Что такое трансформатор и принцип его работы простыми словами

Трансформатор
Содержание
  1. Что собой представляет трансформатор
  2. Назначение трансформатора
  3. Области применения
  4. Технические характеристики
  5. Общее устройство и принцип работы
  6. Базовые принципы действия
  7. Обозначение на схемах
  8. Режимы работы трансформаторов
  9. Холостой ход (ХХ)
  10. Режим нагрузки
  11. Короткое замыкание (КЗ)
  12. Виды трансформаторов
  13. Автотрансформаторы
  14. Трансформаторы тока
  15. Трансформаторы напряжения
  16. Импульсные
  17. Разделительные
  18. Согласующие
  19. Пик-трансформаторы
  20. Сдвоенный дроссель
  21. Силовые
  22. Сварочные
  23. Воздушные и масляные
  24. Вращающиеся
  25. Идеальный трансформатор
  26. Вопросы об устройстве трансформатора
  27. Что такое индукция
  28. Увеличение индуктивности сердечником
  29. Коэффициент трансформации
  30. От чего зависит мощность трансформатора
  31. Почему сердечник не делают сплошным
  32. Потери энергии в трансформаторе
  33. Неисправности трансформаторов
  34. Как проверить на целостность
  35. Безопасная проверка работы трансформатора
  36. Заключение

Как в быту, так и в промышленности возникает потребность в преобразовании электроэнергии. Трансформатор простыми словами предназначен для понижения или повышения напряжения.

Трансформаторы
Трансформаторы являются важными элементами систем электропитания и применяются повсеместно для изменения напряжения тока.

Что собой представляет трансформатор

Трансформатор – это стационарное устройство, имеющее вид катушки с двумя или более обмотками, осуществляющее преобразование напряжения и тока из одной величины в другую.

При этом частота тока остается неизменной. Каждый трансформатор функционирует за счет электромагнитной индукции. Принцип работы заключается в создании электромагнитного поля на второй катушке при поступлении на первичную катушку тока.

Назначение трансформатора

Трансформатор для электричества

Практически все схемы электропитания предусматривает наличие трансформаторов. Также такие приборы незаменимы при передаче электричества на большие расстояния. На электростанциях вырабатывается ток небольшого напряжения. Преобразователь повышает показатель до тысяч киловольт.

Это позволяет снизить потери при передаче электроэнергии к потребителю.

Понижающий трансформатор

Перед тем как попасть в розетки понижающее устройство преобразует ток, что позволяет на выходе получить 220 Вольт.

Немного теории:

Области применения

Сегодня трансформатор применяется во многих сферах: быту, радиоэлектронной, радиотехнической промышленности, электроэнергетике и пр.

Трансформаторы на электростанции

Назначение устройств следующее:

  1. Согласование напряжения на входе и выходе при реализации схем включения полупроводниковых преобразователей.
  2. Для питания сварочных установок, электротермических и других установок.
  3. Питание цепей радио- и телеаппаратуры.
  4. Для включения различных измерительных устройств.

Сварочный трансформатор

Трансформатор каждого типа имеет различное применение, поэтому важно знать, для чего нужен каждый отдельный вид устройства.

Технические характеристики

Трансформаторы с разным количеством витков

Для трансформаторов свойственны следующие технические характеристики:

  1. Зависимость выходящего напряжения от количества витков в обмотках катушек называется коэффициентом трансформации – k.
  2. КПД указывает на потери магнитных полей рассеяния.
  3. Мощность первичной и вторичной катушек.

Каждый показатель рассчитывается по формуле и находится в зависимости друг от друга.

Общее устройство и принцип работы

Устройство трансформатора

Рассматривая, из чего состоит трансформатор, стоит обратить внимание на наличие катушек, на одну из которых поступает ток – первичная и выходную – вторичную. В наиболее простом исполнении эти катушки насажены на замкнутый магнитопровод.

Аппараты могут иметь различную форму. Также устройства отличаются по способу обмотки и используемым материалам обмотки.

