Для чего предназначен трансформатор: Что такое трансформатор | Интернет магазин электрооборудования и электротоваров в Украине

Содержание

Трансформатор?. Для чего нужен ? трансформатор? Устройтво и принцип действия трансформаторов

Автор Даниил Леонидович На чтение 9 мин. Просмотров 18.6k. Опубликовано 18 ноября Обновлено 18 ноября

Свойства магнитного поля изучаются учеными давно. Впервые электромагнитную индукцию описал Майкл Фарадей. А именно как появляется прочная электромагнитная взаимосвязь в обмотках при создании переменного тока в первой катушке. Во вторичной же катушке повышается напряжение, но мощность и частота остаются прежними. Конечно, несведущему человеку в электричестве сложно понять конструкцию, принцип действия, предназначение трансформатора. Однако, это неотъемлемый прибор с установкой во многих сферах: радиотехника, электроэнергетика.

Содержание

Трансформаторы напряжения: назначение и принцип действия
Для чего нужен трансформатор напряжения?
Как работает трансформатор напряжения?

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?
Измерительные трансформаторы напряжения и тока
Номинальная мощность, напряжение и ток
Закон Фарадея
Уравнения идеального трансформатора
Как правильно подключить

Трансформаторы напряжения: назначение и принцип действия

Трансформатор — электрическое устройство. Преобразует переменный ток одного напряжения в электрический ток другого напряжения. Частота, согласно явлению электромагнитной индукции, остается неизменной.

Состоит статический трансформатор из:

первичной и вторичной обмотки;
сердечника.

Применяется устройство в разных схемах питания и электроприборах. Передает электроэнергию на большие расстояния и:

снижает потери энергии;
уменьшает площадь сечения проводов ЛЭП.

Разновидности прибора:

повышающий;
понижающий;
силовой;
вращающийся;
импульсный;
разделительный;
согласующий.

Понижающий трансформатор применяется в быту. Именно через него проходит и поступает ток в домашние розетки с мощностью 220 Вт.

Силовой агрегат в составе из сердечника и нескольких обмоток преобразует напряжение в электроцепи по принципу электромагнитной индукции. Также значение напряжения переменного тока без изменений его частоты. Применяется для распределения и передачи электрической энергии. Напряжение в обмотках — свыше 300 кВ. Мощность – от 4 кВ до 200000 кВА.

Справка! Трансформатор служит для понижения либо повышения переменного напряжения. Основой является ферромагнитный сердечник. В дополнение для бесперебойной работы – обмотки, изоляция, магнитопровод, система охлаждения.

Обмотки выполнены из изолированных медных проводов прямоугольного сечения. Между их слоями находятся пустоты для циркуляции охлаждающего масла. Роль которого — отбирать тепло у обмоток, передавать через радиаторные трубки в окружающую среду.

Принцип действия устройства основан на:

изменении магнитного потока;
создании электромагнитной индукции при прохождении через обмотку;
подаче напряжения на первичную обмотку;
воспроизведении магнетизма электрическим током, изменяющимся во времени.

Переменный ток, протекая по первичной обмотке, начинает создавать в магнитопроводе магнитный ток. Постепенно приводит к потоку во всех обмотках, преобразуя гальваническую развязку (переменное напряжение), но без видоизменения частоты.

Стоит знать! Действие прибора основано на электромагнитной индукции. За счет переменного тока образуется магнитное переменное поле вокруг проводника, видоизменяется в электродвижущую силу. Напряжение на выходе полностью зависит от используемого (понижающего, повышающего) трансформатора. Коэффициент ЭДС в обмотках прямо пропорционален количеству витков.

Для чего нужен трансформатор напряжения?

Трансформатор напряжения — универсальное устройство. Передает и распределяет энергию.

Используются в:

электроустановках;
блоках питания;
агрегатах передачи электроэнергии;
устройствах обработки сигналов;
источниках питания приборов.

Силовой трансформатор с большим напряжением применяется для:

подачи энергии в электросети на электростанциях;
повышения напряжения генератора, линии электропередач;
снижения напряжения, доходящего до потребительского уровня.

Трехфазный прибор со специальной системой охлаждения используется в электросетях. Сердечник в составе — общий для всех 3-ех фаз.

Область применения сетевого трансформатора — источники электропитания, узлы электроприборов с разным напряжением. Импульсные агрегаты незаменимы для радиотехнических, электронных устройств. Сначала выпрямляют переменное напряжение в блоках питания. Далее за счет инвертора преобразуют высокочастотные импульсы, стабилизирующие постоянное напряжение.

Трансформаторы входят в состав многих схем питания для обеспечения минимального уровня высокочастотных помех. Например, разделительные установки предотвращают угрозу поражения электрическим током для человека. Ведь включение бытовых приборов в сеть через трансформатор становится безопасным.

Вторая цепь у прибора будет изолирована от контактов с землей, если конечно, речь идет о заземлении электрического оборудования. Измерительные силовые приборы применяются в схемах генераторов переменного тока.

Количество фаз у генератора из трансформатора должно совпадать для достижения стабильного напряжения на выходе.

Согласующие трансформаторы незаменимы для электронных устройств с высоким входным сопротивлением и высокочастотных линий, но с разным сопротивлением нагрузки.

Как работает трансформатор напряжения?

Приборы преобразуют энергию источника в необходимый коэффициент напряжения. Работают исключительно при переменном напряжении с постоянной частотой. В основе работы — электромагнитная индукция как явление, срабатываемое при изменении во времени магнитного потока, порождении ЭДС в обмотках.

Работа трансформатора начинается в первичной обмотке, где сердечник создает магнитный поток. Далее задействуется переменный ток, намагничивает сердечник, повышает индуктивность первичной обмотки, препятствует нарастанию тока на выводах обмотки напряжения. Если первичная обмотка отдает магнитный поток, то вторичная принимает его, изменяет с определенной скоростью, пронизывая все ветки и создавая ЭДС.

Напряжение на ветках в полной мере зависит от быстроты изменения магнитного потока в сердечнике. Хотя получается одинаковым на ветках первичной и вторичной обмотки благодаря прохождению через них одного и того же магнитного потока.

Он в свою очередь создает вокруг себя электрическое поле в сердечнике, некий вихрь с воздействием на электроны, начиная толкать их в определенную сторону.

Справка! Если сказать проще, то принцип работы трансформатора напряжения основан на возбуждении напряжения во второй обмотке за счет возникшего переменного тока в магнитопроводе.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

Источником питания для трансформатора тока является непосредственно ток. Если он не будет проходить через обмотки, тот агрегат быстро выйдет из строя. Питание для трансформатора напряжения — источники напряжения и он также не будет функционировать при повышенных нагрузках тока.

Отличие между устройствами в разных электрических величинах и схемах включения.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

Приборы с работой под высоким напряжением нуждаются в периодическом измерении.

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

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

Номинальная мощность, напряжение и ток

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

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

Порог номинального напряжения у трансформатора — 10кВ.

Разница в зависимости от мощности электроприборов составляет для:

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

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

Закон Фарадея

По закону электромагнитной индукции во вторичной обмотке создается ЭДС напряжение. Вычисляется по формуле — U2 = −N2*dΦ/dt.

Справка! Фарадея — основной закон электродинамики. Гласит о том, что генерируемая электродвижущая сила равняется скорости изменения магнитного потока, но взятой со знаком минус. Именно Майкл Фарадей сделал открытие, когда в ходе экспериментов объявил, что электродвижущая сила начинает появляться в проводнике только при изменении магнитного поля. Величина этой силы прямо пропорциональна скорости изменения магнитного поля.

Все факты содержатся в одном уравнении. Однако, знак минус в законе — правило Ленца, указывающее на возникновение индукционного электрического тока при изменении магнитного поля в проводнике. Действие тока направлено на магнитное поле, начинающего противодействовать изменению магнитного потока.

Правило Ленца не подчиняется законам электродинамики, ведь индукционный ток появляется как в обмотках, так и в сплошных металлических блоках.

Уравнения идеального трансформатора

В таком трансформаторе силовые линии проходят через все ветки первичной, вторичной обмотки. Значит, отсутствуют вихревые потоки и потери энергии. Магнитное поле изменяется, но порождает идентичную ЭДС во всех витках, поэтому становится прямо пропорциональным их общему числу.

Энергия при поступлении из первичной цепи трансформируется в магнитное поле, далее поступает во вторичной цепи.

Формула уравнения идеального трансформатора — P1 = I1 • U1 = P2 = I2 • U2:

R1 — коэффициент поступающей мощности из первой цепи на трансформатор;
R2 — коэффициент преобразованной мощности с поступлением во вторичную цепь.

Если повысить напряжение на концах вторичной обмотки, то снизится уровень тока первичной цепи. Согласно уравнению — U2/U1 = N2/N1 = I1/I2 преобразование сопротивления одной цепи к сопротивлению другой возможно только при умножении величины на квадрат отношения.

Как правильно подключить

Во всех тонкостях электрики сложно разобраться простому человеку, но при использовании трансформатора понижающего типа в быту важно понимать, как происходит процесс подключения.

Бывает, что возникает потребность подключения агрегата сразу на нескольких потребителей.

Стоит знать:

При подключении трансформатора сразу на несколько потребителей важно учитывать количество выходных клемм.
Общая потребляемая мощность для жильцов должна быть идентичной мощности трансформатора либо немного ниже. По мнению специалистов, идеальный второй показатель выше первого — на 20%.
Подключается агрегат через электрическую проводку, размер которой не должен быть слишком большим. Достаточно 2 м при монтаже светодиодного освещения во избежании потери мощности.
Суммарная мощность электроприборов не должна быть выше мощности трансформатора.

Если посмотреть на схему подключения понижающего трансформатора, то видно, что монтируется между распределительной коробкой мощностью 220 Вт и лампами накаливания. Провода из распредкоробки подключаются непосредственно к выключателю.

Подключение трансформатора напряжения

Дополнительная информация! Стоит изначально определять правильное место установки электрического понижающего трансформатора. Нельзя его усердно прятать от посторонних глаз, ведь доступ для демонтажа либо замены должен быть свободным. При этом потребляемая мощность – не ниже мощности трансформатора, иначе процесс монтажа проводить запрещено.

При подключении важно, чтобы совпадали все уравнения, касающиеся модели прибора. Также существенное значение имеет фазировка, если в одну цепь подключается сразу несколько приборов параллельно. Во избежание больших потерь мощности фазы должны быть правильно соединены между собой с образованием замкнутого контура. При несовпадении фаз начнет расти нагрузка и падать мощность. Может произойти короткое замыкание.

Важно! Смотрите на фото, как выглядит упрощенный вид трансформатора.

Трансформатор — электромагнитный аппарат. Повышает либо понижает напряжение переменного тока. Он лишен подвижных частей. Значит, является статическим. По размерам бывает с трехэтажное здание либо миниатюрное, помещаемое в руку. В составе — сердечник и несколько обмоток с расположением на магнитопроводе. Хотя может содержать всего одну обмотку без сердечника.

При работе трансформатора срабатывает принцип электромагнитного взаимодействия. Переменный ток подается на первичную обмотку, меняет направление дважды за цикл. Значит, что вокруг обмотки образуется магнитное поле, но ежесекундно исчезает. Вторичная обмотка — проводник электромагнитного взаимодействия. Там же индуцируется напряжение.

Конечно, простому человеку сложно понять конструкцию, назначение прибора. Для познания можно просто разобрать, прозвонить, подключить или демонтировать в домашних условиях.

режимы, схема, назначение, из чего состоит

Может быть, кто-то думает, что трансформатор – это что-то среднее между трансформером и терминатором. Данная статья призвана разрушить подобные представления.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного электрического тока одного напряжения и определенной частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.
Работа любого трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, открытой Фарадеем.

Назначение трансформаторов

Разные виды трансформаторов используются практически во всех схемах питания электрических приборов и при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Электростанции вырабатывают ток относительно небольшого напряжения – 220, 380, 660В. Трансформаторы, повышая напряжение до значений порядка тысяч киловольт, позволяют существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а заодно и уменьшить площадь сечения проводов ЛЭП.

Непосредственно перед тем как попасть к потребителю (например, в обычную домашнюю розетку), ток проходит через понижающий трансформатор. Именно так мы получаем привычные нам 220 Вольт.

Самый распространенный вид трансформаторов – силовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования напряжения в электрических цепях. Помимо силовых трансформаторов в различных электронных приборах применяются:

импульсные трансформаторы;
силовые трансформаторы;
трансформаторы тока.

Принцип работы трансформатора

Трансформаторы бывают однофазные и многофазные, с одной, двумя или большим количеством обмоток. Рассмотрим схему и принцип работы трансформатора на примере простейшего однофазного трансформатора.

Кстати, в других статьях можно почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.

Из чего состоит трансформатор? Во простейшем случае из одного металлического сердечника и двух обмоток. Обмотки электрически не связаны одна с другой и представляют собой изолированные провода.

Одна обмотка (ее называют первичной) подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка, называемая вторичной, подключается к конечному потребителю тока.

Когда трансформатор подключен к источнику переменного тока, в витках его первичной обмотки течет переменный ток величиной I1. При этом образуется магнитный поток Ф, который пронизывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС.

