Балансный трансформатор Ypsilon BC1

Усиление: 0 дБ (X1)

Частотный диапазон: 4 Гц -250 кГц – 3 дБ/ привод 100 Ом

Индуктивность: 200 H<

Макс. уровень/20 Гц: +16 дБ

Габариты, ВхГ: 10,0 x 12, 0 см

Вес: 4 кг

Розничная цена: 2 504 у.е. (серебристый корпус), 2 680 у.е. (чёрный корпус)

Простые повышающие DC/DC преобразователи своими руками для батарейного питания

В данной статье рассмотрены два небольших повышающих преобразователя с входным напряжением 1,5 В, предназначенных для питания маломощной нагрузки, такой как светодиод или небольшой электронной самоделки от 1 батарейки типоразмера AA.

Устройствами с батарейным питанием сейчас уже никого не удивишь, всевозможных игрушек и гаджетов питающихся от аккумулятора или батарейки найдется с десяток в каждом доме. Между тем, мало кто задумывался над количеством разнообразных преобразователей, которые используются для получения необходимых напряжений или токов от стандартных батарей. Эти самые преобразователи делятся на несколько десятков различных групп, каждая со своими особенностями, однако в данный момент времени мы говорим про понижающие и повышающие преобразователи напряжения, которые чаще всего называются AC/DC и DC/DC преобразователями. В большинстве случаев для построения таких конвертеров используются специализированные микросхемы, позволяющие с минимальным количеством обвязки построить преобразователь определенной топологии, благо микросхем питания на рынке сейчас великое множество.

Рассматривать особенности применения данных микросхем можно бесконечно долго, особенно с учетом целой библиотеки даташитов и аппноутов от производителей, а также бесчисленного числа условно-рекламных обзоров от представителей конкурирующих фирм, каждая из которых старается представить свой продукт наиболее качественным и универсальным. В этот раз мы будем использовать дискретные элементы, на которых соберем несколько простейших повышающих DC/DC преобразователей, служащих для того, чтобы запитать небольшое маломощное устройство, к примеру, светодиод, от 1 батарейки с напряжением 1,5 вольт. Данные преобразователи напряжения можно смело считать проектом выходного дня и рекомендовать для сборки тем, кто делает свои первые шаги в удивительный мир электроники.

Итак, схема первая:

Рис. 1 — Схема простого DC/DC преобразователя №1

На данной схеме представлен релаксационный автогенератор, представляющий собой блокинг-генератор со встречным включением обмоток трансформатора. Принцип работы данного преобразователя следующий: при включении , ток протекающий через одну из обмоток трансформатора и эмиттерный переход транзистора – открывает его, в результате чего он открывается и больший ток начинает течь через вторую обмотку трансформатора и открытый транзистор. В результате в обмотке, подключенной к базе транзистора наводится ЭДС, запирающая транзистор и ток через него обрывается. В этот момент энергия, запасенная в магнитном поле трансформатора, в результате явления самоиндукции, высвобождается и через светодиод начинает протекать ток, заставляющий его светиться. Затем процесс повторяется.

Компоненты, из которых можно собрать этот простой повышающий преобразователь напряжения, могут быть совершенно различными. Схема, собранная без ошибок, с огромной долей вероятности будет корректно работать. Мы пробовали использовать даже транзистор МП37Б – преобразователь отлично функционирует! Самым сложным является изготовление трансформатора – его надо намотать сдвоенным проводом на ферритовом колечке, при этом количество витков не играет особой роли и находится в диапазоне от 15 до 30. Меньше – не всегда работает, больше – не имеет смысла. Феррит — любой, брать N87 от Epcos не имеет особого смысла, также как и разыскивать M6000НН отечественного производства. Токи в цепи протекают мизерные, поэтому размер колечка может быть очень небольшим, внешнего диаметра в 10 мм будет более чем достаточно. Резистор сопротивлением около 1 килоома (никакой разницы между резисторами номиналом в 750 Ом и 1,5 КОм обнаружено не было). Транзистор желательно выбрать с минимальным напряжением насыщения, чем оно меньше – тем более разряженную батарейку можно использовать. Экспериментально были проверены: МП 37Б, BC337, 2N3904, MPSh20. Светодиод – любой имеющийся, с оговоркой, что мощный многокристальный будет светиться не в полную силу.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

Рис. 3 — Преобразователь, собранный по схеме № 1

Размер платы 15 х 30 мм, и может быть уменьшен до менее чем 1 квадратного сантиметра при использовании SMD-компонентов и достаточно маленького трансформатора. Без нагрузки данная схема не работает.

Вторая схема — это типовой степ-ап преобразователь, выполненный на двух транзисторах. Плюсом данной схемы является то, что при её изготовлении не надо мотать трансформатор, а достаточно взять готовый дроссель, но она содержит больше деталей, чем предыдущая.

Принцип работы сводится к тому, что ток через дроссель периодически прерывается транзистором VT2, а энергия самоиндукции направляется через диод в конденсатор C1 и отдается в нагрузку. Опять же, схема работоспособна с совершенно различными компонентами и номиналами элементов. Транзистор VT1 может быть BC556 или BC327, а VT2 BC546 или BC337, диод VD1 – любой диод Шоттки, например, 1N5818. Конденсатор C1 – любого типа, емкостью от 1 до 33 мкФ, больше не имеет смысла, тем более, что можно и вовсе обойтись без него. Резисторы – мощностью 0,125 или 0,25 Вт (хотя можно поставить и мощные проволочные, ватт эдак на 10, но это скорее расточительство чем необходимость) следующих номиналов: R1 — 750 Ом, R2 — 220 КОм, R3 – 100 КОм. При этом, все номиналы резисторов могут быть совершенно свободно заменены на имеющие в наличии в пределах 10-15% от указанных, на работоспособности правильно собранной схемы это не сказывается, однако влияет на минимальное напряжение, при котором может работать наш преобразователь.

Самая важная деталь — дроссель L1, его номинал также может отличаться от 100 до 470 мкГн (экспериментально проверены номиналы до 1 мГн – схема работает стабильно ), а ток на который он должен быть рассчитан не превышает 100 мА. Светодиод – любой, опять же с учетом того, что выходная мощность схемы весьма невелика. Правильно собранное устройство сразу же начинает работать и не нуждается в настройке.

Напряжение на выходе можно стабилизировать, установив стабилитрон необходимого номинала параллельно конденсатору C1, однако следует помнить, что при подключении потребителя напряжение может проседать и становиться недостаточным. ВНИМАНИЕ! Без нагрузки данная схема может вырабатывать напряжение в десятки или даже сотни вольт! В случае использования без стабилизируещего элемента на выходе, конденсатор C1 окажется заряжен до максимального напряжения, что в случае последующего подключения нагрузки может привести к её выходу из строя!

Преобразователь также выполнен на плате размером 30 х 15 мм, что позволяет прикрепить его на батарейный отсек типа размера AA. Разводка печатной платы выглядит следующим образом:

Обе простые схемы повышающих преобразователей можно сделать своими руками и с успехом применять в походных условиях, например в фонаре или светильнике для освещения палатки, а также в различных электронных самоделках, для которых критично использование минимального количества элементов питания.

Силовые трансформаторы, простой расчет — Радиомастер инфо

В статье на конкретном примере приводится простой метод расчета силового трансформатора для блока питания или зарядного устройства.

 

 

1. Перед тем, как использовать силовой трансформатор необходимо определиться с его мощностью.

Например, нужно рассчитать силовой трансформатор для зарядного устройства, которым будем заряжать автомобильные аккумуляторы емкостью до 60 А/час.

Как известно, ток заряда равен 0,1 от емкости аккумулятора, в нашем случае это 6 Ампер.

Напряжение для заряда аккумулятора должно быть не менее 15 В, плюс падение напряжения на диодах и  токоограничивающем резисторе, примем его около 5 В.

Итого, напряжение вторичной обмотки должно быть около 20 В, при токе до 6 А. Мощность при этом, будет равна Р = 6 А х 20 В = 120 Вт.

К.п.д. силового трансформатора при мощности до 60 Вт составляет 0,75. При мощности до 150 Вт 0,8 и при больших мощностях 0,85.

В нашем случае принимаем к.п.д. равным 0,8.

При мощности вторичной обмотки 120 Вт, с учетом к.п.д. мощность первичной обмотки равна:

120 Вт : 0,8 = 150 Вт.

2. По этой мощности определяем площадь поперечного сечения сердечника, на котором будут расположены обмотки.

S (см²) = (1,0 ÷1,2) √Р

Коэффициент перед корнем квадратным из мощности зависит от качества электротехнической стали сердечника.

Принимаем его равным среднему значению 1,1 и получаем площадь сердечника равной 13,5 см².

3. Теперь нужно определить дополнительную величину – количество витков на вольт. Обозначим ее N.

N = (50 ÷70)/S (см²)

Коэффициент от 50 до 70 зависит от качества стали. Возьмем среднее значение 60. Получаем количество витков на вольт равным:

N = 60/13,5 = 4,44

Округлим это значение до 4,5 витка на вольт.

Первичная обмотка будет работать от 220 В. Ее количество витков равно 220 х 4,5 = 990 витков.

Вторичная обмотка должна выдавать 20 В. Ее количество витков равно 20 х 4,5 = 90 витков.

4. Осталось определить диаметр провода обмоток.

Для этого нужно знать ток каждой обмотки. Для вторичной обмотки ток нам известен, его величина 6 А.

Ток первичной обмотки определим, как мощность, деленную на напряжение. (Сдвиг фаз для упрощения расчета учитывать не будем).

I₁ = 150 Вт / 220 В = 0,7 А

Диаметр провода определяем по формуле:

D(мм) = (0,7÷0,8)√I(А)

Коэффициент перед корнем квадратным влияет на плотность тока в проводе. Чем больше его значение, тем меньше будет греться провод при работе. Примем среднее значение.

Для меди плотность тока до 3,2 А/мм кв, для алюминиевых проводов до 2А/мм кв.

Диаметр провода первичной обмотки:

D₁ = 0,75 √0,7 = 0,63 мм

Диаметр провода вторичной обмотки:

D₂ = 0,75 √6 = 1,84 мм

Для намотки выбираем ближайший больший диаметр. Если нет толстого провода для вторичной обмотки, можно намотать ее в два провода. При этом суммарная площадь сечения проводов должна быть не меньше площади сечения для рассчитанного диаметра провода. Как известно, площадь сечения равна πr² , где π это 3,14, а r — радиус провода.

Вот и весь расчет.

Если вторичных обмоток несколько, сумма их мощностей не должна превышать величину, равную мощности первичной обмотки, умноженной на к.п.д. Количество витков на вольт одинаково для всех обмоток конкретного трансформатора. Если известно количество витков на вольт, можно намотать обмотку на любое напряжение, главное, чтобы она влезла в окно магнитопровода. Диаметр провода каждой обмотки определяется исходя из величины тока этой обмотки.

Овладев этой простой методикой, вы сможете не только изготовить нужный вам силовой трансформатор, но и подобрать уже готовый.

Материал статьи продублирован на видео:

Повышающие и понижающие трансформаторы | Трансформеры

До сих пор мы наблюдали моделирование трансформаторов, в которых первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, что давало примерно одинаковые уровни напряжения и тока в обеих цепях. Однако равенство напряжения и тока между первичной и вторичной сторонами трансформатора не является нормой для всех трансформаторов.

