Принцип дії трансформатора – пристрій і призначення, схема конструкції

Зміст:

  • Принцип роботи та область застосування ?
  • Пристрій ?
  • Магнітна схема ?
  • Обмотки ?
  • Види перетворювачів ?
  • Силовий трансформатор ?
  • Автотрансформатор ?
  • Трансформатор напруги ?
  • Трансформатори струму ?
  • Розділові трансформатори ?
  • Імпульсні перетворювачі ?
  • Узгоджувальні трансформатори ?
  • Пік-трансформатор ?
  • Здвоєний дросель ?

Трансформатор — це електрична статична машина, призначається для зміни характеристик напруги або струму. Назва говорить сама за себе – трансформувати – значить перетворювати. Втім, трансформації піддаються тільки силові характеристики струму, частота і форма при цьому не змінюються.

e24e308e53326bcba2d7e90b152692be Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

Складається ця машина з декількох основних частин:

  • Корпус або магнітопровід – являє собою сердечник з металевих пластинок, щільно стиснутих між собою, виготовляються з м’якої трансформаторної сталі, а в окремих випадках, з особливого складу феромагнетика.
  • Первинної обмотки – котушка, розміщена на магнітопроводі, по ній пропускається струм, характеристики якого потрібно змінити;
  • Вторинна обмотка – також котушка, але з проводами інших характеристик, в якій індукується струм з іншими, заздалегідь розрахованими параметрами.
  • Принцип роботи та область застосування

    0f98be1220b9dbca4133f5803577d816 Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

    В електромагнітну схему трансформатора входять дві обмотки і замкнутий сердечник, виконуваний з трансформаторних листових матеріалів. Струм, що проходить по первинній котушці, збуджує в сердечнику електромагнітну індукцію.

    Перетинаючи проводи вторинної котушки, вона індукує в ній струм, відповідний параметрів вторинної обмотки. Таких котушок може бути декілька, з різними характеристиками (кількість витків, перетин дроту, матеріал), відповідно і результат індукції буде різним.

    Трансформатори використовуються в енергозабезпеченні народного господарства в різних областях:

  • Для передачі і перетворення електроенергії:
    • Передача електроенергії на далекі відстані та її поділ між користувачами. Передача електроенергії по мережах безпосередньо після генерації пов’язана з його великими втратами. Генератори дають напругу 6-24 кВ, а передача, щоб уникнути втрат, здійснюється при напрузі від 110 до 750 кВ. Для отримання таких характеристик застосовуються підвищувальні трансформатори.
    • Коли електроенергія по ЛЕП доходить до споживача, вона надходить на понижуючі трансформаторні станції, де проводиться пониження напруги і потужності у відповідності з потребами для групи споживачів, а потім розподіляється на інші трансформаторні підстанції, наприклад, районного значення. Подальший розподіл енергії залежить від потреби того чи іншого об’єкта або їх групи.
  • Для правильного включення вентилів в перетворювачах, що дозволяє узгодити величину напруги на виходах і входах пристрою. Їх назва – перетворювальні.
  • Для виконання різних операцій технологічних процесів, наприклад – зварювання, в електролізних виробництвах, у забезпеченні роботи електросталеплавильних агрегатів та інших.
  • Забезпечення роботи схем і приладів, радіоапаратури, електроніки, засобів зв’язку, побутового електрообладнання і багато чого іншого.
  • Для підключення електровимірювальних приладів і окремих апаратів (реле, коммандеры та ін) в ланцюзі високої напруги для забезпечення вимірювань і електробезпеки об’єктів. Такі трансформатори утворюють окремий клас – вимірювальні.
  • Пристрій

    Магнітна схема

    6b69b09e03f5456d27cc7bf6682d681a Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

    Сердечник трансформатора

    Конфігурація магнітної схеми розділяє ці пристрої на три класи:

    • тороїдальні;
    • броньові;
    • стрижневі;

    Стрижень являє собою ту частину магнітопровода, на якій розміщені обмотки, інша частина називається «ярмо». У вигляді стержневих виготовляються трансформатори великої і середньої потужності.

    Це пов’язано також з більш простою схемою охолодження такої машини. Магнітопроводи зазвичай виготовляються з листової електротехнічної сталі товщиною 0,25-0,5 мм. Листові деталі з’єднуються між собою електротехнічним ізолюючим лаком. Це робиться для зменшення впливу вихрових струмів на роботу магнітопровода.

    Малопотужні і микротрансформаторы зазвичай виробляють броневыми, оскільки вони у виготовленні дешевше стрижневих з-за меншої кількості котушок і технологічності виготовлення.

    Одним з переваг тороїдальних трансформаторів є магнітна схема без зазорів. Цим зумовлена низька магнітне опір магнітопровода таких перетворювачів.

    Обмотки

    f03b99fd5a216d80cf2bf9e9eb5f3ba6 Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

    Чим ближче розташовані обмотки по відношенню один до одного, тим надійніше магнітна зв’язок між ними. Тому їх прийнято намотувати одну поверх іншої. Такі котушки називаються концентричними.

    В залежності від конструкції, обмотки можуть бути розташовані послідовно. Ці називаються дисковими. Виконання залежить від особливостей трансформатора і його призначення.

    Потужні статичні машини виділяють багато тепла і потребують інтенсивному охолодженні.

    Види перетворювачів

    Силовий трансформатор

    35963a80cd0802998f08302b14ea6987 Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

    Призначається для зміни параметрів потоку електроенергії в мережах, що використовуються для споживання. Необхідність їх використання пов’язана з потребою зниження потужності (до 760 кВ) підвідних мереж в споживчу потужність міського господарства (220/380 В). Силовий перетворювач змінного струму призначається для зміни сили струму прямим впливом в мережі.

    Автотрансформатор

    cf8ff2d6a29dcdd5f0920bc5098a007f Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

    Відрізняється від попереднього тим, що обмотки в ньому поєднано не тільки через індукційні потоки, але і безпосередньо одна з одною. Вторинна обмотка має кілька висновків (але не менше трьох), підключення до них у різних комбінаціях веде до отримання різної напруги.

    Перевагою такої конструкції є підвищений ККД пристрою, тому що зміни піддається тільки частина енергії. Це ефективно при невеликій різниці напруг на вході і виході.

    Недосконалість цих пристроїв полягає в тому, що між обмотками немає ізоляції. Застосування виправдане при надійне заземлення у мережах до 115 кВ і невеликим коефіцієнтом трансформації – в межах 3-4 разів. Габаритні розміри магнітопровода і обмоток у таких машин менше, отже, вони економічніше у виробництві.

    Трансформатор напруги

    2db173e1f36868b61aab966926285522 Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

    Цей вид перетворювача живиться від джерела. Застосовується зазвичай для зміни високої напруги на знижений в ланцюгах автоматики або релейного захисту. Використання пов’язане з необхідністю огорожі низьковольтних ділянок схем від підвищеної напруги.

    Трансформатори струму

    b886fc16270ef05e8e7709ff54ec1d2d Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

    Тут первинна котушка живиться від джерела струму. Застосовується для зниження струму в пристроях релейного захисту і вимірниках. Разом з тим, проводиться гальванічна розв’язка. Як правило, струм на вторинній котушці становить величину 1А або 5А.

    Первинну котушку включають в один ланцюг з навантаженням, що підлягає контролю, а до вторинної котушки підключаються прилади контролю, або релейні пристрої. Ідеальний режим роботи вторинної обмотки близький до короткого замикання. Якщо відбувається замикання вторинної котушки, виникає напруження настільки велике, що пошкоджує підключені до неї елементи.

    Розділові трансформатори

    56a194c140b256f34674adebb0e9b32d Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

    Обмотки таких машин не пов’язані між собою. Такі перетворювачі застосовуються для поліпшення умов безпеки функціонування мереж при замиканні, спрацьовує гальванічна розв’язка.

    Імпульсні перетворювачі

    129a4b98e4369a9425daa61e1eba1ad8 Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

    Призначені для реформування сигналів у вигляді коротких (до 10 мілісекунд) імпульсів з максимальним збереженням їх форми. В основному застосовується для передачі імпульсів, характерних прямокутною формою. Як правило, головна вимога до цього перетворювача – передача короткочасного імпульсу в максимально збереженою формою, при цьому, зміна його амплітуди і полярності несуттєво.

    Узгоджувальні трансформатори

    8c9af274c4184cb49423fed2dee45696 Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

    Використовуються при узгодженні навантажень різних ділянок з максимальним збереженням форми сигналу. Разом з тим, використання такого перетворювача дає гальванічну розв’язку різних ділянок електронних схем.

    Пік-трансформатор

    d06e938e51cb3e3f409161a65130132b Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

    Машина, що забезпечує зміну синусоїдальних напруг у імпульсні. При цьому, відбувається зміна полярності в кожному полупериоде.

    Здвоєний дросель

    fb9be861328f4edb31e1d50823136c90 Принцип дії трансформатора   пристрій і призначення, схема конструкції

    Конструктивно виконується у вигляді перетворювача з однаковими обмотками. Враховуючи індуктивний вплив котушок один на одного, він помітно ефективніше звичайного дроселя. Поширені як вхідні фільтри БЖ блоків живлення звукових схемах.

    Оцініть статтю
    Довідник корисних порад