Можливо, хтось вважає, що трансформатор – це щось середнє між трансформером і термінатором. Ця стаття покликана зруйнувати подібні уявлення.

Трансформатор - статичний електромагнітний пристрій, призначений для перетворення змінного електричного струму однієї напруги та певної частоти в електричний струм іншої напруги і тієї ж частоти.

Робота будь-якого трансформатора заснована на явищі, відкритій Фарадеєм.

Призначення трансформаторів

Різні види трансформаторів використовуються практично у всіх схемах живлення електричних приладів та при передачі електроенергії на великі відстані.

Електростанції виробляють струм щодо невеликої напруги – 220 , 380 , 660 В. Трансформатори, підвищуючи напругу до значень порядку тисяч кіловольтдозволяють істотно знизити втрати при передачі електроенергії на великі відстані, а заодно і зменшити площу перерізу проводів ЛЕП.

Безпосередньо перед тим як потрапити до споживача (наприклад, до звичайної домашньої розетки), струм проходить через понижувальний трансформатор. Саме так ми отримуємо звичні нам 220 Вольт.

Найпоширеніший вид трансформаторів – силові трансформатори . Вони призначені для перетворення напруги у електричних ланцюгах. Крім силових трансформаторів у різних електронних приладах застосовуються:

• імпульсні трансформатори;
• силові трансформатори;
• трансформатори струму.

Принцип роботи трансформатора

Трансформатори бувають однофазні та багатофазні з однією, двома або великою кількістю обмоток. Розглянемо схему та принцип роботи трансформатора на прикладі найпростішого однофазного трансформатора.

З чого складається трансформатор? У найпростішому випадку з одного металевого сердечника та двох обмоток . Обмотки електрично не пов'язані одна з одною і є ізольованими проводами.

Одна обмотка (її називають первинної ) підключається до джерела змінного струму. Друга обмотка, звана вторинної , підключається до кінцевого споживача струму.

Коли трансформатор підключений до джерела змінного струму, у витках його первинної обмотки тече змінний струмвеличиною I1 . При цьому утворюється магнітний потік Ф , що пронизує обидві обмотки та індукує в них ЕРС.

Буває, що вторинна обмотка не перебуває під навантаженням. Такий режим роботи трансформатора називається режимом холостого ходу. Відповідно, якщо вторинна обмотка підключена до будь-якого споживача, по ній тече струм I2 , що виникає під впливом ЕРС.

Величина ЕРС, що виникає в обмотках, залежить від числа витків кожної обмотки. Відношення ЕРС, індукованих у первинній та вторинній обмотках, називається коефіцієнтом трансформації і дорівнює відношенню кількості витків відповідних обмоток.

Шляхом підбору числа витків на обмотках можна збільшувати або зменшувати напругу споживача струму з вторинної обмотки.

Ідеальний трансформатор

Ідеальний трансформатор – трансформатор, у якому немає втрат енергії. У такому трансформаторі енергія струму в первинній обмотці повністю перетворюється спочатку на енергію. магнітного поля, А далі - в енергію вторинної обмотки.

Звичайно, такого трансформатора не існує у природі. Тим не менш, у випадку, коли тепловтратами можна знехтувати, у розрахунках зручно користуватися формулою для ідеального трансформатора, згідно з якою потужності струму в первинній та вторинній обмотках рівні.

До речі!

Для наших читачів зараз діє знижка 10% на

Втрати енергії у трансформаторі Коефіцієнт корисної дії трансформаторів досить високий. Тим не менш, в обмотці та сердечнику відбуваються втрати енергії, що призводять до того, що температура під час роботи трансформатора підвищується. Для трансформаторів невеликої потужності

це не є проблемою, і все тепло йде в навколишнє середовище – використовується природне повітряне охолодження. Такі трансформатори називають сухими.

У потужніших трансформаторах повітряного охолодження виявляється недостатньо, і застосовується охолодження олією. В цьому випадку трансформатор поміщається в бак з мінеральною олією, через яку тепло передається стінкам бака і розсіюється в навколишнє середовище. У трансформаторах високих потужностей додатково застосовуються вихлопні труби – якщо масло закипає, газам, що утворилися, потрібен вихід.

Серед загальнопромислових, що використовуються обліку продукції і на сировини, поширені товарні, автомобільні, вагонні, вагонеточные та інших. Технологічні служать для зважування продукції під час виробництва за технологічно безперервних і періодичних процесах. Лабораторні застосовують визначення вологості матеріалів і напівфабрикатів, проведення фізикохімічного аналізу сировини та інших цілей. Розрізняють технічні, зразкові, аналітичні та мікроаналітичні.

Можна поділити на ряд типів залежно від фізичних явищ, на яких ґрунтується принцип їх дії. Найбільш поширені прилади магнітоелектричної, електромагнітної, електродинамічної, феродинамічної та індукційної систем.

Схема приладу магнітоелектричної системи показано на рис. 1.

Нерухлива частина складається з магніту 6 і магнітопроводу 4 з полюсними наконечниками 11 і 15, між якими встановлений строго центрований сталевий циліндр 13. У зазорі між циліндром і полюсними наконечниками, де зосереджено рівномірне радіально спрямоване , розміщується рамка 12 з тонкої і

Рамка укріплена на двох осях з кернами 10 і 14, що упираються в підп'ятники 1 і 8. Протидіючі пружини 9 і 17 служать струмопідведення, що з'єднують обмотку рамки з електричною схемоюта вхідними затискачами приладу. На осі 4 укріплена стрілка 3 з балансними грузиками 16 і пружина, що протидіє 17, з'єднана з важелем коректора 2.

01.04.2019

1. Принцип активної радіолокації.
2.Імпульсна РЛС. Принцип роботи.
3.Основні часові співвідношення роботи імпульсної РЛС.
4. Види орієнтації РЛС.
5. Формування розгортки на ІКО РЛС.
6. Принцип функціонування індукційного лага.
7. Види абсолютних лагів. Гідроакустичний доплерівський лаг.
8.Реєстратор даних рейсу. Опис роботи.
9.Призначення та принцип роботи АІС.
10.Передається та прийнята інформація АІС.
11. Організація радіозв'язку в АІС.
12.Склад суднової апаратури АІС.
13. Структурна схема судновий АІС.
14. Принцип дії СНР GPS.
15. Сутність диференціального режиму GPS.
16. Джерела помилок у ДПСС.
17. Структурна схема приймача GPS.
18. Поняття про ECDIS.
19.Класифікація ЕНК.
20.Призначення та властивості гіроскопа.
21. Принцип роботи гірокомпасу.
22. Принцип роботи магнітного компасу.

З'єднання кабелів — технологічний процесотримання електричного з'єднання двох відрізків кабелю з відновленням у місці з'єднання всіх захисних та ізоляційних оболонок кабелю та екранних обплетень.

Перед з'єднанням кабелів вимірюють опір ізоляції. У неекранованих кабелів для зручності вимірювань один висновок мегаомметра по черзі підключають до кожної жили, а другий - до з'єднаних між собою інших жил. Опір ізоляції кожної екранованої жили вимірюють при підключенні висновків до жили та її екрану. отримане в результаті вимірювань повинно бути не менше нормованого значення, встановленого для даної марки кабелю.

Вимірявши опір ізоляції, переходять до встановлення чи нумерації жил, чи напрямків повива, які вказують стрілками на тимчасово закріплених бирках (рис. 1).

Закінчивши підготовчі роботи, можна розпочинати обробку кабелів. Геометрію обробки з'єднань кінців кабелів видозмінюють з метою забезпечення зручності відновлення ізоляції жил і оболонки, а для багатожильних кабелів також для отримання прийнятних розмірів місця з'єднання кабелів.

МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК ДО ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ: «ЕКСПЛУАТАЦІЯ СИСТЕМ ОХОЛОДЖЕННЯ СЕУ»

З ДИСЦИПЛІНИ: " ЕКСПЛУАТАЦІЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК І БЕЗПЕЧНЕ НЕСІННЯ ВАХТИ У МАШИННОМУ ВІДДІЛЕННІ»

ЕКСПЛУАТАЦІЯ СИСТЕМИ ОХОЛОДЖЕННЯ

Призначення системи охолодження:

• відведення теплоти від ГД;
• відведення теплоти від допоміжного обладнання;
• підведення теплоти до ОУ та іншого обладнання (ГД перед пуском, ВДГ підтримка у "гарячому" резерві тощо);
• прийом та фільтрація забортної води;
• продування кінгстонних ящиків влітку від забивання медузами, водоростями, брудом, взимку - від льоду;
• забезпечення роботи льодових ящиків та ін.

Структурно система охолодження підрозділяється на прісної води та систему охолодження забірної води. Системи охолодження АДГ виконуються автономно.