Сегодня выделяют высокочастотные и низкочастотные вариации. В первых магнитопроводы могут отсутствовать. В низкочастотных моделях могут использоваться ферромагнитные сердечники из стали, пермаллоя или феррита.

Полезно знать:

Базовые принципы действия

Принцип работы трансформатора

При поступлении тока на первичную обмотку во второй катушке возникает магнитное поле. Оно пронизывает магнитопровод. Магнитный поток претерпевает изменения, что приводит к возникновению ЭДС.

Данная величина находится в зависимости от количества витков и частоты тока. Соотношение витков в двух катушках называется коэффициентом трансформации.

Повышающий трансформатор

Если показатель больше 1, то устройство понижающее, если величина больше 0, но меньше 1, то аппарат – повышающий.

Обозначение на схемах

Обозначение трансформатора на схемах

Особенности устройства трансформатора наглядно отображаются на схемах. Схематически изображаются витки катушек. Начало витков обычно обозначено точкой. Магнитопровод обозначается линией.

Помощь с выбором: Индукционная или электрическая плита — какую панель выбрать?

Режимы работы трансформаторов

Силовой трансформатор функционирует в трех режимах, каждый из которых имеет свое назначение.

Холостой ход (ХХ)

Холостой ход

Данный режим позволяет определить КПД устройства, определить потери в сердечнике, а также рассчитать коэффициент трансформации.

Холостой ход возникает, когда цепь первичной обмотки подключена к сети, а вторичной обмотки – разомкнута.

Режим нагрузки

Рабочий ход

Основной режим функционирования агрегата. При подаче нагрузки на вторичную обмотку. В первичной катушке в это время суммарный ток рассчитывается при сложении тока холостого хода и тока нагрузки.

Короткое замыкание (КЗ)

Короткое замыкание

Это режим, позволяющий вычислить потери при нагревании обмотки. Для этого необходимо закоротить концы вторичной обмотки. При этом вся мощность будет сконцентрирована в цепях обмотки.

Виды трансформаторов

Разные типы устройств имеют различные виды сердечников трансформаторов: стерневой, броневой или тороидальный.

Различные типы трансформаторов

Также существует классификация устройств, в зависимости от того, для чего именно предназначен прибор.

Автотрансформаторы

Устройство автотрансформатора

В устройствах данного типа отсутствует вторая катушка. Первичная и вторичная обмотки соединены напрямую. Благодаря этому достигается высокий показатель КПД. Действие такого трансформатора основано на взаимодействии электромагнитной и электрической связи.

Автотрансформатор

Автотрансформаторы имеют не менее 3 выводов. Они имеют небольшой вес и компактны. При этом у групп витков отсутствует изоляция.

Такие устройства получили широкое применение в быту и строительстве. Их часто используют в телефонных аппаратах, радиотехнических и аудио-устройствах.

Трансформаторы тока

Измерительный трансформатор устройство

В трансформаторах тока первичная катушка подключена к цепи последовательно. Вторичная обмотка находится в близком к короткому замыканию состоянии. Именно к ней подключают измерительный прибор или индикатор. Другое название данного типа устройств – измерительные трансформаторы.

Измерительный трансформатор

Состояние вторичной обмотки в трансформаторах тока считается критическим, поэтому есть риск резкого повышения напряжения, следствием чего станут перебои и повреждение изоляции.

Трансформаторы напряжения

Трансформатор напряжения

Данные приборы работают по аналогии с предыдущими, только применяются, чтобы преобразовать напряжение.

Этот вид измерительных трансформаторов понижает напряжение, благодаря чему обеспечивается защита от высокого вольтажа.

Импульсные

Схема импульсного трансформатора

Предназначение импульсных устройств – преобразование амплитуду и полярность импульсов тока и напряжения. При этом форма их остается неизменной.

Импульсный трансформатор

Таким трансформатором пользуются, когда есть необходимость предотвратить высокочастотные помехи. Широкое применение такие устройства получили в системах радиосвязи, а также в вычислительной технике.

Разделительные

Разделительный трансформатор

Конструкция таких трансформаторов предусматривает использование двух идентичных обмоток, что позволяет создать условия, при которых коэффициент трансформации равен 1. За счет этого гарантируется гальваническая развязка между сетью и оборудованием.

