Трансформатор | Устройство, виды, принцип работы

Слово “трансформатор” образуется от английского слова “transform”  – преобразовывать, изменяться. Но дело в том, что сам трансформатор не может как-либо измениться либо поменять форму и так далее. Он обладает еще более удивительный свойством – преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Ну разве это не чудо? В этой статье мы будем рассматривать именно трансформаторы напряжения.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения можно отнести больше к электротехнике, чем к электронике. Самый обыкновенный однофазный трансформатор напряжения выглядит вот так.

Если откинуть верхнюю защиту трансформатора, то мы можем четко увидеть, то он состоит из какого-то железного каркаса, который собран из металлических пластин, а также из двух катушек, которые намотаны на этот железный каркас. Здесь мы видим, что из одной катушки выходит два черных провода

а с другой катушки два красных провода

Эти обе катушки одеваются на сердечник трансформатора. То есть в результате мы получаем что-то типа этого

Ничего сложного, правда ведь?

Но дальше самое интересное. Если подать на одну из этих катушек переменное напряжение, то в другой катушке тоже появляется переменное напряжение. Но как же так возможно? Ведь эти обмотки абсолютно не касаются друг друга и они изолированы друг от друга. Во чудеса! Все дело, в так называемой электромагнитной индукции.

Если объяснить простым языком, то когда на первичную обмотку подают переменное напряжение, то в сердечнике возникнет переменное магнитное поле с такой же частой. Вторая катушка улавливает это переменное магнитное поле и уже выдает переменное напряжение на своих концах.

Обмотки трансформатора

Эти самые катушки с проводом в трансформаторе называются обмотками. В основном обмотки состоят из медного лакированного провода. Такой провод находится в лаковой изоляции, поэтому, провод в обмотке не коротит друг с другом. Выглядит такой обмоточный трансформаторный провод примерно вот так.

Он может быть разного диаметра. Все зависит от того, на какую нагрузку рассчитан тот или иной трансформатор.

У самого простого однофазного трансформатора можно увидеть две такие обмотки.

Обмотка, на которую подают напряжение называется первичной. В народе ее еще называют “первичка”. Обмотка, с которой уже снимают напряжение называется вторичной или “вторичка”.

Для того, чтобы узнать, где первичная обмотка, а где вторичная, достаточно посмотреть на шильдик трансформатора.

I/P: 220М50Hz (RED-RED) – это говорит нам о том, что два красных провода – это первичная обмотка трансформатора, на которую мы подаем сетевое напряжение 220 Вольт. Почему я думаю, что это первичка? I/P – значит InPut, что в переводе “входной”.

O/P: 12V 0,4A (BLACK, BLACK) – вторичная обмотка трансформатора с выходным напряжением в 12 Вольт (OutPut). Максимальная сила тока, которую может выдать в нагрузку этот трансформатор – это 0,4 Ампера или 400 мА.

 

Как работает трансформатор

Чтобы разобраться с принципом работы, давайте рассмотрим рисунок.

Здесь мы видим простую модель трансформатора. Подавая на вход переменное напряжение U₁ в первичной обмотке возникает ток I₁ . Так как первичная обмотка намотана на замкнутый магнитопровод, то в нем начинает возникать магнитный поток, который возбуждает во вторичной обмотке напряжение U

2 и ток I₂ . Как вы можете заметить, между первичной и вторичной обмотками трансформатора нет электрического контакта. В электронике это называется гальванически развязаны.

Формула трансформатора

Главная формула трансформатора выглядит так.

где

U₂  – напряжение на вторичной обмотке

U₁ – напряжение на первичной обмотке

N₁ – количество витков первичной обмотки

N₂ – количество витков вторичной обмотки

k – коэффициент трансформации

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

Эта формула справедлива для идеального трансформатора.

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

Типы трансформаторов по конструкции

Однофазные трансформаторы

Это трансформаторы, которые преобразуют однофазное переменное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение другого значения.

В основном однофазные трансформаторы имеют две обмотки, первичную и вторичную. На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а со вторичной снимают нужное нам напряжение. Чаще всего в повседневной жизни можно увидеть так называемые сетевые трансформаторы, у которых первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение, то есть 220 В.

На схемах однофазный трансформатор обозначается так:

Первичная обмотка слева, а вторичная – справа.

Иногда требуется множество различных напряжений для питания различных приборов. Зачем ставить на каждый прибор свой трансформатор, если можно с одного трансформатора получить сразу несколько напряжений? Поэтому, иногда вторичных обмоток бывает несколько пар, а иногда даже некоторые обмотки выводят прямо из имеющихся вторичных обмоток.

Такой трансформатор называется трансформатором со множеством вторичных обмоток. На схемах можно увидеть что-то подобное:

Трехфазные трансформаторы

Эти трансформаторы в основном используются в промышленности и чаще всего превосходят по габаритам простые однофазные трансформаторы. Почти все трехфазные трансформаторы считаются силовыми. То есть они используются в цепях, где нужно питать мощные нагрузки. Это могут быть станки ЧПУ и другое промышленное оборудование.

На схемах трехфазные трансформаторы обозначаются вот так:

Первичные обмотки обозначаются заглавными буквами, а вторичные обмотки – маленькими буквами.

Здесь мы видим три типа соединения обмоток (слева-направо)

• звезда-звезда
• звезда-треугольник
• треугольник-звезда

В 90% случаев используется именно звезда-звезда.

Типы трансформаторов по напряжению

Понижающий трансформатор

Это трансформатор, которые понижает напряжение. Допустим, на первичную обмотку мы подаем 220 Вольт, а снимаем 12 Вольт. В этом случае коэффициент трансформации (k) будет больше 1.

Повышающий трансформатор

Это трансформатор, который  повышает напряжение. Допустим,  на первичную обмотку мы подаем 10 Вольт, а со вторичной снимаем уже 110 В. То есть мы повысили наше напряжение 11 раз. У повышающих трансформаторов коэффициент трансформации меньше 1.

Разделительный или развязывающий трансформатор

Такой трансформатор используется в целях электробезопасности. В основном это трансформатор с одинаковым числом обмоток на входе и выходе, то есть его напряжение на первичной обмотке будет равняться напряжению на вторичной обмотке. Нулевой вывод вторичной обмотки такого трансформатора не заземлен. Поэтому, при касании фазы на таком трансформаторе вас не ударит электрическим током. Про его использование можете прочесть в статье про ЛАТР. У развязывающих трансформаторов коэффициент трансформации

равен 1.

Согласующий трансформатор

Такой трансформатор используется для согласования входного и выходного сопротивления между каскадами схем.

Работа понижающего трансформатора на практике

Понижающий трансформатор – это такой трансформатор, который выдает на выходе напряжение меньше, чем на входе. Коэффициент трансформации (k) у таких трансформаторов больше 1 . Понижающие трансформаторы – это самый распространенный класс трансформаторов в электротехнике и электронике. Давайте же рассмотрим, как он работает на примере трансформатора 220 В —> 12 В .

Итак, имеем простой однофазный понижающий трансформатор.

Именно на нем мы будем проводить различные опыты.

Подключаем красную первичную обмотку к сети 220 Вольт и замеряем напряжение на вторичной обмотке трансформатора без нагрузки. 13, 21 Вольт, хотя на трансформаторе написано, что он должен выдавать 12 Вольт.

Теперь подключаем нагрузку на вторичную обмотку и видим, что напряжение просело.

Интересно, какую силу тока кушает наша лампа накаливания? Вставляем мультиметр в разрыв цепи и замеряем.

Если судить по шильдику, то на нем написано, что он может выдать в нагрузку 400 мА и напряжение будет 12 Вольт, но как вы видите, при нагрузку близкой к 400 мА у нас напряжение просело почти до 11 Вольт. Вот тебе и китайский трансформатор. Нагружать более, чем 400 мА его не следует. В этом случае напряжение просядет еще больше, и трансформатор будет греться, как утюг.

Как проверить трансформатор

Как проверить на короткое замыкание обмоток

Хотя обмотки  прилегают очень плотно к друг другу, их разделяет лаковый диэлектрик, которым покрываются и первичная и вторичная обмотка. Если где-то возникло короткое замыкание между проводами, то трансформатор будет сильно греться или издавать сильный гул при работе. Также он будет пахнуть горелым лаком. В этом случае стоит замерить напряжение на вторичной обмотке и сравнить, чтобы оно совпадало с паспортным значением.

Проверка на обрыв обмоток

При  обрыве все намного проще. Для этого с помощью мультиметра мы проверяем целостность первичной и вторичной обмотки. Итак, сопротивление первичной обмотки нашего трансформатора чуть более 1 КОм. Значит обмотка целая.

Таким же образом проверяем и вторичную обмотку.

Отсюда делаем вывод, что наш трансформатор жив и здоров.

Похожие статьи по теме “трансформатор”

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Программа для расчета трансформатора

Как получить постоянное напряжение из переменного

трансформатор

Подобное соотношение получило название коэффициента трансформации. Следовательно, коэффициент трансформации любого трансформатора можно найти как: Если к трансформатору подключить нагрузку, то первичная обмотка будет потреблять ту же мощность(если пренебречь малыми потерями), что и вторичная. Т.е., если, скажем, ко вторичной обмотке с напряжением 12В вы подключите 12-вольтовую лампочку мощностью 60Вт, то ваш электросчетчик воспримет это будто бы к сети 220В подключена лампа 60Вт. А расчеты здесь таковы. Во вторичной обмотке ток составит 60Вт/12В=5А. В первичной обмотке трансформатора, а значит и через счетчик ток составит 60Вт/220В=0,27А. Из этого следует соотношение токов в обмотках: Следовательно, с помощью трансформатора можно получать высокие напряжения и малую силу тока, а также низкое напряжение и большую силу тока. В качестве КПД трансформатора принимают отношение мощности во вторичной обмотке к мощности в первичной:.
КПД трансформатора всегда большой и составляет обычно от 96% до 99%. Отклонение от идеального случая, когда КПД=100%, объясняются потерями в самом трансформаторе. Например, ввиду того, что обмотки выполняются медными, а значит обладают каким-то сопротивлением, происходит их нагревание при прохождении тока.
В самом сердечнике трансформатора возникают потери от так называемых вихревых токов. Снижают эти потери тем, что набирают сердечник из отдельных изолированных друг от друга лаком листов.
Также в материале сердечника элементарные магнитики (атомы) постоянно поворачиваются в направлении переменного магнитного поля, обусловленного переменным напряжением (током). На это идут затраты энергии, которые называют затратами на гистерезис. Их снижают путем выполнения сердечника из материала, который требует незначительных затрат энергии на перемагничивание. Обычно для этих целей служит специальная электротехническая сталь.