Мал. 1. Система охолодження дизелів

1 – охолоджувач палива; 2 - маслоохолоджувач турбонагнітачів; 3 – розширювальна цистерна ГД; 4 – водоохолоджувач ГД; 5 - маслоохолоджувач ГД; 6 – кінгстонний ящик; 7 – фільтри забортної води; 8 – кінгстонний ящик; 9 - приймальні фільтри ВДГ; 10 - насоси забортної води ВДГ; 11 – насос прісної води ГД; 12 - основний та резервний насоси забортної води ГД; 13 - маслоохолоджувач ВДГ; 14 - водоохолоджувач ВДГ; 15 - ВДГ; 16 - розширювальна цистерна ВДГ; 17 – опорний підшипник валопроводу; 18 - головний завзятий підшипник; 19 – головний двигун; 20 - охолоджувач наддувного повітря; 21 - вода на охолодження компресорів; 22 - заповнення та поповнення системи прісної води; 23 - підключення системи прогріву ДВЗ; 1оп – прісна вода; 1оз - забортна вода.

23.03.2019

У процесі експлуатації його обмотка поступово виходить із ладу, приймаючи він вплив різних негативних чинників. Відновити працездатність двигуна можна перемотуванням. Виконувати процедуру потрібно у разі ознак поломок.

Причини та ознаки зносу обмотки

Виконується перемотування обмотки двигуна при виникненні таких «симптомів», як сторонній шум і стукіт, що супроводжуються порушенням цілісності та втратою еластичності ізоляції. Відбувається подібне з кількох причин. Основними серед них є:

• вплив природних явищ, що включають високу вологість, температурні коливання;
• попадання машинного масла, пилу та інших забруднень;
• неправильна експлуатація силового агрегату;
• вплив на двигун вібраційних навантажень.

Частою причиною зношування, розтягування, втрати цілісності виступають температурні моменти. При перегріві виникає зайва перенапруга, яка робить обмотку чутливою до зовнішніх впливів. Найменші удари та вібрації призводять до поломок.

Також поширеною причиною виходу з ладу обмоток електродвигунів є поломка підшипників, які через перевантаження або через тимчасове зношування можуть розлітатися на маленькі шматочки, що призводить до згоряння обмоток.

У процесі використання енергетичних систем нерідко бувають випадки, коли потрібно перетворити якісь електричні величини на їхні аналоги, при цьому показники потрібно відповідно змінити у потрібному співвідношенні, для чого зазвичай застосовується трансформатор струму. За допомогою трансформатора струму можна змоделювати деякі процеси електричних установках, а також зробити вимірювальний процес безпечнішим.

Функціонування трансформатора струмубазується на законі електромагнітної індукції. Цей закон працює у електричних і магнітних полях, які змінюються формою гармонік змінних синусоїдальних величин.

Трансформатор струмуперетворює початкове значення вектора струму, який тече в силовому ланцюзі, зрештою, менше за величиною, при цьому витримується потрібне співвідношення значення по модулю і зберігається точна величина кута.

Як влаштований трансформатор струму?

На наступному малюнку схематично позначені процеси, що протікають у трансформатор струмупри перетворенні електроенергії.

По первинній силовій обмотці з кількістю витків ω1 тече струм I1, при цьому він долає повний опір Z1. Навколо котушки виникає магнітний потік Ф1, він фіксується за допомогою магнітопроводу, що знаходиться перпендикулярно до вектора I1. Подібний спосіб розташування дозволяє перетворювати електричну енергію на магнітну з найменшими втратами.

При перетині перпендикулярних витків обмотки ? У процесі напруга U2 на затискачах вторинного ланцюга падає.

Коефіцієнт трансформації К1 можна порахувати, розділивши вектор I1 на вектор I2. Це один із основних параметрів трансформаторів струму, він визначається перш, ніж починають проектувати пристрій, а діючих трансформаторах його вимірюють. Однак, як і під час роботи будь-яких приладів, реальні показання відрізняються від теоретичних. Для обліку таких похибок існує спеціальна метрологічна характеристика або клас точності трансформатора струму.

На відміну від розрахунків, при роботі трансформатора струмуу житті величини струмів в обмотках є константами, отже коефіцієнт трансформації розраховують по номіналам. Наприклад, якщо коефіцієнт трансформації дорівнює 1000/5, це означає, що у первинному витку тече струм величиною 1 кА, тоді як у вторинних діє навантаження 5 А. З даних величин, можна зрозуміти, як довго трансформатор струму прослужить.