Если индуктивности двух обмоток не равны, происходит нечто интересное:

 

трансформатор
 v1 1 0 ac 10 грех
 rbogus1 1 2 1e-12
 rbogus2 5 0 9e12
 л1 2 0 10000
 л2 3 5 100
 к л1 л2 0.999
 vi1 3 4 ac 0
 rload 4 5 1k
 .ac лин 1 60 60
 .print переменный v (2,0) я (v1)
 .print ac v(3,5) i(vi1)
 .конец
 

частота v(2) i(v1)
6. 000Э+01 1.000Э+01 9.975Э-05 Первичная обмотка

частота v(3,5) i(vi1)
6.000Э+01 9.962Э-01 9.962Э-04 Вторичная обмотка
 

 

Обратите внимание, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше первичного напряжения (0,9962 вольта по сравнению с 10 вольтами), а вторичный ток примерно в десять раз больше (0,9962 вольта по сравнению с 10 вольтами).9962 мА по сравнению с 0,09975 мА).

Здесь у нас есть устройство, которое понижает напряжение вниз в десять раз, а ток увеличивает в десять раз:

 

Соотношение витков 10:1 дает отношение первичных/вторичных напряжений 10:1 и отношение первичных/вторичных токов 1:10.

 

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы?

Это действительно очень полезное устройство. С его помощью мы можем легко умножать или делить напряжение и ток в цепях переменного тока.Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния практической реальностью, поскольку напряжение переменного тока можно «увеличить», а ток «понизить» для уменьшения потерь мощности на сопротивление проводов вдоль линий электропередач, соединяющих генерирующие станции с нагрузками.

На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузке) уровни напряжения снижаются с помощью трансформаторов для более безопасной работы и менее дорогого оборудования.

Трансформатор, повышающий напряжение от первичной обмотки к вторичной (больше витков вторичной обмотки, чем витков первичной обмотки), называется повышающим трансформатором .

И наоборот, трансформатор, предназначенный для противоположного действия, называется понижающим трансформатором .

Давайте еще раз посмотрим на фотографию, показанную в предыдущем разделе:

 

Поперечное сечение трансформатора с первичными и вторичными обмотками имеет высоту несколько дюймов (примерно 10 см).

 

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое количество витков первичной обмотки и малое количество витков вторичной.В качестве понижающего устройства этот трансформатор преобразует низковольтную слаботочную мощность в низковольтную сильноточную.

Использование провода большего сечения во вторичной обмотке необходимо из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть изготовлена ​​из провода меньшего сечения.

 

Реверсивность работы трансформатора

В случае, если вам интересно, можно использовать любой из этих типов трансформаторов в обратном направлении (запитывая вторичную обмотку от источника переменного тока и позволяя первичной обмотке питать нагрузку) для выполнения противоположной функции: может работать повышающий как шаг вниз и виза наоборот.

Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы индуктивности отдельных обмоток были спроектированы для определенных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор будет использоваться «наоборот», как здесь, должны использоваться в пределах первоначальных расчетных параметров напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы она не оказалась неэффективной (или чтобы она не была повреждена чрезмерным напряжением или током!).

 

Этикетки для изготовления трансформаторов

Трансформаторы часто конструируются таким образом, что не очевидно, какие провода ведут к первичной обмотке, а какие к вторичной.Одним из соглашений, используемых в электроэнергетике для облегчения путаницы, является использование обозначений «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем блоке; вторичная обмотка в повышающем) и «X». обозначения обмотки низшего напряжения.

Следовательно, простой силовой трансформатор будет иметь провода с маркировкой «H ₁ », «H ₂ », «X ₁ », и «X ₂ ». Обычно имеет значение нумерация проводов (H ₁ по сравнению с H ₂ и т. д.), который мы рассмотрим чуть позже в этой главе.

 

Практическое значение повышающих и понижающих трансформаторов

Тот факт, что напряжение и ток «шагают» в противоположных направлениях (одно вверх, другое вниз), имеет смысл, если вспомнить, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и понять, что трансформаторы не могут производить мощность, а только преобразовывать ее. .

Любое устройство, которое могло бы выдавать больше энергии, чем оно потребляло, нарушило бы Закон сохранения энергии в физике, а именно, что энергия не может быть создана или уничтожена, только преобразована.Как и в случае с первым примером трансформатора, который мы рассмотрели, эффективность передачи мощности от первичной обмотки к вторичной стороне устройства очень высока.

Практическая значимость этого становится более очевидной при рассмотрении альтернативы: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения/тока могло быть достигнуто только за счет использования моторно-генераторных установок.

Чертеж моторно-генераторной установки раскрывает основной принцип работы: (Рисунок ниже)

 

=

Мотор-генератор иллюстрирует основной принцип работы трансформатора.

 

В такой машине двигатель механически соединен с генератором, генератор предназначен для выработки требуемых уровней напряжения и тока при скорости вращения двигателя.

Хотя и моторы, и генераторы являются довольно эффективными устройствами, использование обоих таким образом усугубляет их неэффективность, так что общий КПД находится в диапазоне 90% или меньше. Кроме того, поскольку двигатель-генераторные установки, очевидно, требуют движущихся частей, механический износ и балансировка являются факторами, влияющими как на срок службы, так и на производительность.

Трансформаторы

, с другой стороны, способны преобразовывать уровни переменного напряжения и тока с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради следует отметить, что мотор-генераторные установки не обязательно устарели благодаря трансформаторам для всех приложений .

Несмотря на то, что трансформаторы явно превосходят электродвигатели/генераторы в отношении преобразования переменного напряжения и уровня тока, они не могут преобразовывать одну частоту переменного тока в другую или (сами по себе) преобразовывать постоянный ток в переменный или наоборот.

Мотор-генераторные установки

могут выполнять все эти функции с относительной простотой, хотя и с уже описанными ограничениями эффективности и механическими факторами.

Моторно-генераторные установки также обладают уникальным свойством накопления кинетической энергии: то есть, если питание двигателя на мгновение прерывается по какой-либо причине, его угловой момент (инерция этой вращающейся массы) будет поддерживать вращение генератора в течение короткого времени. продолжительность, тем самым изолируя любые нагрузки, питаемые от генератора, от «глюков» в основной энергосистеме.

 

Анализ работы повышающего и понижающего трансформатора

Присмотревшись к числам в анализе SPICE, мы должны увидеть соответствие между коэффициентом трансформации и двумя индуктивностями. Обратите внимание, что первичная катушка индуктивности (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичная катушка индуктивности (10000 Гн против 100 Гн), и что измеренный коэффициент понижения напряжения составляет 10:1.

Обмотка с большей индуктивностью будет иметь более высокое напряжение и меньший ток, чем другая.

Поскольку две катушки индуктивности намотаны вокруг одного и того же материала сердечника в трансформаторе (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на индуктивность двух катушек, одинаковы, за исключением количества витков в каждой катушке.

Если мы еще раз посмотрим на нашу формулу индуктивности, мы увидим, что индуктивность пропорциональна квадрату числа витков катушки:

 

 

Итак, должно быть очевидно, что две наши катушки индуктивности в последней примерной схеме трансформатора SPICE — с коэффициентами индуктивности 100:1 — должны иметь коэффициенты витков 10:1, потому что 10 в квадрате равно 100.

Это соответствует тому же соотношению, которое мы нашли между первичными и вторичными напряжениями и токами (10:1), поэтому мы можем сказать, что, как правило, коэффициент трансформации напряжения и тока равен отношению витков обмотки между первичной и вторичной обмотками. .

 

Понижающий трансформатор: (много витков :мало витков).

 

Повышающий/понижающий эффект передаточного числа витка катушки в трансформаторе аналогичен передаточному числу зубьев в механических зубчатых передачах, преобразовывая значения скорости и крутящего момента почти таким же образом:

 

Редуктор крутящего момента снижает крутящий момент при увеличении скорости.

 

Повышающие и понижающие трансформаторы для целей распределения электроэнергии могут быть гигантскими по сравнению с силовыми трансформаторами, показанными ранее, некоторые блоки достигают высоты дома. На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около двенадцати футов:

.

 

Трансформатор подстанции.

 

ОБЗОР:

• Трансформаторы «повышающие» или «понижающие» напряжение в зависимости от соотношения витков первичного и вторичного проводов.

• Трансформатор, предназначенный для повышения напряжения с первичной обмотки на вторичную, называется повышающим трансформатором . Трансформатор, предназначенный для понижения напряжения с первичной обмотки на вторичную, называется понижающим трансформатором .
• Коэффициент трансформации трансформатора будет равен квадратному корню из отношения его первичной индуктивности к вторичной (L).

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Повышающий трансформатор

— работа, конструкция, области применения и преимущества

Повышающий трансформатор Как видно из названия, это оборудование, которое повышает или регулирует выходное напряжение, которое намного превышает его входное напряжение, сохраняя при этом стабильный поток электроэнергии. без всяких колебаний.В основном они используются на электростанциях и в приложениях, передающих энергию. В этом посте вы подробно узнаете о повышающем трансформаторе, а также о его работе, конструкции, применении, преимуществах и недостатках.

Что такое повышающий трансформатор

В повышающем трансформаторе вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная обмотка. Ток, протекающий через первичную катушку, намного выше, чем через вторичную катушку. Он в основном преобразует низкое напряжение, большой ток в высокое напряжение и малый ток, т.е.е. напряжение было повышено. Отсюда и название Step Up Transformer.

Рис. 1 – Введение в повышающий трансформатор

Карой Зиперновски, Отто Блати и Микса Дери были тремя инженерами, которые изобрели понижающий трансформатор в 1884 году, что проложило путь к конструкции повышающего трансформатора.

Рис. 2. Инженеры, изобретшие повышающий трансформатор

Трансформер.Ниже приведена подробная процедура сборки повышающего трансформатора.

• Сердечник повышающего трансформатора
• Обмотки

Сердечник повышающего трансформатора

• Для изготовления сердечника трансформатора используется материал с высокой проникающей способностью. Для формирования сердечника тонкая кремниевая сталь собирается и плотно зажимается, а затем ламинируется. Материал преамбулы, который используется при формировании сердечника, предназначен для пропускания магнитного потока с меньшими потерями.
• Характеристика Сердечника ограничивает силовые линии магнитного поля в воздухе, что, в свою очередь, повышает эффективность Трансформатора.
• Для создания сердечника предпочтительны материалы с меньшим коэрцитивным действием, такие как кремниевая сталь. Если сердечник изготовлен из других ферромагнитных материалов, это может привести к потерям на гистерезис и потерям на вихревые токи.

Обмотка(и) помогает передавать токи, которые наматываются на трансформаторы. Обмотки предназначены для охлаждения трансформаторов и выдерживают условия эксплуатации и испытаний.

Провод первичной обмотки толстый с меньшим количеством витков.В то время как провод вторичной обмотки тоньше и имеет большее количество витков. Это в основном спроектировано таким образом, что первичная обмотка может выдерживать низкое напряжение по сравнению со вторичной обмоткой, которая несет более высокое напряжение.

В обмотке используются медь и алюминий. Медь, будучи дорогим материалом, увеличивает срок службы повышающего трансформатора по сравнению с алюминием, который дешевле.

Ламинирование сердечника уменьшает вихревые токи. Они бывают многих типов.Наиболее распространенными пластинами являются тип E-E и тип E-I, к которым прикреплены первичная и вторичная обмотки, и они уложены друг на друга, чтобы минимизировать воздушные зазоры, как показано на рис. 3 (a) и (b). Первичная и вторичная обмотки на ламинированном сердечнике показаны на рис. 3 (в)

Как работает повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор более подробно описан на схеме, показанной на рис.4. Здесь V ₁ и V ₂ — входное и выходное напряжения соответственно. T1 и T2 — это витки первичной и вторичной обмоток. Первичная обмотка — это входная обмотка трансформатора, а вторичная — выходная обмотка трансформатора. Если на вторичной обмотке больше витков провода, чем на первичной, выходное напряжение будет выше входного.

Рис. 4 – Принципиальная схема повышающего трансформатора

Поскольку ток, протекающий в трансформаторе, представляет собой переменный ток, он течет в одном направлении, останавливается, затем реверсируется и течет в другом направлении.Поток электричества создает магнитное поле вокруг провода или обмотки. Северный и южный полюса магнитного поля меняются местами, когда меняется направление тока.

Магнитное поле наводит на провод напряжение. Точно так же напряжение будет индуцироваться во второй катушке, когда она помещена в движущееся магнитное поле. Это явление называется взаимной индукцией. Отсюда можно сделать вывод, что переменный ток в первичной обмотке создает движущееся магнитное поле, которое индуцирует напряжение во вторичной обмотке.

Соотношение между напряжением и числом витков в каждой катушке определяется уравнением:

Применение повышающего трансформатора

Повышающие трансформаторы необходимы в течение часа в большинстве коммерческих и жилых помещений.Преимущества указаны ниже.

Передатчик мощности

Трансформаторы Step Up передают электроэнергию по более низким ценам на большие расстояния. Увеличивается напряжение токов, которые должны передаваться, в результате чего сопротивление на линии уменьшается. Это помогает уменьшить потери на пути и эффективно использовать подаваемую мощность.

Непрерывная работа

Трансформаторы Step Up способны работать непрерывно без перерывов, в отличие от большинства электрических приборов. Это создает огромное преимущество, которое помогает в системе распределения электроэнергии.

Техническое обслуживание

Помимо того, что Step Up Transformers является системой, работающей без перерывов, они также требуют минимального обслуживания. Повышающий трансформатор требует лишь минимального обслуживания, такого как проверка масла, замена или ремонт поврежденных деталей и т. д.

Быстрый запуск

После установки трансформатор быстро запускается без каких-либо задержек или трудоемких процедур.

Эффективность

По мере совершенствования технологий уровень эффективности повышающего трансформатора также повысился. На линиях меньше потерь, что позволяет поддерживать уровень эффективности выше 95%.

Как указывалось ранее, 100% КПД не существует. Следовательно, у повышающих трансформаторов есть некоторые недостатки.

Система охлаждения

Поскольку повышающий трансформатор непрерывно выполняет свою задачу, ему необходима система охлаждения. Поскольку повышающий трансформатор нельзя отключить для охлаждения, необходимо предусмотреть подключение к трансформаторам круглосуточной системы охлаждения.

Огромный размер

По мере увеличения допустимого напряжения увеличивается размер трансформатора, который также включает более крупную систему охлаждения. Это создает громоздкий и огромный трансформер, занимающий больше места.

Работает на переменный ток (переменный ток)

Трансформаторы используются только для повышения напряжения переменного или переменного тока.Они не работают на постоянном или постоянном токе. Ограничение касается только приложений, связанных с операциями переменного тока.

  Читайте также: 
 Автоматический выключатель  — как он работает, типы, области применения и преимущества 
  Что такое параллельная схема - как сделать, характеристики, применение 
  Коэффициент мощности — треугольник мощности, типы, коррекция коэффициента мощности, области применения, преимущества  

ТРАНСФОРМАТОРЫ — прикладное промышленное электричество

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы

Это действительно очень полезное устройство. С его помощью мы можем легко умножать или делить напряжение и ток в цепях переменного тока. Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния практической реальностью, поскольку напряжение переменного тока можно «увеличить», а ток «понизить» для уменьшения потерь мощности на сопротивление проводов вдоль линий электропередач, соединяющих генерирующие станции с нагрузками. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузке) уровни напряжения снижаются с помощью трансформаторов для более безопасной работы и менее дорогого оборудования.

Трансформатор, повышающий напряжение от первичной обмотки к вторичной (больше витков вторичной обмотки, чем витков первичной обмотки), называется повышающим трансформатором .

И наоборот, трансформатор, предназначенный для противоположного действия, называется понижающим трансформатором  .

Давайте еще раз посмотрим на фотографию, показанную в предыдущем разделе:

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое количество витков первичной обмотки и малое количество витков вторичной. В качестве понижающего устройства этот трансформатор преобразует низковольтную слаботочную мощность в низковольтную сильноточную.Провод большего сечения, используемый во вторичной обмотке, необходим из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть изготовлена ​​из провода меньшего сечения.

Реверсивность работы трансформатора

Если вам интересно,  можно использовать любой из этих типов трансформаторов в обратном направлении (запитывая вторичную обмотку от источника переменного тока, а первичная обмотка питает нагрузку) для выполнения противоположной функции: может работать повышающий как шаг вниз и виза наоборот.

Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы индуктивности отдельных обмоток были спроектированы для конкретных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор будет использоваться «в обратном направлении», как это, он должны использоваться в пределах первоначальных расчетных параметров напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы она не оказалась неэффективной (или чтобы она не была повреждена чрезмерным напряжением или током!).

Этикетки для изготовления трансформаторов

Трансформаторы часто конструируются таким образом, что не очевидно, какие провода ведут к первичной обмотке, а какие к вторичной.Одним из соглашений, используемых в электроэнергетике для облегчения путаницы, является использование обозначений «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем блоке; вторичная обмотка в повышающем) и «X». обозначения обмотки низшего напряжения. Поэтому простой силовой трансформатор будет иметь провода с маркировкой «H ₁ », «H ₂ », «X ₁ », и «X ₂ ». Обычно это важно для нумерации проводов (H ₁ по сравнению с H ₂ и т. д.), который мы рассмотрим чуть позже в этой главе.

Практическое значение повышающих и понижающих трансформаторов

Тот факт, что напряжение и ток «переходят» в противоположных направлениях (одно вверх, другое вниз), имеет смысл, если вспомнить, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и понять, что трансформаторы не могут производить  мощность, а только преобразовывать ее. . Любое устройство, которое могло бы выдавать больше энергии, чем оно потребляло, нарушило бы Закон сохранения энергии в физике, а именно то, что энергию нельзя создать или уничтожить, а только преобразовать.Как и в случае с первым примером трансформатора, который мы рассмотрели, эффективность передачи мощности от первичной обмотки к вторичной стороне устройства очень высока.

Практическая значимость этого становится более очевидной при рассмотрении альтернативы: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения/тока могло быть достигнуто только за счет использования моторно-генераторных установок. На чертеже мотор-генераторной установки показан основной принцип работы: (рисунок ниже)

В такой машине двигатель механически соединен с генератором, генератор предназначен для выработки требуемых уровней напряжения и тока при скорости вращения двигателя. Хотя и двигатели, и генераторы являются довольно эффективными устройствами, использование обоих таким образом усугубляет их неэффективность, так что общий КПД находится в диапазоне 90% или меньше. Кроме того, поскольку двигатель-генераторные установки, очевидно, требуют движущихся частей, механический износ и балансировка являются факторами, влияющими как на срок службы, так и на производительность.Трансформаторы, с другой стороны, способны преобразовывать уровни переменного напряжения и тока с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради следует отметить, что моторно-генераторные установки не обязательно устарели благодаря трансформаторам для всех приложений. Хотя трансформаторы явно превосходят электродвигатели/генераторы в отношении преобразования переменного напряжения и уровня тока, они не могут преобразовывать одну частоту переменного тока в другую или (сами по себе) преобразовывать постоянный ток в переменный или наоборот.Моторно-генераторные установки могут делать все это с относительной простотой, хотя и с уже описанными ограничениями эффективности и механическими факторами.

Моторно-генераторные установки также обладают уникальным свойством накопления кинетической энергии: то есть, если питание двигателя на мгновение прерывается по какой-либо причине, его угловой момент (инерция этой вращающейся массы) будет поддерживать вращение генератора в течение короткого времени. продолжительность, тем самым изолируя любые нагрузки, питаемые от генератора, от «глюков» в основной энергосистеме.

Анализ работы повышающего и понижающего трансформатора

Обмотка с большей индуктивностью имеет более высокое напряжение и меньший ток, чем другая. Поскольку две катушки индуктивности намотаны вокруг одного и того же материала сердечника в трансформаторе (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на индуктивность двух катушек, одинаковы, за исключением количества витков в каждой катушке. Если мы еще раз взглянем на нашу формулу индуктивности, мы увидим, что индуктивность пропорциональна квадрату числа витков катушки:

[латекс]L = \frac{N^2µA}{I}[/латекс]

Где,

[latex]L = \text{индуктивность катушки в Генри} [/latex]

[латекс]N = \text{Количество витков в катушке (прямой провод = 1)}[/латекс]

[латекс]\mu = \text{Проницаемость материалов сердцевины (абсолютная, а не относительная)}[/латекс]

[latex]A = \text{Площадь рулона в квадратных метрах}[/latex]

[latex]I = \text{Средняя длина рулона в метрах}[/latex]

Итак, должно быть очевидно, что наши две катушки индуктивности должны иметь передаточное число витков 10:1, потому что 10 в квадрате равно 100. Это соответствует тому же соотношению, которое мы нашли между первичными и вторичными напряжениями и токами (10: 1), поэтому мы можем сказать, что, как правило, коэффициент трансформации напряжения и тока равен отношению витков обмотки между первичной и вторичной обмотками.

Повышающий/понижающий эффект передаточного числа витка катушки в трансформаторе аналогичен передаточному числу зубьев в механических зубчатых передачах, преобразовывая значения скорости и крутящего момента почти таким же образом:

Повышающие и понижающие трансформаторы для целей распределения электроэнергии могут быть гигантскими по сравнению с силовыми трансформаторами, показанными ранее, некоторые блоки достигают высоты дома. На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около двенадцати футов:

Существуют приложения, в которых требуется гальваническая изоляция между двумя цепями переменного тока без какого-либо преобразования уровней напряжения или тока.В этих случаях используются трансформаторы, называемые , изолирующие трансформаторы , имеющие коэффициент трансформации 1:1. На рисунке ниже показан настольный разделительный трансформатор.

Поскольку трансформаторы по сути являются устройствами переменного тока, нам необходимо знать фазовые соотношения между первичной и вторичной цепями. Мы можем построить формы сигналов для первичной и вторичной цепей и увидеть фазовые соотношения.

Вторичное напряжение V(3,5) находится в фазе с первичным напряжением V(2) и уменьшено в десять раз.

При переходе от первичной обмотки, V(2), к вторичной обмотке, V(3,5), напряжение понизилось в десять раз, а ток увеличился в 10 раз. в фазе перехода от первичного к вторичному.