Бывает, что вторичная обмотка не находится под нагрузкой. Такой режимы работы трансформатора называется режимом холостого хода. Соответственно, если вторичная обмотка подключена к какому-либо потребителю, по ней течет ток I2, возникающий под действием ЭДС.

Величина ЭДС, возникающей в обмотках, напрямую зависит от числа витков каждой обмотки. Отношение ЭДС, индуцированных в первичной и вторичной обмотках, называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков соответствующих обмоток.

Путем подбора числа витков на обмотках можно увеличивать или уменьшать напряжение на потребителе тока с вторичной обмотки.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором отсутствуют потери энергии. В таком трансформаторе энергия тока в первичной обмотке полностью преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а далее – в энергию вторичной обмотки.

Конечно, такого трансформатора не существует в природе. Тем не менее, в случае, когда теплопотерями можно пренебречь, в расчетах удобно пользоваться формулой для идеального трансформатора, согласно которой мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Потери энергии в трансформаторе

Коэффициент полезного действия трансформаторов достаточно высок. Тем не менее, в обмотке и сердечнике происходят потери энергии, приводящие к тому, что температура при работе трансформатора повышается. Для трансформаторов небольшой мощности это не представляет проблемы, и все тепло уходит в окружающую среду – используется естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.

В более мощных трансформаторах воздушного охлаждения оказывается недостаточно, и применяется охлаждение маслом. В этом случае трансформатор помещается в бак с минеральным маслом, через которое тепло передается стенкам бака и рассеивается в окружающую среду. В трансформаторах высоких мощностей дополнительно применяются выхлопные трубы – если масло закипает, образовавшимся газам нужен выход.

Конечно, трансформаторы не так просты, как может показаться на первый взгляд — ведь мы рассмотрели принцип действия трансформатора кратко. Контрольная по электротехнике с задачами на расчет трансформатора внезапно может стать настоящей проблемой. Специальный студенческий сервис всегда готов оказать помощь в решении любых проблем с учебой! Обращайтесь в Zaochnik и учитесь легко!

Трансформатор | Определение, типы и факты

Ключевые люди:: Никола Тесла

Похожие темы:: трансформатор с железным сердечником трансформатор с воздушным сердечником коэффициент поворота разделительный трансформатор согласующий трансформатор импеданса

Просмотреть весь связанный контент →

Определение, типы, принцип работы, уравнения и примеры

Трансформатор — это простейшее устройство, которое используется для передачи электрической энергии от одной цепи переменного тока к другой цепи или нескольким цепям посредством процесса электромагнитной индукции. Трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции для повышения или понижения напряжения. Трансформатор либо увеличивает переменное напряжение (повышающий трансформатор), либо уменьшает переменное напряжение (понижающий трансформатор). Трансформатор, который обычно используется для передачи и распределения мощности переменного тока, по сути является устройством регулирования напряжения. Трансформаторы используются для самых разных целей, включая повышение напряжения от электрогенераторов для обеспечения передачи электроэнергии на большие расстояния и снижение напряжения в обычных силовых цепях для работы низковольтных устройств, таких как дверные звонки и игрушечные электропоезда.

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это статическое электрическое устройство, которое передает мощность переменного тока из одной цепи в другую с постоянной частотой, но уровень напряжения может быть изменен, что означает, что напряжение может быть увеличено или уменьшено в зависимости от требований.

Типы трансформаторов

Типы трансформаторов в зависимости от уровня напряжения

Существует два основных типа трансформаторов в зависимости от рабочего напряжения. Вот некоторые из них:

Понижающий трансформатор: Первичное напряжение преобразуется в более низкое напряжение на вторичном выходе с помощью понижающего трансформатора. Число обмоток на первичной стороне понижающего трансформатора больше, чем на вторичной. В результате общее отношение вторичной обмотки к первичной всегда будет меньше единицы. Понижающие трансформаторы используются в электрических системах, которые распределяют электроэнергию на большие расстояния и работают при чрезвычайно высоких напряжениях, чтобы обеспечить минимальные потери и экономичные решения. Понижающий трансформатор используется для преобразования высоковольтных линий в низковольтные.
Повышающий трансформатор: Вторичное напряжение повышающего трансформатора повышается по сравнению с низким первичным напряжением. Поскольку первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная обмотка в этом типе трансформатора, отношение первичной обмотки к вторичной будет больше единицы. Повышающие трансформаторы часто используются в электронных стабилизаторах, инверторах и других устройствах, которые преобразуют низкое напряжение в значительно более высокое напряжение. Повышающий трансформатор также используется в распределении электроэнергии. Для приложений, связанных с распределением электроэнергии, необходимо высокое напряжение. В сети для повышения уровня напряжения перед распределением используется повышающий трансформатор.

Типы трансформаторов в зависимости от материала сердечника

Различные типы трансформаторов используются в электроэнергетике и электронной промышленности в зависимости от материалов сердечника, а именно:

Трансформатор с железным сердечником: В качестве сердечник трансформатора с железным сердечником. Сильные магнитные свойства железа трансформатора с железным сердечником имеют чрезвычайно высокую потокосцепление. В результате трансформатор с железным сердечником имеет высокий КПД. Сердечники из мягкого железа бывают разных размеров и форм. Несколько типичных форм включают E, I, U и L.
Трансформатор с ферритовым сердечником: Из-за высокой магнитной проницаемости в трансформаторе с ферритовым сердечником используется один. В высокочастотном приложении этот тип трансформатора обеспечивает невероятно низкие потери. В высокочастотных приложениях, таких как импульсные источники питания (SMPS), радиочастотные приложения и т. Д., В результате используются трансформаторы с ферритовым сердечником.
Трансформатор с тороидальным сердечником: Железный сердечник или ферритовый сердечник — два примера материалов тороидального сердечника, используемых в трансформаторе. Из-за их превосходных электрических характеристик часто используются тороиды с кольцеобразным или кольцевым сердечником. Кольцевая форма обеспечивает очень низкую индуктивность рассеяния и чрезвычайно высокую индуктивность и добротность.
Трансформатор с воздушным сердечником: Материал сердечника трансформатора с воздушным сердечником не является настоящим магнитным сердечником. Воздух используется исключительно в потокосцеплении трансформатора с воздушным сердечником. Первичная обмотка трансформатора с воздушным сердечником генерирует переменный ток, создавая вокруг себя электромагнитное поле.

Типы трансформаторов в зависимости от расположения обмоток

Трансформатор с автоматической обмоткой: Первичная и вторичная обмотки всегда были фиксированными, но с трансформатором с автоматической обмоткой они могут быть соединены последовательно, а узел с отводом от центра может быть перемещенным. Вторичное напряжение можно изменить, изменив положение центрального отвода. Auto используется для оповещения себя или отдельной катушки и не является аббревиатурой от Automatic. Эта катушка создает соотношение, используя главные и второстепенные компоненты. Соотношение главного и вторичного определяется расположением узла центрального отвода, который изменяет выходное напряжение. VARIAC, устройство, которое генерирует переменный переменный ток из постоянного входного переменного тока, используется наиболее часто.

Типы трансформаторов в зависимости от области применения

Трансформаторы бывают разных модификаций, каждая из которых работает в определенной области. Таким образом, в зависимости от предполагаемого использования трансформаторы можно разделить на следующие категории:

Силовой трансформатор: Энергия передается на подстанцию или в общую сеть с использованием более крупного силового трансформатора. Между основной распределительной сетью и электрогенератором этот трансформатор служит связующим звеном. Силовые трансформаторы можно разделить на три группы в зависимости от их номинальной мощности и технических характеристик.0072
Малый силовой трансформатор,
Среднемощный трансформатор и
Большой силовой трансформатор

Измерительный трансформатор: Измерительный трансформатор — другое название измерительного трансформатора. Это еще один инструмент измерения, который обычно используется в области мощности.

Для разделения первичной мощности и преобразования тока и напряжения в меньшем соотношении к ее вторичному выходу используется измерительный трансформатор.

Распределительный трансформатор: Распределительный трансформатор функционирует как понижающий трансформатор, преобразующий высокое напряжение сети в напряжение, подходящее для конечного пользователя, обычно 110 В или 230 В. В зависимости от мощности преобразования или номиналов распределительный трансформатор может быть меньше или больше.

Импульсный трансформатор: Одним из самых популярных трансформаторов, устанавливаемых на печатную плату, который генерирует электрические импульсы с постоянной амплитудой, является импульсный трансформатор. Он используется в ряде цифровых схем, где существует потребность в создании изолированных импульсов.

Выходной аудиотрансформатор: Другим трансформатором, часто используемым в электронной промышленности, является аудиотрансформатор.

Он специально используется в приложениях, связанных со звуком, где необходимо согласование импеданса.