Магнітний потік Ф2, що виникає завдяки вторинному струму I2, знижує величину потоку Ф1 в магнітопроводі. У процесі виникає потік трансформатораФт розраховується як геометрична сума векторів Ф1 та Ф2.

Де та як використовують трансформатори струму?

Найрізноманітніші види трансформаторів струмузастосовуються в електронних пристроях, починаючи від невеликих і закінчуючи приладами розміром кілька метрів. Зазвичай їх класифікують за ознаками експлуатації.

Класифікація трансформаторів струму:

За призначенням:

• для вимірів (з їх допомогою на вимірювальні пристрої подається електричний струм);
• для захисту (їх підключають до ланцюгів захисту);
• для лабораторних застосувань (такі трансформатори струму мають значний клас точності);
• для повторних перетворень (проміжні).

У роботі об'єктів використовують наступні трансформатори струму:

• для зовнішнього монтажу (на вулиці);
• для внутрішнього монтажу (для закритих установок);
• вмонтовані усередину корпусу приладу;
• накладні (їх надягають на прохідний ізолятор);
• переносні (для проведення вимірювань у різних місцях).

За значенням робочої напруги обладнання трансформатори струму поділяються на:

• високовольтні (що мають напругу понад 1000 В);
• з номінальною напругою трохи більше 1 кВ.

Існують та інші поділу трансформаторів струмуна види, у тому числі за способом матеріалів для ізоляції, за кількістю ступенів трансформації та іншими характеристиками.

Навіщо потрібні трансформатори струму?

Найчастіше трансформатори струму використовують у ланцюгах обліку вимірювання електроенергії, для вимірювання та захисту ліній або силових автотрансформаторів зазвичай застосовують переносні трансформатори струму.

На наступному зображенні наведено розташування трансформаторів струмудля кожної фази лінії та монтаж вторинних ланцюгів у клемному ящику на ОРУ-110 кВ для силового автотрансформатора.

Таким же цілям служать трансформатори струму на ОРУ-330 кВ, однак вони набагато більших розмірів через складності конструкції, оскільки вони призначені для високовольтного обладнання.

На енергетичному устаткуванні нерідко використовують вбудовані конструкції трансформаторів струму, їх розміщують безпосередньо на корпусі силового об'єкта.

Їхня конструкція передбачає вторинні обмотки з висновками, які знаходяться навколо високовольтного введення в герметичному корпусі. Кабелі від затискачів трансформатора струмупідведені до закріплених тут же клемних ящиків.

У трансформатори струму, Які характеризуються високою напругою, зазвичай як ізолятор застосовують трансформаторне масло. На наступному зображенні показаний варіант такої конструкції для трансформаторів струму серії ТФЗМ для роботи при напрузі, що дорівнює 35 кВ.

При напругах, що не перевищують 10 кВ, з метою ізоляції між обмотками при виробництві корпусу приладу застосовують тверді діелектричні матеріали.

Наприклад, трансформатор струмумарки ТПЛ-10, що використовується в КРУН, ЗРУ та інших видах розподільчих пристроїв.

На наступній спрощеній схемі показаний приклад підключення вторинного струмового ланцюга одного з кернів захисту REL 511 для вимикача лінії 110 кВ.

Як зрозуміти, що трансформатор струму зіпсований і знайти несправності?

Коли трансформатор струмузнаходиться під навантаженням, у нього може бути порушений електричний опір ізоляції обмоток або їх провідність. Це відбувається через вплив теплового перегріву, нанесених випадковим чином механічних пошкоджень або неправильного збирання.

У процесі роботи трансформатора струму найімовірніше виникнення проблем з ізоляцією, внаслідок чого трапляються замикання обмоток між витками і зниження потужності, що передається. Також через це може статися витік через випадково створені ланцюги, що, своєю чергою, може закінчитися коротким замиканням.

Для того, щоб виявити точки, в яких конструкція була зібрана неправильно, трансформатор струмунеобхідно регулярно перевіряти за допомогою тепловізора. Тоді можна буде вчасно виявити і виправити дефекти у вигляді, наприклад, порушених контактів, і знизити перегрів пристрою.

На предмет відсутності міжвиткових замикань прилади перевіряють спеціалісти лабораторій РЗА за допомогою:

• зняття вольтамперної характеристики;
• провантаження трансформатора струму від стороннього джерела;
• вимірів основних характеристик приладу у робочій схемі.

Вони проводять аналіз величину коефіцієнта трансформації.