Это особенно важно, если к оборудованию предъявляются повышенные требования безопасности, например, в медицинской отрасли.

Согласующие

Согласующий трансформатор

Назначение таких аппаратов – согласование сопротивления каскадов электронных схем. При этом в нагрузку передается максимальная мощность. Форма сигнала остается неизменной, при этом обеспечивается гальваническая развязка между узлами электронных устройств.

Данные характеристики важны в звуковоспроизведении, а также для подключения антенн к преемникам.

Пик-трансформаторы

Пик-трансформатор

Данные устройства способны преобразовывать поступающие синусоидальные токи в импульсные пики.

Данное свойство актуально в системах связи и радиолокации, а также в высоковольтных исследовательских установках. С их помощью автоматизируют технологические процессы.

Сдвоенный дроссель

Сдвоенный дроссель

Эти аппараты еще называют встроенными индуктивными фильтрами, поскольку они обеспечивают входную фильтрацию напряжения в блоках питания, звуковых и цифровых приборах. Взаимная индукция достигается путем использования двух идентичных катушек с одинаковыми обмотками.

Силовые

Устройство силового трансформатора

Наиболее часто используемый тип трансформаторов. Линии электропередач, городские электросистемы не обходятся без таких устройств. Они позволяют с наименьшими потерями доставлять электроэнергию о потребителей.

Силовой трансформатор

Данные устройства предназначены для понижения и повышения напряжения. Частоты переменного тока при этом остаются неизменными. Это дает возможность подключать силовые аппараты в группы, что актуально в высоковольтных трехфазных сетях.

Сварочные

Устройство сварочного трансформатора

Определение устройств данного вида указывает на сферу их применения – ручная дуговая сварка.

Поступающее от сети напряжение они понижают для безопасности. При этом величина тока повышается, что позволяет осуществлять сварочные работы.

Воздушные и масляные

Воздушный силовой трансформатор

Силовым трансформаторам требуется качественное охлаждение. По данному критерию выделяют устройства масляные и воздушные. Масло способно повысить надежность изоляции, предотвратит ее разрушение.

Воздушные аппараты применяются ля преобразования напряжения, часто в трехфазных схемах.

Вращающиеся

Вращающийся трансформатор

Каждая катушка трансформатора вращается на больших скоростях. При этом происходит обмен сигналов.

Подборка статей из серии «Своими руками»:

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор

Понятие идеального трансформатора используют в тех случаях, когда можно пренебречь теплопотерями.

Имеется ввиду, что энергия первичной обмотки полностью преобразуется в энергию магнитного поля, а в дальнейшем – в энергию вторичной обмотки. В природе такого аппарата не существует.

Вопросы об устройстве трансформатора

Даже у человека, знающего, что такое трансформатор, периодически возникают вопросы о функционировании и устройства данного аппарата.

Что такое индукция

Индуктивность

Физика дает следующее определение индукции – это явление возникновения тока в замкнутом пространстве при воздействии на магнитное поле. Закон электромагнитной индукции был открыт М. Фарадеем.

Увеличение индуктивности сердечником

Увеличение индуктивности

Вид и расположение сердечника, входящего в состав катушки, влияет на индуктивность. Показатель зависит от магнитной проницаемости феррита, который применялся при изготовлении сердечника. Чем выше эта характеристика, тем больше будет индуктивность.

Изменение положения сердечника в катушке позволит увеличить показание индуктивности. Для этого достаточно задвинуть его глубже внутрь. Замкнутый сердечник обеспечивает большую индуктивность, чем разомкнутый.

Коэффициент трансформации

Одна из характеристик каждого трансформатора – коэффициент трансформации. Он показывает соотношение числа обмоток в первой катушке к количеству витков второй. Рассчитывается по формуле:

Коэффициент трансформации

где W1 и W2 – число витков в первой и второй катушке. Если коэффициент меньше 1, то трансформатор повышающий, если больше 1 – понижающий.