Еще один вопрос, который часто возникает о трансформаторах – это питание нагрузки от нескольких трансформаторов, включенных параллельно. Такая идея возникает, когда мощности одного имеющегося трансформатора недостаточно для питания нагрузки. Для этого необходимо знать условия параллельной работы. Для включения на параллельную работу трансформаторы должны иметь:

1)одинаковые коэффициенты трансформации(либо с разницей не более 0,5%), иначе между их вторичными обмотками будет циркулировать уравнительный ток, который даже при небольшой разнице в коэффициентах трансформации может привести к опасному перегреву;

2)одинаковые напряжения короткого напряжения uk, %, иначе они не смогут делить нагрузку пропорционально своим мощностям. Т.е. одни трансформаторы будут недогружены, а другие перегружены. Обычно эта величина указана в паспорте трансформатора. Однако, если величина напряжения короткого замыкания все же не известна, надо ориентироваться по мощностям применяемых трансформаторов. Они не должны отличаться между собою более чем на 10%;

3)для 3-х фазных трансформаторов необходимо еще условие соблюдения одинаковой группы соединений. Однако, такая необходимость очень редка, поэтому мы ее пропустим. Но на всякий случай знать это необходимо.

Переплетенная обмотка трансформатора

Переплетенные обмотки применяются в качестве высоковольтных обмоток трансформаторов на напряжения 220-1150 кВ. Они отличаются высоким уровнем импульсной электрической прочности, так как благодаря переплетению соседних витков и катушек достигается увеличение продольной емкости обмотки и выравнивание распределения напряжения вдоль обмотки при полном и срезанном импульсах. Конструктивно переплетенная обмотка подобна непрерывной. Она отличается электрической последовательностью тиков в катушках (в порядке протекания по ним тока).
Принципиальная схема соединений катушек и витков переплетенной обмотки показана на рис. 1.

Рис. 1. Расположение витков при нечетном количестве витков в переплетенной обмотке.

Для получения такой схемы намочу переплетенных обмоток ведут удвоенным количеством параллельных проводов: при одном параллельном проводе — двумя проводами, при двух параллелях — четырьмя и т. д.  
После намотки каждой пары катушек провода разрезают и выполняют пайку в соответствии с электрической схемой. В результате рядом оказываются витки, отстоящие друг от друга в электрической схеме на число витков одной катушки. Соответственно увеличивается напряжение между соседними витками, поэтому в переплетенной обмотке применяют провод с более толстой изоляцией (1,36; 2,00; 2,48; 2,96 мм), чем в непрерывных обмотках, и к изготовлению переплетенных обмоток предъявляют более высокие технические требования (высокое качество паек и переходов, большая плотность намотки и др. ). Пайка соединений между катушками снаружи переплетенной обмотки должна быть выполнена на расстоянии не менее 200 мм от места перехода между секциями. При этом отставание спаянных проводников от обмотки не допускается, провод после пайки должен плотно лежать на проводе катушек. Места паек изолируют телефонной бумагой до толщины собственной изоляции провода и бандажируют одним слоем крепированной бумаги, а в переплетенных обмотках класса напряжения 500—750 кВ для изоляции используют собственную изоляцию провода. В соседних катушках места паек должны быть удалены друг от друга на расстояние не менее одного поля. Переходы в переплетенных обмотках трансформаторов должны выполняться так же, как в непрерывных.

При выполнении переплетенной обмотки с четным числом витков в катушке в середине радиального размера между парой переплетенных катушек может возникнуть большой градиент при срезанном грозовом импульсе. Также необходимо следить за тем, чтобы в «открытом» внутреннем канале между двумя парами катушек не получилось воздействие напряжения 3 катушек между крайними витками, что приводит к большой нагрузке на изоляцию и к вероятности перекрытия по внутренней обмоточной рейке. Во избежание этого рекомендуется входные (первые от линейного конца) катушки выполнять с нечетным количеством витков. При этом витки с разностью потенциалов, равной напряжению 3 катушек, получаются «утопленными» (см. рис. 1), а т.к. электрическая прочность канала внутри катушки – на 10 % больше, чем у рейки, то и переплетенная обмотка получается более электрически прочной. При этом необходимо стремиться подобрать количество витков в катушке и расположить внутренние переходы так, чтобы было минимальное количество полей с большой разностью потенциалов по внутренней рейке в «открытом» внутреннем канале. В хорошо спроектированной переплетенной обмотке удается получить сниженные напряжения (одной катушки) между крайними внутренними витками на «открытом канале» везде, кроме мест переходов. При этом количество витков в катушках получается с небольшим переходом долей за половину витка (25/36; 17/24 и т- д-). Катушки, удаленные от линейного конца, допускается выполнять с четным количеством витков.

Рис. 2. Расположение витков в переплетенной обмотке из двух параллельных проводов с переплетением параллелей.

При выполнении переплетенной обмотки с двумя параллельными проводами возможно двоякое переплетение проводов — без переплетения параллельных проводов и с их переплетением (см. рис. 2). Обмотка с переплетением параллельных проводов имеет удвоенную емкость между соседними витками, благодаря чему дополнительно снижаются напряжения грозовых импульсов на продольной изоляции. Однако следует учитывать, что при этом вдвое увеличивается число промежутков витковой изоляции, на которых действуют напряжения, определяемые числом витков одной катушки как
при импульсах, так и при неременных напряжениях, что повышает вероятность пробоя витковой изоляции. Кроме того, такая обмотка более трудоемка.
Транспозиция параллельных проводов и элементарных проводников подразделенного провода в переплетенной обмотке выполняется так же, как в непрерывной обмотке.
Рекомендации по повышению электродинамической стойкости переплетенных обмоток те же, что и для винтовых обмоток.
Так как переплетенная обмотка более трудоемка но сравнению с непрерывной, то для уменьшения трудоемкости часто обмотки на напряжение 220-500 кВ выполняются комбинированными. В этом случае несколько первых от линейного конца обмотки катушек выполняются переплетенными, а остальная часть обмотки — непрерывной. Но необходимо учитывать, что в таких обмотках имеет место большой градиент напряжения при грозовых импульсах в начале непрерывной части обмотки.

Трансформаторы

 

3.6. Трансформаторы

 

Трансформатор – это устройство, служащее для повышения или понижения переменного напряжения без изменения его частоты и практически без потерь мощности. Трансформатор состоит из двух или более катушек, надетых на общий сердечник. Катушка, которая подключается к источнику переменного напряжения, называется первичной, а катушка, к которой присоединяется нагрузка (потребители электрической энергии), – вторичной (рис. 3.22). Сердечники трансформаторов изготавливаются из электротехнической стали и набираются из отдельных изолированных друг от друга пластин (для уменьшения потерь энергии вследствие возникновения в сердечнике вихревых токов) – рисунок 3.23.

Катушки трансформатора, как правило, содержат разное количество витков, причем большее напряжение оказывается приложено к катушке с большим числом витков. Если трансформатор используется для повышения напряжения, то обмотка с меньшим числом витков подключается к источнику напряжения, а к обмотке с большим числом витков присоединяется нагрузка. Для понижения напряжения все делается наоборот. При этом не следует забывать, что подавать на первичную обмотку можно напряжение не больше номинального (того, на которое она рассчитана).

Коэффициентом трансформации называют отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке. Он равен также отношению ЭДС в обмотках.      

При отсутствии потерь в обмотках коэффициент трансформации равен отношению напряжений на зажимах обмоток: k=U₁/U₂.

Для понижающего трансформатора коэффициент трансформации больше 1, а для повышающего – меньше 1.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. При протекании переменного тока через первичную катушку вокруг нее возникает перемененное магнитное поле и магнитный поток, который пронизывает также и вторую катушку. В результате во вторичной катушке появляется вихревое электрическое поле и на ее зажимах возникает ЭДС индукции.

Трансформатор характеризуется коэффициентом полезного действия, равным отношению мощности, выделяющейся во вторичной катушке, к мощности, потребляемой первичной катушкой от сети. У хороших трансформаторов КПД составляет 99 – 99,5%.

Важным свойством трансформатора является его способность преобразовывать сопротивление нагрузки. Рассмотрим трансформатор с КПД приблизительно равным 100%. В этом случае мощность, выделяющаяся во вторичной цепи трансформатора, будет равна мощности, потребляемой первичной обмоткой от источника напряжения. Для такого трансформатора мощность, потребляемая от источника напряжения, будет чисто активной. Мощность в первичной цепи трансформатора P₁=(U₁²)/R₁, а во вторичной цепи P₂=(U₂²)/R₂.

Так как P₁=P₂ и U₁=kU₂ , то R₁=k²R₂.

Таким образом, нагрузка сопротивлением R₂, подключаемая к источнику переменного напряжения через трансформатор, по мощности будет эквивалентна нагрузке сопротивлением R₁, подключаемой без трансформатора.

Для регулировки переменного напряжения широко применяются лабораторные автотрансформаторы. Автотрансформаторы рассчитаны на подключение к сети переменного напряжения 220 В или 127 В. Как правило, выходное напряжение автотрансформатора регулируется плавно до 250 В. Принципиальная схема автотрансформатора приведена на рисунке  3.24а, а его устройство

показано на рисунке 3. 24 б. Обмотка трансформатора выполнена изолированным проводом в один слой. На участках обмотки, которых касается подвижный контакт с угольной вставкой, изоляция очищена. При перемещении контакта угольная вставка закорачивает виток провода. Однако вследствие небольшого напряжения на одном витке и заметного сопротивления угольной вставки через замкнутый виток протекает допустимый ток.

Первичная обмотка автотрансформатора является частью его вторичной обмотки и поэтому между первичной и вторичной обмоткой трансформатора имеется гальваническая связь. К вторичной обмотке автотрансформатора нельзя непосредственно подключать потребители, один из проводов которых может оказаться соединенным с землей. Такое подключение приведет к аварии или несчастному случаю. При работе с автотрансформатором запрещается заземлять вторичную цепь.

Рассмотрим кратко простейший расчет маломощных трансформаторов бытовой радиоаппаратуры. Мощность трансформатора (в Вт) численно равна квадрату площади (в см²) поперечного сечения среднего стержня магнитопровода. Зная номинальную мощность трансформатора, можно  найти ток в первичной обмотке при номинальной нагрузке во вторичных обмотках. Диаметр провода обмотки выбирается из расчета (2,5-3)А/мм² поперечного сечения провода. Для стандартных магнитопроводов, применяемых для изготовления трансформаторов, число витков на 1 вольт примерно равно частному от деления 50 на площадь поперечного сечения центрального стержня магнитопровода, выраженную в см². Однако в зависимости от качества магнитопровода коэффициент может изменяться от 35 до 65.

Полное сопротивление катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником зависит от силы протекающего через нее тока. Сопротивление катушки в зависимости от силы протекающего тока сначала увеличивается, достигает максимального значения, а затем уменьшается. На рисунке 3.25 приведена зависимость тока, протекающего в обмотке ненагруженного трансформатора, от приложенного к ней напряжения (исследован трансформатор источника ВУ-4/36 в режиме повышения напряжения).

Зависимость, приведенную на рисунке 3.25, называют характеристикой холостого хода трансформатора. Нелинейное возрастание тока холостого хода в зависимости от приложенного к первичной обмотке напряжения начинается примерно с 0,8U_ном. Номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора выбирают так, чтобы ток холостого хода составлял 5-10% от номинального тока. При напряжении 1,1U_ном ток холостого хода не должен превышать 20-25% номинального тока нагруженного трансформатора.

 

 

обмотка трансформатора – это… Что такое обмотка трансформатора?

обмотка трансформатора

transformer winding

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

• обмотка тора
• обмотка трубопровода

Смотреть что такое “обмотка трансформатора” в других словарях:

• обмотка трансформатора — Совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются электродвижущие силы, наведенные в витках, с целью получения высшего, среднего или низшего напряжения трансформатора или с другой целью: Примечания: 1. В трехфазном и… …   Справочник технического переводчика

• Обмотка трансформатора — 4.2. Обмотка трансформатора Совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются электродвижущие силы, наведенные в витках, с целью получения высшего, среднего или низшего напряжения трансформатора или с другой целью.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• обмотка трансформатора — transformatoriaus apvija statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. transformer winding vok. Transformatorwicklung, f rus. обмотка трансформатора, f pranc. enroulement de transformateur, m …   Automatikos terminų žodynas

• обмотка трансформатора тока с ответвлениями — Обмотка трансформатора тока, имеющая выводы от части витков для получения различных коэффициентов трансформации. [ГОСТ 18685 73] Тематики трансформатортрансформатор тока …   Справочник технического переводчика

• обмотка трансформатора Скотта (с Т-образным расположением обмоток) — — [Я. Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN teaser …   Справочник технического переводчика

• обмотка трансформатора с заземленной нейтралью — [Интент] Тематики трансформатор EN transformer winding with grounded neutral point …   Справочник технического переводчика

• обмотка трансформатора напряжения связующая — 3.1.5 обмотка трансформатора напряжения связующая : Обмотка, служащая для передачи мощности обмотки одного магнитопровода на обмотку другого магнитопровода каскадного трансформатора напряжения. Источник: СТО 702384 …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• обмотка трансформатора тока секционированная — 3.1.19 обмотка трансформатора тока секционированная : Обмотка трансформатора тока, состоящая из отдельных секций, допускающих различные соединения. Источник: СТО 70238424.17.220.20.001 2011: Измерительные трансформаторы. Условия поставки. Нормы и …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• обмотка трансформатора напряжения вторичная дополнительная — 3.1.1 обмотка трансформатора напряжения вторичная дополнительная : Обмотка, предназначенная для соединения в разомкнутый треугольник. Источник: СТО 70238424.17.220.20.002 2011: Измерительные трансформаторы. Организ …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• обмотка трансформатора напряжения дополнительная вторичная — 3.1.2 обмотка трансформатора напряжения дополнительная вторичная : Обмотка, предназначенная для соединения в разомкнутый треугольник. Источник: СТО 70238424.17.220.20.001 2011: Измерительные трансформаторы. Условия поставки. Нормы и требования …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• обмотка трансформатора связующая — 3. 1.18 обмотка трансформатора связующая : Обмотка, служащая для передачи мощности с обмотки одной ступени на обмотки другой ступени в каскадном трансформаторе. Источник: СТО 70238424.17.220.20.001 2011: Измерительные трансформаторы. Условия… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Вторичная обмотка (трансформатора тока) – это… Что такое Вторичная обмотка (трансформатора тока)?

вторичная обмотка трансформатора тока — Обмотка, по которой протекает трансформированный (вторичный) ток. [ГОСТ 18685 73] EN secondary winding (of a current transformer) a winding which supplies the current circuits of measuring instruments, meters, protective or control devices [IEV… …   Справочник технического переводчика

Вторичная обмотка трансформатора — – обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока. Вторичная обмотка трансформатора напряжения – обмотка, которая питает цепи напряжения измерительных приборов, счетчиков, устройств защиты и (или) управления …   Коммерческая электроэнергетика. Словарь-справочник

вторичная обмотка трансформатора — Обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока. Примечание. Термин применим к любому числу обмоток трансформатора, если направление передачи энергии к ним от других обмоток трансформатора является… …   Справочник технического переводчика

Вторичная обмотка трансформатора — 4.6. Вторичная обмотка трансформатора Обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока. Примечание. Термин применим к любому числу обмоток трансформатора, если направление передачи энергии к ним от других… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Вторичная обмотка трансформатора — English: Transformer secondary winding Обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока (по ГОСТ 16110 82 СТ СЭВ 1103 78) Источник: Термины и определения в электроэнергетике. Справочник …   Строительный словарь

вторичная обмотка для защиты — Вторичная обмотка трансформатора тока, предназначенная для присоединения к ней устройств защиты и управления. [ГОСТ 18685 73] …   Справочник технического переводчика

вторичная обмотка для измерений — Вторичная обмотка трансформатора тока, предназначенная для присоединения к ней измерительных приборов. [ГОСТ 18685 73] …   Справочник технического переводчика

Обмотка трансформатора — 4.2. Обмотка трансформатора Совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются электродвижущие силы, наведенные в витках, с целью получения высшего, среднего или низшего напряжения трансформатора или с другой целью.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Вторичная обмотка — 2.10 Вторичная обмотка обмотка, к которой подключается распределительная цепь, прибор или другое оборудование. Источник: ГОСТ 30030 93: Трансформаторы разделительные и безопасные разделительные трансформаторы. Технические требования …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ВТОРИЧНАЯ ОБМОТКА — (Secondary winding) обмотка трансформатора, индукционной катушки, катушки зажигания (магнето) и т. п., в которой индуктируется электродвижущая сила под влиянием магнитного поля, создаваемого током, проходящим через другую (первичную) обмотку… …   Морской словарь

Первичная обмотка – трансформатор – напряжение

Первичная обмотка – трансформатор – напряжение

Cтраница 1

Первичная обмотка трансформатора напряжения соединяется с проводами первичной цепи; к зажимам вторичной обмотки трансформатора присоединяются вольтметр и цепь напряжения ваттметра. Один зажим каждой из вторичных обмоток измерительных трансформаторов и кожухи их заземляются.  [1]

Первичная обмотка трансформатора напряжения подключается к сети с измеряемым напряжением; зажимы вторичной обмотки соединяются с вольтметром и цепями напряжения измерительных приборов, последние соединяются между собой параллельно.  [3]

Первичная обмотка трансформатора напряжения обычно состоит из большого числа витков сравнительно тонкой проволоки. Вторичная обмотка имеет меньшее число витков из более толстой проволоки.  [4]

Первичная обмотка трансформатора напряжения включается непосредственно на напряжения сети. К зажимам вторичной обмотки приключаются вольтметры, параллельные обмотки ваттметров и счетчиков. Напряжением вторичной обмотки пользуются также для питания цепей сигнализации и автоматики.  [6]

Первичная обмотка трансформатора напряжения подключена к выводам генератора. Нейтраль сети высшего напряжения изолирована от земли, а нейтраль генератора заземлена через дугогасящую катушку.  [7]

Первичная обмотка трансформатора напряжения обычно состоит из большого числа витков. Сечение провода выбирается таким, чтобы плотность тока не превышала 0 3 а / мм. Такая малая плотность тока берется с целью уменьшения погрешностей, так как они зависят и от сопротивления 7 ] и особенно его активной составляющей. Вторичная обмотка имеет меньшее число витков из провода большого сечения.  [8]

Первичную обмотку трансформатора напряжения включают параллельно в сеть.  [9]

Первичную обмотку трансформатора напряжения подключают параллельно к сети, а к вторичной обмотке присоединяют параллельные катушки приборов и реле.  [11]

Первичную обмотку трансформатора напряжения ( рис. 91) подключают непосредственно к высокому напряжению, а к вторичной обмотке подключаются реле и приборы.  [13]

К первичным обмоткам трансформатора напряжения подведены соответственно междуфазные напряжения ОАВ, Овс, ОСА.  [14]

К первичной обмотке трансформатора напряжения с двумя вторичными обмотками, включенной на напряжение фаза-земля в нормальном режиме, приложено фазное напряжение. Поэтому трансформаторы напряжения с двумя вторичными обмотками, предназначенные для использования в сети с изолированной нейтралью и имеющие номинальное напряжение, равное фазному напряжению сети, рассчитываются на длительную работу под линейным напряжением.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Производство катушек и сердечников трансформатора

Каждый трансформатор Waukesha ^® имеет конструкцию сердечника. Наши силовые трансформаторы средней и большой мощности имеют медные обмотки круглой формы и имеют сплошную дисковую и / или спиральную конструкцию. Это помогает обеспечить качество и надежность всей внутренней структуры трансформатора.

ТРАНСФОРМАТОР ОБОЛОЧКИ

Медный и легированный серебром медный магнитный провод или медный кабель с непрерывным транспонированием используется в качестве проводников обмотки на всех силовых трансформаторах Waukesha ^® .Медный кабель с непрерывным транспонированием используется для минимизации потерь и температур горячих точек, а также для создания более компактной обмотки с улучшенными характеристиками короткого замыкания.

Все обмотки круглого, концентрического типа и обеспечивают максимальную стойкость к сквозным замыканиям. В обмотках высокого и низкого напряжения используются сплошные диски или спиральные обмотки. Эта конструкция обеспечивает максимальную прочность и устойчивость к коротким замыканиям, повышенную предсказуемость и более низкие температуры горячих точек при нагрузке и перегрузке.

Многожильные сплошные дисковые и спиральные обмотки перемещены по всей обмотке, чтобы минимизировать потери циркулирующего тока. Современные методы проектирования используются для обеспечения максимальной импульсной прочности обмоток и сведения к минимуму напряжений. Особое внимание при проектировании уделяется концевым дискам линии для управления распределением напряжения.

Методы балансировки

ампер-виток используются для минимизации радиального потока утечки и для минимизации сил осевого короткого замыкания.Чтобы гарантировать характеристики короткого замыкания, обмотки производятся с соблюдением строгих проектных допусков на электрическую высоту обмотки катушки, расположение отводов и расположение распределительных секций.

Охлаждающие каналы образованы между дисками в непрерывно-дисковых и спиральных обмотках с помощью радиальных шпоночных прокладок, изготовленных из специальной изоляции из плотного картона. Эти прокладки выровнены в колонну для обеспечения осевой поддержки обмоток и высокой прочности при коротком замыкании.

Все обмотки производятся в чистой намоточной среде.Эта изолированная «фабрика на фабрике» находится под контролем влажности и температуры 24 часа в сутки с контролируемым доступом для минимизации загрязнения.

КОНСТРУКЦИЯ ЯДРА ТРАНСФОРМАТОРА

Во всех трансформаторах Waukesha ^® используется конструкция сердечника. Сердечники изготавливаются из холоднокатаной кремнистой стали с ориентированной зернистой структурой с высокой проницаемостью, доменной очистки марки «H» (в некоторых областях применения используется сталь марки «M»). Отжиг всей стержневой стали после продольной резки обеспечивает оптимальные характеристики потерь.

В конструкции сердечника

используется многоступенчатое круглое поперечное сечение с полностью скошенными стыками. Нарезанные по длине ламинаты на специальных высокоскоростных автоматических ножницах с компьютерным управлением с высокой точностью размеров обеспечивают плотное прилегание стыков с минимальными зазорами, чтобы минимизировать потери в сердечнике, возбуждающий ток и уровни шума.

Изоляция сердечника от корпуса и подключение к заземлению только в одной точке предотвращает накопление статических зарядов. Заземление в одной точке также устраняет циркулирующие токи и связанное с ними образование горючего газа. Ремень заземления выводится в удобное место рядом с отверстием для доступа на крышке или через втулку на крышке резервуара, чтобы облегчить испытание изоляции жилы.

После укладки двухкомпонентной эпоксидной смолы, чтобы связать стержни сердечника вместе, затем устанавливают бандаж для образования жесткой конструкции. Прочные стальные концевые рамы обеспечивают полную структуру сердечника с высокой механической прочностью, чтобы выдерживать большие нагрузки во время транспортировки или в условиях короткого замыкания без деформации сердечника или обмоток.

СЕРДЕЧНИК ТРАНСФОРМАТОРА И КАТУШКА ТРАНСФОРМАТОРА В СБОРЕ – СОСТАВЛЕНИЕ ИХ ВМЕСТЕ

После того, как сердечники соединены вместе и выровнены, а катушки намотаны, обработаны, спрессованы и измерены, самое время собрать их вместе в процессе, называемом «посадка катушек». На каждую ветвь или ветвь сердечника будет нанесено от 2 до 5 обмоток, после чего весь сердечник и катушка в сборе проходят тщательную очистку и тщательный осмотр, прежде чем перейти к операции прессования, которая способствует окончательной сборке сердечника.

После того, как сборка находится под давлением, она очищается и снова проверяется, а затем проходит процесс, называемый верхним ярмом, при котором сталь верхнего ярма прикрепляется к конечностям с очень жесткими допусками, чтобы гарантировать отсутствие проблем с потерями в сердечнике на испытательном полу. По завершении верхнего ярма агрегат «втягивается». Эта процедура «втягивания» включает в себя затягивание зажимов сердечника на стали, затягивание лент ярма и добавление всей дополнительной изоляции, необходимой в конструкции. Точные, предварительно рассчитанные методы зажима узла сердечника и катушки вместе обеспечивают положительное зажимное давление на катушки в каждой точке и обеспечивают максимальную защиту от сквозных коротких замыканий, независимо от того, насколько сухим может стать трансформатор во время эксплуатации.

Предварительно собранные конструкции с планками и выводами (деревянные рамы с изолированным кабелем и, часто, с установленным на них переключателем ответвлений без напряжения) теперь прикрепляются к сборке. Все соединения обжимаются и наматываются в соответствии с техническими условиями, причем каждый обжим подписывается оператором для целей аудита качества; Особая осторожность проявляется при обертывании гофр, чтобы минимизировать диэлектрические напряжения. После того, как все соединения выполнены, сборка снова регулируется и снова испытывается, проверяется, а затем переводится в паровую фазу.

трансформаторов | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните, как работает трансформатор.
• Рассчитайте напряжение, ток и / или количество витков с учетом других величин.

Трансформаторы делают то, что подразумевает их название – они преобразуют напряжения из одного значения в другое (вместо ЭДС используется термин «напряжение», потому что трансформаторы имеют внутреннее сопротивление).Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшие приборы имеют встроенный трансформатор (как на рис. 1), который преобразует 120 В или 240 В переменного тока в любое напряжение, используемое устройством. Трансформаторы также используются в нескольких точках систем распределения электроэнергии, например, как показано на рисунке 2. Мощность передается на большие расстояния при высоком напряжении, потому что для данного количества мощности требуется меньший ток, а это означает меньшие потери в линии, как это было раньше. обсуждалось ранее.Но высокое напряжение представляет большую опасность, поэтому трансформаторы используются для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя.

Рис. 1. Подключаемый трансформатор становится все более знакомым с ростом количества электронных устройств, которые работают от напряжения, отличного от обычных 120 В переменного тока. Большинство из них находятся в диапазоне от 3 до 12 В. (кредит: Shop Xtreme)

Рисунок 2. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжениях более 200 кВ, а иногда и до 700 кВ, чтобы ограничить потери энергии. Местное распределение электроэнергии по районам или промышленным предприятиям проходит через подстанцию ​​и передается на короткие расстояния с напряжением от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для безопасности на месте отдельного пользователя.

Тип трансформатора, рассматриваемый в этом тексте (см. Рисунок 3), основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на устройство Фарадея, которое использовалось для демонстрации того, что магнитные поля могут вызывать токи. Обе катушки называются первичной обмоткой и вторичной обмоткой .При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная обмотка создает преобразованное выходное напряжение. Мало того, что железный сердечник улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, его намагниченность увеличивает напряженность поля. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется во вторичную обмотку, вызывая ее выходное переменное напряжение.

Рис. 3. Типичная конструкция простого трансформатора имеет две катушки, намотанные на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов.Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и увеличивается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке вызывает ток во вторичной обмотке.

Для простого трансформатора, показанного на рисунке 3, выходное напряжение В, , _, , почти полностью зависит от входного напряжения В, , _p и соотношения количества витков в первичной и вторичной обмотках. Закон индукции Фарадея для вторичной обмотки дает наведенное выходное напряжение В _с равным

.

[латекс] {V} _ {\ text {s}} = – {N} _ {\ text {s}} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex],

, где N _s – количество витков во вторичной катушке, а Δ Φ / Δ t – скорость изменения магнитного потока. Обратите внимание, что выходное напряжение равно индуцированной ЭДС ( В _с = ЭДС _с ), при условии, что сопротивление катушки невелико (разумное предположение для трансформаторов). Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому Δ Φ / Δ t одинаковы с обеих сторон. Входное первичное напряжение В _p также связано с изменением магнитного потока на

[латекс] {V} _ {p} = – {N} _ {\ text {p}} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex].

Причина этого немного более тонкая. Закон Ленца говорит нам, что первичная катушка противодействует изменению магнитного потока, вызванному входным напряжением В _p , отсюда знак минус (это пример самоиндукции , тема, которая будет исследована в некоторых подробнее в следующих разделах). Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, правило петли Кирхгофа говорит нам, что наведенная ЭДС в точности равна входному напряжению. Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:

[латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{ N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex]

Это известно как уравнение трансформатора , и оно просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества контуров в их катушках.Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их катушках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменный выход, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. Повышающий трансформатор – это тот, который увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение. Если предположить, что сопротивление незначительно, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной.На практике это почти верно – КПД трансформатора часто превышает 99%. Уравнивание входной и выходной мощности,

P _p = I _p V _p = I _s V _s = P _s .

Перестановка терминов дает

[латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{I} _ {\ text {p}}} {{ I} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex].

В сочетании с [латексом] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}} } {{N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex], мы находим, что

[латекс] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {p}}} {{ N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex]

– это соотношение между выходным и входным токами трансформатора.Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Пример 1. Расчет характеристик повышающего трансформатора

Портативный рентгеновский аппарат имеет повышающий трансформатор, входное напряжение которого 120 В преобразуется в выходное напряжение 100 кВ, необходимое для рентгеновской трубки. Первичная обмотка имеет 50 петель и потребляет ток 10,00 А. а) Какое количество петель во вторичной обмотке? (b) Найдите текущий выходной сигнал вторичной обмотки.

Стратегия и решение для (а)

Решаем [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex] для [latex] {N} _ {\ text {s}} \\ [/ latex] для N _s , номер петель во вторичной обмотке и введите известные значения.{4} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение для (а)

Для создания такого большого напряжения требуется большое количество контуров во вторичной обмотке (по сравнению с первичной). Это справедливо для трансформаторов с неоновой вывеской и трансформаторов, подающих высокое напряжение внутри телевизоров и ЭЛТ.

Стратегия и решение для (b)

Аналогичным образом мы можем найти выходной ток вторичной обмотки, решив [latex] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N } _ {\ text {p}}} {{N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex] для [латекса] {I} _ {\ text {s}} \\ [/ latex] для I _s и ввода известных значений.{4}} = 12,0 \ text {mA} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение для (б)

Как и ожидалось, текущий выход значительно меньше входного. В некоторых зрелищных демонстрациях используются очень большие напряжения для образования длинных дуг, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток. Обратите внимание, что потребляемая мощность здесь составляет P _p = I _p V _p = (10,00 A) (120 В) = 1.20 кВт. Это равно выходной мощности P _p = I _s V _s = (12,0 мА) (100 кВ) = 1,20 кВт, как мы предполагали при выводе используемых уравнений.

Тот факт, что трансформаторы основаны на законе индукции Фарадея, проясняет, почему мы не можем использовать трансформаторы для изменения постоянного напряжения. Если нет изменений в первичном напряжении, значит, во вторичной обмотке нет напряжения. Одна из возможностей – подключить постоянный ток к первичной катушке через переключатель.Когда переключатель размыкается и замыкается, вторичная обмотка вырабатывает напряжение, подобное показанному на рисунке 4. На самом деле это не практичная альтернатива, и переменный ток обычно используется везде, где необходимо увеличивать или уменьшать напряжения.

Рис. 4. Трансформаторы не работают для входа чистого постоянного напряжения, но если он включается и выключается, как показано на верхнем графике, выход будет выглядеть примерно так, как показано на нижнем графике. Это не тот синусоидальный переменный ток, который нужен большинству устройств переменного тока.

Пример 2. Расчет характеристик понижающего трансформатора

Зарядное устройство, предназначенное для последовательного подключения десяти никель-кадмиевых аккумуляторов (суммарная ЭДС 12.5 В постоянного тока) должен иметь выход 15,0 В для зарядки аккумуляторов. В нем используется понижающий трансформатор с первичной обмоткой на 200 контуров и входным напряжением 120 В. а) Сколько витков должно быть во вторичной катушке? (б) Если ток зарядки составляет 16,0 А, каков ток на входе?

Стратегия и решение для (а)

Можно ожидать, что вторичный узел будет иметь небольшое количество петель. Решение [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{ N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex] для [latex] {N} _ {\ text {s}} \\ [/ latex] для N _s и ввод известных значений дает

[латекс] \ begin {array} {lll} {N} _ {\ text {s}} & = & {N} _ {\ text {p}} \ frac {{V} _ {\ text {s} }} {{V} _ {\ text {p}}} \\ & = & \ left (\ text {200} \ right) \ frac {15.0 \ text {V}} {120 \ text {V}} = 25 \ end {array} \\ [/ latex]

Стратегия и решение для (b)

Текущий ввод может быть получен путем решения [latex] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {p}}} {{N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex] для I _p и ввод известных значений. Это дает

[латекс] \ begin {array} {lll} {I} _ {\ text {p}} & = & {I} _ {\ text {s}} \ frac {{N} _ {\ text {s} }} {{N} _ {\ text {p}}} \\ & = & \ left (16.0 \ text {A} \ right) \ frac {25} {200} = 2.00 \ text {A} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Количество петель во вторичной обмотке невелико, как и ожидалось для понижающего трансформатора. Мы также видим, что небольшой входной ток дает больший выходной ток в понижающем трансформаторе. Когда трансформаторы используются для управления большими магнитами, они иногда имеют небольшое количество очень тяжелых контуров во вторичной обмотке. Это позволяет вторичной обмотке иметь низкое внутреннее сопротивление и производить большие токи. Заметим еще раз, что это решение основано на предположении о 100% КПД – или выходная мощность равна мощности ( P _p = P _s ), что является разумным для хороших трансформаторов.В этом случае первичная и вторичная мощность составляют 240 Вт. (Убедитесь в этом сами для проверки согласованности.) Обратите внимание, что никель-кадмиевые батареи необходимо заряжать от источника постоянного тока (как и аккумулятор на 12 В). Таким образом, выход переменного тока вторичной катушки необходимо преобразовать в постоянный ток. Это делается с помощью так называемого выпрямителя, в котором используются устройства, называемые диодами, которые пропускают только односторонний ток.

Трансформаторы

находят множество применений в системах электробезопасности, которые обсуждаются в разделе «Электробезопасность: системы и устройства».

Исследования PhET: Генератор

Получайте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этих явлений, исследуя магниты и узнавая, как с их помощью загорается лампочка.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.

Сводка раздела

• Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
• Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной обмотках связаны соотношением

  [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{ N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex],

  , где V _p и V _s – это напряжения на первичной и вторичной обмотках, имеющих N _p и N _s витков.

• Токи I _p и I _s в первичной и вторичной обмотках связаны соотношением [латекс] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ текст {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {p}}} {{N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex].
• Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и снижает ток, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Концептуальные вопросы

1. Объясните, что вызывает физические вибрации трансформаторов с частотой, в два раза превышающей используемую мощность переменного тока.

Задачи и упражнения

1. Подключаемый трансформатор, показанный на рисунке 4, подает 9,00 В в систему видеоигр. (a) Сколько витков во вторичной обмотке, если ее входное напряжение составляет 120 В, а первичная обмотка имеет 400 витков? (б) Какой у него входной ток, когда его выход 1,30 А?

2. Американская путешественница в Новой Зеландии несет трансформатор для преобразования стандартных 240 В в Новой Зеландии в 120 В, чтобы она могла использовать в поездке небольшие электроприборы.а) Каково соотношение витков первичной и вторичной обмоток ее трансформатора? (б) Каково отношение входного тока к выходному? (c) Как новозеландец, путешествующий по Соединенным Штатам, мог использовать этот же трансформатор для питания своих устройств на 240 В от 120 В?

3. В кассетном магнитофоне используется подключаемый трансформатор для преобразования 120 В в 12,0 В с максимальным выходным током 200 мА. (а) Каков текущий ввод? б) Какая потребляемая мощность? (c) Является ли такое количество мощности приемлемым для небольшого прибора?

4.(а) Каково выходное напряжение трансформатора, используемого для аккумуляторных батарей фонаря, если его первичная обмотка имеет 500 витков, вторичная – 4 витка, а входное напряжение составляет 120 В? (b) Какой входной ток требуется для получения выходного сигнала 4,00 А? (c) Какая потребляемая мощность?

5. (a) Подключаемый трансформатор для портативного компьютера выдает 7,50 В и может обеспечивать максимальный ток 2,00 А. Каков максимальный входной ток, если входное напряжение составляет 240 В? Предположим 100% эффективность. (b) Если фактический КПД меньше 100%, потребуется ли входной ток больше или меньше? Объяснять.

6. Многоцелевой трансформатор имеет вторичную катушку с несколькими точками, в которых может быть снято напряжение, давая на выходе 5,60, 12,0 и 480 В. (a) Входное напряжение составляет 240 В на первичную катушку с 280 витками. Какое количество витков в частях вторичной обмотки используется для создания выходного напряжения? (b) Если максимальный входной ток составляет 5,00 А, каковы максимальные выходные токи (каждый из которых используется отдельно)?

7. Крупная электростанция вырабатывает электроэнергию напряжением 12,0 кВ.Его старый трансформатор когда-то преобразовывал напряжение до 335 кВ. Вторичная обмотка этого трансформатора заменяется, так что его выходная мощность может составлять 750 кВ для более эффективной передачи по стране на модернизированных линиях электропередачи. (а) Каково соотношение оборотов в новой вторичной системе по сравнению со старой? (b) Каково отношение нового текущего выхода к старому выходу (при 335 кВ) при той же мощности? (c) Если модернизированные линии передачи имеют одинаковое сопротивление, каково отношение потерь мощности в новых линиях к старым?

8.Если выходная мощность в предыдущей задаче составляет 1000 МВт, а сопротивление линии составляет 2,00 Ом, каковы были потери в старой и новой линии?

9. Необоснованные результаты Электроэнергия на 335 кВ переменного тока из линии электропередачи подается в первичную обмотку трансформатора. Отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки составляет N _s / N _p = 1000. (a) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка ответственны?

10. Создайте свою проблему Рассмотрите двойной трансформатор, который будет использоваться для создания очень больших напряжений. Устройство состоит из двух этапов. Первый – это трансформатор, который выдает намного большее выходное напряжение, чем его входное. Выход первого трансформатора используется как вход для второго трансформатора, который дополнительно увеличивает напряжение. Постройте задачу, в которой вы вычисляете выходное напряжение последней ступени на основе входного напряжения первой ступени и количества витков или петель в обеих частях обоих трансформаторов (всего четыре катушки).Также рассчитайте максимальный выходной ток последней ступени на основе входного тока. Обсудите возможность потерь мощности в устройствах и их влияние на выходной ток и мощность.

Глоссарий

трансформатор:

устройство, преобразующее напряжение из одного значения в другое с помощью индукции

уравнение преобразователя:

уравнение, показывающее, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их катушках; [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex]

повышающий трансформатор:

трансформатор, повышающий напряжение

понижающий трансформатор:

трансформатор, понижающий напряжение

Избранные решения проблем и упражнения

1.(а) 30.0 (б) 9.75 × 10 ⁻² A

3. (a) 20,0 мА (b) 2,40 Вт (c) Да, такая мощность вполне разумна для небольшого прибора.

5. (a) 0,063 A (b) Требуется больший входной ток.

7. (а) 2,2 (б) 0,45 (в) 0,20, или 20,0%

9. (a) 335 МВ (b) слишком высокое, намного выше напряжения пробоя воздуха на разумных расстояниях (c) входное напряжение слишком высокое

ТРАНСФОРМАТОРЫ

ТРАНСФОРМАТОРЫ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатор изменяет электрическую энергию заданного напряжения в электрическую энергию на другом уровне напряжения.Он состоит из двух катушки, которые электрически не связаны, но которые расположены в таких способ, которым магнитное поле, окружающее одну катушку, прорезает другую катушка. Когда на одну катушку подается переменное напряжение, изменяющееся магнитное поле вокруг этой катушки создает переменное напряжение в другой катушке за счет взаимной индукции. Трансформатор также можно использовать с пульсирующий постоянный ток, но нельзя использовать чистое постоянное напряжение, так как напряжение создает переменное магнитное поле, которое является основой взаимного индукционный процесс. Трансформатор состоит из трех основных частей, как показано на рисунке 8-197. Это железный сердечник, который обеспечивает цепь с низким сопротивлением для магнитного поля. силовые линии, первичная обмотка, которая получает электрическую энергию от источника приложенного напряжения и вторичной обмотки, которая получает электрическая энергия за счет индукции от первичной катушки.

Первичная и вторичная обмотки этого трансформатора с закрытым сердечником намотаны. на замкнутом сердечнике для получения максимального индуктивного эффекта между двумя катушками.

Существует два класса трансформаторов: (1) Используемые трансформаторы напряжения. для повышения или понижения напряжения и (2) трансформаторы тока используется в схемах приборов.

В трансформаторах напряжения первичные обмотки соединены параллельно через напряжение питания, как показано в A на рисунке 8-198. Первичные обмотки трансформаторов тока соединены последовательно в первичной цепи (B на рисунке 8-198). Из двух типов напряжение трансформатор является более распространенным.

Существует много типов трансформаторов напряжения. Большинство из них либо повышающие или понижающие трансформаторы. Фактор, определяющий, трансформатор – это повышающий или понижающий тип – это коэффициент «витков». В Коэффициент витков – это отношение количества витков в первичной обмотке. к количеству витков вторичной обмотки. Например, повороты передаточное отношение понижающего трансформатора, показанного на А рисунка 8-199 – это 5 к 1, так как в первичной обмотке в пять раз больше витков. как во вторичном.Повышающий трансформатор, показанный на рисунке B 8-199 имеет передаточное число от 1 до 4 витков.

Отношение входного напряжения трансформатора к выходному напряжению равно то же, что и коэффициент трансформации, если трансформатор имеет 100-процентный КПД. Таким образом, когда на первичную обмотку трансформатора подается 10 В, в A на рисунке 8-199 индуцируются два вольта в вторичный. Если на первичную обмотку трансформатора подано 10 вольт в B на рисунке 8-199 выходное напряжение на клеммах вторичной обмотки. будет 40 вольт.

Невозможно построить трансформатор со 100-процентным КПД, хотя Трансформаторы с железным сердечником могут приблизиться к этой цифре. Это потому, что все магнитные силовые линии, установленные в первичной обмотке, не пересекают витки вторичной обмотки. Определенное количество магнитного потока, называемое утечкой. магнитный поток выходит из магнитной цепи. Мера того, насколько хорошо флюс первичной обмотки, соединенной с вторичной, называется «коэффициент сцепления.”Например, если предполагается, что первичная обмотка трансформатора развивает 10 000 силовых линий и только 9 000 пересекает второстепенные, коэффициент связи будет 0,9 или, другими словами, трансформатор будет на 90 процентов эффективнее.

Когда переменное напряжение подается на первичные выводы трансформатора, будет течь переменный ток и самовосстанавливать напряжение в первичной обмотке. катушка, которая противоположна и почти равна приложенному напряжению.Различия между этими двумя напряжениями позволяет току в первичной обмотке, достаточном для намагнитите его ядро. Это называется возбуждающим или намагничивающим током. Магнитное поле, вызванное этим возбуждающим током, проходит через вторичную обмотку. катушка и индуцирует напряжение за счет взаимной индукции. Если нагрузка подключена через вторичную обмотку ток нагрузки протекает через вторичную обмотку. катушка будет создавать магнитное поле, которое будет стремиться нейтрализовать магнитное поле. поле, создаваемое первичным током.Это уменьшит самоиндуцированное (противодействие) напряжение в первичной катушке и допускает больший первичный ток течь. Первичный ток увеличивается по мере увеличения вторичного тока нагрузки, и уменьшается при уменьшении тока вторичной нагрузки. Когда вторичный нагрузка снимается, первичный ток снова снижается до малого возбуждающего тока, достаточного только для намагничивания железного сердечника трансформатора.

Если трансформатор увеличивает напряжение, он понижает ток в таком же соотношении.Это должно быть очевидно, если принять во внимание формулу мощности: для мощности (I x E) выходной (вторичной) электрической энергии такая же, как входная (первичная) мощность за вычетом потерь энергии при преобразовании процесс. Таким образом, если в сети используются 10 вольт и 4 ампера (мощность 40 ватт). в первую очередь для создания магнитного поля, будет развиваться мощность 40 Вт. во вторичном (без учета потерь). Если у трансформатора есть ступенька 4: 1, напряжение на вторичной обмотке будет 40 вольт и ток будет 1 ампер.Напряжение в 4 раза больше, а ток составляет одну четвертую от значения первичной цепи, но мощность (значение I x E) составляет тоже самое.

Когда известны коэффициент трансформации и входное напряжение, выходное напряжение можно определить следующим образом:

Где E – напряжение первичной обмотки, E2 – выходное напряжение первичной обмотки. вторичный, а N1 и N2 – количество витков первичной и вторичной обмоток, соответственно.

Транспонирование уравнения для определения выходного напряжения дает: Чаще всего используются следующие типы трансформаторов напряжения: (1) Силовые трансформаторы используются для повышения или понижения напряжения и ток во многих типах блоков питания.Они варьируются по размеру от маленьких силовой трансформатор, показанный на рисунке 8-200, используемый в радиоприемнике для большие трансформаторы, используемые для понижения напряжения высоковольтной линии до 110 – Уровень 120 вольт, используемый в домах.

На рисунке 8-201 схематический символ трансформатора с железным сердечником. Показано. В этом случае вторичная обмотка состоит из трех отдельных обмоток. Каждая обмотка питает разные цепи с определенным напряжением, которое экономит вес, место и стоимость трех отдельных трансформаторов.Каждый вторичный имеет соединение средней точки, называемое “центральным отводом”, которое обеспечивает выбор половины напряжения по всей обмотке. Ведет от различные обмотки имеют цветовую маркировку производителя, как указано на рисунок 8-201. Это стандартный цветовой код, но другие коды или числа может быть использовано. (2) Звуковые трансформаторы напоминают силовые трансформаторы. У них только один вторичные и предназначены для работы в диапазоне звуковых частот (От 20 до 20 000 с / с). (3) ВЧ трансформаторы предназначены для работы в оборудовании, которое функционирует в радиодиапазоне частот. Обозначение ВЧ трансформатора: то же, что и для дроссельной катушки RF. Он имеет воздушный сердечник, как показано на рисунке. 8-202.

(4) Автотрансформаторы обычно используются в силовых цепях; однако они может быть разработан для других целей. Два разных символа для автотрансформаторов используемые в силовых или звуковых цепях, показаны на рисунке 8-203.Если используется в Радиочастотная связь или навигационная схема (B на рисунке 8-203), это то же самое, за исключением того, что здесь нет символа железного сердечника. Автотрансформатор использует часть обмотки в качестве первичной; и, в зависимости от от того, идет ли он вверх или вниз, он использует все или часть того же обмотка как вторичная. Например, автотрансформатор, показанный в А из На рисунке 8-203 можно использовать следующие возможные варианты для первичных и вторичных клемм.

Трансформаторы тока

Трансформаторы тока используются в системах питания переменного тока для определения генератора. линейный ток и чтобы обеспечить ток, пропорциональный линейному току, для устройств защиты и управления цепями.

Трансформатор тока представляет собой трансформатор кольцевого типа, использующий токопроводящую провод питания в качестве первичного (провод питания или заземляющий провод генератор переменного тока). Ток в первичной обмотке вызывает ток во вторичной обмотке. магнитной индукцией.

Стороны всех трансформаторов тока обозначены на корпусе обозначениями «h2» и «h3». единица базы. Трансформаторы необходимо устанавливать стороной «h2» в сторону генератор в цепи, чтобы обеспечить правильную полярность.Вторичный трансформатора никогда не следует оставлять открытым во время работы системы. эксплуатируется; это может вызвать опасно высокое напряжение и привести к перегреву. трансформатор. Следовательно, выходные соединения трансформатора всегда должны быть соединенным перемычкой, когда трансформатор не используется, но осталось в системе.

Потери трансформатора

Помимо потерь мощности, вызванных несовершенным соединением, трансформаторы подвержены «медным» и «железным» потерям.Потеря меди вызвана сопротивление проводника, содержащего витки катушки. Железо потери бывают двух типов, называемых гистерезисными потерями и потерями на вихревые токи. Гистерезис потеря – это электрическая энергия, необходимая для намагничивания сердечника трансформатора, сначала в одном направлении, а затем в другом, одновременно с нанесенным переменное напряжение. Потери на вихревые токи вызваны электрическими токами (вихревые токи), индуцированные в сердечнике трансформатора переменными магнитными полями.Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечники изготовлены из пластин, покрытых изоляция, уменьшающая циркуляцию наведенных токов.

Мощность в трансформаторах

Поскольку трансформатор не добавляет электричества в цепь, а просто изменяет или преобразует электричество, которое уже существует в цепь от одного напряжения к другому, общее количество энергии в цепи должен оставаться таким же. Если бы можно было построить идеальный трансформатор, в нем не было бы потери силы; власть будет передана в неизменном виде от одного напряжения к другому.

Поскольку мощность – произведение вольт на ампер, увеличение напряжения трансформатором должно приводить к уменьшению тока и наоборот. Во вторичной обмотке трансформатора не может быть больше мощности, чем есть в первичном. Произведение ампер на вольт остается одно и тоже.

Передача энергии на большие расстояния осуществляется с помощью трансформаторы. На источнике питания повышается напряжение, чтобы уменьшить потери в линии при передаче.В момент использования, напряжение понижается, так как невозможно использовать высокое напряжение для управления двигателями, осветительными приборами или другими электрическими приборами.

Подключение трансформаторов в цепях переменного тока

Прежде чем изучать различные способы подключения трансформаторов в цепях переменного тока, различия между однофазными и трехфазными цепями должны быть четко обозначены. понял. В однофазной цепи напряжение генерируется одним генератором переменного тока. катушка.Это однофазное напряжение может быть снято с однофазного генератора переменного тока. или от одной фазы трехфазного генератора переменного тока, как объяснено далее в исследование генераторов переменного тока.

В трехфазной цепи три напряжения генерируются генератором переменного тока. с тремя катушками, расположенными внутри генератора так, что три напряжения сгенерированные равны, но достигают своих максимальных значений в разное время. В каждой фазе 400-тактного трехфазного генератора цикл генерируется каждые 1/400 секунды.

При вращении магнитный полюс проходит одну катушку и генерирует максимум Напряжение; через одну треть цикла (1/1200 секунды) этот же полюс проходит другой катушка и вырабатывает в ней максимальное напряжение; и следующий цикл 1/3 позже он проходит еще одну катушку и генерирует максимальное напряжение в Это. Это приводит к тому, что максимальное напряжение, генерируемое в трех катушках, всегда быть на расстоянии одной трети цикла (1/1200 секунды).

Первые трехфазные генераторы были подключены к их нагрузки с шестью проводами и всеми шестью выводами в цепи пропускают ток.Позже эксперименты показали, что генератор будет давать столько же энергии, сколько и с катушками, соединенными так, что для всех трех потребовалось всего три провода. фазы, как показано на рисунке 8-204. Использование трех проводов стандартно для передача трехфазного питания сегодня. Обратный ток от любого одна катушка генератора всегда течет обратно через два других провода в трехфазная цепь. Трехфазные двигатели и другие трехфазные нагрузки соединены с их катушки или элементы нагрузки расположены так, что требуются три линии передачи для доставки мощности.Трансформаторы, которые используются для повышения напряжения вверх или вниз в трехфазной цепи электрически соединены так, чтобы мощность передается на первичный и снимается со вторичного по стандарту трехпроводная система.

Однако однофазные трансформаторы и однофазные лампы и двигатели может быть подключен к любой одной фазе трехфазной цепи, как показано на рисунке 8-205.Когда однофазные нагрузки подключены к трехфазным цепям, нагрузки распределяются поровну между тремя фазами, чтобы сбалансировать нагрузки на три катушки генератора. Другое применение трансформатора однофазный трансформатор с несколькими отводами во вторичной обмотке. С участием этот тип трансформатора, напряжение может быть понижено, чтобы обеспечить несколько рабочие напряжения, как показано на рисунке 8-206.

Трансформатор с центральным ответвлением, питающий двигатель, требующий 220 вольт вместе с четырьмя лампами, требующими 110 вольт, показано на рисунке. 8-207.Двигатель подключен ко всему выходу трансформатора, и светильники подключаются от центрального ответвителя к одному концу трансформатора. При таком подключении используется только половина вторичного выхода. Этот тип трансформаторного подключения широко используется в самолетах. из-за комбинаций напряжений, которые можно снимать с одного трансформатора. На вторичной обмотке трансформатора могут подаваться различные напряжения. вставляя метчики (во время производства) в различные точки вдоль вторичного обмотки. Различные значения напряжения получаются при подключении к любым двум ударов или до одного касания и либо в конец.

Трансформаторы для трехфазных цепей можно подключать в любой из несколько комбинаций соединений звезда (y) и треугольник (D). Связь используемый зависит от требований к трансформатору.

Когда соединение звездой используется в трехфазных трансформаторах, четвертый или нейтральный провод.Нейтральный провод соединяет однофазное оборудование. к трансформатору. Напряжение (115 В) между любой из трех фаз линии и нейтральный провод могут использоваться для питания таких устройств, как фонари или однофазные двигатели.

В комбинации все четыре провода могут обеспечивать питание 208 вольт, три фаза, для работы трехфазного оборудования, такого как трехфазные двигатели или выпрямители. Когда используется только трехфазное оборудование, заземляющий провод может быть опущен. Остается трехфазная трехпроводная система, как показано на рисунке. на рисунке 8-208.

На рисунке 8-209 показаны первичный и вторичный с дельта-соединением. При таком подключении трансформатор имеет такое же выходное напряжение, что и линейное напряжение. Между любыми двумя фазами напряжение 240 вольт. В этом типе подключения провода A, B и C могут предоставить 240 вольт, трехфазное питание для работы трехфазного оборудования. Тип соединения, используемого для первичных обмоток, может быть, а может и не соответствовать такой же, как и тип подключения вторичных обмоток.Например, первичный может быть соединением треугольником, а вторичный – соединением звезды. Это называется трансформатором, соединенным треугольником. Другие комбинации дельта-дельта, звезда-дельта и звезда-звезда.

Устранение неисправностей трансформаторов Бывают случаи, когда трансформатор необходимо проверить на обрыв или шорт, и часто бывает необходимо определить, что трансформатор повышающий или понижающий трансформатор. Открытая обмотка трансформатора может можно определить путем подключения омметра, как показано на рисунке 8-210.Связанный как показано, омметр будет показывать бесконечность. Если бы не было открытых катушки, омметр покажет сопротивление провода в катушке. Оба таким же образом можно проверить первичный и вторичный.

Омметр также можно использовать для проверки короткого замыкания обмоток, как показано на рисунке. Однако на рис. 8-211 этот метод не всегда точен. Если, например, трансформатор имел 500 витков и сопротивление 2 Ом, а 5 витков были закороченное, сопротивление уменьшится примерно до 1.98 Ом, что не достаточно для того, чтобы считывать показания омметра. В таком случае, номинальное входное напряжение может быть приложено к первичной обмотке для измерения вторичного выходного напряжения. Если вторичное напряжение низкое, оно может Предположим, что у трансформатора есть закороченные обмотки, а трансформатор следует заменить. Если выходное напряжение в норме, исходный трансформатор можно считать неисправным.

С помощью омметра можно определить, является ли трансформатор ступенчатым. повышающий или понижающий трансформатор.В понижающем трансформаторе сопротивление вторичного будет меньше, чем у первичного, и наоборот будет верно в случае повышающего трансформатора. Еще один метод включает подачу напряжения на первичную обмотку и измерение вторичной обмотки выход. Используемое напряжение не должно превышать номинальное входное напряжение основной.

Если обмотка полностью закорочена, она обычно перегревается из-за высокого значения текущего расхода.Во многих случаях высокая температура тает воск в трансформаторе, и это можно определить по появившемуся запаху. Кроме того, показания вольтметра на вторичной обмотке будут нулевыми. Если схема содержит предохранитель, сильный ток может привести к его перегоранию до того, как трансформатор сильно поврежден.

На рисунке 8-212 одна точка на обмотке трансформатора показана подключенной. К земле, приземляться. Если внешняя цепь цепи трансформатора заземлена, часть обмотки эффективно закорочена.Меггер, подключенный между одна сторона обмотки и корпус трансформатора (земля) будут проверять это состояние с низким или нулевым показанием. В таком случае трансформатор должен заменить.

Все трансформаторы, обсуждаемые в этом разделе, спроектированы с одной первичной обмоткой. обмотка. Они работают на одном источнике переменного тока. Трансформаторы, которые работают от трех напряжений от генератора переменного тока или генератора переменного тока называются тремя фазные или многофазные трансформаторы. Об этих трансформаторах и пойдет речь. в изучении генераторов и двигателей.

Трансформаторы

Трансформатор – это простое устройство для изменения напряжения сигнала переменного тока. Трансформатор имеет две катушки, каждая с разным количеством петель, соединенных ферромагнитным сердечником, так что магнитный поток от одной проходит через другую. Когда поток, генерируемый одной катушкой, изменяется (как это происходит постоянно, если катушка подключена к источнику переменного тока), поток, проходящий через другую катушку, будет изменяться, вызывая напряжение во второй катушке.При питании от переменного тока индуцированное во второй катушке напряжение также будет переменным током.

Катушка, которая обеспечивает магнитный поток (т.е. катушка, подключенная к источнику переменного тока), называется первичной катушкой, а катушка, в которой индуцируется напряжение, называется вторичной катушкой.

Обе катушки подвергаются одинаковому изменению магнитного потока, поэтому:

Соотношение между первичным и вторичным напряжениями следующее:

DV 1 DV 2

=

N 1 N 2

Энергия (или, что то же самое, мощность) должна быть сохранена, поэтому:

DV ₁ I ₁ = DV ₂ I ₂ , или:

I 2 I 1

=

N 1 N 2

Понижающий трансформатор имеет больше витков в первичной обмотке, чем во вторичной.Он принимает высокое первичное напряжение и преобразует его в низкое вторичное напряжение. Для компенсации ток во вторичной обмотке будет выше, чем в первичной. В повышающем трансформаторе вторичная обмотка имеет больше витков и, следовательно, более высокое напряжение и более низкий ток, чем первичная обмотка.

Ферромагнитный сердечник трансформатора обычно состоит из тонких пластинчатых пластин, электрически изолированных друг от друга, а не из одной цельной детали. Почему это?

1. Это увеличивает площадь поверхности, уменьшая сопротивление току, проходящему через сердечник от первичной катушки ко вторичной катушке.
2. Потери из-за вихревых токов сведены к минимуму
3. Ферромагнитные домены легче выровнять в двух измерениях, чем в трех.
4. Все вышеперечисленное

Трансформаторы спроектированы так, чтобы минимизировать потери энергии, но они рассеивают некоторая энергия в виде:

1. рассеяния потока – не весь магнитный поток от первичной обмотки проходит через вторичную
2. тепловые потери в катушках трансформатора
3. вихревые токи

В ферромагнитном сердечнике трансформатора электроны будут вращаться в плоскостях поперечного сечения.Этот ток нагревает трансформатор, расходуя энергию в виде тепла. Чтобы свести к минимуму потери мощности из-за вихревых токов, железный сердечник состоит из тонких пластинчатых пластин. Затем ток ограничивается внутри каждой многослойной детали, что значительно снижает склонность к завихрению, а также потери при нагревании.

Соленоиды и трансформаторы

3. Катушки и трансформаторы

3.1 Катушки

Катушки

не очень общий компонент в электронных схемах, однако, когда они используются, они нужно понимать.Они встречаются в генераторах, радиоприемниках, передатчиках и подобных устройствах, содержащих колебательные контуры. В любительские устройства, катушки могут быть изготовлены путем намотки одного или нескольких слоев изолированный медный провод на каркас, такой как ПВХ, картон, и т.д. Заводские катушки бывают разных форм. и размеров, но общим для всех является утепленный корпус с витками медной проволоки.

Основной характеристикой каждой катушки является ее индуктивность.Индуктивность измеряется в Генри (H), но чаще всего используются миллигенри (мГн) и микрогенри (H) как единое целое. Генри имеет довольно высокое значение индуктивности. Напоминаем:

1H = 1000 мГн = 10 ⁶ H.

Катушка индуктивность обозначена как X _L и может быть рассчитана с помощью по следующей формуле:

где f представляет частоту напряжения в Гц, а L представляет индуктивность катушки в Гн.

Например, если f равно 684 кГц, а L = 0,6 мГн, импеданс катушки будет:

Та же катушка иметь в три раза больший импеданс и в три раза больше частота. Как видно из приведенной выше формулы, импеданс катушки прямо пропорционален частоте, так что катушки, как как и конденсаторы, используются в схемах для фильтрации на заданных частотах. Обратите внимание, что импеданс катушки равен нулю для постоянного тока ( f = 0).

Несколько катушек показаны на рисунках 3.1, 3.2, 3.3 и 3.4.

Самая простая катушка однослойная катушка с воздушным сердечником. Это сделано на цилиндрической изолятор (ПВХ, картон и др.), как показано на рисунке 3.1. На рисунке 3.1a, повороты между ними остается пробел, в то время как общие Практика заключается в том, чтобы наматывать провод без промежутков между витками. Чтобы не допустить раскручивания рулона, концы следует продеть через небольшие отверстия как показано на рисунке.

Рис. 3.1: Однослойный змеевик

На рис. 3.1b показано, как катушка сделана. Если катушке нужно 120 витков при постукивании на тридцатом витке две катушки L1 с 30 витками и L2 с 90 витками. Когда конец первого и начало второй катушки припаиваем, получаем “отвод”.

Многослойная катушка показана на рисунке 3.2a. В внутри пластмассового каркаса есть резьба, так что можно вставить ферромагнитный сердечник в форме винта.Ввинчивание сердечника перемещает его по оси в центр катушки для увеличения индуктивности. Таким образом, хорошо можно изменить индуктивность.

Рис. 3.2: а. Многослойная катушка с сердечником, б. В сочетании катушки

На рис. 3.2b показан высокочастотный трансформатор. Как видно, это две катушки, соединенные магнитной индукцией на общем теле. Когда требуется, чтобы катушки имели точные значения индуктивности, каждая катушка имеет ферромагнитный сердечник, который можно регулировать вдоль катушки ось.

На очень высоком частот (выше 50 МГц) индуктивность катушки мала, поэтому катушкам требуется только несколько поворотов. Эти катушки сделаны из толстый медный провод (около 0,5 мм) без корпуса катушки, как показано на рисунке 3.3a. Их индуктивность можно регулировать путем физического растяжения или сжимая витки вместе.

Рис. 3.3: а. Катушка высокой частоты , б. Трансформатор межчастотный

Рисунок 3.3b показан металлический кожух, содержащий две катушки, схематически на право. Параллельное соединение первой катушки и конденсатора С образует колебательный контур. Вторая катушка используется для передачи сигнал к следующему этапу. Используется в радиоприемниках и подобные устройства. Металлический кожух служит экраном для предотвращения внешние сигналы, воздействующие на катушки. Чтобы оболочка была эффективной, он должен быть заземлен.

На рис. 3.4 показан индуктор с сердечником. Ядро состоит из двух половинки и склеены.Сердечник изготовлен из ферромагнитного материала, обычно называют «ферритом». Эти индукторы используются на частотах до 100 кГц. Регулировка индуктивности может производиться латунью или стальной винт в центре катушки.

Рис. 3.4: Катушка индуктивности с сердечником

3.2 Трансформаторы

Для электроники Для работы устройств необходимо наличие источника постоянного тока.Батареи и аккумуляторы могут выполнять эту роль, но гораздо более эффективны. способ – использовать ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ. Основным компонентом источника питания является трансформатор для преобразования “сети” 220 В на более низкое значение, скажем 12 В. Обычный тип трансформатора имеет одну первичную обмотку, которая подключается к 220В и одна (или несколько) вторичных обмоток для более низких напряжений. Чаще всего сердечники изготавливают из E и I, но некоторые из них сделаны из ферромагнитного материала.Также используются трансформаторы с железным сердечником. для более высоких частот. На картинке показаны различные типы трансформаторов. ниже.

Рис. 3.5: Различные типы трансформаторов

Символы для трансформатор показан на рисунке 3.6 Две вертикальные линии показывают, что первичная и вторичная обмотки использовать одно и то же ядро.

Рис. 3.6: Символы трансформатора

С трансформатор, производители обычно предоставляют схему, содержащую информацию о первичной и вторичной обмотках, напряжениях и максимальных токах.В случай, когда диаграмма отсутствует, существует простой метод определения того, какой обмотка является первичной, а вторичная обмотка: первичная обмотка состоит из провода тоньше и витков больше, чем у вторичной обмотки. Оно имеет более высокое сопротивление – и может быть легко проверено омметром. На рисунке 3.6d показан символ для трансформатор с двумя независимыми вторичные обмотки, одна из них имеет три вывода, что в сумме дает 4 разные выходные напряжения. Вторичный 5в выполнен из более тонкой проволоки с максимальным током 0.3А, а другая обмотка выполнена из более толстого провода с максимальным током 1,5 А. Максимальное напряжение на большей вторичной обмотке составляет 48 В, как показано на фигура. Обратите внимание, что напряжения, отличные от указанных на диаграмма может быть произведена – например, напряжение между ответвлениями обозначено 27V 36 В равно 9 В, напряжение между выводами, обозначенными 27 В и 42 В, равно 15 В, пр.

3.2.1 Принцип работы и основные характеристики

Как уже говорилось, Трансформаторы состоят из двух обмоток, первичной и вторичной (рисунок 3.7). При напряжении Up подключен к первичной обмотке (в нашем случае «сеть» 220В), через нее протекает переменный ток Ip . Этот ток создает магнитное поле, которое переходит к вторичная обмотка через сердечник трансформатора, индуцирующая напряжение Us (24 В в нашем примере). «Нагрузка» подключена ко вторичной обмотке, показанной на схеме как Rp (30 Ом в нашем примере). Типичной нагрузкой может быть электрическая лампочка, работающая на 24 В с расход 19.2Вт.

Рис. 3.7: Трансформатор: a. Принципы работы, б. Символ

Передача электроэнергии от первичный к вторичному осуществляется через магнитное поле (называемое «потоком») и магнитная цепь, называемая «сердечником трансформатора». К для предотвращения потерь необходимо убедиться, что весь магнитный поле, созданное первичным, переходит к вторичному. Это достигается за счет использования железного сердечника, который имеет гораздо более низкое магнитное сопротивление чем воздух.

Первичное напряжение – это “сетевое” напряжение. Это значение может быть 220 В или 110 В, в зависимости от страны. Вторичное напряжение обычно намного ниже, например 6 В, 9 В, 15 В, 24 В и т. Д., Но также может быть выше 220 В, в зависимости от назначения трансформатора. Соотношение первичного и вторичного напряжения указано с помощью следующая формула:

, где Ns и Np представляют количество витков на первичной и вторичной обмотке соответственно.Например, если Ns равно 80 и Np равно 743, вторичное напряжение будет быть:

Соотношение между первичным и вторичным током определяется по формуле:

Например, если Rp равно 30 Ом, то вторичный ток равен Ip = Up / Rp = 24V / 30Ω = 0,8 А. Если Ns равно 80 и Np равно 743, первичный ток будет:

Мощность трансформатора

можно рассчитать по формулам:

В нашем примере мощность равно:

Все до этого момента относится к идеальный трансформатор.Ясно, что идеального не бывает, поскольку потери неизбежный. Они присутствуют из-за того, что обмотки имеют определенное значение сопротивления, которое нагревает трансформатор во время операции, а также тот факт, что магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, не целиком переходят на вторичку. Вот почему выходная мощность меньше чем входная мощность. Их соотношение называется КПД:

.

Для поставки трансформаторов сотни ватт, КПД около = 0.85, что означает, что 85% электрическая энергия, взятая из сети, поступает к потребителю, в то время как 15% теряется из-за ранее упомянутых факторов в виде тепла. Для Например, если потребляемая мощность равна Up * Ip = 30 Вт, тогда мощность, которую трансформатор получает от сети равно:

Чтобы избежать путаница, имейте в виду, что производители уже приняли все меры по минимизации потерь трансформаторов и других электронных компонентов и что практически это максимально возможный КПД.Приобретая трансформатор, следует только беспокоюсь о требуемое напряжение и максимальный ток вторичной обмотки. Разделение мощность и вторичное напряжение дает вам максимальное значение тока для потребителя. Разделив мощность и первичное напряжение, вы получите ток что трансформатор питается от сети, что важно знать, когда покупка предохранителя. В любом случае, вы сможете рассчитать любое значение, которое вы может потребоваться использование соответствующих формул, указанных выше.

3.3 Практические примеры с катушками и трансформаторы

На рисунке Катушки 2.6b вместе с конденсатором образуют два фильтра для проведения токи к динамикам.
Катушка и конденсатор C на рисунке 2.6c образуют параллельный колебательный контур для «усиления» конкретного радиосигнала, отвергая все остальные частоты.

Рис. 2.6: а. Усилитель с наушниками, б.Переключатель диапазона, c. Детекторный радиоприемник

Самое очевидное заявка на трансформатор находится в блоке питания. Типичный трансформатор показан на рисунке 3.8 и используется для преобразования 220В. до 24В.

Рис. 3.8: Стабилизированный преобразователь со схемой LM317

Выходное напряжение постоянного тока может регулируется линейным потенциометром P в диапазоне 3 ~ 30 В.

Фиг.3.9: а. Стабилизированный преобразователь с регулятором 7806, б. автотрансформатор, c. трансформатор для устройств рабочая на 110В, д. разделительный трансформатор

Рисунок 3.9a показывает простой источник питания, использующий трансформатор с центральным отводом на вторичной обмотке. обмотка. Это дает возможность использовать два диода. вместо моста в рисунок 3.8.

Специальный виды трансформаторы, в основном используемые в лаборатории, автотрансформаторы.Схема автотрансформатора показано на рисунке 3.9b. Имеет только одну обмотку, намотанную на утюг. основной. Напряжение снимается с трансформатора через ползунок. Когда ползунок находится в крайнем нижнем положении, напряжение равно нулю. Перемещение ползунка вверх увеличивает напряжение U до 220 В. Дальнейшее движение ползунок увеличивает напряжение U выше 220В.

Трансформатор на рисунке 3.9c преобразует 220v в 110v и используется для питания устройств рассчитан на работу от 110В.

В качестве последнего примера, рисунок 3.9d представляет собой разделительный трансформатор. Этот трансформатор имеет одинаковое количество витков на первичной и вторичной обмотках. обмотки. Вторичное напряжение такое же, как первичное, 220 В, но полностью изолированы от «сети», сводя к минимуму риски поражения электрическим током. шок. В результате человек может стоять на мокром полу и трогать любая часть вторичного без риска, которая не является корпус с нормальной розеткой.

Как это работает Jameco Electronics

Автор: Меган Тунг

Трансформаторы – это электрические устройства, состоящие из двух или более катушек провода, которые используются для передачи электрической энергии посредством магнитного поля. Трансформаторы – это очень простые статические электромагнитные пассивные электрические устройства, которые работают по принципу закона индукции Фарадея, преобразуя электрическую энергию из одного значения в другое. Две электрические цепи связаны посредством взаимной индукции, которая представляет собой процесс, с помощью которого катушка с проволокой индуцирует напряжение в другой катушке, расположенной в непосредственной близости.Электрическая энергия более эффективно передается от одной катушки к другой за счет наматывания катушек вокруг сердечника. Уровни напряжения и тока увеличиваются или уменьшаются без изменения частоты. Более высокие напряжения и токи передачи переменного тока могут быть снижены до гораздо более низкого, более безопасного и пригодного для использования уровня напряжения, где его можно использовать для питания электрического оборудования в домах и на рабочих местах.

Трансформатор напряжения
Однофазный трансформатор напряжения состоит из двух электрических катушек с проволокой, первичной обмотки и вторичной обмотки.Первичная обмотка потребляет энергию, а вторичная обмотка выдает энергию. Две катушки не связаны электрически, а связаны магнитно. Если вторая катушка имеет такое же количество витков, что и первая катушка, электрический ток во второй катушке будет практически такого же размера, как и в первой катушке. Понижающий трансформатор – это когда первая катушка (первичная обмотка) имеет больше витков, чем вторая катушка (вторичная обмотка), поэтому вторичное напряжение меньше первичного напряжения.Повышающий трансформатор – это когда первая катушка имеет меньше витков, чем вторая катушка, в результате чего вторичное напряжение выше первичного.
Трансформатор с железным сердечником
Как упоминалось ранее, катушки намотаны вокруг сердечника. Сердечник может быть изготовлен из нескольких различных материалов. Во-первых, это трансформатор с железным сердечником, в котором в качестве материала сердечника используются пластины из мягкого железа. Железо обладает превосходными магнитными свойствами, что приводит к высокой магнитной связи трансформатора с железным сердечником, поэтому эффективность также высока.В трансформаторе с ферритовым сердечником используется ферритовый сердечник, который имеет высокую магнитную проницаемость и предлагает очень низкие потери в высокочастотных приложениях. Часто трансформаторы с ферритовым сердечником используются в импульсных источниках питания или в приложениях, связанных с радиочастотами. В трансформаторе с тороидальным сердечником используется материал сердечника тороидальной формы (кольцевой или кольцевой), такой как железный сердечник или ферритовый сердечник. Форма кольца обеспечивает очень низкую индуктивность рассеяния. В трансформаторе с воздушным сердечником потокосцепление полностью выполнено с использованием воздуха; однако они создают низкую взаимную индуктивность по сравнению с трансформатором с физическим сердечником.

Вам также может быть интересно прочитать: Что такое переменный ток

---

Меган Тунг проходит летнюю стажировку в Jameco Electronics , учится в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре (UCSB). Ее интересы включают фотографию, музыку, бизнес и инженерное дело.

Фото: Учебники по электронике

Как работают повышающие и понижающие трансформаторы?

Что такое электромагнитная индукция?

Если магнетизм может быть произведен из электричества, Фарадей выдвинул гипотезу, что электричество может быть произведено с помощью магнетизма.Фарадей использовал аппарат, состоящий из сердечника из мягкого железа, подобного показанному ниже. Катушка слева была подключена к батарее, а катушка справа – к гальванометру. Когда ток течет через левую катушку, подключенную к батарее, создается магнитное поле. Сила магнитного поля увеличивается за счет железного сердечника. Хотя Фарадей не мог создать ток в левом проводе, но, как ни странно, он заметил, что ток возникает при изменении тока.Фарадей пришел к выводу, что, хотя постоянное магнитное поле не производит электрического тока, изменение магнитного поля действительно вызывает ток. Такой ток называется индуцированным током . Процесс, при котором ток возникает при изменении магнитных полей, называется электромагнитной индукцией.

Примечание: Электромагнитная индукция была независимо открыта Майклом Фарадеем и Джозефом Генри в 1831 году. Связь между электродвижущей силой, ЭДС (напряжением) и магнитным потоком была формализована в уравнении, которое теперь называется Закон индукции Фарадея

Как работают трансформаторы

Трансформатор – это устройство, повышающее или понижающее напряжение переменного тока.Ток в одной катушке индуцирует ток в другой катушке.

Трансформатор состоит из двух катушек (одна катушка является первичной, а другая – вторичной), намотанных на металлический сердечник. (см. изображения —) Когда переменный ток проходит через первичную катушку и индуцируется магнитное поле, электромагнитная индукция вызывает ток во вторичной катушке. Если количество витков провода одинаково в обеих катушках, индуцированное напряжение во вторичной катушке будет одинаковым.Если количество витков во вторичной катушке больше, чем в первичной катушке, напряжение во вторичной катушке будет больше. Это пример повышающего трансформатора.

Как количество петель влияет на напряжение?

Если количество витков во вторичной катушке меньше, чем в первичной, то напряжение будет меньше. Это называется понижающим трансформатором.

СТУПЕНЧАТЫЙ ТРАНСФОРМАЦИЯ 10 КАТУШЕК В 2 КАТУШКИ 5: 1 ВОЛЬТ

Если количество витков вторичной обмотки больше, чем первичной, то напряжение будет больше.Это называется повышающим трансформатором.

СТУПЕНЧАТЫЙ ТРАНСФОРМАТОР 2 КАТУШКИ НА 10 КАТУШЕК 1: 5 ВОЛЬТ

Почему трансформаторы важны для передачи электроэнергии.

Повышающие трансформаторы используются компаниями при передаче электроэнергии по линиям электропередачи. Затем компании используют понижающие трансформаторы для создания 120 В, используемых в домах.Повышающие трансформаторы также используются в домашних телевизорах, где требуется высокое напряжение. Понижающие трансформаторы также используются в радиоприемниках, компьютерах и калькуляторах

---

Проверьте свой Понимание: .