При всіх роботах вимірюється відношення між векторами первинних та вторинних струмів за величиною. Їх кутові відхилення в даному випадку не заміряють, оскільки високоточних фазовимірювальних пристроїв для перевірки трансформаторів струмуу метрологічних лабораторіях немає.

Високовольтні випробування діелектричних властивостей проводять спеціалісти лабораторії служби ізоляції.

Додати сайт до закладок

Як діє трансформатор?

Трансформатор - це статичний (тобто без рухомих частин) електромагнітний апарат однофазний чи трифазний, у якому явище взаємоіндукції використовується перетворення електричної енергії. Трансформатор перетворює змінний струм однієї напруги змінний струм тієї ж частоти, але іншого напруги.

Трансформатор має кілька електричних, ізольованих одна від одної обмоток: однофазний - не менше двох, трифазний - не менше шести.

Обмотки, пов'язані з джерелом електроенергії, називаються первинними; Інші обмотки, що віддають енергію у зовнішні ланцюги, називаються вторинними. На малюнку внизу схематично показані первинна та вторинна обмотки однофазного трансформатора; вони забезпечені загальним замкненим осердям, зібраним з листової електротехнічної сталі.

Ферромагнітний сердечник служить посилення магнітного зв'язку між обмотками, т. е. у тому, щоб більшість магнітного потоку первинної обмотки зчіплялася з витками вторинної обмотки.На рис. праворуч показано осердя і шість обмоток трифазного трансформатора. Ці обмотки з'єднуються за схемою зірки чи трикутника.

Для покращення умов охолодження та ізоляції трансформатор поміщається у бак, заповнений мінеральною олією (продуктом перегонки нафти). Це так званий олійний трансформатор.

При частоті змінного струму приблизно понад 20 кГц застосування сталевого осердя в трансформаторах недоцільно через великі втрати в сталі від гістерези та вихрових струмів.

Для високих частот застосовуються трансформатори без феромагнітних сердечників – повітряні трансформатори.

Якщо напруга на затискачах первинної обмотки, первинна напруга U1, менша за вторинну напругу U 2, то трансформатор називається підвищуючим. Якщо ж первинна напруга більша за вторинну, то - знижуючим (U1>U2). Відповідно до відносної величини номінальної напруги прийнято розрізняти обмотку вищої напруги (ВН) та обмотку нижчої напруги (НН).

Познайомимося коротко з роботою однофазного двообмотувального трансформатора зі сталевим осердям. Його робочий процес та електричні співвідношення можна вважати характерними переважно для всіх видів трансформаторів.

Напруга U1, прикладена до затискачів первинної обмотки, створює в цій обмотці змінний струм i1. Струм збуджує в сердечнику трансформатора змінний магнітний потік Ф. Внаслідок періодичної зміни цього потоку в обох обмотках трансформатора індукуються ЕРС.

е1 = - w1 (? ф:? t) і e2 = - w2 (? ф:? t), де

w1 і w2 - кількість витків тієї та іншої обмоток.

Таким чином, відношення ЕДЕ, що індуктуються в обмотках, дорівнює відношенню чисел витків цих обмоток:

е1: e2 = w1: w2

Це коефіцієнт трансформації трансформатора.

Коефіцієнт корисної дії трансформатора відносно дуже високий, в середньому близько 98%, що дозволяє при номінальному навантаженні вважати приблизно однаковими первинну потужність, одержувану трансформатором, і вторинну потужність, що їм віддається, тобто p1? p2 або u1i1? u2i2, на підставі чого

i1: i2? u2: u1? w 2: w 1

Це відношення миттєвих значень струмів і напруг справедливе і для амплітуд, і для значень, що діють:

L1: l2? w 2: w 1?u2: u1,

т. е. відношення струмів в обмотках трансформатора (при навантаженні, близькій до номінальної) можна вважати зворотним відношенню напруг і числу витків відповідних обмоток. Що менше навантаження, то більше впливає струм холостого ходу, і наведене наближене співвідношення струмів порушується.

При роботі трансформатора зовсім різна роль ЕРС у його первинній та вторинній обмотках.ЕРС, що їй індуктується в первинній обмотці, виникає як протидія ланцюга зміні в ній струму i1. По фазі ця ЕРС майже протилежна напрузі.

Як у ланцюгу, що містить індуктивність, струм у первинній обмотці трансформатора

i1 = (u1 + e1): r1,

де г 1 - Активний опір первинної обмотки.

Звідси отримуємо рівняння для миттєвого значення первинної напруги:

u1 = -e1 + i1r1 = w t(?ф: ?t) + i1r1,

яке можна прочитати як умову електричної рівноваги: ​​прикладена до затискачів первинної обмотки напруга u1 завжди врівноважується ЕРС і падінням напруги в активному опорі обмотки (другий член відносно малий).

Інші умови мають місце у вторинному ланцюзі. Тут струм i2 створюється ЕРС e1, що відіграє роль ЕРС джерела струму, і при активному навантаженні r/н у вторинному ланцюзі цей струм

i2 = l2: (r2 + r/н),

де r2 - активний опір вторинної обмотки.

У першому наближенні вплив вторинного струму i2 на первинний ланцюг трансформатора можна описати в такий спосіб.

Струм i2, проходячи по вторинній обмотці, прагне створити в осерді трансформатора магнітний потік, що визначається намагнічує силою (НС) i2w2. Згідно з принципом Ленца, цей потік повинен мати напрям, зворотний напрямок головного потоку. Інакше можна сказати, що вторинний струм прагне послабити магнітний потік, що індукує його. Однак таке зменшення головного магнітного потоку Ф т порушило б електричну рівновагу:

u 1 = (-е 1) + i1r1,

оскільки e1 пропорційно магнітному потоку.

Створюється переважання первинної напруги U1, тому одночасно з появою вторинного струму збільшується первинний струм, причому настільки, щоб компенсувати дію вторинного струму, що розмагнічує, і, таким чином, зберегти електричну рівновагу. Отже, будь-яка зміна вторинного струму повинна викликати відповідну зміну первинного струму, при цьому струм вторинної обмотки завдяки відносно малому значенню складової i1r1 майже не впливає на амплітуду і характер змін у часі головного магнітного потоку трансформатора. Тому амплітуду цього потоку Ф т вважатимуться практично постійної. Така сталість Фт характерна для режиму трансформатора, у якого підтримується незмінною напруга U1, прикладена до затискачів первинної обмотки.

Трансформатор - незамінний пристрій електротехніки.

Без нього енергосистема у її нинішньому вигляді не могла б існувати.

Ці елементи присутні і в багатьох електроприладах.

Бажаючим познайомитися з ними ближче пропонується дана стаття, тема якої – трансформатор: принцип роботи та види приладів, а також їхнє призначення.

Так називають пристрій, що змінює величину змінного електричної напруги. Існують різновиди, здатні змінювати його частоту.

Такими апаратами оснащують багато приладів, також вони застосовуються в самостійному вигляді.

Наприклад, установки, що підвищують напругу передачі струму по електромагістралям.

Напруга, що генерується електростанцією, вони піднімають до 35 – 750 кВ, що дає подвійну вигоду:

• зменшуються втрати у дротах;
• потрібні дроти меншого перерізу.

У міських електромережах напруга знову зменшується до величини 6,1 кВ, знову ж таки з використанням .У розподільчих мережах, які роздають електрику споживачам, напруга знижують до 0,4 кВ (це звичні нам 380/).

Принцип роботи

Робота трансформаторного пристрою заснована на явищі електромагнітної індукції, яка полягає в наступному: при зміні параметрів магнітного поля, що перетинає провідник, в останньому виникає ЕРС (електрорушійна сила). Провідник у трансформаторі є у формі котушки або обмотки, і загальна ЕРС дорівнює сумі ЕРС кожного витка.

Для нормальної роботи потрібно виключити електричний контакт між витками, тому використовують провід в ізолюючій оболонці. Цю котушку називають вторинною.

Магнітне поле, необхідне для генерації у вторинній котушці ЕРС, створюється іншою котушкою. Вона підключається до джерела струму і називається первинною. Робота первинної котушки заснована на тому факті, що при протіканні через провідник струму навколо нього формується електромагнітне поле, а якщо він змотаний в котушку, воно посилюється.

Як працює трансформатор

При протіканні через котушку параметри електромагнітного поля не змінюються, і воно нездатне викликати ЕРС у вторинній котушці. Тому трансформатори працюють лише зі змінною напругою.

На характер перетворення напруги впливає співвідношення кількості витків в обмотках – первинної та вторинної. Його позначають "Кт" - коефіцієнт трансформації. Чинний закон:

Кт = W1 / W2 = U1 / U2,

• W1 і W2 - кількість витків у первинній та вторинній обмотках;
• U1 та U2 – напруга на їх висновках.