От чего зависит мощность трансформатора

Согласно формуле вычисления мощности, данный показатель зависит от потребляемого тока и напряжения питания. На практике, чтобы просчитать мощность устройства, потребуется узнать сечение магнитопровода.

Почему сердечник не делают сплошным

Сердечник трансформатора

Трансформаторный сердечник состоит из отдельных пластин, что отлично демонстрирует его разрез. Это позволяет уменьшить потери путем препятствия возникновению токов.

Если бы сердечник был сплошным, то при подаче переменного тока, возникнет переменное магнитное поле, а в дальнейшем электрическое. Следовательно, возникнут токи, которые приведут к потерям энергии.

Потери энергии в трансформаторе

Потери энергии в трансформаторе

Потери неизбежны в любом трансформаторе. Общий показатель рассчитывает как сумма потерь на нагревание обмоток, сердечника, а также перемагничивание сердечника. Величина потерь будет зависеть от качества сборки и материалов изготовления, а также конструкции самого устройства.

Уменьшить потери удастся, если обеспечить рациональный режим функционирования. Чтобы точно рассчитать потери энергии трансформатора, следует учитывать не только фактические данные, но и паспортные.

Неисправности трансформаторов

При эксплуатации трансформаторов возможны проблемы, которые негативно сказываются на функционировании устройств.

Ремонт неисправного трансформатора

Наиболее часто встречаются следующие поломки:

  1. Неисправность магнитопровода. Чаще всего происходит из-за перегрева, который вызывает спаивание пластин сердечника.
  2. Повреждение изоляции. Причин проблем с изоляцией моет быть множество: переувлажнение, механические нарушения, короткие замыкания, протечки масляных каналов.
  3. Перебои в работе переключателей напряжения. Наиболее частой причиной является окисление поверхности контактирующих элементов или же снижение давления.
  4. Повреждение силовых вводов. Разрушение уплотнителей или неаккуратная оливка масла приводит к переувлажнению бумажной основы. Также проблема может возникнуть из-за перегрева контактов.

Повреждение изоляции на катушке трансформатора

Предупредить возникновение неисправностей, правильно диагностировать проблему и быстро ее решить поможет своевременное техническое обслуживание, а также применение релейных средств защиты.

Как проверить на целостность

Проверка трансформатора мультиметром

Нарушение целостности изоляции приводит к дальнейшим проблемам и длительному ремонту. Для проверки используют мультиметр, щупы которого присоединяются к изоляции первичной и вторичной обмоток.

Если изоляция не нарушена, мультиметр в режиме прозвонки издаст пищащий звук. Отсутствие сигнала говорит о наличии проблем и необходимости дальнейшей диагностики.

Безопасная проверка работы трансформатора

Использование мультиметра считается одним из наиболее безопасных методов проверки. Но при отсутствии элементарных навыков работы с током лучше обратиться за диагностикой и решением проблемы к профессионалам.

Заключение

Трансформаторы в электросетях

Использование трансформаторов в современном мире достаточно широко. В быту такие устройства встречаются также часто.

Элементарные понятия об устройстве и принципах работы позволят разобраться с функционированием, а также обеспечить ремонт и обслуживание самостоятельно в домашних условиях.

Зачем сердечник в трансформаторе?

Сердечник или магнитопровод позволяет более эффективно использовать трансформатор, уменьшая потери при функционировании. Это достигается путем использования при изготовлении специального материала – ферромагнитной стали.

Зачем рассчитывать коэффициент трансформации?

Коэффициент трансформации показывает преобразовательные возможности трансформатора. Рассчитывается как соотношение количества витков в первичной и вторичной обмотке.

В чем разница межу повышающим и понижающими трансформатором?

Повышающие аппараты повышают показатель напряжения тока, понижающий действует противоположно. Это реализуется за счет разницы витков в первичной и вторичной катушках.

Для чего используют силовые трансформаторы?

Такие агрегаты предназначены преобразовывать трехфазный переменный ток в электроэнергетических сетях. С их помощью удается повысить безопасность, а также сократить риск возгорания или взрыва. В связи с этим их используют в электроэнергетике, промышленности, строительстве и других сферах.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
1PoToku.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector