Transformatoare: scopul, clasificarea, datele nominale ale transformatoarelor

Transformator este un dispozitiv electromagnetic static având două sau mai multe înfășurări cuplate inductiv și proiectat să transforme, prin inducție electromagnetică, unul sau mai multe sisteme de curent alternativ în unul sau mai multe alte sisteme de curent alternativ.

Transformatoarele sunt utilizate pe scară largă în următoarele scopuri.

Pentru transportul și distribuția energiei electrice. De obicei, în centralele electrice, generatoarele de curent alternativ produc energie electrică la o tensiune de 6-24 kV.

Pentru alimentarea diferitelor circuite de echipamente radio și televiziune; dispozitive de comunicatii, automatizari in telemecanica, aparate electrocasnice; pentru a separa circuitele electrice ale diferitelor elemente ale acestor dispozitive; pentru potrivirea tensiunii

Să includă instrumente electrice de măsură și unele dispozitive, precum relee, în circuite electrice de înaltă tensiune sau în circuite prin care trec curenți mari, pentru a extinde limitele de măsurare și a asigura siguranța electrică. Se numesc transformatoare folosite în acest scop măsurare. Au o putere relativ redusa, determinata de puterea consumata de instrumentele electrice de masura, relee etc.

Principiul de funcționare a transformatorului

Circuitul electromagnetic al unui transformator monofazat cu două înfășurări este format din două înfășurări (Fig. 2.1) plasate pe un circuit magnetic închis, care este realizat din material feromagnetic. Utilizarea unui miez magnetic feromagnetic face posibilă întărirea cuplării electromagnetice dintre înfășurări, adică reducerea rezistenței magnetice a circuitului prin care trece fluxul magnetic al mașinii. Înfășurarea primară 1 este conectată la o sursă de curent alternativ - o rețea electrică cu tensiunea u 1 . Rezistența de sarcină Z H este conectată la înfășurarea secundară 2.

Se numește înfășurarea de tensiune mai mare înfăşurare de înaltă tensiune (HV) și joasă tensiune - înfăşurare de joasă tensiune (NN). Începuturile și sfârșitul înfășurării HV sunt desemnate prin litere A Și X; înfășurări LV - litere A Și X.

Când este conectat la rețea, curent alternativ apare în înfășurarea primară i 1 , care creează un flux magnetic alternativ F, închizându-se de-a lungul circuitului magnetic. Fluxul F induce emf alternanți în ambele înfășurări - e 1 Și e 2 , proporţională, conform legii lui Maxwell, cu numărul de spire w 1 şi w 2 Înfășurarea corespunzătoare și viteza de schimbare a fluxului d F/ dt.

Astfel, valorile instantanee ale emf induse în fiecare înfășurare sunt

e 1 = - w 1 d F/dt; e2= -w 2 dФ/dt.

În consecință, raportul dintre EMF instantanee și efective în înfășurări este determinat de expresia

În consecință, selectarea numărului de spire ale înfășurărilor în consecință, la o tensiune dată U 1 puteți obține tensiunea dorită U 2 . Dacă este necesară creșterea tensiunii secundare, atunci numărul de spire w 2 este considerat mai mare decât numărul w 1; se numeste un astfel de transformator crescând Dacă trebuie să reduceți tensiunea U 2 , atunci numărul de spire w 2 este luat mai mic decât w 1; se numeste un astfel de transformator în jos,

Raportul EMF EÎnfășurări HV de tensiune mai mare la EMF E Se numesc înfășurări JT de joasă tensiune (sau raportul dintre numărul lor de spire). raportul de transformare

k= E VN / E NN = w VN / w NN

Coeficient k întotdeauna mai mare decât unul.

În sistemele de transport și distribuție a energiei, în unele cazuri, se folosesc transformatoare cu trei înfășurări, iar în electronica radio și dispozitive de automatizare se folosesc transformatoare cu mai multe înfășurări. În astfel de transformatoare, trei sau mai multe înfășurări izolate unele de altele sunt plasate pe miezul magnetic, ceea ce face posibilă primirea a două sau mai multe tensiuni diferite la alimentarea uneia dintre înfășurări. (U 2 , U 3 , U 4 etc.) pentru alimentarea cu energie a două sau mai multe grupuri de consumatori. La transformatoarele de putere cu trei înfășurări se disting înfășurările de înaltă, joasă și medie (MV) tensiuni.

Doar tensiunile și curenții sunt convertiți într-un transformator. Puterea rămâne aproximativ constantă (scade oarecum din cauza pierderilor interne de energie din transformator). Prin urmare,

eu 1 /I 2 ≈ U 2 /U 1 ≈ w 2 /w 1 .

Când tensiunea secundară a transformatorului crește în k ori comparativ cu primarul, curent i 2 în înfășurarea secundară scade în mod corespunzător cu k o singura data.

Transformatorul poate funcționa numai în circuite de curent alternativ. Dacă înfășurarea primară a unui transformator este conectată la o sursă de curent continuu, atunci în firul său magnetic se formează un flux magnetic, constant ca mărime și direcție în timp. Prin urmare, în înfășurările primare și secundare în stare staționară, EMF nu este indusă și, prin urmare, energia electrică nu este transferată de la circuitul primar la secundar. Acest mod este periculos pentru transformator, deoarece din cauza lipsei EMF E 1 curent de înfășurare primară eu 1 =U 1 R 1 este destul de mare.

O proprietate importantă a unui transformator utilizat în automatizări și dispozitive electronice radio este capacitatea sa de a converti rezistența la sarcină. Dacă conectați o rezistență la o sursă de curent alternativ R printr-un transformator cu raport de transformare La, apoi pentru circuitul sursă

R" = P 1 /I 1 2 ≈ P 2 /I 1 2 ≈ I 2 2 R/I 1 2 ≈ k 2 R

Unde R 1 - puterea consumată de transformator de la sursa de curent alternativ, W; R 2 = I 2 2 R≈ P 1 - puterea consumata de rezistenta R de la transformator.

Prin urmare, transformatorul schimbă valoarea rezistenței R în k 2 o singura data. Această proprietate este utilizată pe scară largă în dezvoltarea diferitelor circuite electrice pentru a potrivi rezistența de sarcină cu rezistența internă a surselor de energie electrică.

Conţinut:

În inginerie electrică, destul de des este nevoie să se măsoare cantități cu valori mari. Pentru a rezolva această problemă, se folosesc transformatoare de curent, al căror scop și principiu de funcționare fac posibilă efectuarea oricăror măsurători. În acest scop, înfășurarea primară a dispozitivului este conectată în serie la un circuit cu curent alternativ, a cărui valoare trebuie măsurată. Înfășurarea secundară este conectată la instrumente de măsură. Există o anumită proporție între curenții din înfășurările primare și secundare. Toate transformatoarele de acest tip sunt foarte precise. Designul lor include două sau mai multe înfășurări secundare, la care sunt conectate dispozitive de protecție, instrumente de măsură și dispozitive de măsurare.

Ce este un transformator de curent?

Transformatoarele de curent sunt dispozitive la care curentul secundar utilizat pentru măsurători este proporțional cu curentul primar provenit din rețeaua electrică.

Înfășurarea primară este conectată la circuit în serie cu conductorul de curent. Înfășurarea secundară este conectată la orice sarcină sub formă de instrumente de măsură și. Între curenții ambelor înfășurări apare o relație proporțională, corespunzătoare numărului de spire. În dispozitivele cu transformator de înaltă tensiune, izolarea între înfășurări se realizează pe baza tensiunii de funcționare completă. De regulă, un capăt al înfășurării secundare este împământat, astfel încât potențialele înfășurării și la masă vor fi aproximativ aceleași.

Toate transformatoarele de curent sunt proiectate pentru a îndeplini două funcții principale: măsurare și protecție. Unele dispozitive pot combina ambele funcții.

• Transformatoarele de instrumente transmit informațiile primite către instrumentele de măsură conectate. Sunt instalate în circuite de înaltă tensiune în care este imposibil să se conecteze direct instrumentele de măsurare. Prin urmare, numai înfășurarea secundară a transformatorului este conectată la contoare, înfășurări de curent ale wattmetrelor și alte dispozitive de măsurare. Ca urmare, transformatorul transformă curentul alternativ, chiar și o valoare foarte mare, în curent alternativ cu indicatoare care sunt cele mai acceptabile pentru utilizarea instrumentelor de măsură convenționale. Totodată, se asigură izolarea instrumentelor de măsură de circuitele de înaltă tensiune, iar siguranța electrică a personalului operator este crescută.
• Dispozitivele transformatoare de protecție transmit în primul rând informațiile de măsurare primite către dispozitivele de control și protecție. Cu ajutorul transformatoarelor de protecție, curentul alternativ de orice valoare este transformat în curent alternativ cu valoarea cea mai potrivită, furnizând putere dispozitivelor de protecție releului. În același timp, releele care sunt accesibile personalului sunt izolate de circuitele de înaltă tensiune.

Scopul transformatoarelor

Transformatoarele de curent aparțin categoriei de dispozitive auxiliare speciale utilizate în combinație cu diferite dispozitive de măsurare și relee în circuitele de curent alternativ. Funcția principală a unor astfel de transformatoare este de a converti orice valoare a curentului în valori care sunt cele mai convenabile pentru măsurători, furnizând putere dispozitivelor de deconectare și înfășurărilor releului. Datorită izolației dispozitivelor, personalul de service este protejat în mod fiabil de șoc electric de înaltă tensiune.

Transformatoarele de curent de măsurare sunt proiectate pentru circuite electrice cu tensiune înaltă, când nu există posibilitatea de conectare directă a instrumentelor de măsură. Scopul lor principal este de a transmite datele primite privind curentul electric către dispozitivele de măsurare conectate la înfășurarea secundară.

O funcție importantă a transformatoarelor este de a controla starea curentului electric din circuitul la care sunt conectate. În timpul conectării la releul de putere, se efectuează verificări constante ale rețelelor, prezența și starea de împământare. Când curentul atinge o valoare de urgență, protecția este activată, oprind toate echipamentele aflate în uz.

Principiul de funcționare

Principiul de funcționare al transformatoarelor de curent se bazează pe. Tensiunea din rețeaua externă este furnizată înfășurării primare a puterii cu un anumit număr de spire și își depășește rezistența totală. Aceasta duce la apariția unui flux magnetic în jurul bobinei, captat de circuitul magnetic. Acest flux magnetic este situat perpendicular pe direcția curentului. Din acest motiv, pierderile de curent electric în timpul procesului de conversie vor fi minime.

Când spirele înfășurării secundare, situate perpendicular, se intersectează, forța electromotoare este activată de fluxul magnetic. Sub influența EMF, apare un curent care este forțat să depășească rezistența totală a bobinei și sarcina de ieșire. În același timp, se observă o cădere de tensiune la ieșirea înfășurării secundare.

Clasificarea transformatoarelor de curent

Toate transformatoarele de curent pot fi clasificate în funcție de caracteristicile și caracteristicile tehnice ale acestora:

1. Prin programare. Dispozitivele pot fi de măsurare, de protecție sau intermediare. Ultima opțiune este utilizată atunci când se conectează instrumente de măsurare la circuitele curente de protecție a releului și alte circuite similare. În plus, există transformatoare de curent de laborator care se caracterizează printr-o precizie ridicată și o varietate de .
2. După tipul de instalare. Există dispozitive transformatoare pentru instalare externă și internă, deasupra capului și portabile. Unele tipuri de dispozitive pot fi încorporate în mașini, dispozitive electrice și alte echipamente.
3. Conform proiectării înfășurării primare. Dispozitivele sunt împărțite în single-turn sau tijă, multi-tour sau bobină și, de asemenea, magistrală, de exemplu, TSh-0.66.
4. Instalarea internă și externă a transformatoarelor implică metode de trecere și suport pentru instalarea acestor dispozitive.
5. Izolația transformatorului poate fi uscată, folosind bachelită, porțelan și alte materiale. În plus, este utilizată izolație convențională și de condensator hârtie-ulei. Unele modele folosesc umplutură compusă.
6. În funcție de numărul de etape de transformare, dispozitivele pot fi cu una sau două etape, adică în cascadă.
7. Tensiunea nominală de funcționare a transformatoarelor poate fi de până la 1000 V sau mai mult de 1000 V.

Toate caracteristicile de clasificare sunt prezente în curent și constau în anumite.

Parametri și caracteristici

Fiecare transformator de curent are parametri individuali și caracteristici tehnice care determină domeniul de aplicare al acestor dispozitive.

Curent nominal. Permite dispozitivului să funcționeze mult timp fără supraîncălzire. Astfel de transformatoare au o rezervă semnificativă de încălzire, iar funcționarea normală este posibilă cu suprasarcini de până la 20%.

Tensiune nominală. Valoarea sa ar trebui să asigure funcționarea normală a transformatorului. Acest indicator este cel care afectează calitatea izolației dintre înfășurări, dintre care unul este la tensiune înaltă, iar celălalt este împământat.

Raportul de transformare. Este raportul dintre curenții din înfășurările primare și secundare și este determinat de o formulă specială. Valoarea sa reală va diferi de valoarea nominală din cauza anumitor pierderi în timpul procesului de transformare.

Eroare curentă. Apare într-un transformator sub influența curentului de magnetizare. Valoarea absolută a curentului primar și secundar diferă exact prin această valoare. Curentul de magnetizare duce la crearea unui flux magnetic în miez. Pe măsură ce crește, crește și eroarea de curent a transformatorului.

. Determină funcționarea normală a dispozitivului în clasa sa de precizie. Se măsoară în ohmi și în unele cazuri poate fi înlocuit cu un concept precum puterea nominală. Valoarea curentului este strict standardizată, astfel încât valoarea puterii transformatorului depinde complet doar de sarcină.

Factorul limitator nominal. Reprezintă multiplu dintre curentul primar la valoarea sa nominală. Eroarea acestei multiplicități poate ajunge până la 10%. În timpul calculelor, sarcina în sine și factorii săi de putere trebuie evaluați.

Raportul maxim de curent secundar. Prezentat ca raport dintre curentul secundar maxim și valoarea sa nominală atunci când sarcina secundară efectivă este nominală. Multiplicitatea maximă este legată de gradul de saturație al circuitului magnetic, la care curentul primar continuă să crească, dar valoarea curentului secundar nu se modifică.

Posibile defecțiuni ale transformatoarelor de curent

Un transformator de curent conectat la o sarcină se confruntă uneori cu defecțiuni și chiar situații de urgență. De regulă, acest lucru se datorează încălcărilor rezistenței electrice a izolației înfășurărilor, scăderii conductivității lor sub influența temperaturilor ridicate. Impacturile mecanice accidentale sau instalarea de proastă calitate au un impact negativ.

În timpul funcționării echipamentului, cel mai adesea se produce deteriorarea izolației, provocând scurtcircuite între tururi ale înfășurărilor, ceea ce reduce semnificativ puterea transmisă. Curenții de scurgere pot apărea ca urmare a unor circuite create aleatoriu, până la apariția unui scurtcircuit.

Pentru a preveni situațiile de urgență, specialiștii verifică periodic întregul circuit de funcționare cu ajutorul camerelor termice. Acest lucru face posibilă eliminarea promptă a defectelor de contact și reducerea supraîncălzirii echipamentului. Cele mai complexe teste și inspecții sunt efectuate în laboratoare speciale.

Poate cineva crede că un transformator este ceva între un transformator și un terminator. Acest articol are scopul de a distruge astfel de idei.

Un transformator este un dispozitiv electromagnetic static conceput pentru a transforma curentul electric alternativ de o tensiune și o anumită frecvență într-un curent electric de altă tensiune și aceeași frecvență.

Funcționarea oricărui transformator se bazează pe fenomenul descoperit de Faraday.

Scopul transformatoarelor

Diferite tipuri de transformatoare sunt utilizate în aproape toate circuitele de alimentare cu energie electrică pentru dispozitive electrice și atunci când se transmit energie electrică pe distanțe lungi.

Centralele electrice produc curent de tensiune relativ scăzut - 220 , 380 , 660 B. Transformatoare, crescând tensiunea la valorile de comandă mii de kilovolți, fac posibilă reducerea semnificativă a pierderilor la transmiterea energiei electrice pe distanțe lungi și, în același timp, reducerea suprafeței secțiunii transversale a firelor liniei de transmisie a energiei electrice.

Imediat înainte de a ajunge la consumator (de exemplu, o priză obișnuită de uz casnic), curentul trece printr-un transformator coborâtor. Așa obținem ceea ce ne-am obișnuit 220 Volt.

Cel mai comun tip de transformatoare este transformatoare de putere . Sunt proiectate pentru a converti tensiunea în circuitele electrice. Pe lângă transformatoarele de putere, diverse dispozitive electronice folosesc:

• transformatoare de impulsuri;
• transformatoare de putere;
• transformatoare de curent.

Principiul de funcționare a transformatorului

Transformatoarele sunt monofazate și multifazate, cu una, două sau mai multe înfășurări. Să luăm în considerare circuitul și principiul de funcționare al unui transformator folosind exemplul unui transformator simplu monofazat.

În ce constă un transformator? În cel mai simplu caz, dintr-un metal miez si doi înfăşurări . Înfășurările nu sunt conectate electric între ele și sunt fire izolate.

O singură înfășurare (numită primar ) este conectat la o sursă de curent alternativ. A doua înfăşurare, numită secundar , se conectează la consumatorul final de curent.

Când un transformator este conectat la o sursă de curent alternativ, un curent alternativ de mărime curge în spirele înfășurării sale primare. I1 . Aceasta creează un flux magnetic F , care pătrunde ambele înfășurări și induce un EMF în ele.

Se întâmplă ca înfășurarea secundară să nu fie sub sarcină. Acest mod de funcționare al transformatorului se numește modul fără sarcină. În consecință, dacă înfășurarea secundară este conectată la orice consumator, curentul trece prin acesta I2 , apărute sub influența EMF.

Mărimea EMF care apare în înfășurări depinde direct de numărul de spire ale fiecărei înfășurări. Raportul EMF indus în înfășurările primare și secundare se numește raport de transformare și este egal cu raportul dintre numărul de spire ale înfășurărilor corespunzătoare.

Selectând numărul de spire pe înfășurări, puteți crește sau micșora tensiunea la consumatorul de curent din înfășurarea secundară.

Transformator ideal

Un transformator ideal este un transformator în care nu există pierderi de energie. Într-un astfel de transformator, energia curentă din înfășurarea primară este complet convertită mai întâi în energia câmpului magnetic și apoi în energia înfășurării secundare.

Desigur, un astfel de transformator nu există în natură. Cu toate acestea, în cazul în care pierderea de căldură poate fi neglijată, este convenabil să folosiți formula pentru un transformator ideal în calcule, conform căreia puterile curente în înfășurările primare și secundare sunt egale.

Apropo! Pentru cititorii noștri există acum o reducere de 10% la

Pierderi de energie în transformator

Eficiența transformatoarelor este destul de mare. Cu toate acestea, pierderile de energie apar în înfășurare și miez, determinând creșterea temperaturii în timpul funcționării transformatorului. Pentru transformatoarele de putere mici, acest lucru nu reprezintă o problemă și toată căldura ajunge în mediu - se folosește răcirea naturală cu aer. Astfel de transformatoare se numesc uscate.

La transformatoarele mai puternice, răcirea cu aer nu este suficientă și se folosește răcirea cu ulei. În acest caz, transformatorul este plasat într-un rezervor cu ulei mineral, prin care căldura este transferată către pereții rezervorului și disipată în mediu. În transformatoarele de mare putere, țevile de evacuare sunt utilizate suplimentar - dacă uleiul fierbe, gazele rezultate au nevoie de o evacuare.

Desigur, transformatoarele nu sunt atât de simple pe cât ar părea la prima vedere - la urma urmei, am examinat pe scurt principiul de funcționare al unui transformator. Un test de inginerie electrică cu probleme la calcularea unui transformator poate deveni dintr-o dată o problemă reală. întotdeauna gata să ajute în rezolvarea oricăror probleme legate de studii! Contactați Zaochnik și învățați ușor!

Continuăm cunoștințele noastre cu componentele electronice și în acest articol ne vom uita la dispozitivul și principiul de funcționare al transformatorului.

Transformatoarele au găsit o largă aplicație în inginerie radio și electrică și sunt utilizate pentru transmiterea și distribuția energiei electrice în rețelele de alimentare cu energie electrică, pentru alimentarea circuitelor de echipamente radio, în dispozitive convertoare, ca transformatoare de sudură etc.

Transformator conceput pentru a converti tensiunea alternativă de o valoare în tensiune alternativă de altă valoare.

În cele mai multe cazuri, un transformator constă dintr-un circuit magnetic închis (miez) cu două bobine (înfășurări) situate pe el care nu sunt conectate electric între ele. Miezul magnetic este realizat din material feromagnetic, iar înfășurările sunt înfășurate cu sârmă de cupru izolată și plasate pe miezul magnetic.

O înfășurare este conectată la o sursă de curent alternativ și este numită primar(I), tensiunea este eliminată din cealaltă înfășurare pentru a alimenta sarcina și înfășurarea este numită secundar(II). O diagramă schematică a unui transformator simplu cu două înfășurări este prezentată în figura de mai jos.

1. Principiul de funcționare al transformatorului.

Principiul de funcționare al transformatorului se bazează pe fenomen de inducție electromagnetică.

Dacă înfășurării primare se aplică tensiune alternativă U1, atunci curent alternativ va curge prin spirele înfășurării Io, care se va crea în jurul înfășurării și în miezul magnetic câmp magnetic alternant. Câmpul magnetic produce flux magnetic Fo, care, trecând de-a lungul circuitului magnetic, traversează spirele înfășurărilor primare și secundare și induce (induce) EMF alternantă în ele - e1Și e2. Și dacă conectați un voltmetru la bornele înfășurării secundare, acesta va arăta prezența tensiunii de ieșire U2, care va fi aproximativ egală cu fem-ul indus e2.

Când o sarcină, de exemplu o lampă cu incandescență, este conectată la înfășurarea secundară, în înfășurarea primară apare un curent I1, formând un flux magnetic alternativ în circuitul magnetic F1 variind la aceeași frecvență cu curentul I1. Sub influența unui flux magnetic alternativ, în circuitul de înfășurare secundar apare un curent I2, care la rândul său creează un flux magnetic contracarant conform legii lui Lenz F2, căutând să demagnetizeze fluxul magnetic care îl generează.

Ca urmare a efectului demagnetizant al curgerii F2 Fluxul magnetic este stabilit în circuitul magnetic Fo egală cu diferența de flux F1Și F2și fiind parte a fluxului F1, adică

Fluxul magnetic rezultat Fo asigura transferul energiei magnetice de la infasurarea primara la infasurarea secundara si induce o forta electromotoare in infasurarea secundara e2, sub influența căreia curge curent în circuitul secundar I2. Se datorează prezenței fluxului magnetic Foși există un curent I2, care va fi cu atât mai mare cu atât mai mult Fo. Dar, în același timp, cu cât curentul este mai mare I2, cu atât contracurent este mai mare F2 si deci mai putin Fo.

Din cele de mai sus rezultă că la anumite valori ale fluxului magnetic F1și rezistențe înfăşurare secundarăȘi încărcături sunt setate valorile EMF corespunzătoare e2, actual I2și curge F2, asigurând echilibrul fluxurilor magnetice în circuitul magnetic, exprimat prin formula dată mai sus.

Astfel, diferența de flux F1Și F2 nu poate fi zero, deoarece în acest caz nu ar exista un fir principal Fo, iar fără ea fluxul nu ar putea exista F2și curent I2. Prin urmare, fluxul magnetic F1, creat de curentul primar I1, întotdeauna mai mult flux magnetic F2, creat de curentul secundar I2.

Mărimea fluxului magnetic depinde de curentul care îl creează și de numărul de spire ale înfășurării prin care trece.

Tensiunea înfășurării secundare depinde de raportul dintre numărul de spire din înfășurări. Cu același număr de spire, tensiunea de pe înfășurarea secundară va fi aproximativ egală cu tensiunea furnizată înfășurării primare, iar un astfel de transformator se numește împărțind.

Dacă înfășurarea secundară conține mai multe spire decât primarul, atunci tensiunea dezvoltată în ea va fi mai mare decât tensiunea furnizată înfășurării primare și un astfel de transformator se numește crescând.

Dacă înfășurarea secundară conține mai puține spire decât primarul, atunci tensiunea sa va fi mai mică decât tensiunea furnizată înfășurării primare și un astfel de transformator se numește în jos.

Prin urmare. Prin selectarea numărului de spire ale înfășurărilor la o anumită tensiune de intrare U1 obțineți tensiunea de ieșire dorită U2. Pentru a face acest lucru, folosesc metode speciale pentru calcularea parametrilor transformatoarelor, cu ajutorul cărora se calculează înfășurările, se selectează secțiunea transversală a firelor, se determină numărul de spire, precum și grosimea și tipul de miezul magnetic.

Transformatorul poate funcționa numai în circuite de curent alternativ. Dacă înfășurarea sa primară este conectată la o sursă de curent continuu, atunci în circuitul magnetic se formează un flux magnetic, constant în timp, în mărime și direcție. În acest caz, o tensiune alternativă nu va fi indusă în înfășurările primar și secundar și, prin urmare, energia electrică nu va fi transferată de la circuitul primar la secundar. Cu toate acestea, dacă în înfășurarea primară a transformatorului curge un curent pulsatoriu, atunci în înfășurarea secundară va fi indusă o tensiune alternativă, a cărei frecvență va fi egală cu frecvența de ondulare a curentului din înfășurarea primară.

2. Design transformator.

2.1. Miez magnetic. Materiale magnetice.

Scop circuit magnetic constă în crearea unui traseu închis pentru fluxul magnetic cu rezistență magnetică minimă. Prin urmare, miezurile magnetice pentru transformatoare sunt realizate din materiale cu permeabilitate magnetică ridicată în câmpuri magnetice alternante puternice. Materialele trebuie să aibă pierderi mici de curent turbionar pentru a nu supraîncălzi circuitul magnetic la valori suficient de mari ale inducției magnetice, să fie destul de ieftine și să nu necesite tratament mecanic și termic complex.

Materiale magnetice, utilizate pentru fabricarea miezurilor magnetice, sunt produse sub formă de foi separate, sau sub formă de benzi lungi de o anumită grosime și lățime și se numesc oteluri electrice.
Tablele de oțel (GOST 802-58) sunt produse prin laminare la cald și la rece, oțelurile texturate cu bandă (GOST 9925-61) numai prin laminare la rece.

De asemenea, sunt utilizate aliajele fier-nichel cu permeabilitate magnetică ridicată, de exemplu, permalloy, permindur etc. (GOST 10160-62) și ferite magnetice moi de joasă frecvență.

Pentru fabricarea unei varietăți de transformatoare relativ ieftine, acestea sunt utilizate pe scară largă oteluri electrice, care au un cost redus și permit transformatorului să funcționeze atât cu cât și fără magnetizare constantă a circuitului magnetic. Oțelurile laminate la rece, care au caracteristici mai bune în comparație cu oțelurile laminate la cald, au găsit cea mai mare aplicație.

Aliaje cu permeabilitate magnetică ridicată utilizat pentru fabricarea transformatoarelor de impulsuri și a transformatoarelor concepute pentru a funcționa la frecvențe ridicate și înalte de 50 - 100 kHz.

Dezavantajul unor astfel de aliaje este costul lor ridicat. De exemplu, costul permalloy este de 10-20 de ori mai mare decât costul oțelului electric, iar permendur este de 150 de ori mai mare. Cu toate acestea, în unele cazuri, utilizarea lor poate reduce semnificativ greutatea, volumul și chiar costul total al transformatorului.

Un alt dezavantaj este influența puternică a magnetizării permanente și a câmpurilor magnetice alternative asupra permeabilității magnetice, precum și rezistența scăzută la influențe mecanice - șoc, presiune etc.

Din ferite magnetice moi de joasă frecvență fabricate cu permeabilitate inițială ridicată miezuri magnetice presate, care sunt utilizate pentru fabricarea transformatoarelor de impulsuri și a transformatoarelor care funcționează la frecvențe înalte de la 50 - 100 kHz. Avantajul feritelor este costul lor scăzut, dar dezavantajul este inducția de saturație scăzută (0,4 - 0,5 T) și instabilitatea puternică a temperaturii și a amplitudinii permeabilității magnetice. Prin urmare, ele sunt utilizate numai în câmpuri slabe.

Alegerea materialelor magnetice se face pe baza caracteristicilor electromagnetice, luând în considerare condițiile de funcționare și scopul transformatorului.

2.2. Tipuri de circuite magnetice.

Miezurile magnetice ale transformatoarelor sunt împărțite în laminat(ștampilat) și bandă(rasucite), realizate din materiale din tabla si presate din ferite.

Laminat Miezurile magnetice sunt asamblate din plăci plate ștanțate de forma corespunzătoare. Mai mult, plăcile pot fi realizate din aproape orice materiale, chiar foarte fragile, ceea ce reprezintă un avantaj al acestor miezuri magnetice.

Bandă Miezurile magnetice sunt realizate dintr-o bandă subțire înfășurată sub formă de spirală, ale cărei spire sunt ferm legate între ele. Avantajul nucleelor ​​magnetice de bandă este utilizarea deplină a proprietăților materialelor magnetice, ceea ce face posibilă reducerea greutății, dimensiunii și costul transformatorului.

În funcție de tipul de circuit magnetic, transformatoarele sunt împărțite în tijă, blindatȘi toroidal. Mai mult, fiecare dintre aceste tipuri poate fi fie tijă, fie bandă.

tijă.

În circuitele magnetice tip tijăînfășurările sunt situate pe două tije ( tijă numită partea din circuitul magnetic pe care sunt aşezate înfăşurările). Acest lucru complică proiectarea transformatorului, dar reduce grosimea înfășurării, ceea ce ajută la reducerea inductanței de scurgere, a consumului de sârmă și la creșterea suprafeței de răcire.

Miezurile magnetice de tijă sunt utilizate în transformatoarele de ieșire cu un nivel scăzut de interferență, deoarece sunt insensibile la efectele câmpurilor magnetice externe de joasă frecvență. Acest lucru se explică prin faptul că, sub influența unui câmp magnetic extern, în ambele bobine sunt induse tensiuni care sunt opuse în fază, care, atunci când spirele înfășurărilor sunt egale, se compensează reciproc. De regulă, transformatoarele de putere mare și medie sunt fabricate de tip tijă.

Blindat.

În circuitul magnetic tip de armurăînfășurarea se află pe tija centrală. Acest lucru simplifică designul transformatorului, permite o mai mare utilizare a ferestrei de către înfășurare și oferă, de asemenea, o anumită protecție mecanică pentru înfășurare. Prin urmare, astfel de circuite magnetice sunt cele mai utilizate.

Unele dezavantaje ale miezurilor magnetice blindate este sensibilitatea lor crescută la câmpurile magnetice de joasă frecvență, ceea ce le face nepotrivite pentru utilizare ca transformatoare de ieșire cu niveluri scăzute de zgomot. Cel mai adesea, transformatoarele de putere medie și microtransformatoarele sunt blindate.

Toroidal.

Toroidal sau inel transformatoarele fac posibilă utilizarea mai deplină a proprietăților magnetice ale materialului, au fluxuri de disipare scăzute și creează un câmp magnetic extern foarte slab, care este deosebit de important în transformatoarele de înaltă frecvență și impulsuri. Dar, din cauza complexității fabricării înfășurărilor, acestea nu au fost utilizate pe scară largă. Cel mai adesea sunt făcute din ferită.

Pentru a reduce pierderile datorate curenților turbionari, circuitele magnetice laminate sunt asamblate din plăci ștanțate de 0,35 - 0,5 mm grosime, care sunt acoperite pe o parte cu un strat de lac de 0,01 mm grosime sau o peliculă de oxid.

Banda pentru miezuri magnetice de bandă are o grosime de la câteva sutimi până la 0,35 mm și este acoperită și cu o suspensie sau peliculă de oxid izolatoare electric și în același timp adezive. Și cu cât stratul de izolație este mai subțire, cu atât secțiunea transversală a circuitului magnetic este umplută cu material magnetic mai dens, cu atât dimensiunile totale ale transformatorului sunt mai mici.

Recent, alături de tipurile considerate „tradiționale” de circuite magnetice, au fost utilizate noi forme, care includ circuite magnetice de tip „cablu”, „tor inversat”, tip bobină etc.

Să lăsăm așa deocamdată. Să continuăm în.
Noroc!

Literatură:

1. V. A. Volgov - „Piese și componente ale echipamentelor radio-electronice”, Energia, Moscova 1977
2. V. N. Vanin - „Transformatori de curent”, Editura „Energia” Moscova 1966 Leningrad.
3. I. I. Belopolsky - „Calculul transformatoarelor și bobinelor de putere mică”, M-L, Gosenergoizdat, 1963.
4. G. N. Petrov - „Transformers. Volumul 1. Fundamentele teoriei”, Editura State Energy, Moscova 1934 Leningrad.
5. V. G. Borisov, „Tânărul amator de radio”, Moscova, „Radio și comunicații” 1992

Principiul de funcționare:

1. Aparatul are 2 înfășurări, se numesc primare și secundare. Doar înfășurarea primară este conectată la o sursă externă, în timp ce înfășurarea secundară este proiectată pentru a elibera tensiunea.
2. Inclusiv infasurarea primara in reteaua electrica, se creează un câmp magnetic (alternant) în circuitul magnetic de la înfășurarea primară, în urma căruia se generează un curent de înfășurare secundară dacă este închis prin receptor.
3. Sincron în ambalajul primar este generat curent de sarcină.
4. De aici vine transformarea. energie electrică atunci când rețeaua primară o transmite celei secundare. Ca urmare, receptorul va primi valoarea pentru care este proiectat dispozitivul.

schema de lucru

Fenomenul de inducție reciprocă stă la baza funcționării unui transformator:

1. A îmbunătăți conexiune magnetică a 2 înfășurări, acestea sunt plasate pe miezul magnetic al structurii de oțel.
2. La randul lui, izolarea se face nu numai între ele, ci și cu circuitul magnetic.
3. Fiecare înfăşurare are propriul său marcaj. Dacă înfășurarea este cu tensiune înaltă, este desemnată (VN), joasă - (LV).
4. Înfășurare primară este conectat la sursa de alimentare, cel secundar este conectat la receptor.

Tensiunea de pe bobine are valori diferite, iar valoarea de pe bobine depinde de scopul pentru care va fi utilizat dispozitivul:

1. Transformator step-up va avea mai puțină tensiune pe învelișul primar decât pe al doilea.
2. Dispozitiv de coborâre, exact invers este adevărat.

Utilizările lor sunt diferite:

1. Pe distanțe lungi sunt folosite dispozitive de amplificare.
2. Dacă trebuie să distribuiți energie electrică către consumatori – reducerea.

Există dispozitive cu 3 înfășurări, când este necesar să se obțină nu numai tensiune înaltă și joasă, ci și o valoare medie (MV).

Bobinele unui astfel de dispozitiv sunt, de asemenea, izolate unele de altele și sunt conectate la electricitate printr-o bobină, atunci când celelalte 2 sunt conectate la receptoare diferite:

1. Învelișurile sunt de formă cilindricăși sunt realizate prin înfășurarea sârmei de cupru cu secțiune rotundă pentru curenți mici.
2. Pentru curent ridicat Se folosesc anvelope cu secțiune dreptunghiulară.
3. Pe miezul magneticÎnvelișul este realizat pentru tensiune joasă, deoarece este ușor de izolat, în comparație cu ambalarea unui rating ridicat.
4. Miezul în sine executat în formă rotundă, dacă ambalajul este în formă de cilindru. Acest lucru se face pentru a reduce golurile nemagnetice și pentru a reduce lungimea bobinelor. Prin urmare, masa de cupru pe o anumită zonă a secțiunii transversale a circuitului magnetic rotund va scădea și ea.
5. Tijă rotundă suferă un proces complex de asamblare din tablă de oțel. Și pentru a simplifica sarcina, dispozitivele de înaltă tensiune folosesc tije cu o secțiune transversală în trepte, când numărul lor ajunge la doar 17 bucăți.
6. În unități puternice Sunt instalate canale suplimentare de ventilație pentru a răci miezul magnetic. Acest lucru se realizează prin plasarea lor perpendiculară și paralelă pe suprafața tablelor de oțel.
7. În dispozitive mai puțin puternice miezul este realizat cu o secțiune transversală dreptunghiulară.

Scop și tipuri

transformator trifazat

Un transformator poate fi numit un convertor de o valoare de tensiune sau curent la alta.

Ei pot fi:

• trei faze;
• fază singulară;
• în jos;
• crescând;
• măsurare etc.;

Scopul dispozitivului: transmite și distribuie energie electrică către client.

Dispozitivul conține componente active: bobină și miez magnetic. La rândul său, miezul poate fi tijă și armură. Folosesc oțel electric laminat la rece, laminat la cald.

Învelișul utilizat este continuu, șurub, cilindric sau disc.

Printre produsele moderne se pot remarca următoarele:

• toroidal;
• blindat;
• tijă;

Au caracteristici asemănătoare între ele, cu fiabilitate ridicată. Singurul lucru care le diferențiază este metoda de fabricație.

În versiunea cu tijă, bobina este înfășurată în jurul miezului, în timp ce la tipul blindat este introdusă în miez. Prin urmare, la tipul de tijă, tapițeria se vede și este amplasată doar pe orizontală, dar la tipul armurii este ascunsă, dar poate fi amplasată atât pe orizontală, cât și pe verticală.

Indiferent de tipul pe care îl considerăm, are 3 componente:

• sistem de răcire;
• ambalaj;
• circuit magnetic;

Datorită dispozitivelor, este posibilă creșterea semnificativă a tensiunii provenite de la centrale electrice pe distanțe lungi, în timp ce pierderile de energie de-a lungul firelor vor fi minime. Pe baza celor de mai sus, este posibil să se utilizeze fire pe liniile de transmisie cu o zonă de secțiune transversală mai mică.

Consumatorul poate reduce, de asemenea, consumul de energie de la liniile de înaltă tensiune la valori nominale (380, 220, 127 V).

Domeniul de aplicare și tipurile

transformator la televizor

Transformatoarele de uz casnic protejează echipamentele în timpul supratensiunii.

Prin urmare, acestea sunt utilizate în următoarele dispozitive:

• în iluminat;
• osciloscoape;
• televizoare;
• radiouri;
• aparate de măsură etc.;

Unitățile de sudură care separă rețelele de putere și de sudare sunt utilizate în mod activ în structurile de sudare și electrotermă, unde reduc cu succes tensiunea la valorile nominale necesare.

Rețeaua electrică utilizează unități alimentate cu ulei cu tensiuni de 6 și 10 kV.

Multe modele automate folosesc transformatoare, unde tensiunea de pe bobine nu este de aspirație.

feluri:

1. Rotire. Semnalul este transmis obiectelor care se rotesc. De exemplu, un înregistrator video, unde semnalul este transmis către tamburul ansamblului capului magnetic. Aici există 2 jumătăți ale circuitului magnetic și rotirea lor are loc cu un spațiu minim unul în raport cu celălalt. Pe baza acesteia, se realizează o viteză mare de rotații în metoda semnalului de contact nu se consideră posibilă obținerea unui astfel de efect.
2. Transformator de vârf. În această opțiune, tensiunea sinusoidală este convertită în vârfuri care au o formă de vârf. Ele sunt utilizate în mod activ în controlul tiristoarelor, precum și al dispozitivelor electronice și semiconductoare.
3. Coordonator. Ia parte la potrivirea rezistențelor în diferite intervale ale circuitului electronic, în timp ce forma semnalului este minim distorsionată. Izolarea galvanică între zonele circuitului este asigurată sincron.
4. Împărțirea. Aici cele 2 înfășurări nu sunt conectate electric între ele. Această schemă face posibilă creșterea siguranței rețelelor electrice. Când are loc o atingere simultană accidentală a unei piese sub tensiune și a pământului, se generează izolarea galvanică a circuitului electric.
5. Puls. În această opțiune, semnalele pulsului sunt convertite într-o perioadă foarte scurtă de timp (zeci de microsecunde), în timp ce curbura configurației pulsului este minimă.
6. Prin tensiune. Aici are loc conversia de înaltă tensiune în joasă tensiune. Această opțiune vă permite să izolați circuitele de măsurare și logice de înaltă tensiune.
7. Prin curent. Acest tip măsoară circuite de curent ridicat. De exemplu, în proiectele de panouri de relee ale sistemelor de alimentare electrică. Prin urmare, se aplică cerințe de precizie destul de stricte.
8. Autotransformator. În acest tip, cele două înfășurări sunt conectate direct. Ca urmare, se creează o conexiune electrică și electromagnetică, ceea ce explică eficiența ridicată a acestui tip. Dezavantajul unui astfel de dispozitiv este lipsa izolației, adică nu există izolare galvanică.
9. Putere. Această opțiune este utilizată cu curent variabil și convertește energia electrică în instalații și rețele de alimentare. Acest tip este utilizat pe scară largă pe liniile electrice de înaltă tensiune (35-750 kV), rețelele electrice urbane (10 și 6 kV).
10. Accelerație dublă. Prezența a 2 împachetări egale face posibilă obținerea unui accelerator mai eficient decât unul convențional. Ele sunt utilizate la intrarea filtrului în sursa de alimentare, precum și în echipamentele audio.
11. Transfluxor. Magnetizarea rămasă a firului magnetic este mare, ceea ce face posibilă utilizarea acestuia pentru stocarea informațiilor.

Un pic de istorie

Invenția transformatoarelor a început în 1876, de către marele om de știință rus P.N. Yablokov. Apoi produsul său nu avea un miez închis, care a apărut mult mai târziu - 1884. Și odată cu apariția dispozitivului, oamenii de știință au devenit interesați activ de curentul alternativ.

De exemplu, deja în 1889, M.O. Dolivo-Dobrovolsky (inginer electrician rus) a propus un sistem de curent alternativ trifazat. El a construit primul cu 3 faze

În câțiva ani, electromecanicul și-a prezentat lucrările la o expoziție, unde a avut loc o prezentare a unei linii trifazate de înaltă tensiune cu o lungime de 175 km, unde electricitatea a fost crescută și scăzută cu succes.

Puțin mai târziu, a venit rândul unităților de ulei, deoarece uleiul nu numai că s-a dovedit a fi un bun izolator, ci și un excelent mediu de răcire.

În secolul al XX-lea, au apărut produse mai compacte și mai economice. Producătorii produselor erau companii străine. În prezent, companiile autohtone sunt, de asemenea, angajate în producție.