Отже, якщо в первинній котушці витків більше, то напруга на вторинній висновках нижче. Такий апарат називають знижуючим, Кт у нього більший за одиницю. Якщо витків більше у вторинній котушці - трансформатор напруга підвищує і називається підвищуючим. Його Кт менше одиниці.

Великий силовий трансформатор

Якщо знехтувати втратами (ідеальний трансформатор), то із закону збереження енергії слід:

P1 = P2,

де Р1 та Р2 - потужність струму в обмотках.

Оскільки P = U * I, Отримаємо:

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

Це означає:

• у первинній котушці понижуючого пристрою (Кт > 1) протікає струм меншої сили, ніж у вторинному ланцюзі;
• з підвищуючими трансформаторами (Кт< 1) все наоборот: сила тока в первичной катушке выше, чем в цепи вторичной.

Цю обставину враховують при доборі перерізу дротів для обмоток апаратів.

Конструкція

Трансформаторні обмотки надягають на магнітопровід - деталь з феромагнітної, трансформаторної або іншої магнітом'якої сталі. Він є провідником електромагнітного поля від первинної котушки до вторинної.

Під дією змінного магнітного поля в магнітопроводі також генеруються струми - вони називаються вихровими. Ці струми призводять до втрат енергії та нагрівання магнітопроводу. Останній, з метою звести це явище до мінімуму, набирають із безлічі ізольованих один від одного пластин.

На магнітопроводі котушки розташовують подвійно:

• поряд;
• намотують одну поверх іншої.

Обмотки для мікротрансформаторів виготовляють із фольги товщиною 20 – 30 мкм. Її поверхня внаслідок окислення стає діелектриком і відіграє роль ізоляції.

Конструкція трансформатора

На практиці досягти співвідношення Р1 = Р2 неможливо через втрати трьох видів:

1. розсіювання магнітного поля;
2. нагрівання проводів та магнітопроводу;
3. гістерезис.

Втрати на гістерезис – це витрати енергії на перемагнічування магнітопроводу.Напрямок силових ліній електромагнітного поля постійно змінюється. Щоразу доводиться долати опір диполів у структурі магнітопроводу, що вишикувалися певним чином у попередній фазі.

Втрати на гістерезис прагнуть зменшити, застосовуючи різні конструкціїмагнітопроводів.

Отже, насправді величини Р1 і Р2 відрізняються і співвідношення Р2 / Р1 називають ККД пристрою. Для його вимірювання використовуються такі режими роботи трансформатора:

• холостого ходу;
• короткозамкнутий;
• із навантаженням.

У деяких різновидах трансформаторів, що працюють з напругою високої частоти, магнітопровід відсутня.

Режим холостого ходу

Первинна обмотка підключена до джерела струму, а ланцюг вторинної розімкнуто. При такому підключенні в котушці тече струм холостого ходу, що в основному реактивний струм намагнічування.

Такий режим дозволяє визначити:

• ККД пристрою;
• коефіцієнт трансформації;
• втрати в магнітопроводі (мовою професіоналів - втрати в сталі).

Схема трансформатора в режимі холостого ходу

Короткозамкнений режим

Висновки вторинної обмотки замикають без навантаження (коротко), так що струм у ланцюзі обмежується лише її опором. На первинні контакти подають таку напругу, щоб струм в ланцюгу вторинної обмотки не перевищував номінального.

Таке підключення дозволяє визначити втрати на нагрівання обмоток (втрати міді). Це необхідно при реалізації схем із застосуванням замість реального трансформатора активного опору.

Режим із навантаженням

У цьому стані до висновків вторинної обмотки підключено споживача.

Охолодження

У процесі роботи трансформатор гріється.

Застосовують три способи охолодження:

1. природне: для малопотужних моделей;
2. примусове повітряне (обдув вентилятором): моделі середньої потужності;
3. потужні трансформатори охолоджуються за допомогою рідини (в основному використовують олію).

Прилад з олійним охолодженням

Види трансформаторів

Апарати класифікуються за призначенням, типом магнітопроводу та потужністю.

Силові трансформатори

Найбільш численна група. До неї належать усі трансформатори, що працюють в енергомережі.

Автотрансформатор

Цей різновид між первинною і вторинною обмотками є електричний контакт. При намотуванні дроту роблять кілька висновків - при перемиканні між ними задіюється різна кількість витків, через що змінюється коефіцієнт трансформації.

