Принцип устройства трансформатора
Трансформатор — статический (без подвижных частей) электромагнитный аппарат, предназначенный для повышения или понижения напряжения переменного тока. Принципиальная схема трансформатора приведена на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема трансформатора
Основные части трансформатора: замкнутый стальной сердечник 1 и размещенные на этом сердечнике обмотки 2 и 3. Обмотки изолированы от стального сердечника и друг от друга, т. е. обмотки электрически не связаны между собой. Сердечники трансформаторов набирают из листов специальной так называемой трансформаторной стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Листы стали изолируют друг от друга специальной бумагой или лаковой изоляцией. Трансформаторная сталь имеет повышенное по сравнению с обычной сталью электрическое сопротивление, способствующее, так же как и наличие прокладок и лака, уменьшению вихревых токов, индуктируемых в сердечнике, и связанных с ними потерь.
В трансформаторной стали потери, связанные с гистерезисом (перемагничиванием), меньше, чем в других сортах стали.
- Обмотка трансформатора, к которой подводится электрическая энергия, называется первичной обмоткой, другая, к которой присоединяются приемники энергии, — вторичной обмоткой.
- Режим работы трансформатора, при котором вторичная обмотка разомкнута, а к зажимам первичной подведено напряжение, называется холостым ходом.
- Если к зажимам первичной обмотки подвести напряжение переменного тока U1, то в первичной обмотке потечет ток, который создаст переменный магнитный поток.
Соответственно все электрические величины (мощность, напряжение, ток, сопротивление и т. д.), относящиеся к электрической цепи первичной обмотки, называются первичными, а относящиеся ко вторичной обмотке, — вторичными. Обмотка с более высоким напряжением называется обмоткой высшего напряжения (в. н.), обмотка, присоединенная к сети с меньшим напряжением, называется обмоткой низшего напряжения (н.н.). Если вторичное напряжение меньше первичного, то трансформатор называется понижающим, а если больше — повышающим.
Преобладающая часть магнитных линий потока замкнется по стальному сердечнику, пронизывая все нитки первичной и вторичной обмоток. Эта часть магнитного потока называется основным, или рабочим, магнитным потоком Фт.
Другая часть потока, обычно гораздо меньшая, замыкается через воздух, пронизывая только витки первичной обмотки, и называется потоком рассеяния первичной обмотки Фs1. При разомкнутой вторичной цепи (цепи, питаемой от вторичной обмотки) ток в ней отсутствует и с ней не связано никакое магнитное поле.
При замыкании вторичной цепи в ней появляется ток; связанное с ним магнитное поле образует два потока: один в сердечнике, другой, замыкающийся через воздух, Фs2; таким образом, около вторичной обмотки также создается поток рассеяния.
Потоки рассеяния аналогичны магнитному потоку самоиндукции, который создает ток в любой катушке индуктивности и любом проводе. Эти потоки являются вредными.
Согласно закону электромагнитной индукции при изменении основного магнитного потока индуктируется э. д. с. в первичной обмотке Е1 и во вторичной Е2.
Так как первичная обмотка с числом витков w1 и вторичная обмотка с числом витков w2 пронизываются одним и тем же основным потоком, то очевидно, что в каждом витке обеих обмоток индуктируется одинаковая по величине э. д. с. е. Следовательно, Es1 = ew1 и Е2 = ew2, откуда
где К — коэффициент трансформации трансформатора.
Поток рассеяния в свою очередь индуктирует э. д. с. рассеяния в первичной обмотке Es1.
Следовательно, напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора, U1 должно быть уравновешено падением напряжения в активном сопротивлении I1r1 первичной обмотки, э. д. с. Esl рассеяния и э. д. с. E1 основного потока.
При холостом ходе, т. е. при разомкнутой вторичной цепи, Es1 и I1r1 очень малы и можно считать, что э. д. с. Е1, индуктируемая в первичной обмотке, полностью уравновешивает подведенное напряжение U1.
При разомкнутой вторичной цепи э. д. с. Е2 электрического тока не вызывает, но если мы замкнем вторичную обмотку, т. е. присоединим к ней приемники электроэнергии, то под действием вторичной э. д. с.
по вторичной цепи потечет ток, подводимая к трансформатору первичная мощность преобразовывается во вторичную, где используется для приемников электроэнергии (электродвигателей, электрических ламп и т. д.).
Если не учитывать потерь, можно считать, что подводимая мощность E1I1 приблизительно равна вторичной мощности Е2I2 (I1 и I2 — первичный и вторичный токи трансформатора), т. е.
т. е. при трансформации первичный и вторичный токи приблизительно обратно пропорциональны числам витков соответствующих обмоток; э. д. с. первичной и вторичной обмоток прямо пропорциональны числам витков соответствующих обмоток.
Вторичный ток I2, проходя в обмотке, создает ампер-витки I2w2, действующие в той же магнитной цепи трансформатора (сердечнике), что и ампер-витки первичной обмотки. Следовательно, при нагрузке основной магнитный поток (сцепленный с первичной и вторичной обмотками) будет определяться совместным действием ампер-витков l1w1 первичной и ампер-витков I2w2 вторичной обмоток.
Согласно закону Ленца индуктированный во вторичной обмотке ток направлен таким образом, что препятствует изменению сцепленного с ним магнитного потока. Изменение магнитного потока вызывается первичными ампер-витками l1w1. Следовательно, вторичный ток должен быть такого направления, чтобы создаваемые ими ампер-витки действовали против ампер-витков первичной обмотки.
Уменьшение основного магнитного потока из-за размагничивающего действия вторичных ампер-витков вызовет уменьшение индуктированной им э. д. с. Е1 в первичной обмотке.
Так как напряжение, приложенное к зажимам первичной обмотки U1, остается постоянным, то при уменьшении Е1 оно не уравновешивает напряжения U1, поэтому ток увеличивается до величины, при которой восстанавливается равенство напряжения U1 и э. д. с. Е1.
При этом основной магнитный поток должен практически сохранять величину, равную величине основного потока при холостом ходе.
Действительно, при всех нагрузках трансформатора напряжение сети U1 должно уравновешиваться э. д. с. Е1 (падением напряжения в первичной обмотке пренебрегаем). Для этого необходимо, чтобы основной магнитный поток Фт оставался неизменным, т. е.
постоянным при любой нагрузке трансформатора. Ток I1 в первичной обмотке должен быть таким, чтобы компенсировать влияние ампер-витков, создаваемых током I2 во вторичной обмотке. Напряжения на зажимах вторичной обмотки всегда меньше э. д. с.
Е2 вследствие падения напряжения в активном и реактивном сопротивлениях вторичной обмотки.
Трехфазные трансформаторы
Для трансформации трехфазного тока применяют трехфазные трансформаторы (трехстержневые), или групповые, которые составляются из трех однофазных.
Создателем первой конструкции трехфазного трансформатора является М. О. Доливо-Добровольский. Ученый применил его при сооружении в 1891 г. первой линии электропередачи трехфазного тока, по тому времени самой большой в мире по мощности и протяженности, осуществленной на расстоянии 178 км при напряжении до 30 000 в. Трехстержневые трехфазные трансформаторы имеют общую магнитную цепь для всех трех фаз, состоящую из трех вертикальных стержней и двух горизонтальных, связывающих вертикальные стержни (рис. 2). Каждый вертикальный стержень 1, 2 и 3 с двумя обмотками I и II представляет собой однофазный трансформатор. Одна из обмоток является первичной,а другая — вторичной. Процессы, происходящие в каждой фазе трехфазного трансформатора, не отличаются от процессов в однофазном трансформаторе.
Рис. 2. Трёхфазный трансформатор
При этом в любой момент времени основной магнитный поток каждой фазы равен алгебраической сумме магнитных потоков двух других фаз. Первичные, а также вторичные обмотки могут соединяться между собой звездой:
или треугольником:
Если первичные обмотки трансформатора соединены звездой, а вторичные — треугольником, то такое соединение обозначается знаком:
Соединение звездой первичных и вторичных обмоток обозначают знаком:
При передаче энергии из первичной обмотки трансформатора во вторичную часть мощности расходуется: на нагревание стального сердечника (гистерезис и вихревые токи), на нагревание первичной и вторичной обмоток (тепло Ленца).
Мощность, расходуемая на нагревание стального сердечника, называется потерями в стали и обозначается Рст.
Мощность, расходуемая на нагревание обмоток, называется потерями в меди и обозначается Рм.
Отношение мощности Р2, отдаваемой вторичной обмоткой потребителям тока (вторичная мощность), к мощности Р1 подводимой к первичной обмотке (первичная мощность), называется коэффициентом полезного действия(к. п. д.) трансформатора:
где
— мощность, отдаваемая трансформатором. Коэффициенты полезного действия трансформаторов достигают весьма высоких значений. К. п. д. некоторых мощных трансформаторов составляет 98—99%.
Трансформаторы, обычно применяемые в береговых установках, погружают в бак со специальным трансформаторным маслом. Масло имеет большую теплоемкость, чем воздух, лучше отводит теплоту и является хорошим изоляционным материалом.
Масло повышает электрическую прочность изоляции обмоток трансформатора. Поэтому масляные трансформаторы имеют меньшие габариты, чем воздушные той же мощности и с таким же напряжением.
Стенки бака для лучшей теплоотдачи изготовляются из волнистого железа; иногда к баку пристраивается специальный радиатор.
Автотрансформатор
Трансформатор, имеющий только одну обмотку, часть которой является общей для первичной и вторичной цепи, называется автотрансформатором (рис. 3, б).
Рис. 3. Автотрансформатор
Первичная обмотка (рис. 3, а) — витки w1 (участок обмотки 1—3), а вторичная — витки w2 (участок обмотки 1' — 2').
В общей части обмотки 1—2 ток равен разности I2 — I1, так как в автотрансформаторе вторичная обмотка совмещена с первичной.
Отношение
называется коэффициентом трансформации автотрансформатора. Преимуществами автотрансформатора (по сравнению с трансформатором) являются уменьшение сечения общей части обмотки, больший к. п. д. и меньший вес.
- Наряду с указанными достоинствами автотрансформатор имеет существенный недостаток, а именно: возможность проникновения высокого напряжения в сеть низкого напряжения, так как первичные обмотки имеют электрическое соединение; поэтому автотрансформаторы применяются главным образом в установках низкого напряжения.
- Судовые трансформаторы
- Изоляция их рассчитана на длительное пребывание в условиях большой влажности окружающей среды.
- Все судовые трансформаторы выпускаются в гладких, закрытых металлических кожухах, снабженных лапами с отверстиями для крепления трансформаторов болтами к палубе или переборкам.
Трансформаторы, предназначенные для береговых и общепромышленных установок, отличаются от судовых. Обычно трансформаторы мощностью свыше 10 кВА, применяемые в береговых установках, погружают в бак, наполненный специальным трансформаторным маслом. Для установки на судах отечественная промышленность выпускает специальные типы судовых трансформаторов — однофазные и трехфазные. Все судовые трансформаторы имеют естественное воздушное охлаждение. Масляные трансформаторы, несмотря на их преимущества, на судах не применяют, так как масло обладает горючестью и может выплескиваться при качке. Однофазные судовые трансформаторы выпускаются мощностью до 10,5 кВА, а трехфазные — до 50 ква. Первичное напряжение их равно 400, 230 и 133 в (последнее только для однофазных трансформаторов), а вторичное — 230, 133, 115 и 25 в. Для возможности регулирования вторичного напряжения первичная обмотка трансформатора имеет несколько выводов. У трансформаторов для номинального первичного напряжения 380 в эти выводы соответствуют напряжению сети 400, 390, 380 и 370 в, а у трансформатора на 220 в — 230, 225, 220 и 215 в. Если при номинальном напряжении первичной сети к ней будет подключена более высокая ступень напряжения первичной обмотки (например 400 или 390 в при номинале 380 в), то на вторичной стороне трансформатора напряжение будет ниже номинального. При подключении на первичной стороне более низкой ступени, чем номинальное напряжение, на вторичной стороне получим напряжение выше номинального. Судовые трансформаторы выпускаются для установки на открытых палубах и для установки в закрытых помещениях.
⇒ВНИМАНИЕ⇐
- Материал на блоге⇒ Весь материал предоставляется исключительно в ознакомительных целях! При распространении материала используйте пожалуйста ссылку на наш блог!
- Ошибки⇒ Если вы обнаружили ошибки в статье, то сообщите нам через контакты или в х к статье. Мы будем очень признательны!
- Файлообменники⇒ Если Вам не удалось скачать материал по причине нерабочих ссылок или отсутствующих файлов на файлообменниках, то сообщите нам через контакты или в х к статье.
- Правообладателям⇒ Администрация блога отрицательно относится к нарушению авторских прав на www.electroengineer.ru. Поэтому, если Вы являетесь правообладателем исключительных прав на любой материал, предоставленный на ресурсе, то сообщите нам через контакты и мы моментально примем все действия для удаления Вашего материала.
⇓ОБСУДИТЬ СТАТЬЮ⇓
Виды трансформаторов. Где и для чего применяются?
Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня поговорим про виды трансформаторов, рассмотрим их общее устройство и принцип работы, узнаем где применяются. И так…
В энергетике и электротехнике постоянно требуется преобразование тока из одного состояния в другое.
В этих процессах активно участвуют различные виды трансформаторов, представляющие собой электромагнитные статические устройства, без каких-либо подвижных частей.
В основе их действия лежит электромагнитная индукция, посредством которой переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения. При этом частота остается неизменной, а потери мощности совсем незначительные.
Общее устройство и принцип работы
Каждый трансформатор оборудуется двумя или более обмотками, индуктивно связанными между собой. Они могут быть проволочными или ленточными, покрытыми изоляционным слоем. Обмотки наматываются на сердечник, он же магнитопровод, выполненный из мягких ферромагнитных материалов. При наличии одной обмотки, такое устройство называется автотрансформатором.
Принцип действия трансформатора довольно простой и понятный. На первичную обмотку устройства подается переменное напряжение, что приводит к течению в ней переменного тока. Этот переменный ток, в свою очередь, вызывает создание в магнитопроводе переменного магнитного потока.
Под его воздействием в первичной и вторичной обмотках происходит наведение переменной электродвижущей силы (ЭДС). Когда вторичная обмотка замыкается на нагрузку, по ней также начинает течь переменный ток. Этот ток во вторичной системе отличается собственными параметрами.
У него индивидуальные показатели тока и напряжения, количество фаз, частота и форма кривой напряжения.
В конструкцию простейшего силового трансформатора входит магнитопровод, изготавливаемый из ферромагнитных материалов, преимущественно из листовой электротехнической стали. На стержнях магнитопровода – сердечника располагаются первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка соединяется с источником переменного тока, а вторичная подключается к потребителю.
Типы трансформаторов
В соответствии со своими параметрами и характеристиками, все виды трансформаторов разделяются:
- По количеству фаз могут быть одно- или трехфазными
- В соответствии с числом обмоток, трансформаторы бывают двух- или трехобмоточными, а также двух- или трехобмоточными с расщепленной обмоткой
- По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н)
- По видам охлаждения – с естественным масляным охлаждением (М), с масляным охлаждением и воздушным дутьем (Д), принудительная циркуляция масляного охлаждения (Ц), сухие трансформаторы с воздушным охлаждением (С). Кроме того, существуют устройства без расширителей, для защиты которых используется азотная подушка.
Среди многообразных трансформаторных устройств чаще всего встречаются трансформаторы:
- силовые
- измерительные
- специальные
Силовые трансформаторы
Термином «силовой» определяют назначение, связанное с преобразованием высоких мощностей. Вызвано это тем, что большинство бытовых и производственных потребителей электрических сетей нуждаются в питании напряжением 380/220 вольт. Однако доставка его на большие расстояния связана с огромными потерями энергии, которые снижаются за счет использования высоковольтных линий.
Воздушные ЛЭП высокого напряжения соединяют в единую сеть подстанции с силовыми трансформаторами соответствующего класса.
Силовой трансформатор 110 кВ
А по другим линиям напряжение 6 или 10 кВ подводится к силовым трансформаторам, обеспечивающих питанием 380/220 вольт жилые комплексы и производственные предприятия.
Силовой мачтовый трансформатор 10 на 0,4 кВ
Измерительные трансформаторы
В этом классе работают два вида устройств, обеспечивающих в целях измерения параметров сети преобразования:
Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики периодически подвергают поверке на правильность измерения как величин, так и углов отклонения векторов тока и напряжения.
Трансформаторы тока
Главная особенность их устройства заключается в том, что они постоянно эксплуатируются в режиме короткого замыкания. У них вторичная обмотка полностью закорочена на маленькое сопротивление, а остальная конструкция приспособлена для такой работы.
Чтобы исключить аварийный режим входная мощность ограничивается специальным устройством первичной обмотки: в ней создается всего один виток, который не может создать при протекании по нему тока большого падения напряжения на обмотке и, соответственно, передать в магнитопровод высокую мощность.
Этот виток врезается непосредственно в силовую цепь, обеспечивая его последовательное подключение. У отдельных конструкций просто создается сквозное отверстие в сердечнике, через которое пропускают провод с первичным током.
Нагрузку вторичных цепей трансформатора тока, находящегося под напряжением, нельзя разрывать. Все провода и соединительные клеммы по этой причине изготавливаются с повышенной механической прочностью. В противном случае на разорванных концах сразу возникает высоковольтное напряжение, способное повредить вторичные цепи.
Благодаря работе трансформаторов тока создается возможность обеспечения постоянного контроля и анализа нагрузок, протекающих в электрической системе. Особенно это актуально на высоковольтном оборудовании.
Измерительные трансформаторы тока 110 кВ
Номинальные значения вторичных токов измерительных трансформаторов энергетики принимают в 5 ампер для оборудования до 110 кВ включительно и 1 А — выше.
Широкое применение трансформаторы тока нашли в измерительных приборах. За счет использования конструкции раздвижного магнитопровода удается быстро выполнять различные замеры без разрыва электрической цепи, что необходимо делать при использовании обычных амперметров.
Токовые клещи с раздвижным магнитопроводом трансформатора тока позволяют обхватить любой проводник с напряжением и замерить величину и угол вектора тока.
Трансформаторы напряжения
Отличительная особенность этих конструкций заключается в том, что они работают в режиме, близком к состоянию холостого хода, когда величина их выходной нагрузки невысокая. Они подключается к той системе напряжений, величина которой будет измеряться.
Измерительный трансформатор напряжения 110 кВ
Измерительные трансформаторы напряжения обеспечивают гальваническую развязку оборудования первичных и вторичных цепей, работают в каждой фазе высоковольтного оборудования.
Из них создают целые комплексы систем измерения, позволяющие фильтровать и выделять различные составляющие векторов напряжения, учет которых необходим для точной работы защит, блокировок, систем сигнализации.
За счет работы трансформаторов тока и напряжения снимают вектора вторичных величин, пропорциональные первичным в реальном масштабе времени. Это позволяет не только создавать цепи измерения и защит по току и напряжению, но и за счет математических преобразований векторов анализировать состояние мощностей и сопротивлений в действующей электрической системе.
Специальные виды трансформаторов
К этой группе относят:
- разделительные
- согласующие
- высокочастотные
- сварочные и другого типа трансформаторные устройства, созданные для выполнения специальных электрических задач
Разделительные трансформаторы
Размещение двух обмоток совершенно одинаковой конструкции на общем магнитопроводе позволяет из 220 вольт 50 герц на входе получать такое же напряжение на выходе.
Напрашивается вопрос: зачем делать такое преобразование? Ответ прост: в целях обеспечения электрической безопасности.
Разделительный трансформатор с системой контроля изоляции, тока нагрузки, температуры трансформатора
При пробое изоляционного слоя провода первичной схемы, на корпусе прибора появляется опасный потенциал, который по случайно сформированной цепи через землю способен поразить человека электрическим током, нанести ему электротравму.
Гальваническое разделение схемы позволяет оптимально использовать питание электрооборудования и в то же время исключает получение травм при пробоях изоляции вторичной схемы на корпус.
Поэтому разделительные трансформаторы широко используются там, где проведение работ с электроинструментом требует принятия дополнительных мер безопасности. Также они широко используются в медицинском оборудовании, допускающем непосредственный контакт с телом человека.
Высокочастотные трансформаторы
Отличаются от обычных материалом магнитопровода, который способен, в отличие от обычного трансформаторного железа, хорошо, без искажений передавать высокочастотные сигналы.
Используется в электротермии, в частности при индукционном нагреве в электротермических установках для высокочастотной сварки металлов, плавки, пайки, закалки и т.д.
Согласующие трансформаторы
Основное назначение — согласование сопротивлений разных частей в электронных схемах. Согласующие трансформаторы нашли широкое применение в антенных устройствах и конструкциях усилителей на электронных лампах звуковых частот.
Сварочные трансформаторы
Первичная обмотка создается с большим число витков, позволяющих нормально обрабатывать электрическую энергию с входным напряжением 220 или 380 вольт. Во вторичной обмотке число витков значительно меньше, а ток протекающий по ним высокий. Он может достигать тысяч ампер.
Поэтому толщина провода этой цепи выбирается повышенного поперечного сечения. Для управления сварочным током существует много различных способов.
Сварочные трансформаторы массово работают в промышленных установках и пользуются популярностью у любителей изготавливать различные самоделки своими руками.
Рассмотренные виды трансформаторов являются наиболее распространёнными. В электрических схемах работают и другие подобные устройства, выполняющие специальные задачи технологических процессов.
Смотрите также по теме:
Трансформатор Тесла (Tesla coil). Делаем своими руками.
Принцип работы трансформатора. Устройство и режимы работы.
Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!
[wysija_form id=»1″]
Трансформатор
Трансформатор – одна из составляющих многих электронных схем. Он служит для преобразования электрических величин: тока и напряжения, а также для согласования частей схемы с различными электрическими параметрами.
Трансформаторов существует огромное количество видов. Рассмотрим лишь основные из них. Обычно в электронных схемах бытовых электроприборов применяются три вида трансформаторов: согласующий, трансформатор тока и напряжения. Существуют также понижающие и повышающие трансформаторы. Их предназначение вытекает собственно из их названия.
Согласующие – согласуют по электрическим параметрам две части одной схемы либо две или несколько различных электрических схем. Понижающие – уменьшают значение тока или напряжения. То есть на вход трансформатора мы подаем одно напряжение (ток) одного значения (величины), а на выходе получаем в несколько раз ниже.
Повышающие делают ту же функцию, но в обратном порядке – они не уменьшают, а увеличивают значение напряжения (тока).
Однако трансформатор – не волшебник и законов физики никто не отменял. А они гласят, что энергия в любом виде не может бесследно исчезнуть или из ниоткуда появится – она лишь преобразуется из одного вида в другой. То же самое и с электрическими величинами: током и напряжением.
Если, к примеру, взять понижающий трансформатор напряжения. Он уменьшает подаваемое на вход напряжение, однако ток также преобразуется, причем обратно пропорционально напряжению.
Энергия, в данном случае характеризуемая электрической мощностью, по закону сохранения энергии остается такой же (за исключением потерь в самом трансформаторе).
Конструктивно трансформатор состоит из сердечника и намотанных на него обмоток из медного провода. Причем эти обмотки не имеют электрического контакта между собой. Таких обмоток может быть несколько в зависимости от функционального назначения и электрических характеристик самого трансформатора.
Принцип работы можно, в общем, рассмотреть на примере трансформатора, содержащего две обмотки: первичную, к которой подается входное напряжение (ток) и вторичную – с которой снимается уже преобразованное напряжение (ток). Ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле.
Это поле пересекает витки вторичной обмотки, возбуждая в ней электродвижущую силу. Если ко вторичной обмотке подсоединить потребителя, например электрическую лампу, то по ней потечет ток, но уже другой величины чем входящий.
Его величина будет определяться параметрами трансформатора, и в частности количеством витков первичной и вторичной обмоток.
Кстати, без трансформаторов сейчас не обходится не одно электронное устройство. Они используются как для преобразования напряжения и тока, так и для согласования различных частей электронной схемы. Такие радиоуправляемые устройства как катера для завоза прикормки также построены с использованием трансформаторов.
Принцип работы трансформатора
Электрическим трансформатором называют электромагнитное устройство, в котором электрическая энергия преобразуется в такую же электрическую энергию, но более завышенного или пониженного напряжения. Простейший трансформатор состоит из обмотки первичного и обмотки вторичного напряжения, которые находятся на стальном сердечнике.
Если к первичной обмотке трансформатора подключить любой источник переменного тока, то в первичной обмотке возникают переменный магнитный поток, силовые линии которого замыкаются по стальному сердечнику трансформатора. Этот же магнитный поток возбужденный током в первичной обмотке, будет проходить и во вторичной обмотке трансформатора, возбуждая в ней напряжение, которое отличается от входящего напряжения первичной обмотки.
Изменяя число витков обмоток можно регулировать исходящее напряжение трансформатора. То есть прямое предназначение трансформатора это трансформирование электрического тока до нужных потребителю параметров.
Видов и типов трансформаторов достаточно много, как и для постоянного, так и для переменного электрического тока. Но давайте рассмотрим силовой трансформатор, благодаря которому в наши дома поступает электрический ток.
В основном такие трансформаторы выпускаются мощностью в 1000 – 2500 кВа. Устройство его довольно простое. Стальной сердечник с вторичной и первичной обмоткой помещен в железном корпусе, в котором находится трансформаторное масло, необходимое для охлаждения. Концы обмоток выведены на изоляторы, которые находятся на крышке бака.
На концы первичной обмотки подается повышенное напряжение, которое трансформируется в 380 вольт которое в свою очередь распределяются, при помощи различных устройств зависящих от типа трансформатора, доходит до конечного потребителя, в нашем случае до нас с вами.
Силовые трансформаторы есть, как и для переменного, так и для постоянного электрического тока.
Трансформаторы постоянного тока для понижения и распределения электрической энергии требуют дополнительных устройств, например {панель псн отвечает за прием и распределение эллектрического тока и благадоря ей трансформатор успешно функционирует.
Все масляные силовые трансформаторы снабжены термометрами для определения температуры масла. Также необходимо следить за уровнем трансформаторного масла независимо от погодных условий, в случае необходимости предусмотрена возможность доливки масла через специальный расширительный бачок на крышке бака трансформатора.
Различные типы трансформаторов получили широкое применение в современном мире в котором практически каждое устройство начиная от телевизора и заканчивая самолетом снабжены тем или иным видом трансформатора.
Скоро!!!! Зарядка телефона в очках не пропустите !
Трансформатор Кулдошина Своими Руками
factoryliveru.netlify.com › ▆ Трансформатор Кулдошина Своими Руками
Трансформатор Кулдошина Своими Руками Rating: 5,5/10 206 reviews
Страница 8 из 468 — 'Вечный Двигатель' — отправлено в Свободная энергия: Большой привет всем! Есть некоторые соображения на счет генератора Хаббарда. Первичная катушка — в центре, вторичные — вокруг. Предположим, что он не имеет сердечника. Получается открытая система(!).
Дальнейшие приключения Теннеси Бака (1988) — The Further Adventures of Tennessee Buck. Всё о фильме: дата выхода, трейлеры, фото, актеры. Отзывы зрителей и профессиональные рецензии. Общие сборы и бюджет фильма. Интересные факты и ошибки в фильме.
Эта тема возникла в связи с написанием статьи о самодельном усилителе низкой частоты. Хотел продолжить повествование, рассказав о блоке питания и добавив ссылку на какую-нибудь популярную статью о перемотке трансформаторов, но не нашёл простого понятного описания.
Что ж поделаешь, всё нужно делать самому. В этом опусе я расскажу, на примере своей конструкции, как рассчитать и намотать силовой трансформатор для УНЧ. Все расчёты сделаны по упрощённой методике, так как в подавляющем большинстве случаев, радиолюбители используют уже готовые трансформаторы.
Статья рассчитана на начинающих радиолюбителей.
Самые интересные ролики на Youtube Те же, кто хочет углубиться в расчёты, может скачать очень хорошую книжку с примерами полного расчёта трансформатора, ссылка на которую есть в конце статьи.
Также в конце статьи есть ссылка на несколько программ для расчёта трансформаторов. Близкие темы. Оглавление статьи.
Страницы 1 Как определить необходимую мощность силового трансформатора для питания УНЧ?
Для колонок описанных, я решил собрать простой усилитель мощностью 8-10 Ватт в канале, на самых дешёвых микросхемах, которые только удалось найти на местном радиорынке. Ими оказались – TDA2030 ценой всего по 0,38$.
Предполагаемая мощность в нагрузке должна составить 8-10 Ватт в канале: 10. 2 = 20W КПД микросхемы TDA2030 по даташиту (datasheet) – 65%.
20 / 0,65 = 31W Я подобрал трансформатор с витым броневым магнитопроводом, так что, КПД можно принять равным – 90%.
31 / 0,9 = 34W Приблизительно оценить КПД трансформатора можно по таблице. Мощность трансформатора (Вт) КПД трансформатора (%) Броневой штампованный Броневой витой Стержневой витой Кольцевой 5-10 60 65 65 70 10-50 80 90 90 90 50-150 85 93 93 95 150-300 90 95 95 96 300-1000 95 96 96 96 Значит, понадобится сетевой трансформатор мощностью около 30-40 Ватт.
Такой трансформатор должен весить около килограмма или чуть больше, что, на мой взгляд, прибавит моему мини усилителю устойчивости и он не будет «бегать» за шнурами. Если мощность трансформатора больше требуемой, то это всегда хорошо. У более мощных трансформаторов выше КПД.
Например, трансформатор мощностью 3-5 Ватт может иметь КПД всего 50%, в то время как у трансформаторов мощностью 50–100 Ватт КПД обычно около 90%. Итак, с мощностью трансформатора вроде всё более или менее ясно. Теперь нужно определиться с выходным напряжением трансформатора.
Какую схему питания УНЧ выбрать?
Для питания микросхемы, я решил использовать двухполярное питание. При двухполярном питании не требуется бороться с фоном и щелчками при включении. Кроме того, отпадает необходимость в разделительных конденсаторах на выходе усилителя.
Ну, и самое главное, микросхемы, рассчитанные на однополярное питание и имеющие соизмеримый уровень искажений, в несколько раз дороже. Это схема блока питания.
В нём применён двухполярный двухполупериодный выпрямитель, которому требуются трансформатор с двумя совершенно одинаковыми обмотками «III» и «IV» соединёнными последовательно. Далее все основные расчёты будут вестись только для одной из этих обмоток.
Обмотка «II» предназначена для питания электронных регуляторов громкости, тембра и стереобазы, собранных на микросхеме TDA1524. Думаю описать темброблок в одной из будущих статей. Ток, протекающий через обмотку «II» будет крайне мал, так как микросхема TDA1524 при напряжении питания 8,5 Вольта потребляет ток всего 35мА.
Так что потребление здесь ожидается менее одного Ватта и на общей картине сильно не отразится. Расчёт выходного напряжения (переменного тока) трансформатора работающего на холостом ходу или без существенной нагрузки.
Этот расчёт необходимо сделать, чтобы обезопасить микросхему от пробоя. Максимальное допустимое напряжение питания TDA2030 – ±18 Вольт постоянного тока. Для переменного тока, это будет: 18 / 1,41 ≈ 12,8 V Падение напряжения на диоде.
выпрямителя при незначительной нагрузке – 0,6 V. 12,8 + 0,6 = 13,4 V. Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов.
При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два. При повышении напряжения сети, напряжение на выходе выпрямителя увеличится. По нормативам, напряжение сети должно быть в пределах – -10 +5% от 220-ти Вольт.
Уменьшаем напряжение на вторичной обмотке трансформатора для компенсации повышения напряжения сети на 5%. 13,4. 0.
95 ≈ 12,7 V Мы получили значение максимального допустимого напряжения переменного тока на вторичной обмотке трансформатора при питании микросхемы TDA2030 от двухполярного источника без стабилизации напряжения.
Проще говоря, это чтобы напряжение не вылезло за пределы ±18V и не спалило микруху. Те же значения для этой линейки микросхем.
Тип микросхемы На выходе трансформатора (В) Напряжение питания max (±В) TDA2030 12,7 18 TDA2040 14 20 TDA2050 17,4 25 Расчёт напряжения (постоянного тока) на выходе блока питания работающего при максимальной нагрузке.
Этот расчёт необходимо сделать, чтобы оценить максимальную мощность на нагрузке и ограничить её путём снижения напряжения, если она выйдет за допустимые пределы для данного типа микросхемы или нагрузки. Под нагрузкой напряжение переменного тока на вторичной обмотке понижающего трансформатора может уменьшиться. 12,7. 0.
9 ≈ 11,4V Падение напряжения на диоде. выпрямителя резко возрастёт под нагрузкой и может достигнуть, в зависимости от типа диода, – 0.8 1,5V. 11,4 – 1,5 = 9,9V.
Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.
После выпрямителя получаем на конденсаторе фильтра напряжение постоянного тока: 9,9. 1,41 ≈ 14V Но, под нагрузкой, конденсатор не будет успевать заряжаться до максимально возможного напряжения. Поэтому, и в этом случае, исходное напряжение увеличивают на 10%. 14. 0.
9 = 12,6V В реальности, действующее напряжение может быть и выше, а 12,6 Вольта, это тот уровень, на котором предположительно возникнет ограничение аудио сигнала. На картинке изображён эпюр напряжения на нагрузке, снятый при воспроизведении частоты синусоидального сигнала.
Сигнал ограничен напряжением питания УНЧ.
При ограничении сигнала возникают сильные искажения, которые фактически и ограничивают выходную мощность УНЧ. По даташиту, при напряжении питания ±12,6 Вольта и нагрузке 4 Ω, микросхема TDA2030 развивает синусоидальную мощность 9 Ватт. Этой мощности вполне хватит для моих скромных колонок и она не выйдет за пределы допуска для TDA2030.
Выходная мощность микросхем этой серии на нагрузке 4 Ω при использовании нестабилизированного блока питания с максимальным допустимым напряжением.
Тип микросхемы Мощность на нагрузке (Вт) Напряжение питания на выходе БП под нагр. (±В) TDA2030 9 12,6 TDA2040 22 14 TDA2050 35 18 Получив необходимые исходные данные, можно приступать к перемотке трансформатора.
РюмкинЯнварь 21st, 2011 at 13:46 У меня возникли несколько вопров к автору.
Вопрос 1: При двухкаркасной намотке на витом разрезном сердечнике какое правильное направление намотки бобин будет? Как в ТОРах,в одном направлений по магнитопроводу? Вопрос 2: Если я достал например витой разрезной 100Ватный магнитопровод,но мне нужен 50Ватник,то как мне рассчитывать обмотки на 50Ватник или на 100Ватник? Вопрос 3: Если есть подозрение в изоляций провода(наример мелкие трещинки и т.д.) то чем мне лучше пропитывать слои?И по поводу плотной бумаги для изоляций,можно ли применить обычную мелованную офисную бумагу и какой плотности? Вопрос 4: Если нет для изоляций обмоток лакоткани,что можно применить вместо неё из доступных материалов,например ФУМлента,тряпочная изолента и т.д.?
Вопрос 5: В витых разрезных сердечниках в местах соединения иногда закрепляют какой то гадостью,чем можно прочистить,так же и касается ржавчины.Потом после сборки чем крепить(заливать) места соединения(если это нужно). AdminЯнварь 21st, 2011 at 15:50 Рюмкин 1.
Безразлично, если потом фазировать обмотки. Но, если не желаете фазировать, то нужно пометить начало каждой обмотки и мотать их все в одну сторону.
При расчёте количества витков имеет значение только габаритная мощность или индукция мангитопровода (но эти параметры взаимосвязаны). А вот сечение провода обмоток определяет, какую мощность сможет передать трансформатор через ту или иную обмотку.
В вашем случае, можно уменьшить сечение провода по сравнению со 100-ваттным трансформатором.
При намотке обычных понижающих силовых трансформаторов иногда используют прокладки из папиросной бумаги. Но, делают это, либо при бескаркасной намотке, либо при намотке высоконадёжных трансформаторов, например, для военной техники.
Почему папиросной? Чтобы сэкономить место в окне могнитопровода.
Окно ведь вырубают исходя из габаритной мощности железа и часто бывает, что запаса на прокладки там нет. Но, между первичными и вторичными обмотками, прокладка должна быть обязательно.
Достаточно двух слоёв любой плотной бумаги (0,1 0,15мм). Нужно следить, чтобы витки вторички не провалились с краю этой прокладки и не коснулись витков первички.
ФУМ-ка – не годится, так как слишком пластина и со временем может прорезаться проводом.
Киперная лента (х/б) иногда используется в качестве изоляции при намотке обмоток на крупные кольцевые (тороидальные) магнитопроводы. Лакоткань – самый удобный материал, используемый при намотке кольцевых магнитопроводов.
При намотке обычных трансов, поверх последней обмотки наматывают полтора слоя плотной бумаги, на которую наносят информацию об обмотках.
Если поверх этой бумаги намотать полтора витка лакоткани, то трансформатор приобретёт законченный и вполне промышленный вид.
РюмкинЯнварь 21st, 2011 at 16:23 «Если после разборки магнитопровода, на нём остались остатки старой эпоксидной смолы, то их можно удалить при помощи самой мелкой наждачной шкурки (нулёвки).
» я понял,но там не написано есть ли необходимость потом выполнить заливку соединений эпоксидкой после окончательной сборки или так ржаветь оставить? По поводу второго вашего ответа я так понял что на стоваттку можно мотать 50ватку без последствий типа нагрев и т.д.
И изменений стандартных расчётов? Но так как вы не ответили полностью на один из моих вопросов я переспрошу:Вопрос 3: Если есть подозрение в изоляций провода(наример мелкие трещинки и т.д.
) то чем мне лучше пропитывать слои?Например Эпоксидкой разбавленной ацетоном, про шеллак скажу что его достать надо ещё,но некоторые говорят что шеллак со спиртом аналогичен французкому полиролю French Polish? Или у вас есть совет получше? И по поводу бумаги,если допустим возникнет необходимость изолировать слои то папиросную бумагу или допустим плотную бумагу (0,1 0,15мм), во сколько слоёв нужно ложить?Мне кажется что плотную бумагу (0,1 0,15мм) ложить в один слой с нахлестом,а папиросную как?
Интересные Идеи Для Дома
Больше вопросов нет. AdminЯнварь 21st, 2011 at 17:55 Рюмкин Если не склеить половинки магнитопровода эпоксидной смолой, то велика вероятность, что трансформатор будет сильно гудеть (резонировать на 50-ти Герцах). Склейку нужно производить, когда всё изделие готово и исправно работает.
Вдруг, во время испытаний изделия выясниться, что нужно отмотать или домотать какую-либо обмотку. Стоваттку можно мотать 50ватку Нужно рассчитать каждую обмотку с учётом потребляемой мощности. Первичную нужно рассчитывать более чем на 50-т Ватт с учётом КПД конкретного транса.
В данном случае, КПД будет выше, так как можно исходить из габаритной можности, а она у нас 100 Ватт.
Например мелкие трещинки Если Вы мотаете виток к витку, то трещинки в лаковом покрытии не мешают, так как между соседними витками и даже витками соседних слоёв напряжение невелико.
Но, если сколоты значительные участки лака, то может произойти, так наз., межвитковое замыкание. И от этого никакая пропитка не спасёт.
В качестве ремонтопригодной пропитки можно использовать стеарин, парафин, воск или смеси этих веществ.
Подарки Своими Руками
Делается это так. Берёте консервную банку подходящего размера и бросаете туда несколько, нарезанных на части, самых дешёвых толстых свечек, купленных в хоз. Затем, эту банку кладёте в кастрюлю с водой и доводите воду до кипения.
Когда стеарин растает, опускаете туда готовую и испытанную катушку вместе с бобышкой (имеется в виду бескаркасная намотка). Выдерживаете какое-то время, чтобы стеарин проник в щели.
Вынимаете катушку, остужаете и только потом выбиваете бобышку.
Своими Руками Для Дома
Папиросную или другую бумагу, используемую как межслоевую прокладку, кладут в один слой внахлёст. Участок прокладки намотанной вахлёст располагают так, чтобы он не попал в окно будущего магнитопровода. Это позволяет сэкономить немного места.
Если я говорю, что можно обойтись без межслоевых прокладок, то это не значит, что не нужно изолировать выводы обмоток. Выводы и отводы обмоток располагаются перпендикулярно виткам обмотки, что создаёт дополнительно давление на лаковое покрытие.
Ответ на Ваш последний пост в форуме.
Интересные факты
| Сейчас одним из часто используемых видом насосов считается аппарат, работающий с помощью системы напора чего-либо, обычно это сжатый воздух. Учёного, который предложил такое решение, звали Папеном, и это было в 1707 году, однако тогда это казалось совершенно невозможным и про идею забыли. Лишь в XX веке механики и инженеры вспомнили об этой идеи и реализовали её в действительность. Это сделал советский инженер В. П. Савотин. Ещё один вариант насосного аппарата с напором – это конструкция, где напором служит жидкое топливо, которое постепенно сгорает. Эту идею осуществил в 1911 году английский инженер Н. Л. Гемфри. Такие конструкции насосов сыграли не маловажную роль в такой отрасли как нефтедобыча. |
| Уменьшим размер, увеличив частоту! |
| Частота колебаний тока у нас в стране — 50 гц. Оказывается, если перейти на 200 гц, вес трансформатора снизится вдвое! Вот, казалось бы, реальный путь к усовершенствованию конструкции. Однако с увеличением частоты тока в 4 раза одновременно во столько же раз вырастут сопротивления всех элементов энергосистемы, общие потери мощности и напряжения. Изменится режим работы линии, и ее перестройка не окупится экономией. В Японии еще хуже: часть энергосистемы работает на 50 гц, часть — на 60 гц. Чего проще привести систему к одному «знаменателю»? Но нет: этому препятствует не только частное владение электростанциями и высоковольтными линиями, но и дороговизна предстоящих переделок. |
| Самые мощные трансформаторы |
| Самый мощный трансформатор. Самый мощный трансформатор изготовлен австрийской компанией «Элин» и предназначен для ТЭЦ в штате Огайо. Eгo мощность 975 мегавольт-ампер, он должен повышать напряжение, вырабатываемое генераторами —25 тысяч вольт до 345 тысяч вольт («Наука и жизнь», 1989, № 1, с. 5). Восемь самых больших в мире однофазных трансформаторов имеют мощность 1,5 млн. кВА. Трансформаторы принадлежат американской компании «Электрик пауэр сервис». 5 из них понижают напряжение с 765 до 345 кВ. («Наука и техника») В 2007 году Холдинговой компанией «Электрозавод» (Москва) был изготовлен самый мощный из ранее выпускаемых в России трансформаторов — ТЦ-630000/330 мощностью 630 МВА на напряжение 330 кВ, весом около 400 тонн. Трансформатор нового поколения разработан для объектов Концерна «Росэнергоатом». |
| Почему гудит трансформатор? |
| Среди студентов давно бытует легенда о чудаке, который на вопрос «Как работает трансформатор? » «находчиво» ответил: «Уууу…» Но только сегодня становится ясной причина этого шума. Оказывается, виноваты не вибрация стальных пластин, плохо скрепленных между собой, не кипение масла и не упругая деформация обмоток. Причиной можно считать магнитострикцию, то есть изменение размеров материала при намагничивании. Как бороться с этим физическим явлением, пока неизвестно, поэтому бак трансформатора облицовывают звукоизолирующими щитами. Нормы на «голоса» трансформаторов довольно жесткие: на расстоянии 5 м — не более 70 децибел (уровень громкой речи, шума автомобиля), а на расстоянии 500 м, где обычно стоят жилые дома, около 35 децибел (шаги, тихая музыка). |
Интересные факты. Почему используется стандарт частоты тока в 50 Герц | УкрЭнерго-Альянс
В отрасли электроэнегетики, для того, чтобы передать и распределить электрический ток, используются одинаковые стандарты частоты, которые составляю 50 ил 60 Гц. Это, действительно, отнюдь не случайно.
Так, например, в нашей стране, СНГ и странах Европы используются единые правила: ток в 220-240 Вольт частотой 50 Гц. На американском континенте принят стандарт в 110-120 Вольт частотой 60 Гц. Откуда же берутся эти величины.
Давайте разберемся.
История
Для начала, вспомним, как всё было.
Еще во второй половине ХХ века многие ученые из разных стран активно изучали принцип работы электричества, получали практический опыт, каким образом его можно будет использовать в быту и производственной деятельности человека.
Так, всем известный ученый-изобретатель Томас Эдисон сделал первую электрическую лампочку и открыл новый век – век электрификации. Это привело к строительству электростанций (в частности, сначала в США), где использовался постоянный ток.
Отметим, что первые лампочки светились электрическим разрядом, который горел на воздухе. Зажигание происходило между двумя угольными электродами, именно поэтому такие лампы назывались дуговыми.
Начало было положено и именно благодаря этим шагам, ученые-экспериментаторы поняли, что если использовать ток в 45 вольт, то дуга становится более устойчивой, но при этом не такой безопасной.
Чтобы получить безопасный вариант, использовался резистивный балласт, на котором в процессе эксплуатации лампочки падало приблизительно 20 Вольт.
Достаточно длительное время в обиходе применялось напряжение постоянного типа, величиной в 65 Вольт. Немного позже его повысили до 110 В, чтобы была возможность включить в сеть несколько (две) последовательно соединенных ламп.
Ученый Томас Эдисон уверенно считал, что именно постоянный ток лучше переменного. Его устройства – генераторы – какое-то время подавали в сеть именно такой ток.
Как выяснилось, такой способ использования был очень затратным и невыгодным из-за необходимости применения большого количества проводниковой продукции, а также их трудоемкой прокладки.
При этом, потеря электроэнергии в процессе передачи была колоссальной.
Позднее стали использовать систему постоянного тока — 3-х проводную в 220 Вольт, где были две параллельные линии по 110 В. Как выяснилось, экономически данный вариант электрификации не улучшил общего положения дел.
Никола Тесла уже через несколько лет представил миру свои уникальные работы, в частности, генератор переменного тока, что сработало в верном направлении и позволило, благодаря его же идеям, значительно снизит затратную часть при передаче электроэнергии.
При этом, во много раз выросла эффективность её передачи, когда большое напряжение могло проходит без значительных потерь огромные расстояния. Как показала практика, переменный ток Теслы значительно превосходил по всем параметрам постоянный Эдисона.
На территории наших стран до середины 60-х годов ХХ столетия, напряжение в сетях было на уровне 127 Вольт. И уже позже, когда производственные мощности значительно выросли, данный показатель был поднят до привычного нам сегодня значения в 220 Вольт.
Ученый Долив-Добровольский, исследовавший переменный источник, предложил использовать для передачи электроэнергии, синусоидальный ток. Также он внес предложение применять частоту в 30-40Гц.
Оптимальными для работы оборудования и приборов оказались 50 Гц на территории наших стран и Европы, а в США применяют частоту 60 Гц.
Двухполюстные генераторы переменного тока характеризуюся частотой вращения в 3000-3600 об/мин. Именно такая работа дает в результате частоты 50-60 Гц. Такие показатели нужны и для нормальной работы генератора.
Конечно, на сегодняшний день можно значительно увеличить частоту передачи электроэнергии. Это привело бы к очень большой экономии использования кабельно-проводниковой продукции.
Однако, на всей планете инфраструктура выстроена и является приспособленной именно к этим, давно знакомым нам величинам, что касается любых генераторов тока на атомных электростанциях.
Так что, вопрос глобального изменения системы передачи и дальнейшей коммутации электроэнергии относится больше к еще далекому будущему и сегодня ток 220 Вольт и 50 Гц является общепринятым стандартом.