Условные обозначения трансформаторов

Похоже, что и напряжение, и ток для двух обмоток трансформатора совпадают по фазе друг с другом, по крайней мере, для нашей резистивной нагрузки. Это достаточно просто, но было бы неплохо знать , каким образом  мы должны подключить трансформатор, чтобы обеспечить соблюдение правильных фазовых соотношений. В конце концов, трансформатор — это не что иное, как набор магнитно-связанных катушек индуктивности, а катушки индуктивности обычно не имеют какой-либо маркировки полярности.Если бы мы посмотрели на немаркированный трансформатор, у нас не было бы возможности узнать, как подключить его к цепи, чтобы получить синфазное (или противофазное на 180°) напряжение и ток:

Поскольку это имеет практическое значение, производители трансформаторов разработали своего рода стандарт маркировки полярности для обозначения соотношения фаз. Это называется точечным соглашением и представляет собой не что иное, как точку, расположенную рядом с каждой соответствующей ветвью обмотки трансформатора:

Как правило, к трансформатору прилагается схематическая диаграмма с маркировкой выводов проводов для первичной и вторичной обмоток. На диаграмме будет пара точек, похожих на то, что видно выше. Иногда точки могут быть опущены, но когда метки «H» и «X» используются для маркировки проводов обмотки трансформатора, предполагается, что цифры в нижнем индексе представляют полярность обмотки. Провода «1» (H ₁  и X ₁ ) обозначают места, где обычно размещаются точки, обозначающие полярность.

Аналогичное расположение этих точек рядом с верхними концами первичной и вторичной обмоток говорит нам о том, что любая полярность мгновенного напряжения на первичной обмотке будет такой же, как и на вторичной обмотке. Другими словами, фазовый сдвиг от первичного к вторичному будет равен нулю градусов.

С другой стороны, если точки на каждой обмотке трансформатора , а не совпадают, фазовый сдвиг между первичной и вторичной обмотками составит 180°, например:

Конечно, многоточие указывает только, какой конец каждой обмотки является каким по отношению к другим обмоткам. Если вы хотите изменить соотношение фаз самостоятельно, все, что вам нужно сделать, это поменять местами соединения обмотки следующим образом:

Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношением витков первичного и вторичного проводов.

[латекс]\текст{Коэффициент передачи напряжения} = \frac{N_{вторичный}}{N_{первичный}}[/латекс]

[латекс]\текст{Текущий коэффициент передачи} = \frac{N_{первичный}}{N_{вторичный}}[/латекс]

Где,

[латекс]N = \text{Число витков в обмотке}[/латекс]

• Трансформатор, предназначенный для повышения напряжения с первичной обмотки на вторичную, называется повышающим трансформатором . Трансформатор, предназначенный для понижения напряжения с первичной обмотки на вторичную, называется понижающим трансформатором .
• Коэффициент трансформации трансформатора будет равен квадратному корню из отношения его первичной индуктивности к вторичной (L).

[латекс]\текст{Коэффициент передачи напряжения} = \sqrt{\frac{L_{вторичный}}{L_{первичный}}}[/латекс]

• Имея возможность передавать мощность от одной цепи к другой без использования соединительных проводников между двумя цепями, трансформаторы обеспечивают полезную функцию электрической изоляции .
• Трансформаторы, предназначенные для обеспечения электрической изоляции без ступенчатого повышения или понижения напряжения и тока, называются изолирующими трансформаторами .
• Соотношение фаз напряжения и тока между первичной и вторичной цепями трансформатора прямое: в идеале фазовый сдвиг равен нулю.
•   точечное обозначение  – это тип маркировки полярности обмоток трансформатора, показывающий, какой конец обмотки является каким по отношению к другим обмоткам.

Трансформаторы с несколькими вторичными обмотками

— очень универсальные устройства. Базовая концепция передачи энергии между взаимными индукторами достаточно полезна между одной первичной и одной вторичной катушкой, но трансформаторы не обязательно должны быть сделаны только с двумя наборами обмоток. Рассмотрим эту схему трансформатора:

Здесь три катушки индуктивности имеют общий магнитный сердечник, магнитно «связывающий» или «связывающий» их вместе.Соотношение соотношений витков обмоток и соотношений напряжений, наблюдаемое с одной парой взаимных индукторов, остается верным и здесь для нескольких пар катушек.

Вполне возможно собрать такой трансформатор, как приведенный выше (одна первичная обмотка, две вторичные обмотки), в котором одна вторичная обмотка понижающая, а другая повышающая. Фактически такая конструкция трансформатора была довольно распространена в схемах питания электронных ламп, которые должны были обеспечивать низкое напряжение для нитей накала ламп (обычно 6 или 12 вольт) и высокое напряжение для пластин ламп (несколько сотен вольт) от номинальное первичное напряжение 110 вольт переменного тока.

С таким трансформатором возможны не только напряжения и токи совершенно разных величин, но и все цепи электрически изолированы друг от друга.

Трансформатор на рисунке выше предназначен для обеспечения как высокого, так и низкого напряжения, необходимого в электронной системе с использованием вакуумных ламп. Низкое напряжение требуется для питания нитей накала электронных ламп, а высокое напряжение требуется для создания разности потенциалов между пластиной и катодными элементами каждой лампы.Одного трансформатора с несколькими обмотками достаточно, чтобы обеспечить все необходимые уровни напряжения от одного источника 115 В. Провода для этого трансформатора (их 15!) на фотографии не показаны, они скрыты от глаз.

Если электрическая изоляция между вторичными цепями не имеет большого значения, аналогичный эффект может быть получен путем «отвода» одной вторичной обмотки в нескольких точках по ее длине, как показано на рисунке ниже.

Трансформатор многополюсного переключателя

Отвод — это не что иное, как проводное соединение, выполненное в какой-то точке на обмотке между самыми концами. Неудивительно, что отношение витка обмотки к величине напряжения нормального трансформатора справедливо для всех сегментов обмотки с ответвлениями. Этот факт можно использовать для создания трансформатора с несколькими коэффициентами:

Регулируемый трансформатор

Развивая концепцию ответвлений обмотки, мы получаем «переменный трансформатор», в котором скользящий контакт перемещается по длине открытой вторичной обмотки и может соединяться с ней в любой точке по ее длине.Эффект эквивалентен отводу обмотки на каждом витке обмотки и переключателю с полюсами на каждом положении отвода:

Одним из потребительских применений регулируемого трансформатора является регулирование скорости моделей поездов, особенно поездов 1950-х и 1960-х годов. Эти трансформаторы были по существу понижающими блоками, максимальное напряжение, получаемое от вторичной обмотки, было значительно меньше, чем первичное напряжение от 110 до 120 вольт переменного тока.Контакт с переменной разверткой обеспечивает простое средство управления напряжением с небольшими потерями мощности, гораздо более эффективное, чем управление с помощью переменного резистора!

Подвижные ползунковые контакты слишком непрактичны для использования в крупных промышленных силовых трансформаторах, но многополюсные выключатели и ответвители обмотки обычно используются для регулировки напряжения. В энергосистемах необходимо периодически вносить коррективы, чтобы приспособиться к изменениям нагрузки в течение месяцев или лет, и эти схемы переключения обеспечивают удобное средство. Как правило, такие «переключатели ответвлений» не рассчитаны на работу с током полной нагрузки, а должны приводиться в действие только тогда, когда трансформатор обесточен (отсутствует питание).

Автотрансформатор

Учитывая, что мы можем отсоединить любую обмотку трансформатора, чтобы получить эквивалент нескольких обмоток (хотя и с потерей электрической изоляции между ними), логично предположить, что можно полностью отказаться от электрической изоляции и построить трансформатор из одной обмотки. Действительно, это возможно, и получившееся устройство называется автотрансформатором :

Изображенный выше автотрансформатор выполняет функцию повышения напряжения. Понижающий автотрансформатор будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.

находят широкое применение в приложениях, требующих небольшого повышения или понижения напряжения на нагрузке. В качестве альтернативы обычному (изолированному) трансформатору можно было бы либо выбрать правильное соотношение первичной и вторичной обмоток для данной работы, либо использовать понижающую конфигурацию с последовательно соединенной вторичной обмоткой («повышающий») или последовательно-последовательно. противоборствующая («взъерошенная») мода.Первичное, вторичное и нагрузочное напряжения даны, чтобы проиллюстрировать, как это будет работать.

Конфигурации автотрансформатора

Во-первых, «бустовая» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение непосредственно добавляется к первичному напряжению.

Далее конфигурация «раскряжевка». На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую вычитается из первичного напряжения:

Основным преимуществом автотрансформатора является то, что та же функция повышения или понижения достигается только с одной обмоткой, что делает его дешевле и легче в производстве, чем обычный (изолирующий) трансформатор, имеющий как первичную, так и вторичную обмотки.

Переменный автотрансформатор Variac

Как и у обычных трансформаторов, обмотки автотрансформаторов могут иметь ответвления для изменения коэффициента трансформации.Кроме того, их можно сделать бесступенчатыми со скользящим контактом для отвода обмотки в любой точке по ее длине. Последняя конфигурация достаточно популярна, чтобы заслужить собственное имя: Variac . (рисунок ниже)

Небольшие вариаторы для настольного использования — это популярное оборудование для экспериментаторов в области электроники, позволяющее понижать (а иногда и повышать) напряжение переменного тока в доме с широким и точным диапазоном управления простым поворотом ручки.

• Трансформаторы могут быть оснащены более чем одной парой первичной и вторичной обмоток. Это позволяет использовать несколько повышающих и/или понижающих коэффициентов в одном и том же устройстве.
• Обмотки трансформатора также можно «отводить», т. е. пересекать во многих точках, чтобы разделить одну обмотку на секции.
• Переменные трансформаторы могут быть изготовлены с помощью подвижного рычага, который перемещается по всей длине обмотки, контактируя с обмоткой в ​​любой точке по ее длине.Обмотка, разумеется, должна быть оголенной (без изоляции) в области, где качается рука.
• Автотрансформатор представляет собой единственную катушку индуктивности с ответвлениями, используемую для повышения или понижения напряжения, как трансформатор, за исключением того, что не обеспечивает гальваническую изоляцию.
• A  Variac  – это регулируемый автотрансформатор.

Поскольку трехфазное питание так часто используется для систем распределения электроэнергии, вполне логично, что нам потребуются трехфазные трансформаторы, чтобы иметь возможность повышать или понижать напряжение. Это верно лишь отчасти, поскольку обычные однофазные трансформаторы могут быть объединены вместе для преобразования мощности между двумя трехфазными системами в различных конфигурациях, что устраняет необходимость в специальном трехфазном трансформаторе. Однако для этих задач созданы специальные трехфазные трансформаторы, которые могут работать с меньшими требованиями к материалам, меньшему размеру и меньшему весу, чем их модульные аналоги.

Обмотки и соединения трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор состоит из трех наборов первичных и вторичных обмоток, каждый набор намотан на одну ветвь сборки с железным сердечником.По сути, это выглядит как три однофазных трансформатора с объединенным сердечником, как показано на рисунке ниже.

Эти наборы первичных и вторичных обмоток будут соединены по схеме Δ или Y, образуя законченный блок. Различные комбинации способов соединения этих обмоток будут в центре внимания этого раздела.

Независимо от того, имеют ли комплекты обмоток общий сердечник или каждая пара обмоток представляет собой отдельный трансформатор, варианты соединения обмоток одинаковы:

Первичный – Вторичный

• Д – Д
• Г – Δ
• Δ – Y
• Δ – Δ

Причины для выбора конфигурации Y или Δ для соединения обмоток трансформатора такие же, как и для любого другого трехфазного применения: соединения Y обеспечивают возможность нескольких напряжений, в то время как соединения Δ обеспечивают более высокий уровень надежности (при выходе из строя одной обмотки). открыт, два других могут по-прежнему поддерживать полное линейное напряжение на нагрузке).

Вероятно, наиболее важным аспектом соединения трех наборов первичных и вторичных обмоток вместе для формирования трехфазного трансформаторного блока является соблюдение правильной фазировки обмоток (точки, используемые для обозначения «полярности» обмоток). Запомните правильные фазовые соотношения между фазными обмотками Δ и Y: (рисунок ниже)

Правильная фазировка, когда обмотки не показаны в обычной конфигурации Y или Δ, может быть сложной задачей. Позвольте мне проиллюстрировать, начиная с рисунка ниже.

Фазовая разводка для трансформатора «Y-Y»

Три отдельных трансформатора должны быть соединены вместе для преобразования мощности из одной трехфазной системы в другую. Сначала я покажу проводные соединения для конфигурации Y-Y:

Обратите внимание на приведенный выше рисунок, как все концы обмотки, отмеченные точками, подключены к соответствующим фазам A, B и C, а концы без точек соединены вместе, образуя центры каждой буквы «Y». Соединение первичных и вторичных обмоток по схеме «Y» позволяет использовать нейтральные проводники (N ₁ и N ₂ ) в каждой энергосистеме.

Фазовая разводка для трансформатора «Y-Δ»

Теперь рассмотрим конфигурацию Y-Δ:

Обратите внимание, как вторичные обмотки (нижний набор, рисунок выше) соединены в цепочку, где «точечная» сторона одной обмотки соединяется с «неточечной» стороной следующей, образуя Δ-петлю. В каждой точке соединения между парами обмоток осуществляется подключение к линии второй энергосистемы (А, В и С).

Фазовая разводка для трансформатора «Δ-Y»

Теперь давайте рассмотрим систему Δ-Y на рисунке ниже.

Такая конфигурация (рисунок выше) позволила бы обеспечить несколько напряжений (фаза-фаза или фаза-нейтраль) во второй энергосистеме от энергосистемы-источника, не имеющей нейтрали.

Фазовая разводка для трансформатора «Δ-Δ»

И, наконец, переходим к конфигурации Δ-Δ:

Когда нет необходимости в нейтральном проводнике во вторичной системе питания, предпочтительнее схемы соединения Δ-Δ (рисунок выше) из-за присущей Δ-конфигурации надежности.

Фазовая разводка для трансформатора «V» или «открытый-Δ»

Учитывая, что Δ-конфигурация может удовлетворительно работать без одной обмотки, некоторые проектировщики энергосистем предпочитают создавать группу трехфазных трансформаторов только с двумя трансформаторами, представляющими Δ-Δ-конфигурацию с отсутствующей обмоткой как на первичной, так и на вторичной стороне:

Эта конфигурация называется «V» или «Open-Δ». Конечно, каждый из двух трансформаторов должен иметь большие размеры, чтобы выдерживать ту же мощность, что и три в стандартной Δ-конфигурации, но общий размер, вес и преимущества в цене часто того стоят.Имейте в виду, однако, что с отсутствием одного набора обмоток в Δ-образной форме эта система больше не обеспечивает отказоустойчивость обычной Δ-Δ-системы. Если один из двух трансформаторов выйдет из строя, это определенно повлияет на напряжение и ток нагрузки.

Пример из реальной жизни

На следующей фотографии (рисунок ниже) показан блок повышающих трансформаторов на плотине гидроэлектростанции Гранд-Кули в штате Вашингтон. С этой точки зрения можно увидеть несколько трансформаторов (зеленого цвета), сгруппированных по три: по три трансформатора на гидроэлектрогенератор, соединенных вместе в той или иной форме трехфазной конфигурации.

На фотографии не видны соединения первичной обмотки, но кажется, что вторичные обмотки соединены по схеме Y, поскольку из каждого трансформатора выступает только один большой высоковольтный изолятор. Это говорит о том, что другая сторона вторичной обмотки каждого трансформатора имеет потенциал земли или близок к нему, что может быть правдой только в Y-системе. Здание слева — это электростанция, в которой размещены генераторы и турбины. Справа наклонная бетонная стена — нижний бьеф плотины:

Мощность

Как уже отмечалось, трансформаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы обеспечить приемлемую мощность, жесткую регулировку напряжения и низкое искажение тока возбуждения. Кроме того, трансформаторы должны быть спроектированы так, чтобы без проблем выдерживать ожидаемые значения тока первичной и вторичной обмотки. Это означает, что проводники обмотки должны быть изготовлены из проволоки соответствующего сечения, чтобы избежать проблем с нагревом.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор должен иметь идеальную связь (отсутствие индуктивности рассеяния), идеальное регулирование напряжения, идеально синусоидальный ток возбуждения, отсутствие потерь на гистерезис или вихревые токи, а также достаточно толстый провод, чтобы выдерживать любой ток.К сожалению, идеальный трансформатор должен быть бесконечно большим и тяжелым, чтобы соответствовать этим конструктивным целям. Таким образом, в деле практичной конструкции трансформатора необходимо идти на компромиссы.

Кроме того, изоляция проводников обмотки представляет собой проблему, когда встречаются высокие напряжения, как это часто бывает в повышающих и понижающих силовых распределительных трансформаторах. Мало того, что обмотки должны быть хорошо изолированы от железного сердечника, каждая обмотка должна быть достаточно изолирована от другой, чтобы поддерживать электрическую изоляцию между обмотками.

Номинальные характеристики трансформатора

С учетом этих ограничений трансформаторы рассчитаны на определенные уровни напряжения и тока первичной и вторичной обмотки, хотя номинальный ток обычно определяется номиналом вольт-ампер (ВА), присвоенным трансформатору. Например, возьмем понижающий трансформатор с номинальным первичным напряжением 120 вольт, номинальным напряжением вторичной обмотки 48 вольт и номиналом ВА 1 кВА (1000 ВА). Максимальные токи обмотки можно определить следующим образом: кВА (1000 ВА).Максимальные токи обмотки можно определить следующим образом:

[латекс]\текст{Максимальный ток обмотки}[/латекс]

[латекс]\tag{8.1} I_{Max} = \frac{S}{E}[/latex]

Иногда обмотки имеют номинальный ток в амперах, но это обычно наблюдается на небольших трансформаторах. Большие трансформаторы почти всегда оцениваются по напряжению обмотки и ВА или кВА

Потери энергии

Когда трансформаторы передают энергию, они делают это с минимальными потерями.Как было сказано ранее, современные конструкции силовых трансформаторов обычно превышают 95% КПД. Однако полезно знать, куда уходит часть этой потерянной силы и что вызывает ее потерю.

Конечно, есть потери мощности из-за сопротивления проволочных обмоток. Если не используются сверхпроводящие провода, всегда будет рассеиваться мощность в виде тепла через сопротивление проводников с током. Поскольку для трансформаторов требуются такие длинные провода, эти потери могут быть значительным фактором.Увеличение сечения обмоточной проволоки является одним из способов минимизировать эти потери, но только при существенном увеличении стоимости, размера и веса.

Потери на вихревые токи

Помимо резистивных потерь, большая часть потерь мощности трансформатора связана с магнитными эффектами в сердечнике. Возможно, наиболее значительными из этих «потери в сердечнике» являются потери на вихревые токи , которые представляют собой резистивное рассеивание мощности из-за прохождения индуцированных токов через железо сердечника. Поскольку железо является проводником электричества, а также отличным «проводником» магнитного потока, в железе будут индуцироваться токи, точно так же, как во вторичных обмотках индуцируются токи от переменного магнитного поля.Эти индуцированные токи, как описано в пункте закона Фарадея о перпендикулярности, имеют тенденцию циркулировать через поперечное сечение сердечника перпендикулярно виткам первичной обмотки. Их круговое движение дало им необычное название: они похожи на водовороты в потоке воды, которые циркулируют, а не движутся прямолинейно.

Железо является хорошим проводником электричества, но не таким хорошим, как медь или алюминий, из которых обычно изготавливаются обмотки. Следовательно, эти «вихревые токи» должны преодолевать значительное электрическое сопротивление, когда они циркулируют через сердечник. Преодолевая сопротивление железа, они рассеивают энергию в виде тепла. Следовательно, у нас есть источник неэффективности трансформатора, который трудно устранить.

Индукционный нагрев

Это явление настолько выражено, что его часто используют для нагревания черных (железосодержащих) материалов. На фотографии ниже показан блок «индукционного нагрева», повышающий температуру большого участка трубы. Петли проволоки, покрытые высокотемпературной изоляцией, окружают трубу по окружности, индуцируя вихревые токи в стенке трубы за счет электромагнитной индукции.Для максимального эффекта вихревых токов используется переменный ток высокой частоты, а не частота сети (60 Гц). Блочные блоки в правой части изображения производят высокочастотный переменный ток и контролируют величину тока в проводах, чтобы стабилизировать температуру трубы на заранее определенном «уставке».

Смягчение вихревых токов

Основная стратегия уменьшения этих расточительных вихревых токов в сердечниках трансформаторов состоит в том, чтобы формировать железный сердечник в виде листов, каждый из которых покрыт изолирующим лаком, так что сердечник делится на тонкие пластины.В результате ширина сердечника очень мала для циркуляции вихревых токов:

Многослойные сердечники , подобные показанному здесь, являются стандартными почти для всех низкочастотных трансформаторов. Вспомните из фотографии разрезанного пополам трансформатора, что железный сердечник состоял из множества тонких листов, а не из одного сплошного куска. Потери на вихревые токи увеличиваются с увеличением частоты, поэтому трансформаторы, предназначенные для работы с более высокой частотой (например, 400 Гц, используемой во многих военных и авиационных приложениях), должны использовать более тонкие пластины, чтобы свести потери к приемлемому минимуму. Это приводит к нежелательному эффекту увеличения стоимости изготовления трансформатора.

Другой аналогичный метод минимизации потерь на вихревые токи, который лучше подходит для высокочастотных приложений, заключается в изготовлении сердечника из железного порошка вместо тонких листов железа. Как и ламинированные листы, эти гранулы железа по отдельности покрыты электроизоляционным материалом, что делает сердцевину непроводящей, за исключением ширины каждой гранулы. Сердечники из порошкового железа часто встречаются в трансформаторах, работающих с радиочастотными токами.

Магнитный гистерезис

Еще одна «потеря в сердечнике» связана с магнитным гистерезисом . Все ферромагнитные материалы имеют тенденцию сохранять некоторую степень намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля. Эта тенденция оставаться намагниченной называется «гистерезисом», и для преодоления этого противодействия требуются определенные затраты энергии, чтобы измениться каждый раз, когда магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, меняет полярность (дважды за цикл переменного тока).

Этот тип потерь можно уменьшить за счет правильного выбора материала сердечника (выбор сплава сердечника с низким гистерезисом, о чем свидетельствует «тонкая» кривая гистерезиса B/H) и проектирования сердечника с минимальной плотностью потока (большая площадь поперечного сечения). ).

Скин-эффект на высоких частотах

Потери энергии в трансформаторе увеличиваются с увеличением частоты. Скин-эффект в проводниках обмотки уменьшает доступную площадь поперечного сечения для потока электрического заряда, тем самым увеличивая эффективное сопротивление по мере увеличения частоты и увеличивая потери мощности из-за резистивного рассеяния. Потери в магнитном сердечнике также преувеличены с более высокими частотами, вихревыми токами и эффектами гистерезиса, которые становятся более серьезными. По этой причине трансформаторы значительных размеров рассчитаны на эффективную работу в ограниченном диапазоне частот.

В большинстве систем распределения электроэнергии, где частота сети очень стабильна, можно подумать, что чрезмерная частота никогда не будет проблемой. К сожалению, это происходит в виде гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.

Как мы видели в предыдущих главах, несинусоидальные сигналы эквивалентны аддитивным сериям нескольких синусоидальных сигналов с разными амплитудами и частотами. В энергосистемах эти другие частоты являются целыми кратными основной (линейной) частоте, а это означает, что они всегда будут выше, а не ниже расчетной частоты трансформатора.В значительной степени они могут вызвать сильный перегрев трансформатора. Силовые трансформаторы могут быть спроектированы так, чтобы справляться с определенными уровнями гармоник энергосистемы, и эта способность иногда обозначается рейтингом «К-фактор».

Паразитная емкость и индуктивность

Помимо номинальной мощности и потерь мощности, трансформаторы часто имеют другие нежелательные ограничения, о которых должны знать разработчики схем. Как и их более простые аналоги — катушки индуктивности, трансформаторы обладают емкостью за счет диэлектрической изоляции между проводниками: от обмотки к обмотке, от витка к витку (в одной обмотке) и от обмотки к сердечнику.

Резонансная частота трансформатора

Обычно эта емкость не имеет значения в силовых приложениях, но приложения со слабыми сигналами (особенно с высокой частотой) могут плохо переносить эту особенность. Кроме того, эффект наличия емкости вместе с расчетной индуктивностью обмоток дает трансформаторам возможность резонировать на определенной частоте, что определенно является проблемой проектирования в приложениях передачи сигналов, где приложенная частота может достигать этой точки (обычно резонансная частота силового преобразователя). трансформатор выходит за пределы частоты сети переменного тока, для которой он был разработан).

Защита от флюса

Сдерживание магнитного потока (убедиться, что магнитный поток трансформатора не уходит, чтобы мешать другому устройству, и убедиться, что магнитный поток других устройств экранирован от сердечника трансформатора) — еще одна проблема, которую разделяют как катушки индуктивности, так и трансформаторы.

Индуктивность рассеяния

С проблемой сдерживания магнитного потока тесно связана индуктивность рассеяния. Поскольку индуктивность рассеяния эквивалентна индуктивности, включенной последовательно с обмоткой трансформатора, она проявляется как последовательное сопротивление с нагрузкой.Таким образом, чем больше ток, потребляемый нагрузкой, тем меньше напряжение на клеммах вторичной обмотки. Обычно в конструкции трансформатора требуется хорошая стабилизация напряжения, но есть и исключительные случаи. Как указывалось ранее, разрядные осветительные цепи требуют наличия повышающего трансформатора с «свободной» (плохой) регулировкой напряжения для обеспечения пониженного напряжения после образования дуги через лампу. Один из способов выполнить этот конструктивный критерий состоит в том, чтобы спроектировать трансформатор с путями рассеяния магнитного потока, чтобы магнитный поток обходил вторичную обмотку (обмотки).Результирующий поток рассеяния создаст индуктивность рассеяния, что, в свою очередь, приведет к плохому регулированию, необходимому для газоразрядного освещения.

Основная насыщенность

также ограничена ограничениями магнитного потока сердечника. Для трансформаторов с ферромагнитным сердечником мы должны помнить о пределах насыщения сердечника. Помните, что ферромагнитные материалы не могут поддерживать бесконечные плотности магнитного потока: они имеют тенденцию к «насыщению» на определенном уровне (продиктованном размерами материала и сердечника), а это означает, что дальнейшее увеличение силы магнитного поля (ммс) не приводит к пропорциональному увеличению магнитного поля. поток поля (Ф).

Когда первичная обмотка трансформатора перегружена из-за чрезмерного приложенного напряжения, поток сердечника может достичь уровней насыщения в пиковые моменты синусоидального цикла переменного тока. Если это произойдет, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, больше не будет соответствовать форме волны напряжения, питающего первичную обмотку. Другими словами, перегруженный трансформатор будет искажать  форму волны от первичной обмотки к вторичной, создавая гармоники на выходе вторичной обмотки. Как мы обсуждали ранее, содержание гармоник в системах электропитания переменного тока обычно вызывает проблемы.

Пиковые трансформаторы

Специальные трансформаторы, известные как пиковые трансформаторы , используют этот принцип для создания коротких импульсов напряжения вблизи пиков формы волны напряжения источника. Ядро рассчитано на быстрое и резкое насыщение при уровнях напряжения значительно ниже пиковых. Это приводит к сильно обрезанной синусоидальной форме волны потока и импульсам вторичного напряжения только при изменении потока (ниже уровней насыщения):

Работа на частотах ниже нормы

Другой причиной ненормального насыщения сердечника трансформатора является работа на частотах ниже нормы. Например, если силовой трансформатор, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, вынужден вместо этого работать на частоте 50 Гц, поток должен достичь более высоких пиковых уровней, чем раньше, чтобы создать такое же противодействующее напряжение, необходимое для баланса с напряжением источника. Это верно, даже если напряжение источника такое же, как и раньше.

Поскольку мгновенное напряжение обмотки пропорционально скорости изменения мгновенного магнитного потока в трансформаторе, форма волны напряжения, достигающая того же пикового значения, но требующая больше времени для завершения каждого полупериода, требует, чтобы поток поддерживал с той же скоростью изменения, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени. Таким образом, если поток должен увеличиваться с той же скоростью, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени, он будет увеличиваться до большего пикового значения.

Математически это еще один пример исчисления в действии.Поскольку напряжение пропорционально скорости изменения потока, мы говорим, что форма сигнала напряжения является производной формы сигнала потока, причем «производной» является та вычислительная операция, которая определяет одну математическую функцию (форму сигнала) в терминах скорости- из-изменения другого. Однако если мы возьмем противоположную точку зрения и свяжем исходную форму волны с ее производной, мы можем назвать исходную форму волны интегралом формы производной волны. В этом случае форма волны напряжения является производной формы волны потока, а форма волны потока является интегралом формы волны напряжения.

Интеграл любой математической функции пропорционален площади под кривой этой функции. Поскольку каждый полупериод сигнала с частотой 50 Гц накапливает большую площадь между ним и нулевой линией графика, чем сигнал с частотой 60 Гц, а мы знаем, что магнитный поток является интегралом напряжения, поток будет достигать более высоких значений в рисунок ниже.

Еще одной причиной насыщения трансформатора является наличие постоянного тока в первичной обмотке.Любое падение напряжения постоянного тока на первичной обмотке трансформатора вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. Это дополнительное «смещение» или «смещение» потока подтолкнет сигнал переменного потока ближе к насыщению в одном полупериоде, чем в другом.

Для большинства трансформаторов насыщение сердечника является очень нежелательным эффектом, и его можно избежать за счет хорошей конструкции: проектирования обмоток и сердечника таким образом, чтобы плотность магнитного потока оставалась значительно ниже уровней насыщения.Это гарантирует, что связь между mmf и Φ будет более линейной на протяжении всего цикла магнитного потока, что хорошо, поскольку вносит меньшие искажения в форму волны тока намагничивания. Кроме того, проектирование сердечника для низких плотностей потока обеспечивает безопасный запас между нормальными пиками потока и пределами насыщения сердечника для адаптации к случайным аномальным условиям, таким как изменение частоты и смещение постоянного тока.

Пусковой ток

Когда трансформатор изначально подключен к источнику переменного напряжения, может возникнуть значительный выброс тока через первичную обмотку, называемый пусковым током .Это аналогично пусковому току электродвигателя, который запускается при внезапном подключении к источнику питания, хотя пусковой ток трансформатора вызывается другим явлением.

Мы знаем, что скорость изменения мгновенного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке. Или, как указывалось ранее, форма волны напряжения является производной формы волны потока, а форма волны потока является интегралом формы волны напряжения.В непрерывно работающем трансформаторе эти две формы волны сдвинуты по фазе на 90°. Поскольку поток (Φ) пропорционален магнитодвижущей силе (mmf) в сердечнике, а mmf пропорционален току обмотки, форма волны тока будет совпадать по фазе с формой волны потока, и обе они будут отставать от формы волны напряжения на 90°. °:

Предположим, что первичная обмотка трансформатора внезапно подключается к источнику переменного напряжения именно в тот момент времени, когда мгновенное напряжение имеет положительное пиковое значение.Чтобы трансформатор создавал противоположное падение напряжения, чтобы уравновесить это приложенное напряжение источника, должен генерироваться магнитный поток быстро увеличивающегося значения. В результате ток обмотки быстро увеличивается, но на самом деле не быстрее, чем в нормальных условиях:

И поток в сердечнике, и ток в обмотке начинаются с нуля и достигают тех же пиковых значений, что и во время непрерывной работы.Таким образом, в этом сценарии нет ни «броска», ни «броска», ни тока.

В качестве альтернативы рассмотрим, что произойдет, если подключение трансформатора к источнику переменного напряжения произойдет именно в тот момент времени, когда мгновенное напряжение равно нулю. Во время непрерывной работы (когда трансформатор находится под напряжением в течение достаточно долгого времени) это момент времени, когда и магнитный поток, и ток обмотки имеют свои отрицательные пики, испытывая нулевую скорость изменения (dΦ/dt = 0 и di/ дт = 0). По мере того, как напряжение достигает своего положительного пика, формы сигналов потока и тока достигают максимальной положительной скорости изменения и поднимаются вверх до своих положительных пиков по мере того, как напряжение снижается до уровня нуля:

Однако существует значительная разница между работой в непрерывном режиме и условиями внезапного пуска, предполагаемыми в этом сценарии: во время непрерывной работы уровни потока и тока были на своих отрицательных пиках, когда напряжение было на нулевых точках; однако в трансформаторе, который простаивал без дела, и магнитный поток, и ток обмотки должны начинаться с ноль .

Когда магнитный поток увеличивается в ответ на повышение напряжения, он будет увеличиваться от нуля вверх, а не от ранее отрицательного (намагниченного) состояния, как это обычно бывает в трансформаторе, на который некоторое время подается питание. Таким образом, в трансформаторе, который только что «запустился», магнитный поток достигнет примерно вдвое своего нормального пикового значения, поскольку он «интегрирует» площадь под первым полупериодом сигнала напряжения:

Начиная с e=0 В, Φ начинается с начального состояния Φ=0, увеличиваясь вдвое по сравнению с нормальным значением, при условии, что ядро ​​не насыщается.

В идеальном трансформаторе ток намагничивания также увеличился бы примерно в два раза по сравнению с нормальным пиковым значением, создавая необходимую МДС для создания этого потока, превышающего нормальный. Тем не менее, большинство трансформаторов спроектированы с недостаточным запасом между нормальными пиками потока и пределами насыщения, чтобы избежать насыщения в таких условиях, и поэтому сердечник почти наверняка насытится в течение этого первого полупериода напряжения.Во время насыщения для создания магнитного потока требуется непропорциональное количество МДС. Это означает, что ток обмотки, который создает МДС, вызывающий магнитный поток в сердечнике, непропорционально возрастет до значения , легко превысив , что вдвое превышает его нормальный пик:

Это механизм, вызывающий пусковой ток в первичной обмотке трансформатора при подключении к источнику переменного напряжения.Как видите, величина пускового тока сильно зависит от точного времени электрического подключения к источнику. Если трансформатор в момент подключения к источнику имеет некоторый остаточный магнетизм в сердечнике, пусковой ток может быть еще более серьезным. Из-за этого устройства защиты трансформатора от перегрузки по току обычно относятся к типу «медленного действия», чтобы выдерживать скачки тока, подобные этому, без размыкания цепи.

Тепло и шум

В дополнение к нежелательным электрическим эффектам трансформаторы могут также проявлять нежелательные физические эффекты, наиболее заметными из которых являются тепловыделение и шум.Шум в первую очередь является неприятным эффектом, но тепло является потенциально серьезной проблемой, поскольку изоляция обмотки будет повреждена, если допустить перегрев. Нагрев можно свести к минимуму за счет хорошей конструкции, гарантируя, что сердечник не приближается к уровням насыщения, что вихревые токи сведены к минимуму, а обмотки не перегружены или не работают слишком близко к максимальной мощности.

Сердечник и обмотки крупных силовых трансформаторов погружаются в масляную ванну для отвода тепла и подавления шума, а также для вытеснения влаги, которая в противном случае могла бы нарушить целостность изоляции обмоток. Теплоотводящие «радиаторные» трубки на внешней стороне корпуса трансформатора обеспечивают конвективный путь потока масла для передачи тепла от сердечника трансформатора в окружающий воздух:

Безмасляные или «сухие» трансформаторы часто оцениваются с точки зрения максимальной рабочей температуры «повышение» (превышение температуры окружающей среды) в соответствии с системой буквенного класса: A, B, F или H. Эти буквенные коды расположены в порядке от самой низкой термостойкости к самой высокой:

• Класс A: Повышение температуры обмотки не более чем на 55° по Цельсию при температуре окружающего воздуха 40° по Цельсию (максимум).
• Класс B: Повышение температуры обмотки не более чем на 80° по Цельсию при температуре окружающего воздуха 40° по Цельсию (максимум).
• Класс F: Повышение температуры обмотки не более чем на 115° по Цельсию при температуре окружающего воздуха 40° по Цельсию (максимум).
• Класс H: Повышение температуры обмотки не более чем на 150° по Цельсию при температуре окружающего воздуха 40° по Цельсию (максимум).

Аудиальный шум — это эффект, возникающий в первую очередь из-за явления  магнитострикции : небольшого изменения длины ферромагнитного объекта при намагничивании.Знакомый «гул», слышимый вокруг больших силовых трансформаторов, — это звук расширения и сжатия железного сердечника с частотой 120 Гц (удвоенная системная частота, равная 60 Гц в США) — один цикл сжатия и расширения сердечника на каждый пик форма волны магнитного потока плюс шум, создаваемый механическими силами между первичной и вторичной обмотками. Опять же, поддержание низких уровней магнитного потока в сердечнике является ключом к минимизации этого эффекта, что объясняет, почему феррорезонансные трансформаторы, которые должны работать в режиме насыщения для большей части формы волны тока, работают как с перегревом, так и с шумом.

Потери из-за магнитных сил обмотки

Еще одним явлением, вызывающим шум в силовых трансформаторах, является сила физической реакции между первичной и вторичной обмотками при большой нагрузке. Если вторичная обмотка разомкнута, то через нее не будет протекать ток, а следовательно, и создаваемая ею магнитодвижущая сила (МДС). Однако, когда вторичная обмотка «нагружена» (в настоящее время подается на нагрузку), обмотка генерирует МДС, которой противодействует «отраженная» МДС в первичной обмотке, чтобы предотвратить изменение уровней магнитного потока в сердечнике.Эти противоположные МДС, генерируемые между первичной и вторичной обмотками в результате вторичного тока (нагрузки), создают отталкивающую физическую силу между обмотками, которая заставляет их вибрировать. Разработчики трансформаторов должны учитывать эти физические силы при конструировании катушек обмотки, чтобы обеспечить достаточную механическую опору для преодоления нагрузок. Однако в условиях большой нагрузки (высокого тока) эти напряжения могут быть достаточно большими, чтобы вызвать слышимый шум, исходящий от трансформатора.

• Силовые трансформаторы имеют ограничения по мощности, которую они могут передавать от первичной обмотки к вторичной. Большие устройства обычно оцениваются в ВА (вольт-ампер) или кВА (киловольт-ампер).
• Сопротивление в обмотках трансформатора снижает его эффективность, так как ток рассеивает тепло и приводит к потере энергии.
• Магнитные эффекты в железном сердечнике трансформатора также способствуют неэффективности. Среди эффектов вихревые токи (циркулирующие индукционные токи в железном сердечнике) и гистерезис (потеря мощности из-за преодоления тенденции железа намагничиваться в определенном направлении).
• Увеличение частоты приводит к увеличению потерь мощности в силовом трансформаторе. Наличие гармоник в энергосистеме является источником частот, значительно превышающих нормальные, что может вызвать перегрев больших трансформаторов.
• Как трансформаторы, так и катушки индуктивности обладают определенной неизбежной емкостью из-за изоляции проводов (диэлектрика), отделяющей витки обмотки от железного сердечника и друг от друга. Эта емкость может быть достаточно значительной, чтобы придать трансформатору собственную резонансную частоту , что может быть проблематично в сигнальных приложениях.
• Индуктивность рассеяния  вызывается тем, что магнитный поток не на 100 % связан между обмотками трансформатора. Любой поток, не связанный с передачей энергии от одной обмотки к другой, будет накапливать и высвобождать энергию, как работает (собственная) индуктивность. Индуктивность рассеяния имеет тенденцию ухудшать стабилизацию напряжения трансформатора (вторичное напряжение «проседает» сильнее при заданном токе нагрузки).
• Магнитное насыщение сердечника трансформатора может быть вызвано чрезмерным первичным напряжением, работой на слишком низкой частоте и/или наличием постоянного тока в любой из обмоток.Насыщение можно свести к минимуму или избежать с помощью консервативной конструкции, которая обеспечивает достаточный запас прочности между пиковыми значениями плотности магнитного потока и пределами насыщения сердечника.
• Трансформаторы часто испытывают значительные пусковые токи при первоначальном подключении к источнику переменного напряжения. Пусковой ток наиболее велик, когда подключение к источнику переменного тока осуществляется в момент, когда мгновенное напряжение источника равно нулю.
• Шум — это распространенное явление, характерное для трансформаторов, особенно силовых, и в первую очередь вызвано магнитострикцией сердечника.Физические силы, вызывающие вибрацию обмотки, также могут создавать шум в условиях большой (сильноточной) нагрузки вторичной обмотки.

Как работает повышающий/понижающий трансформатор

Электрические трансформаторы являются важным оборудованием для управления напряжением и потоком тока. Трансформаторы Step Up & Step Down широко используются для управления напряжением любых электрических устройств. В обоих трансформаторах есть первичная и вторичная обмотки.Он используется для преобразования либо высокого первичного напряжения во вторичное напряжение, либо низкого первичного напряжения в высокое вторичное напряжение. Это зависит от количества витков первичной или вторичной обмотки.

В этой статье мы сосредоточимся в первую очередь на повышающих трансформаторах, включая конструкцию, порядок работы и преимущества повышающего силового трансформатора. Рассмотрим подробнее повышающие трансформаторы.

Что такое повышающий трансформатор?

Повышающий трансформатор — это трансформатор, вторичное напряжение которого больше, чем первичное.Известно, что они повышают или повышают уровень напряжения для удовлетворения текущих требований различных приборов и устройств. Пока напряжение увеличивается, ток остается стабильным, так что не возникает электрической неисправности. Большинство передающих и производящих электростанций используют повышающие электрические трансформаторы для подачи желаемого напряжения.

Трансформатор преобразует сильноточный вход низкого напряжения в слаботочный выход высокого напряжения. Первичная обмотка в трансформаторе имеет меньшее количество витков, чем вторичная обмотка, следовательно – более высокое вторичное напряжение. Чем больше число вторичных витков, тем больше выходное значение, чем входное напряжение.

Повышающие трансформаторы: конструкция и компоненты

Повышающий трансформатор использует принцип магнитной индукции. Он состоит из двух основных компонентов – сердечника и обмотки.

Производители повышающих электрических трансформаторов используют в сердечнике вещество с высокой проницаемостью, которое позволяет магнитному току течь, не тратя большую его часть.Сердечник будет ограничивать линии магнитного потока через прочный материал сердечника. Таким образом, отходы трансформатора сокращаются, что приводит к повышению эффективности во время работы. Нагрев сердечника сводится к минимуму за счет ламинирования сердечника для удержания вихревых токов, что приводит к минимальным отходам.

Обмотки отвечают за передачу электрического тока. Канадские производители силовых трансформаторов изготавливают высококачественные обмотки, чтобы трансформатор оставался холодным и выдерживал высокие условия нагрева. Плотность обмотки первичной обмотки большая, но меньше витков.

С другой стороны, плотность обмотки вторичной обмотки мала, но содержит больше витков. Следовательно, вторичная сторона содержит больше энергии, чем первичная сторона, что приводит к передаче более высокого напряжения. В катушке можно использовать как медь, так и алюминий. В то время как алюминий недорог, медь значительно улучшает жизненный цикл трансформатора.

Как работает повышающий трансформатор?

Принцип действия повышающего трансформатора прост. Однако он также может работать как понижающий трансформатор, в зависимости от направления протекания тока.В повышающем трансформаторе выходное значение больше входного. Когда переменный ток протекает через повышающий силовой трансформатор, он преобразуется в одном направлении, останавливается, а затем меняет направление для преобразования в другое.

Протекание тока вызывает магнитный поток в области обмотки. Когда ток меняет свое направление, направление магнитных полюсов также будет другим. Напряжение создается в обмотках за счет магнитного поля.

Точно так же напряжение, возникающее на вторичной обмотке, когда она находится в движущемся магнитном потоке, известно как эффект взаимной индукции. Следовательно, движущийся магнитный поток создается переменным током в первичной обмотке, так что напряжение может создаваться на вторичной обмотке.

Большинство производителей электрических трансформаторов создают повышающие трансформаторы для повышающего устройства генератора, которое используется на всех электростанциях.

Зачем использовать повышающие трансформаторы?

Повышающие трансформаторы широко используются как в жилых, так и в коммерческих целях.Они широко используются на электростанциях, а также в коммерческих помещениях для регулирования колебаний напряжения и питания различных электрических устройств. Вот почему вы должны использовать повышающие трансформаторы —

• Повышающий трансформатор поставляется с системой быстрого запуска. Нет необходимости настраивать множество процессов перед эксплуатацией трансформатора.
• Трансформатор требует минимального обслуживания, так как нагрузка на первичные обмотки невелика, и они могут выйти из строя при длительном использовании.
• Повышающие силовые трансформаторы, Канада, имеют высокий КПД и не тратят энергию впустую при протекании тока.

Чаще всего повышающие трансформаторы используются для распределения электроэнергии. Чтобы свести к минимуму потери энергии, которая перемещается на многие мили, прежде чем она достигнет жилой или коммерческой недвижимости, используются повышающие трансформаторы.

Повышающий трансформатор хорошего качества улучшает напряжение при стабилизации тока.Они необходимы для выработки электроэнергии, поскольку энергия может легко передаваться на многие мили. Повышающие трансформаторы являются идеальным выбором для электроприборов с большой нагрузкой и промышленного оборудования.

Высоковольтный повышающий трансформатор

обеспечивают обмен электрического тока с одной цепи на другую за счет изменения уровня напряжения. В то время как высокое напряжение необходимо для промышленных и экономических целей, низкое напряжение важно для безопасности.Электрические трансформаторы обеспечивают надлежащее управление использованием напряжения и обеспечивают правильную передачу напряжения.

Существует два типа трансформаторов – низковольтные понижающие трансформаторы и высоковольтные повышающие трансформаторы . Понижающие трансформаторы снижают выходное напряжение, обеспечивая безопасность при передаче электрического тока. Несмотря на то, что они имеют высокое входное напряжение, их выход остается контролируемым. Его первичная обмотка представляет собой высоковольтную обмотку, а вторичная обмотка выполнена из толстого изолированного медного провода.Он в основном используется для небольших электрических устройств, таких как дверные звонки, преобразователи напряжения и т. д.

Высоковольтные повышающие трансформаторы намного мощнее и промышленнее. В этой статье мы обсудим, что такое повышающий электрический трансформатор, как он используется и как его применять в Онтарио.

Повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение в цепи. Он увеличивает передачу напряжения от первичной обмотки к вторичной, используя больше вторичной обмотки, чем первичной.Количество витков на вторичной стороне больше, чем на первичной, поскольку используется больше первой.

Повышающие трансформаторы высокого напряжения требуются в местах, где требуется повышение напряжения. Поскольку мощность переменного тока передается при напряжении 220–440 В, на электростанциях применяется повышающий трансформатор для повышения напряжения для передачи электроэнергии.

Высокий уровень вторичной обмотки при повышающих трансформаторах Онтарио. Поскольку большая часть тока передается через вторичные витки, он работает с использованием последнего еще. Обычно они имеют большие значения передаточного отношения, поскольку это необходимо для придания устройству электрического импульса.

Магнитное поле создается в первичной обмотке. Ток остается прямо пропорциональным магнитному полю. Чем выше ток, тем больше магнитное поле и наоборот. В трансформаторах при передаче тока напряжение будет увеличиваться при уменьшении тока.Следовательно, мощность остается одинаковой как при отправке, так и при приеме текущего сигнала.

Помните, что повышающие трансформаторы не производят энергию — они могут только преобразовывать ее в полезный ток. Передача очень эффективна по сравнению с повышающим и понижающим трансформатором, который обеспечивает безопасность устройства, но требует больших затрат.

Функциональность повышающих электрических трансформаторов в домашних условиях крайне ограничена. Они используются в местах с высокими требованиями к напряжению. Чаще всего повышающие трансформаторы в Онтарио используются на электростанциях, рентгеновских аппаратах, микроволновых печах и т. д.

Для работы этих машин и оборудования требуется большой ток. Трансформаторы контролируют входной ток и преобразуют его в выходной ток, чтобы они могли работать без сбоев. Как правило, они большие и высокие по размеру, поэтому возможность их установки в жилом помещении ограничена.

Однако один и тот же трансформатор можно использовать и как понижающий, и как понижающий. Вам нужно обратить поток тока от вторичной к первичной обмотке. Но всегда рекомендуется использовать специальные трансформаторы, рассчитанные на разные требования по току и мощности. При несоответствии первоначальных проектных параметров электрический трансформатор может выйти из строя и в короткие сроки выйти из строя.

Повышающий и понижающий трансформаторы необходимы для управления электрическим током. Однако с современными достижениями, такими как мобильные устройства и ноутбуки, необходимо правильно управлять трансформаторами для переменного и постоянного тока. Входное питание имеет важное значение для обоих трансформаторов в обеспечении правильной передачи электрического тока.

AUSV 1320 ОТКРЫТЫЙ Автомобильная электроника

Приборная доска

АУСВ 1320 ОТКРЫТЫЙ

Трансформаторы

Перейти к содержанию Приборная доска

• Авторизоваться

• Приборная панель

• Календарь

• Входящие

• История

• Помощь

Закрывать
• Мой Dashboard
• АУСВ 1320 ОТКРЫТЫЙ
• Страницы
• Трансформаторы
Небаннер
• Домашняя страница
• Страницы
• Модули
• Совместная работа
• Файлы
• Chi Tester
• Морская звезда
• Студенческие ресурсы

Что такое повышающий трансформатор | Строительство повышающего трансформатора | Работа повышающего трансформатора

Здравствуйте, друзья, в сегодняшней статье мы рассмотрели, что такое повышающий трансформатор, для чего он устроен, каков его принцип работы, каковы его преимущества и недостатки и каковы его применения.

Введение:

Трансформатор представляет собой статическое электрическое устройство, используемое для электрической передачи энергии между двумя цепями. Основная функция трансформатора заключается в преобразовании одного напряжения в другое напряжение. Внутри трансформатора нет движущихся частей, как у двигателя, и он работает по принципу магнитной индукции.

Трансформаторы

имеют два основных типа: повышающий и понижающий. Основной функцией повышающего трансформатора является увеличение заданного напряжения, а основной функцией понижающего трансформатора является снижение напряжения.

Мощность трансформатора указана в кВА, ВА, МВА, и такие требования могут быть выполнены соответствующим образом.

Что такое повышающий трансформатор?

Повышающий трансформатор известен как повышающий трансформатор для увеличения выходного напряжения без какой-либо разницы при сохранении тока. Трансформаторы в основном используются для передачи электроэнергии и электростанций. Он имеет две основные обмотки, первичную обмотку и вторичную обмотку.Во вторичной обмотке витков больше, чем в первичной.

Конструкция повышающего трансформатора:

Он в основном состоит из 2 частей: сердечник и обмотка.

Ядро:

Конструкция сердечника трансформатора выполнена из высокогерметичных материалов. Этот материал позволяет магнитному потоку проходить с меньшими повреждениями. Материал сердцевины имеет более высокую проницаемость, чем окружающий воздух.

Чтобы этот материал ограничивал магнитную линию внутри основного материала.Таким образом, эффективность трансформатора может быть увеличена за счет минимизации повреждений.

Магнитный сердечник позволяет магнитному потоку течь внутри него и приводит к повреждению корней, например, потерям вихревых токов из-за гистерезиса. Поэтому для изготовления магнитных сердечников, подобных ферриту или кремнистой стали, выбирают материалы с гистерезисом и низкой коактивностью.

Сердечник трансформатора ламинирован для сведения к минимуму вихревых токов. Это может предотвратить нагрев ядра. При нагреве активной зоны происходит значительная потеря электрической энергии.И КПД трансформатора может снизиться.

Читайте также : Что такое понижающий трансформатор | Строительство понижающего трансформатора | Принцип работы понижающего трансформатора | Типы понижающих трансформаторов | Применение понижающего трансформатора

Обмотка :

Обмотки в повышающем трансформаторе помогут передать поврежденный ток на трансформатор. Эти обмотки специально разработаны для охлаждения трансформатора и выдерживают испытания и условия эксплуатации.

Толщина провода используется со стороны первичной обмотки, а его витки меньше, чем во вторичной обмотке. Точно так же во вторичной обмотке используется тонкий калибр и ее витки больше, чем в первичной обмотке.

Сконструирован таким образом, что первичная обмотка может выдерживать меньшее силовое напряжение, чем вторичная обмотка. Материал, используемый в обмотке трансформатора, обычно медь или алюминий.

Алюминий дешевле меди, но срок службы трансформатора можно продлить, используя медь.Существуют различные типы пластин, доступных в трансформаторах, которые могут уменьшить вихревые токи, такие как тип EE и тип EI.

Читайте также:  Что такое преобразователь напряжения | Строительство | Работа | Типы и их применение

Работа повышающего трансформатора:

Повышающий соответствует схеме трансформатора. На этом рисунке показаны входное и выходное напряжения с использованием E1 и E2. Витки обмоток трансформатора Т1 и Т2.Здесь входная обмотка первичная, а выходная вторичная.

Выходное напряжение выше заданного напряжения, потому что витки первичной обмотки меньше, чем витки вторичной обмотки. Как только переменный ток поступает в трансформатор, ток в одном направлении останавливается и меняет направление, чтобы течь в другом направлении.

Ток создаст магнитное поле в поле токовой обмотки. Направление магнитных полюсов также меняется, когда ток меняет свое направление.Напряжение в обмотках индуцируется магнитным полем. Точно так же напряжение будет индуцироваться внутри динамической катушки, когда она находится в динамическом магнитном поле, известном как взаимная индукция.

Таким образом, переменный ток в первичной обмотке создает динамическое магнитное поле, поэтому во вторичной обмотке может индуцироваться напряжение. Основное соотношение между количеством витков в каждой катушке и напряжением может быть получено с помощью этой формулы повышающего трансформатора .

Где «E2» — напряжение на вторичной обмотке

Напряжение «Е1» на первичной обмотке

‘T2’ включает вторичную обмотку

‘T1’ включает первичную обмотку

Преимущества повышающего трансформатора:

Преимущества повышающего трансформатора:

• Используется для жилых и коммерческих помещений.
• Постоянно работать.
• Передатчик энергии.
• Быстрый старт.
• Техническое обслуживание.
• Эффективность.
Недостатки повышающего трансформатора:

Недостатки повышающего трансформатора:

• Требуется система охлаждения из-за перегрева.
• Работает только для переменного тока.
• Размеры этих трансформаторов очень большие.
Применение повышающего трансформатора:

Применение повышающего трансформатора:

• Используется для распределения электроэнергии.
• Используется для увеличения напряжения в линии передачи, вырабатываемой генератором
• Эти трансформаторы также используются для запуска электродвигателей, рентгеновских аппаратов, микроволновых печей и т. д.
• Такие трансформаторы также используются в электронном оборудовании, таком как инверторы и стабилизаторы, для стабилизации напряжения от низкого до высокого.
• Используется для приведения в движение электрических и электронных устройств.
Часто задаваемые вопросы (FAQ):

 

1.Для чего используется повышающий трансформатор?

Повышающий трансформатор в национальной сети используется для увеличения напряжения и уменьшения тока. Напряжение увеличивается с расчетных 25 000 вольт (В) до 400 000 В, вызывая уменьшение тока. Низкий ток означает, что меньше энергии теряется при нагреве провода.

2. Повышающий трансформатор переменного или постоянного тока?

Повышающий преобразователь (повышающий преобразователь) — это преобразователь мощности постоянного тока в постоянный, выходное напряжение которого выше, чем его входное напряжение.

3. Где находится повышающий трансформатор?

Повышающий трансформатор известен как повышающий трансформатор для увеличения выходного напряжения без какой-либо разницы при сохранении тока. Трансформаторы в основном используются для передачи электроэнергии и электростанций. Он имеет две основные обмотки, первичную обмотку и вторичную обмотку. Во вторичной обмотке витков больше, чем в первичной.

4. В чем разница между повышающим и понижающим трансформатором?

Основное различие между повышающим и понижающим трансформаторами заключается в том, что повышающий трансформатор увеличивает выходное напряжение, а понижающий трансформатор снижает выходное напряжение.

Нравится этот пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Предлагаемое чтение —

.