• Підвищений ККД. Пояснюється тим, що перетворенню піддається лише частина потужності. Це особливо важливо при незначній різниці між напругою на вході та виході.
• Низька вартість.Це обумовлено меншою витратою сталі та міді (автотрансформатор має компактні розміри).

Ці пристрої вигідно застосовувати в мережах напругою 110 кВ і більше із ефективним заземленням при Кт не вище 3-4.

Трансформатор струму

Використовується для зниження сили струму в підключеній до джерела живлення первинної обмотці. Пристрій знаходить застосування у захисних, вимірювальних, сигнальних та керуючих системах. Перевага в порівнянні з шунтовими схемами вимірювання полягає в наявності гальванічної розв'язки (відсутність електроконтакту між обмотками).

Первинна котушка входить у ланцюг змінного струму – досліджувану чи контрольовану – з навантаженням послідовно. До висновків вторинної обмотки підключають виконавче індикаторне пристрій, наприклад, реле або прилад вимірювання.

Трансформатор струму

Допустимий опір у ланцюзі вторинної котушки обмежений мізерними значеннями - майже коротке замикання.

У більшості струмових величина номінального струму в цій котушці становить 1 або 5 А. При розмиканні ланцюга в ній формується висока напруга, здатна пробити ізоляцію та пошкодити підключені прилади.

Імпульсний трансформатор

Працює з короткими імпульсами, тривалість яких вимірюється десятками мікросекунд. Форма імпульсу мало спотворюється. В основному використовуються у відеосистемах.

Зварювальний трансформатор

• Цей пристрій:
• знижує напругу;

розраховано на номінальний струм у ланцюзі вторинної обмотки до тисяч ампер.

Регулювати зварювальний струм можна зміною числа витків обмоток, задіяних у процесі (вони мають кілька висновків). При цьому змінюється величина індуктивного опору або вторинна напруга холостого ходу. За допомогою додаткових висновків обмотки розбиті на секції, тому регулювання зварювального струму здійснюється східчасто.

Габарити трансформатора багато в чому залежить від частоти змінного струму. Чим вона вища, тим компактнішим вийде пристрій.

Зварювальний трансформатор ТДМ 70-460На цьому принципі засновано влаштування сучасних інверторних зварювальних апаратів.

• Вони змінний струм перед подачею на трансформатор піддається обробці:
• випрямляється за допомогою діодного моста;

в інверторі - керованому мікропроцесором електронному вузлі з ключовими транзисторами, що швидко перемикаються - знову стає змінним, але вже з частотою 60 - 80 кГц.

Тому ці зварювальні апарати такі легкі та невеликі.

Також влаштовані блоки живлення імпульсного типу, наприклад, ПК.

Роздільний трансформатор

У цьому пристрої обов'язково присутня гальванічна розв'язка (немає електричного контакту між первинною та вторинною обмотками), а Кт дорівнює одиниці. Тобто розподільний трансформатор напруга залишає незмінною. Він необхідний підвищення безпеки підключення.

Дотик до струмоведучих елементів обладнання, підключеного до мережі через такий трансформатор, сильного удару струмом не призведе.

У побуті такий спосіб підключення електроприладів доречний у вологих приміщеннях - у ванних кімнатах та ін.

Крім силових трансформаторів, є сигнальні розділові. Вони встановлюються в електроланцюзі для гальванічної розв'язки.

Магнітопроводи

1. Бувають три види:Стрижневі.
2. Виконані у вигляді стрижня ступінчастого перерізу. Характеристики залишають бажати кращого, зате прості у виконанні.Краще стрижневих проводять магнітне поле і також захищають обмотки від механічних впливів. Недолік: висока вартість (потрібно багато сталі).
3. Тороїдальні.Найбільш ефективний різновид: створюють однорідне сконцентроване магнітне поле, чим сприяють зменшенню втрат. Трансформатори з тороїдальним магнітопроводом мають найбільший ККД, але вони дорогі через складність виготовлення.

Потужність

Потужність прийнято позначати у вольт-амперах (ВА). За цією ознакою пристрої класифікуються так:

• малопотужні: менше 100 ВА;
• середньої потужності: кілька сотень ВА;

Існують установки великої потужності, що вимірюється в тисячах ВА.

Трансформатори відрізняються призначенням і характеристиками, але принцип дії у них однаковий: змінне магнітне поле, що генерується однією обмоткою, збуджує другий ЕРС, величина якого залежить від числа витків.

Необхідність у перетворенні напруги виникає дуже часто, тому трансформатори набули найширшого поширення.