Трансформатор: назначение, принципы работы и правила подключения

Немного истории

Благодаря английскому физику Майклу Фарадею в 1831 году человечество познакомилось с электромагнитной индукцией. Великому учёному не суждено было стать изобретателем трансформатора, поскольку в его опытах фигурировал постоянный ток. Прообразом устройства можно считать необычную индукционную катушку француза Г. Румкорфа, которая была представлена учёному миру в 1848-м.

В 1876 году русский электротехник П. Н. Яблочков запатентовал трансформатор переменного тока с разомкнутым сердечником. Современному виду устройство обязано англичанам братьям Гопкинсон, а также румынами К. Циперановскому и О. Блати. С их помощью конструкция приобрела замкнутый магнитопровод и сохранила схему до наших дней.

виды-магнитопроводовВиды магнитопроводов

Рабочее определение КТП

КТП (комплектная трансформаторная подстанция) — это установка, которая принимает, производит преобразование в сторону уменьшения или повышения напряжения и его распределяет. Производственные характеристики трансформаторных подстанций зависят от их локального места в общей сетевой энергосистеме. 

На рис. 1 показаны простейшие экономичные схемы управления тиристорами. Наиболее простой метод включения тиристора представлен на рис. 1, а, где в качестве необходимого для включения управляющего тока используется часть тока, проходящего через тиристор. В разомкнутом состоянии контакта К тиристор не может открыться, так как на управляющий электрод не подается положительный потенциал. 

При замыкании контакта К в положительный полупериод анодного напряжения через резисторы R1 и R2 и диод Д протекает ток управления. Сила этого тока зависит от мгновенного значения анодного напряжения, которое увеличивается от нуля до максимального значения. Ток управления достигнет необходимого для включения тиристора значения при определенном угле а. Если уменьшить сопротивление реостата R2, угол управления а станет меньше, так как ток управления достигнет необходимого значения при меньшем анодном напряжении. 

При полностью введенном реостате R угол управления а достигнет максимального значения, которое не может превысить 90°, так как максимальное анодное напряжение обеспечивает максимальный ток управления. Приведенная схема может работать на постоянном токе. 

Тиристор может открыться при подаче на анод положительного полюса напряжения. Реостатом R2 устанавливается ток управления необходимой силы. Однако для закрывания тиристора необходимо шунтировать перемычкой или прервать цепь анодного тока.

Чтобы провести сложные анализы газовых смесей с разделением их на отдельные компоненты, используется такой прибор, как хроматограф. В процессе исследования с помощью детектора, изменяющего отдельные физические параметры веществ, определяется их количество. Если аппарат не смог произвести разделение пробы на простые компоненты, то вещество считается однородным. Они широко применяются при исследовании самых разных профилей: от медицинских препаратов до добывающей промышленности.

Конструкция

Хроматограф газовый состоит из нескольких узлов, выполняющих конкретную функцию. В конструкцию прибора входят:

  • баллон, для содержания в нем под давлением сжатого или сжиженного газа (элюенты);
  • регулирующий прибор, контролирующий расход газа и его входное давление;
  • устройство для подачи в колонку пробы;
  • колонка — емкость для дифференцирования исследуемого состава;
  • детекторы, фиксирующие концентрацию элементов на выходе и регистрирующие отличие их характеристик от газа-носителя;
  • электронного типа усилитель для повышения уровня электрического импульса.

В состав аппарата входят: расходомер, контролирующий затраты газа, регистратор, обеспечивающий изображение хроматограммы: ПК, редко — самописец.

В процессе эксплуатации электрооборудования проводят работы по обслуживанию, профилактике и уходу за электродвигателями. Эти работы, связанные с включением, пуском в ход, отключением, остановкой, наблюдением за работающими электродвигателями, а также систематические осмотры, профилактические чистки и ремонты направлены на содержание их в хорошем состоянии и постоянной готовности к действию.

Эксплуатация и обслуживание электродвигателей в судовых условиях

При подготовке электродвигателя к пуску осматривают электродвигатель и пусковое устройство. Пусковое устройство должно находиться в положении «Стоп». После пуска двигателя убеждаются в отсутствии ненормальных шумов, искрения под щетками, вибрации. В процессе работы электродвигателя периодически следят: за его нагревом, работой коллектора (контактных колец) и его чистотой; за отсутствием стука и нагрева подшипников; перегревом контактных соединений; вибрацией электродвигателя. 

Для покраски барж, речных, а также морских судов, яхт, кораблей используются специализированные лакокрасочные материалы. Они отличаются повышенным уровнем стойкости к влаге, минимизируют негативное воздействиеультрафиолетовых лучей, температурного воздействия, абразивов и т.п. 

Наибольшими защитными свойствами обладает ЛКП для морских судов, так как морская среда обладает самой большой разрушительной силой. Если не применять лакокрасочные антикоррозийные покрытия, то корпус корабля может разрушиться за 5-12 лет.

Назначение и применение

Трансформаторы масляные и сухиеТрансформатор — это статический электромагнитный преобразователь с двумя или больше неподвижными обмотками, который предназначен для преобразования с помощью электромагнитной индукции параметров электрических величин. Трансформаторы применяются в энергетических системах при передаче электроэнергии от электрической станции к потребителю и в разнообразных электроустановках для получения напряжений нужной величины.

В данной статье приведен пример простого трансформатора небольшой мощности, который часто применяется в устройствах автоматики, измерительно—вычислительной технике, различных приборах.

Как устроен трансформатор

Малогабаритный трансформаторНизкочастотный трансформатор содержит в себе сердечник из сплава на основе железа и размещенные на нем обмотки из провода. В упрощенном виде трансформатор содержит две обмотки — первичную и вторичную. Они изолированы друг от друга и не имеют электрического контакта.

На первичную обмотку подается преобразуемое напряжение, со вторичной снимается напряжение, нужное нам.

Это и отражено в символическом изображении трансформатора в электрических схемах. Обмотки изображают в виде волнистых линий с отводами, сердечник — одной (или несколькими, зависит от стандарта) прямой линией.

Изображение трансформатора в схемахПри подаче переменного тока в первичную обмотку в ней возникает переменное магнитное поле.

Магнитное поле характеризуется такой числовой величиной, как магнитный поток.

Чем больше ток в первичной обмотке и чем больше там витков, тем сильнее возникающий магнитный поток.

Это магнитный поток наводит (генерирует) переменное напряжение во вторичной обмотке.

Если подключить к вторичной обмотке нагрузку, по ней потечет переменный ток. Следует отметить, что частота переменного напряжение во вторичной обмотке будет равна частоте напряжения в первичной обмотке.

Что будет, если первичную обмотку подключить к источнику постоянного напряжения? Появится ли постоянное напряжение на вторичной обмотке, ведь при протекании тока в первичной обмотке в ней генерируется магнитный поток?

Нет, не появится! Напряжение во вторичной обмотке находится только при переменном магнитном потоке, а при постоянном токе он постоянен.

Магнитный поток в трансформатореРоль сердечника заключается в том, что он почти полностью концентрирует в себе магнитный поток.

Без сердечника магнитная связь обмоток было бы слабее.

И мощность, отдаваемая вторичной обмоткой в нагрузку, было бы гораздо меньше.

Полная теория трансформатора довольно сложна.

Чтобы исчерпывающим образом описать его работу, необходимо применять математический аппарат с интегралами, производными и прочими сложными понятиями.

Мы не будем здесь этого делать, но приведем несколько базовых соотношений, имеющих практическую пользу.

Где и для чего используют понижающие трансформаторы

  • трансформатор пониженного напряжения используют для питания рабочих инструментов;
  • понижающие агрегаты используют обязательно в основной магистрали, если необходимо оборудовать цеха или предприятия с различной автоматикой;
  • электрооборудование с понижающим потенциалом обязательно используют, если заново оборудуется низковольтная сеть освещения;
  • понижающий трансформатор 12 вольт задействуют для питания электроники.

Ассортимент трансформаторов огромен, и выбор агрегата в пользование всецело зависит от вольтажа вторичной обмотки. И не обойтись без понижающей подстанции ни в строительной сфере, ни в бытовой, то есть там, где идет применение инструментов от простых электрических шуруповертов до массивных крановых двигателей.

Область применения приборов

Сегодня, пожалуй, трудно себе представить область науки и техники, где не применяются трансформаторы. Их широко используются для следующих целей:

  1. Трансформатор токаДля передачи и раздачи электроэнергии.
  2. Для создания допустимой схемы включения вентилей. Применяется в преобразовательных устройствах с одновременным согласованием входного и выходного напряжения.
  3. В производстве: в сварке, для снабжения электротермических установок и т. д. Мощность таких приборов достигает порой десятков тысяч кВА и напряжения до 10 кВ, а рабочий диапазон — 50 Гц.
  4. Преобразователи малой мощности и невысокого напряжения применяют для радио- и телеаппаратуры, устройств связи, бытовых приборов, для согласования напряжений и т. д.
  5. При включении электроизмерительных приборов и реле в электроцепи высокого напряжения с целью расширения диапазонов измерений и обеспечения электробезопасности.

Исходя из многообразия устройств и видов назначения трансформаторов, можно утверждать, что сегодня они — незаменимые, использующиеся практически повсеместно устройства, благодаря которым обеспечивается стабильность и достижение необходимых потребителю значений напряжения как гражданских сетей, так и сетей предприятий промышленности.

Сварочные трансформаторы

   Существуют специальные сварочные трансформаторы. 

Сварочный трансформатор

Сварочный трансформатор

   Сварочный трансформатор предназначен для сварки электрической дугой, он работает как понижающий трансформатор, снижая напряжение на вторичной обмотке, до необходимой величины для сварки. Напряжение вторичной обмотки бывает не более 80 Вольт. Сварочные трансформаторы рассчитаны на кратковременные замыкания выхода вторичной обмотки, при этом образуется электрическая дуга, и трансформатор при этом не выходит из строя, в отличие от силового трансформатора.  

Формула трансформатора

Главная формула трансформатора выглядит так.

формула трансформатора

где

U2  – напряжение на вторичной обмотке

U1 – напряжение на первичной обмотке

N1 – количество витков первичной обмотки

N2 – количество витков вторичной обмотки

k – коэффициент трансформации

В трансформаторе соблюдается также закон сохранения энергии, то есть какая мощность заходит в трансформатор, такая мощность выходит из трансформатора:

закон сохранения мощности

Эта формула справедлива для идеального трансформатора. Реальный же трансформатор будет выдавать на выходе чуть меньше мощности, чем на его входе. КПД трансформаторов очень высок и порой составляет даже 98%.

Обмотки и их свойства

Между обмотками существуют специальные прокладки, ограничивающие поступление тока и его движение между двумя элементами. Катушки обмотаны изолированными проводами, обмотанными слоями бумаги. Проводящие части могут иметь круглую или прямоугольную форму. Могут иметь дисковый или стержневой тип обматывания.

Обозначение на схеме

Чтение схем трансформатораУсловное обозначение трансформаторов на схеме и в специализированной литературе зависит от конструктивных особенностей изображаемой модели устройства. Но в общем случае на его рисунке указывается сердечник — толстая вертикальная линия, первичная обмотка (слева) и вторичная (справа). Сами катушки изображаются параллельно сердечнику в виде полуокружностей. Их количество нигде не регламентируется. Жирная точка, стоящая у полуокружностей, обозначает начало обмотки.

При указании особенности конструкции изображение сердечника может изменяться. Так, магнитопровод с магнитным зазором выполняется линией с разрывом посредине, если сердечник изготовлен из магнитодиэлектрика, используется тонкая пунктирная линия. Если есть необходимость указать материал, из которого сделан сердечник, то сверху линии ставится символ, соответствующий таблице Менделеева, например, Cu.

Таким образом, под словом трансформатор понимается электронный аппарат, предназначенный для повышения или понижения напряжения электрического тока. Эти его свойства нашли широкое применение как в аналоговой, так и цифровой технике. При этом ключевым элементом, обеспечивающим передачу энергии от электростанций к потребителям, также является трансформатор.

Распространенные модели

Покупатели отдают предпочтение в большинстве случаев всего нескольким моделям. Чтобы правильно выбрать аппаратуру, потребуется знать их маркировку, ее расшифровку. Большим спросом пользуются такие модели:

  1. ТСЗИ. Трехфазная разновидность, внутренняя конструкция которой защищена специальным кожухом.
  2. ОСМ. Применяются в системах сигнализации, освещения. Их устанавливают в специальный ящик. Внутрь корпуса не должна попадать грязь, пыль, влага. Монтируются на дин-рейку.
  3. ТТп, ТС-180, ЯТП применяются в бытовых сетях. Монтируются просто. Используются для напряжения невысокого уровня.
  4. ОСОВ, ОСО. Обладает сухой системой охлаждения. Применяют в бытовых сетях.

Информация о разновидности прибора приведена в маркировке. Она указывается на корпусе трансформатора. Маркировка находится в открытом доступе для обслуживающего персонала.

Интересное видео: Сетевой понижающий трансформатор

Аннотация

Расчетно – графическая работа (РГР) посвящена синтезу непрерывных высококачественных систем автоматического регулирования судовыми техническими средствами на базе теорий инвариантности и оптимальности.

Целью расчетно – графической работы является закрепление теоретических знаний по применению методов теории автоматического управления для синтеза непрерывных систем автоматического регулирования (регуляторов).

В расчетно – графической работе сделан выбор схемы  операционного усилителя, составлены функциональная и структурная схемы системы автоматического регулирования, а также приведены дифференциальные уравнения и передаточные функции элементов САР. Произведён расчет основных параметров  элементов САР, определены условия инвариантности и оптимальности САР, а также построена принципиальная схема системы автоматического регулирования с учетом условий инвариантности и оптимальности.

Применение трансформатора

Недостаточно только выработать электрическую энергию. Не меньшую сложность представляет ее передача на значительные расстояния и дальнейшее распределение среди потребителей. И здесь не обойтись без специальных аппаратов – трансформаторов, выполняющих повышение или понижение напряжения.

Каждый трансформатор в электрических цепях может применяться на открытом воздухе или внутри помещений. Эти устройства дали возможность передачи электроэнергии с минимальными потерями в проводах, за счет уменьшенной площади сечения.

Высокое напряжение, поступающее со станции, не может напрямую поставляться потребителям. Поэтому на входе производится установка понижающих трансформаторов. Они доводят ток до нужного значения, при котором нормально функционирует оборудование и бытовая техника.

Тороидальные трансформаторы

   Промышленность изготавливает и так называемые тороидальные трансформаторы. Один из таких изображен на фото: 

Фото тороидальный трансформатор

Фотография — тороидальный трансформатор

   Преимущества таких трансформаторов по сравнению с трансформаторами обычного исполнения заключаются в более высоком КПД, меньше звуковой дребезг железа при работе, низкие значения полей рассеяния и меньший размер и вес.

   Сердечники трансформаторов, в зависимости от конструкции могут быть различными, они набираются из пластин магнитомягкого материала, на рисунке ниже приведены примеры сердечников:

Сердечники трансформаторов рисунок

Сердечники трансформаторов — рисунок

   Вот в кратце и вся основная информация о трансформаторах в радиоэлектронике, более подробно разные частные случаи можно рассмотреть на форуме. Автор AKV.

   Форум по трансформаторам

   Обсудить статью ТРАНСФОРМАТОРЫ

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

Приборы с работой под высоким напряжением нуждаются в периодическом измерении.

принцип действия измерительного трансформатора

Для чего этих целей в помощь – измерительные устройства, которые:

  • снижают величину напряжения до нужного уровня;
  • обеспечивают гальваническую развязку измерительному оборудованию от цепей с повышенной опасностью.

Номинальная мощность, напряжение и ток

Номинальная – мощность, с которой трансформатор работает в определенном классе точности и в соответствии с ГОСТом. Выражается в вольтах, амперах. Незначительные отклонения мощности допускаются, но не выше нормированных величин.

Важно! Во избежание повышения погрешности вторичной нагрузки суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле не должно быть более номинальной мощности трансформатора. Узнать номинальную мощность можно в паспорте к агрегату либо на щитке.

Порог номинального напряжения у трансформатора – 10кВ.

Разница в зависимости от мощности электроприборов составляет для:

  • питания электроприемников – 3-6,3кВ;
  • крупногабаритных электродвигателей – до 1000В.

Мощность трехфазного трансформатора вычитается по формуле: – S=квадратный корень цифры 3 UIU—номинальное междуфазное напряжение, В; / — ток в фазе, А. Коэффициенты рабочих токов в обмотках при рабочем состоянии трансформатора не должны быть выше номинальных Хотя кратковременные перегрузки в масляных и сухих агрегатах до определенных пределов (2,5 -3%) приемлемы.

Заключение по теме

Итак, был сделан небольшой обзор всего, что касается трансформаторных установок, поэтому будем считать, что вопрос, зачем нужны трансформаторы, исчерпан, хотя и не полностью. Об этом приборе можно говорить долго. К примеру, самые простые варианты: как разобрать трансформатор, как прозвонить его, как подключить или демонтировать самому дома.

Список использованной литературы

  • Кацман М. М. «Электрические машины и трансформаторы.»  1971
  • Кислицын А.Л. «Трансформаторы» 2001
  • Родштейн Л.П. «Электрические аппараты» 1989
  • Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019
  • Брандина Е.П. «Электрические машины» 2004

Фото понижающего трансформатора




Вам понравилась статья? Поделитесь 😉

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом