. В маркировке место буквы и её значение точно указывают какого типа трансформатор, с какой изоляцией и системой охлаждения и прочие конструктивные особенности. То есть только глянув на маркировку, ты понимаешь, какого он типа и вообще всё про него, не надо лезть в спецификацию. Система оказалась настолько удобной, что её применяют и отказываться не собираются, хотя способ организации производства трансформаторов, конечно, изменился кардинально.
В СССР была единая система производства, с единойноменклатурой изделий. То есть, например, нужен трансформатор ТРДН-16000 110/10, и вот его тебе выпустит один из, скажем, четырёх заводов. Другой вопрос, что физическая реализация может различаться в мелочах, но, по идее, не должна была. Этот момент конкретно не могу знать. Теперь заводы каждый сам по себе выпускают трансформаторы, у кого хочешь заказывай, можешь выбирать по каким-то особым соображениям. Однако серийные трансформаторы примерно теми же и остались. И даже если создадут нечто совершенно уникальное, то и оно в этот способ маркировки впишется.
И ещё один интересный момент. Году в 2007-м мы, будучи на старших курсах института, решиили посмотреть какие трансформаторы предлагает Сименс. Каталоги тогда у них на сайте ещё были, сейчас как-то не очень. Ну, в общем, маркировки у них были свои. А буквально лет через пять смотрели, у них маркировок уже две - своя и наша. Видимо, не шли особо их трансформаторы, а может, с сертификацией им гайки закрутили, пришлось. А теперь вообще у них на сайте каталогов не вижу.
В заключение хочу добавить, что трансформаторы - это важная часть не только сетей, но всей системы в целом. И, если я ничего не путаю, достаточно надёжная. Выходят из строя, конечно, трансформаторы иногда, но всё же реже, чем, например, ЛЭП.
Почему трансформатор работает только на переменном токе?
В трансформаторе происходит два преобразования. Электрической энергии в манитное поле, далее - энергия магнитного поля во вторичной обмотке (обмотках) преобразуется в электрический ток. Чтобы эти преобразования происходили питающий ток должен быть переменным (см. выше) , он порождает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает переменный ток во вторичной (-ных) обмотках трансформатора. Единственное, что следует учитывать. Частота переменного тока должна быть оптимальной для перемагничиваемости сердечника трансформатора. Например трансформаторы от импульсных источников питания (более высокочастотные) нельзя включать в 50Гц
SekaУченик (161) 6 лет назад
Из уровнения максвела. только переменное электрическое поле создает переменное магнитное поле в результате чего происходит переобразование энергии. постоянный ток создает постоянный поток Ф который не может возводит э. д. с. по закону Фарадея только переменный магнитный поток Ф может возводит э. д. с.
Остальные ответы
Потому, что только переменное магнитное поле порождает ток.
E=-dФ/dt
Поток (Ф) создается током, если он не будет изменятся - не возникнет ЭДС (электродвижущая сила).
Потому что принцип его действия такой:
Передача энергии от первичной обмотки во вторичную происходит при помощи ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ магнитного потока в сердечнике трансформатора. . Для того, чтобы оно менялось, необходим переменный ток. . Можно использовать и постоянный, но тогда его нужно сделать прерывистым, при помощи коммутатора (такой принцип используется для получения высокого напряжения (до 20 тыс. вольт) в автомобилях..
Вам выше ужЕ изложили о трансформации переменного тока в первой обмотке трансформаторного жеоеза проводами-в переменное магнитное поле (внутри ЖЕЛЕЗА трансформатора-эффектом гистерезиса) -которое "наводит" электроток во второй обмотке трасформатора.
Трансфрматор, работающий на постоянном токе обычно называют потенциометром, практически, он же автотрансформатор (ЛАТР в школе).
Потому что он работает на основе Ел. магнитной индукцыы, а индукцыонный ток появляется только когда идут изменения магнитных линий на вторичной обмотке.
E = - U (находятся в противофазе), е
dФ/dt ЭДС есть скорость изменения магнитного потока, если магнитный поток Ф постоянный, то скорость его изменения, т. е. ЭДС равна нулю, отсюда ни в первичной, ни во вторичной обмотке не наводится ЭДС, следовательно во вторичной обмотке нет напряжения, т. е. напряжения на выводах трансформатора
Почему трансформатор тока относится к электрическим машинам?
Ничего подобного!
Электрическая машина - это
Электрический преобразователь, который преобразует электрическую энергию в механическую и наоборот
[СТ МЭК 50 (151)-78]
То, что трансформаторы упомянуты в Вики наряду с электрическими машинами, не делает их таковыми.
Поэтому смотрите определение трансформатора тока в
ГОСТ 18685 Трансформаторы тока и напряжения. Термины и определения.
а по ГОСТ 16110
Трансформатор
Статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.
Почему трансформатор не является электрической машиной
В электрических двигателях и генераторах часто необходимо установить электрическое соединение между неподвижной и вращающейся частью устройства. В случае статорной (т. е. неподвижной) основной обмотки электрической машины устройство от нее ответвлений для присоединения внешней неподвижной электрической системы осуществляется легко, в случае же роторной (т. е. вращающейся) основной обмотки возникает необходимость в устройстве скользящего электрического контакта, так как иначе роторная обмотка недоступна. Скользящий электрический контакт может быть осуществлен .
Трансформатор – это электрическая машина, которая преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Работа силового трехфазного трансформатора значительно различается на какую нагрузку он работает – активную, индуктивную или емкостную. В реальных условиях нагрузкой трансформатора является активно-индуктивная нагрузка. В режиме работы на активную нагрузку напряжение первичной обмотки близко к номинальному, ток первичной обмотки определяется нагрузкой трансформатора .
Компаундирование электрических машин — система возбуждения электрических машин, при которой поток возбуждения автоматически изменяется при изменении нагрузки машин (или, в общем случае, нагрузки электрической цепи, связанной с электрической машиной). Компаундирование машин постоянного тока осуществляется наложением на их полюса, наряду с параллельной обмоткой, включенной параллельно цепи якоря, последовательной обмотки. Такая машина называется компаундной или машиной смешанного возбуждения. Компаундирование машин переменного тока применяется для синхронных машин .
Существует особая разновидность электрического трансформатора, называемая пик-трансформатором. Трансформатор данного типа преобразует синусоидальное напряжение, подаваемое на его первичную обмотку, — в импульсы разной полярности и той же частоты, что первичное синусоидальное напряжение. Синусоида подается здесь на первичную обмотку, а импульсы снимаются со вторичной обмотки пик-трансформатора. К использованию пик-трансформаторов прибегают в некоторых случаях для управления газоразрядными приборами, такими как тиратроны и ртутные выпрямители, а также для управления .
В 21 веке электродвигатели становятся все более и более эффективными, но и требования к ним соответственно ужесточаются. Каждому, кто следует нормативам, известно, что важно иметь ввиду качество и надежность всех комплектующих электродвигателя, особенно касаемо подшипников. Конструктивные особенности подшипников сильно влияют на то, насколько надежно работает двигатель, как быстро он изнашивается, и высока ли его производительность. Подшипник — один из главных узлов любого электродвигателя, ведь именно через него давит на корпус и передает ему нагрузки вал ротора .
Вращающий момент, развиваемый на валу асинхронного электродвигателя в условиях нулевой скорости вращения ротора (когда ротор еще неподвижен) и установившегося в обмотках статора тока, - называется пусковым моментом асинхронного двигателя. Пусковой момент иногда называют еще моментом трогания или начальным моментом. При этом подразумевается, что напряжение и частота питающего напряжения приближены к номиналу, причем соединение обмоток выполнено правильно. В номинальном режиме работы данный двигатель будет работать именно так, как предполагали разработчики .
В бытовой технике, в сварочных аппаратах, для испытательных и измерительных целей, обычно применяют однофазные трансформаторы сравнительно небольшой мощности. Для питания же силовых промышленных установок используются мощные однофазные трансформаторы. Обычный трансформатор имеет магнитную систему в форме замкнутой рамы, содержащей два стержня, а также верхнее и нижнее ярмо. На стержнях располагаются обмотки низшего (НН) и высшего (ВН) напряжений. Для наиболее рационального использования двухстержневой магнитной системы, обмотки высшего и низшего .
Устройство и принцип работы трансформатора
Для преобразования электрического напряжения одной величины в электрическое напряжение другой величины, то есть для преобразования электрической мощности, применяют электрические трансформаторы.
Трансформатор может преобразовывать лишь переменный ток в переменный ток, поэтому для получения постоянного тока, переменный ток с трансформатора при необходимости выпрямляют. Для этой цели служат выпрямители.
Так или иначе, любой трансформатор (будь то трансформатор напряжения, трансформатор тока или импульсный трансформатор) работает благодаря явлению электромагнитной индукции, которое проявляет себя во всей красе именно при переменном или импульсном токе.
Устройство трансформатора
В простейшем виде однофазный трансформатор состоит всего из трех основных частей: ферромагнитного сердечника (магнитопровода), а также первичной и вторичной обмоток. В принципе обмоток у трансформатора может быть и больше двух, но минимум их две. В некоторых случаях функцию вторичной обмотки может нести на себе часть витков первичной обмотки (см. виды трансформаторов), но подобные решения встречаются достаточно редко по сравнению с обычными.
Главная часть трансформатора — ферромагнитный сердечник. Когда трансформатор работает, то именно внутри ферромагнитного сердечника присутствует изменяющееся магнитное поле. Источником изменяющегося магнитного поля в трансформаторе служит переменный ток первичной обмотки.
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора
Известно, что любой электрический ток сопровождается магнитным полем, соответственно переменный ток сопровождается переменным (изменяющимся по величине и направлению) магнитным полем.
Таким образом, подав в первичную обмотку трансформатора переменный ток, получим изменяющееся магнитное поле тока первичной обмотки. А чтобы магнитное поле было сконцентрировано главным образом внутри сердечника трансформатора, данный сердечник изготавливают из материала с высокой магнитной проницаемостью, в тысячи раз большей чем у воздуха, чтобы основная часть магнитного потока первичной обмотки замкнулась бы именно внутри сердечника, а не по воздуху.
Таким образом переменное магнитное поле первичной обмотки сконцентрировано в объеме сердечника трансформатора, который изготавливают из трансформаторной стали, феррита или другого подходящего материала, в зависимости от рабочей частоты и назначения конкретного трансформатора.
Вторичная обмотка трансформатора находится на общем сердечнике с его первичной обмоткой. Поэтому переменное магнитное поле первичной обмотки пронизывает также и витки вторичной обмотки.
А явление электромагнитной индукции как раз и заключается в том, что изменяющееся во времени магнитное поле наводит в пространстве вокруг себя изменяющееся электрическое поле. И поскольку в данном пространстве вокруг изменяющегося магнитного поля находится провод вторичной обмотки, то индуцированное переменное электрическое поле действует на носители заряда внутри этого провода.
Данное действие электрическим полем вызывает в каждом витке вторичной обмотки ЭДС. В результате между выводами вторичной обмотки появляется переменное электрическое напряжение. Когда вторичная обмотка включенного в сеть трансформатора не нагружена, трансформатор работает в режиме холостого хода.
Работа трансформатора под нагрузкой
Если же ко вторичной обмотке работающего трансформатора подключена некая нагрузка, то во всей вторичной цепи трансформатора возникает ток через нагрузку.
Данный ток порождает свое собственное магнитное поле, которое, по закону Ленца, имеет такое направление, что противодействует «причине, его вызывающей». То есть магнитное поле тока вторичной обмотки в каждый момент времени стремится уменьшить увеличивающееся магнитное поле первичной обмотки или же стремится поддержать магнитное поле первичной обмотки когда оно уменьшается, оно всегда направлено навстречу магнитному полю первичной обмотки.
Таким образом, когда вторичная обмотка трансформатора нагружена, в его первичной обмотке возникает противо-ЭДС, заставляющая первичную обмотку трансформатора потреблять из питающей сети больше тока.
Коэффициент трансформации
Соотношение витков первичной N1 и вторичной N2 обмоток трансформатора определяет соотношение между его входным U1 и выходным U2 напряжениями и входным I1 и выходным I2 токами, при работе трансформатора под нагрузкой. Данное соотношение называется коэффициентом трансформации трансформатора:
Коэффициент трансформации больше единицы если трансформатор понижающий, и меньше единицы — если трансформатор повышающий.
Трансформатор напряжения
Трансформатор напряжения является разновидностью понижающего трансформатора, предназначенной для гальванической развязки цепей высокого напряжения от цепей низкого напряжения.
Обычно, когда речь идет о высоком напряжении, имеют ввиду 6 и более киловольт (на первичной обмотке трансформатора напряжения), а под низким напряжением понимают величины порядка 100 вольт (на вторичной обмотке).
Такой трансформатор применяется, как правило, для измерительных целей. Он понижает, например, высокое напряжение линии электропередач до удобного для измерения низковольтного напряжения, при этом может также гальванически изолировать цепи измерения, защиты, управления, - от высоковольтной цепи. Трансформатор данного типа обычно работает в режиме холостого хода.
Трансформатором напряжения можно назвать в принципе и любой силовой трансформатор, применяемый для преобразования электрической мощности.
Трансформатор тока
У трансформатора тока первичная обмотка, состоящая обычно всего из одного витка, включается последовательно в цепь источника тока. Данным витком может выступать участок провода цепи, в которой необходимо измерить ток.
Провод просто продевается через окно сердечника трансформатора и становится этим самым единственным витком — витком первичной обмотки. Вторичная же его обмотка, имеющая много витков, подключается к измерительному прибору, отличающемуся малым внутренним сопротивлением.
Трансформаторы данного типа используются для измерения величин переменного тока в силовых цепях. Здесь ток и напряжение вторичной обмотки оказываются пропорциональны измеряемому току первичной обмотки (токовой цепи).
Трансформаторы тока широко применяются в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, поэтому обладают высокой точностью. Они делают измерения безопасными, так как гальванически надежно изолируют измерительную цепь от первичной цепи (обычно высоковольтной — десятки и сотни киловольт).
Импульсный трансформатор
Данный трансформатор предназначен для преобразования тока (напряжения) импульсной формы. Короткие импульсы, обычно прямоугольные, подаваемые на его первичную обмотку, заставляют трансформатор работать практически в режиме переходных процессов.
Такие трансформаторы используются в импульсных преобразователях напряжения и других импульсных устройствах, а также в качестве дифференцирующих трансформаторов.
Применение импульсных трансформаторов позволяет снизить вес и стоимость устройств, в которых они применяются просто в силу повышенной частоты преобразования (десятки и сотни килогерц) по сравнению с сетевыми трансформаторами, работающих на частоте 50-60 Гц. Прямоугольные импульсы, у которых длительность фронта много меньше длительности самого импульса, нормально трансформируются с малыми искажениями.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Виды трансформаторов
Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, содержащее от двух до нескольких обмоток, расположенных на общем магнитопроводе, и индуктивно связанных, таким образом, между собой. Служит трансформатор для преобразования электрической энергии переменного тока посредством электромагнитной индукции без изменения частоты тока. Используют трансформаторы как для преобразования переменного напряжения, так и для гальванической развязки в различных сферах электротехники и электроники.
Справедливости ради отметим, что в некоторых случаях трансформатор может содержать и всего одну обмотку (автотрансформатор), а сердечник может и вовсе отсутствовать (ВЧ — трансформатор), однако в большинстве своем трансформаторы имеют сердечник (магнитопровод) из магнитомягкого ферромагнитного материала, и две или более изолированные ленточные или проволочные обмотки, охватываемые общим магнитным потоком, но обо всем по порядку. Рассмотрим, какие же бывают виды трансформаторов, как они устроены и для чего применяются.
Данный вид низкочастотных (50-60 Гц) трансформаторов служит в электрических сетях, а также в установках приема и преобразования электрической энергии. Почему называется силовой? Потому что именно этот тип трансформаторов применяется для подачи и приема электроэнергии на ЛЭП и с ЛЭП, где напряжение может достигать 1150 кВ.
В городских электросетях напряжение достигает 10 кВ. Посредством именно силовых низкочастотных трансформаторов напряжение также и понижается до 0,4 кВ, 380/220 вольт, необходимых потребителям.
Конструктивно типичный силовой трансформатор может содержать две, три или более обмоток, расположенных на броневом сердечнике из электротехнической стали, причем некоторые из обмоток низшего напряжения могут питаться параллельно (трансформатор с расщепленными обмотками).
Это удобно для повышения напряжения, получаемого одновременно с нескольких генераторов. Как правило, силовой трансформатор помещен в бак с трансформаторным маслом, а в случае особо мощных экземпляров добавляется система активного охлаждения.
Трансформаторы силовые трехфазные мощностью до 4000 кВА устанавливаются на подстанциях и электростанциях. Более распространены трехфазные, поскольку потери получаются до 15% меньше, чем с тремя однофазными.
Сетевые трансформаторы еще в 80-е и 90-е годы можно было встретить практически в любом электроприборе. С помощью именно сетевого трансформатора (обычно однофазного) напряжение бытовой сети 220 вольт с частотой 50 Гц понижается до уровня, требуемого электроприбору, например 5, 12, 24 или 48 вольт.
Часто сетевые трансформаторы выполняются с несколькими вторичными обмотками, чтобы несколько источников напряжения можно было бы использовать для питания различных частей схемы. В частности, трансформаторы ТН (трансформатор накальный) всегда можно было (да и сейчас можно) встретить в схемах, где присутствовали радиолампы.
Современные сетевые трансформаторы конструктивно выполняются на Ш-образных, стержневых или тороидальных сердечниках из набора пластин электротехнической стали, на которые и навиваются обмотки. Тороидальная форма магнитопровода позволяет получить более компактный трансформатор.
Если сравнить трансформаторы равной габаритной мощности на тороидальном и на Ш-образном сердечниках, то тороидальный будет занимать меньше места, к тому же площадь поверхности тороидального магнитопровода полностью охватывается обмотками, нет пустого ярма, как в случае с броневым Ш-образным или стержневым сердечниками. К сетевым можно отнести в частности и сварочные трансформаторы мощностью до 6 кВт. Сетевые трансформаторы, конечно, относятся к низкочастотным трансформаторам.
Одной из разновидностей низкочастотного трансформатора является автотрансформатор, у которого вторичная обмотка является частью первичной или первичная является частью вторичной. То есть в автотрансформаторе обмотки связаны не только магнитно, но и электрически. Несколько выводов делаются от единственной обмотки, и позволяют всего с одной обмотки получить различное напряжение.
Главное преимущество автотрансформатора — меньшая стоимость, поскольку расходуется меньше провода для обмоток, меньше стали для сердечника, в итоге и вес получается меньше, чем у обычного трансформатора. Недостаток — отсутствие гальванической развязки обмоток.
Автотрансформаторы находят применение в устройствах автоматического управления, а также широко используются в высоковольтных электросетях. Трехфазные автотрансформаторы с соединением обмоток в треугольник либо в звезду в электрических сетях весьма востребованы сегодня.
Силовые автотрансформаторы выпускаются на мощности вплоть до сотен мегаватт. Применяют автотрансформаторы и для пуска мощных двигателей переменного тока. Автотрансформаторы особенно целесообразны при невысоких коэффициентах трансформации.
Частным случаем автотрансформатора является лабораторный автотрансформатор (ЛАТР). Он позволяет плавно регулировать напряжение, подаваемое к потребителю. Конструкция ЛАТРа представляет собой тороидальный трансформатор с единственной обмоткой, которая имеет неизолированную «дорожку» от витка к витку, то есть имеется возможность подключения к каждому из витков обмотки. Контакт с дорожкой обеспечивается скользящей угольной щеткой, которая управляется поворотной ручкой.
Так можно получить на нагрузке действующее напряжение различной величины. Типичные однофазные ЛАТРы позволяют получать напряжение от 0 до 250 вольт, а трехфазные — от 0 до 450 вольт. ЛАТРы мощностью от 0,5 до 10 кВт очень популярны в лабораториях для целей наладки электрооборудования.
Трансформатором тока называется трансформатор, первичная обмотка которого подключается к источнику тока, а вторичная — к защитным или измерительным приборам, имеющим малые внутренние сопротивления. Наиболее распространенным типом трансформатора тока является измерительный трансформатор тока.
Первичная обмотка трансформатора тока (обычно — всего один виток, один провод) включается последовательно в цепь, в которой требуется измерить переменный ток. Получается в результате, что ток вторичной обмотки пропорционален току первичной, при этом вторичная обмотка обязательно должна быть нагружена, ибо иначе напряжение вторичной обмотки может получиться достаточно высоким, чтобы пробить изоляцию. Кроме того, если вторичную обмотку ТТ разомкнуть, то магнитопровод просто выгорит от наведенных некомпенсированных токов.
Конструкция трансформатора тока представляет собой сердечник из шихтованной кремнистой холоднокатаной электротехнической стали, на который намотана одна или несколько изолированных обмоток, являющихся вторичными. Первичная обмотка зачастую — просто шина, либо пропущенный через окно магнитопровода провод с измеряемым током (на этом принципе, кстати, работают токоизмерительные клещи). Главная характеристика трансформатора тока — коэффициент трансформации, например 100/5 А.
Для измерения тока и в схемах релейной защиты трансформаторы тока применяются достаточно широко. Они безопасны, поскольку измеряемая и вторичная цепи гальванически изолированы друг от друга. Обычно промышленные трансформаторы тока выпускаются с двумя или более группами вторичных обмоток, одна из которых подключается к защитным устройствам, другая — к устройству измерения, например к счетчикам.
Почти во всех современных сетевых блоках питания, в разнообразных инверторах, в сварочных аппаратах, и в прочих силовых и маломощных электрических преобразователях применяются импульсные трансформаторы. Сегодня импульсные схемы почти полностью вытеснили тяжелые низкочастотные трансформаторы с сердечниками из шихтованной стали.
Типичный импульсный трансформатор представляет собой трансформатор выполненный на ферритовом сердечнике. Форма сердечника (магнитопровода) может быть совершенно различной: кольцо, стержень, чашка, Ш-образный, П-образный. Преимущество ферритов перед трансформаторной сталью очевидно - трансформаторы на феррите могут работать на частотах до 500 и более кГц.
Поскольку импульсный трансформатор является высокочастотным трансформатором, то и габариты его с ростом частоты значительно снижаются. На обмотки требуется меньше провода, а для получения высокочастотного тока в первичной цепи достаточно полевого, IGBT или биполярного транзистора, иногда — нескольких, в зависимости от топологии импульсной схемы питания (прямоходовая - 1, двухтактная - 2, полумостовая - 2, мостовая — 4).
Справедливости ради отметим, что если применяется обратноходовая схема питания, то трансформатор по сути является сдвоенным дросселем, поскольку процессы накопления и отдачи электроэнергии во вторичную цепь разделены во времени, то есть они протекают не одновременно, поэтому при обратноходовой схеме управления это все же дроссель, а не трансформатор.
Импульсные схемы с трансформаторами и дросселями на феррите встречаются сегодня всюду, начиная от балластов энергосберегающих ламп и зарядных устройств различных гаджетов, заканчивая сварочными аппаратами и мощными инверторами.
Импульсный трансформатор тока
Для измерения величины и (или) направления тока в импульсных схемах часто применяют импульсные трансформаторы тока, представляющие собой ферритовый сердечник, зачастую — кольцевой (тороидальный), с единственной обмоткой. Через кольцо сердечника продевают провод, ток в котором нужно исследовать, а саму обмотку нагружают на резистор.
Например, кольцо содержит 1000 витков провода, тогда соотношение токов первичной (продетый провод) и вторичной обмотки будет 1000 к 1. Если обмотка кольца нагружена на резистор известного номинала, то измеренное напряжение на нем будет пропорционально току обмотки, а значит измеряемый ток в 1000 раз больше тока через этот резистор.
Промышленностью выпускаются импульсные трансформаторы тока с различными коэффициентами трансформации. Разработчику остается только подключить к такому трансформатору резистор и схему измерения. Если требуется узнать направление тока, а не его величину, то обмотка трансформатора тока нагружается просто двумя встречными стабилитронами.
Связь между электрическими машинами и трансформаторами
В курсы электрических машин, изучаемые на всех электротехнических специальностях учебных заведений, включают всегда и электрические трансформаторы. По существу, электрический трансформатор — не электрическая машина, а электрический аппарат, так как он не имеет движущихся частей, наличие которых является характерным признаком всякой машины как разновидности механизма. По этой причине упомянутые курсы следовало бы, во избежание недоразумений, называть «курсами электрических машин и электрических трансформаторов».
Включение трансформаторов во все курсы электрических машин объясняется двумя причинами. Одна из них — исторического происхождения: те же заводы, которые строили электрические машины переменного тока, строили и трансформаторы, так как лишь наличие трансформаторов давало то преимущество машинам переменного тока над машинами постоянного тока, которое в конечном счете привело к их преобладанию в промышленности. И сейчас нельзя представить себе крупной установки переменного электрического тока без трансформаторов.
Однако, по мере развития производства машин переменного тока и трансформаторов, сделалось необходимым сосредоточение производства трансформаторов на специальных трансформаторостроительных заводах. Дело в том, что, в связи с возможностью передачи электроэнергии переменного тока при помощи трансформаторов на большие расстояния, рост высшего напряжения трансформаторов шел значительно быстрее, чем рост напряжения электрических машин переменного тока.
На нынешней стадии развития электрических машин переменного тока наивысшим рациональным напряжением для них является 36 кВ. В то же время высшее напряжение в реально осуществленных электрических трансформаторах достигло 1150 кВ. Столь высокие напряжения трансформаторов и работа их на воздушные линии электропередачи, подверженные воздействию грозовых разрядов, породили много специфических трансформаторных проблем, чуждых электрическим машинам.
Это привело при производстве к технологическим проблемам, столь отличающимся от технологических проблем электромашиностроения, что выделение трансформаторов в самостоятельное производство стало неизбежным. Таким образом, первая причина — производственная связь, роднившая трансформаторы с электрическими машинами, исчезла.
Вторая причина — принципиального характера, состоящая в том, что в основе применяемых на практике электрических трансформаторов, так же как и электрических машин, лежит принцип электромагнитной индукции (закон Фарадея), — остается незыблемой связью между ними. При этом, для понимания многих явлений в машинах переменного тока, знание физических процессов, протекающих в трансформаторах, совершенно необходимо и, кроме того, теория большого класса машин переменного тока может быть сведена к теории трансформаторов, благодаря чему облегчается их теоретическое рассмотрение.
В силу этого, в теории машин переменного тока теория трансформаторов занимает прочное место, из чего, однако, не следует, что трансформаторы можно называть электрическими машинами. Кроме того, нужно иметь в виду, что у трансформаторов целевая установка и процесс преобразования энергии другие, чем у электрических машин.
Цель электрической машины состоит в том, чтобы преобразовать механическую энергию в электрическую энергию (генератор) или, обратно, электрическую энергию в механическую энергию (двигатель), между тем, в трансформаторе мы имеем дело с преобразованием электрической энергии переменного тока одного вида в электрическую энергию переменного тока другого вида.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает
Трансформатор - это главнейший элемент всей энергосистемы, который позволяет преобразовывать напряжение и за счет этого передавать энергию на значительное расстояние. В этой статье я расскажу, как устроен трансформатор и каким образом он работает.
Что такое трансформатор
Для начала давайте узнаем определение. Трансформатор – это статическое электромагнитное изделие, предназначенное для трансформирования переменного электрического тока одного напряжения и частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.
Функционирование абсолютно любого трансформатора базируется на таком явлении, как электромагнитная индукция.
Для чего необходим трансформатор
Область использования трансформаторов очень широка. Так, например, они принимают непосредственное участие при транспортировке электричества на значительные дистанции.
Генераторы вырабатывают напряжение довольно низкое от 10 до 18 киловольт, которое невозможно передать на значительные расстояния (без значительных потерь на нагрев проводников). Поэтому рядом с генерирующими мощностями и устанавливают повышающие трансформаторы, которые увеличивают напряжение до 110 кВ, 220 кВ, 500 кВ, 750 кВ и даже 1150 кВ и уже такое напряжение вполне возможно передавать при минимальных потерях на значительные расстояния.
И уже возле непосредственного потребителя устанавливаются понижающие трансформаторы, оные преобразуют повышенное напряжение в привычные для нас 380 В и 220 В.
Кроме силовых трансформаторов так же распространены трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и импульсные трансформаторы.
Как работает трансформатор
Трансформаторы бывают как однофазного исполнения, так и многофазные с одной и более обмоток. Для понимания каким образом он работает, давайте рассмотрим самый простой вариант, а именно однофазный трансформатор.
Итак, трансформатор выполнен из следующих деталей: металлический сердечник и две обмотки, которые гальванически развязаны.
Обмотка, именуемая первичной, подсоединяется к источнику переменного тока, а вторая обмотка (именуемая вторичной) подсоединяется непосредственно к нагрузке.
В подсоединенной к генератору первичной обмотке протекает ток I1, этот процесс порождает поток Ф, оный проходя через обмотки, и формирует ЭДС.
В случае если ко вторичке не подсоединена нагрузка, то подобный режим функционирования трансформатора именуется как режим холостого хода. Если же потребитель подключен, то во вторичной обмотке начинает течь ток I2, формирующийся под воздействием наведенной ЭДС
Причем величина ЭДС имеет прямую связь с количеством витков в обмотках.
Таким образом, изменяя количество витков в обмотках трансформатора, происходит регулирование напряжения для потребителя на вторичной обмотке.
Потери энергии в трансформаторе
Невзирая на высокий КПД трансформатора, он не считается идеальным и в нем непременно присутствуют потери, оные выражаются в нагреве самого трансформатора.
Примечание. Эталонным трансформатором считает тот, в котором отсутствуют всякие потери, и получается, что мощность первичной обмотки совпадает с мощностью вторичной обмотки.
Так в трансформаторах малой мощности потери на нагрев минимальны и поэтому отвод выделяющегося тепла осуществлен за счет естественной воздушной конвенцией. Подобные трансформаторы еще именуются сухими.
В тех изделиях, где обдув воздухом малоэффективен, применяется охлаждение с применением трансформаторного масла. Здесь трансформатор погружается в специализированный бак залитый маслом и во время работы тепло от трансформатора переходит к маслу, которое рассеивает его через внешний кожух. При этом так же в мощных трансформаторах используется принудительный обдув, охлаждающий радиаторы с маслом.
Заключение
Мы рассмотрели самый простой трансформатор, который позволяет понять сам принцип работы этого изделия. Если статья оказалась вам интересна, то оцените ее лайком и спасибо за ваше внимание!
Читайте также: