Блог

Полезная информация на все возможные области в сфере систем автоматизации и технологий.

трансформатор

Принцип трансформатора и его устройство

Что такое трансформаторы? Статические элементы, обладающее 2-я или большим количеством обмоток, которые служат для осуществления передачи мощности и изменения при этом уровня входного переменного тока и напряжения за счет эффекта электромагнитной индукции в другой выходной переменный ток и напряжение.

Назначение трансформаторов

Что такое трансформаторы? Статические элементы, обладающее 2-я или большим количеством обмоток, которые служат для осуществления передачи мощности и изменения при этом уровня входного переменного тока и напряжения за счет эффекта электромагнитной индукции в другой выходной переменный ток и напряжение — это трансформаторы.

При этом частота в системе является неизменной, а выходные уровни напряжения и тока могут обладать различными значениями. Общая сфера практического применения трансформаторов постоянно расширяется. Их нередко используют, как в электронике бытового назначения (ПК, магнитофонах, блоках электропитания и др.), так и в специальных силовых подстанциях, которые располагаются в определенных ключевых точках современных городов и населенных пунктов.

Специальные силовые трансформаторы понижают уровень приходящего напряжения (магистрального — 1000,0…30000,0В) до классического значения в 380,0В (3-х фазная сеть) или 220,0В (2-х фазная). Кроме этого, на производствах и иных специальных объектах нередко встречаются сварочные трансформаторы, позволяющие осуществлять многие важные технологичные процедуры.

Как работает трансформатор

трансформатор

Трансформатор — это устройство, которое применяется для увеличения или уменьшения уровня рабочего напряжение при переменном токе. Основной принцип трансформатора заключается в использовании электромагнитной взаимоиндукции, с помощью которой проводник, по которому протекает ток, наводит электродвижущую силу (ЭДС) в прилегающий проводник.

В его роли в устройстве выступают первичная обмотка трансформатора (входная) и вторичная (выходная), намотанные специальным образом на магнитопровод, чтобы усилить магнитную взаимосвязь между ними. В качестве магнитопроводов обычно применяют сомкнутые или разомкнутые сердечники, сделанные из стали или сплавов композитного типа, имеющих высокий уровень магнитной проницаемости.

Конструкция и принцип работы

Схема трансформатора, относящегося к классическому, представляет собой конструкцию, состоящую из 2-х обмоток, которые расположены на основе, именуемой магнитопроводом. Каждую из обмоток делают из меди или алюминиевых (с эмалевой изоляцией) проводников, а магнитопроводы — из небольших пластинок из специальной стали, которые покрыты изоляцией в виде специального лака. Такая специальная изоляция применяется для понижения потерь электроэнергии из-за вихревых токов (другое название токи Фуко).

Первичная обмотка трансформатора подведена к источнику электропитания, а вторичной к тойу, на которую подключают рабочую нагрузку. Устройства именуют понижающими, если значение выходного напряжения (U2) ниже на вторичной обмотке (W2), чем входное напряжение (U1), которое получает первичная обмотка трансформатора (W1). Если выходное напряжение на выходе больше, то агрегаты именуют повышающими.

схема трансформатора

Общие характеристики трансформаторов

Основные параметры трансформаторов:

  • рабочее напряжение на обмотках;
  • рабочая мощность;
  • рабочий электроток на обмотках;
  • кпд;
  • количество обмоток;
  • коэффициент трансформации;
  • рабочая частота;
  • общее количество фаз.

Напряжение рабочее первичное U1н — уровень напряжения, которое необходимо подводить к первичной катушке на трансформаторе, чтобы при «холостом» ходу (без нагрузки) получать рабочий уровень вторичного напряжения U2н.

Напряжение рабочее вторичное U2н — уровень напряжения, которое передается на выводы на вторичной обмотке при подключении к первичной обмотке рабочего первичного напряжения U1н, при «холостом» ходу.

Рабочая мощность — одна из основных характеристик трансформатора. В паспорте (заводские сведения) есть возможность ознакомиться с его полной рабочей мощностью (обозначают литерой S). Рабочая мощность трансформатора имеет прямую зависимость от модели задействованного магнитопровода, диаметра и объема витков на обмотках (входных и выходных), т. е. от габаритов, и массы электромагнитного изделия.

Первичный рабочий ток I1н — уровень максимального тока, который протекает в первичной обмотке. То есть тот, который потребляется трансформатором от внешнего источника электропитания, для которого задействовано это устройство, и при котором он будет работать длительный период времени.

Рабочий вторичный ток I2н — уровень максимального тока при нагрузке, который получает вторичная обмотка трансформатора протекает во вторичной обмотке. Его параметры должны быть соответствующими для работы устройств длительное время.

Коэффициент полезного действия является индикатором величины уровня по потерям в устройстве или, по сути, характеризует общую полезную работу трансформатора. КПД определяют по соотношению выходной рабочей мощности (P2) к входящей (P1)

Общее количество обмоток у изделий однофазного типа обычно 2, но в ряде случаев их может быть и больше. На первичной обмотке подключают источник электропитания с одним рабочим уровнем напряжения, а с вторичной обмотки будет получено с иным уровнем.

В случае, когда есть необходимость в различных уровнях рабочего напряжения для обеспечения электропитания нескольких устройств, вторичная обмотка трансформатора используется в соответствующем количестве в зависимости от выбранной модели. Кроме этого, существуют модификации агрегатов, у которых вторичная обмотка трансформатора предусматривает общую точку для обеспечения 2-х полярного электропитания.

Коэффициент трансформации (kт) — соотношение количества витков в первичной обмотке к количеству витков во вторичной обмотке. Рассчитывается по формуле: k=W1/W2.

Подобным образом kт определяют, как соотношение р\уровней рабочих напряжений на зажимах в обмотках: kт=U1н/U2н.

Для понижающих моделей коэффициент трансформации обладает значением свыше значения 1,0, а для повышающих — менее 1,0.

Важно знать: представленный коэффициент kт у трансформаторов тока определяют, как соотношение рабочих уровней первичного и вторичного токов kт=I1н/I2н.

Номинальная частота у разных моделей имеет возможность быть разной. При этом стоит учесть и то, что если уровень напряжения на первичной обмотке идентичен, то агрегат, сделанный под номинальную частоту 50,0 Гц, можно применять при частоте электросети 60,0 Гц, но наоборот — запрещено.

При уровне рабочей частоты менее стандартной будет наблюдаться увеличение индукция в магнитопроводе, что в свою очередь приводит к его насыщению, и соответственно, будет наблюдаться резкий скачок уровня тока на холостом ходу и смена его форм-фактора.

При рабочей частоте выше номинального значения будет наблюдаться повышение нагрева магнитопровода и уровня паразитных токов в нем, а также самих обмоток, что приводит к повешенному износу и повреждениям изоляции.

Схема трансформатора и его размеры имеют прямую зависимость от рабочей частоты тока в электросети, в которой оно будет задействовано. Для рабочих процедур можно использовать исключительно ту модель устройства, которая рассчитана на такую частоту. Размеры устройства зависят от требуемой рабочей частоты, чем она выше, тем меньше будут его габариты. Поэтому в блоках питания импульсного типа стоят небольшие по размерам высокочастотные трансформаторы.

Режимы работы устройства

Как работает трансформатор?

К основным режимам эксплуатации относят:

  1. Рабочий. В нем функционируют практически все модели. К примеру, силовые модели трансформаторов при эксплуатации имеют рабочие напряжения и токи обмоток, которые различаются от номинала. Это объясняется тем, что на них нагрузка постоянно меняется.
  2. Номинальный. В нем трансформаторы работают не часто, поскольку существенно понижается общий КПД.
  3. Оптимизированный. Рассматривая иные режимы трансформаторов, можно отметить, что в этом устройство обладает максимальным коэффициентом полезного действия
  4. Холостой ход. Применяется для моделей трансформаторов напряжения.
  5. Короткое замыкание. Используется в моделях трансформаторов сварочного типа и тока. Для иных моделей таких устройств — это аварийный режим.

Конструкция трансформаторов

Конструкция трансформаторов, как и иных приборов для модификации электрического напряжения, не обходится без изолированных обмоток. Это первичная и вторичная обмотка трансформатора. Их основу, как правило, составляет лента или проволока.

Трансформаторный сердечник, изготовленный из ферромагнита, является местом расположения обмотков. Реализация катушечной связи происходит за счёт магнитного потока. Если процессы предполагают ток высокой частоты (от 100 килогерц), сердечник в устройстве отсутствует.

Типы классических трансформаторов

Типы трансформаторов:

  • автoтрансформаторы;
  • устройства силового типа;
  • измерения;
  • разделения;
  • согласующие устройства;
  • импульсные;
  • «Пик» трансформаторы;
  • сварочные устройства.
силовой трансформатор

Силовые

Трансформаторный прибор силового типа — устройство, наиболее часто использующееся в промышленности. Силовой трансформатор обеспечивает контроль за уровнем напряжения. Данный тип устройства — незаменимый элемент для работы электрических сетей различных промышленных производств, поселений и так далее.

Автoтрансформаторы

Данный электрический трансформатор отличается единичной обмоткой с разветвлёнными отводами. Результатом перехода с одного отвода на другой являются разные уровни напряжения. Автотрансформаторы не предполагают входной/выходной гальванической развязки, что является существенным минусом данной модели.

Трансформаторы тока

Токовые трансформаторы позволяют модифицировать электронапряжение, при этом показатели мощности остаются без изменений. Как правило, такой вид устройства используется для снижения уровня электрозаряда до показателей, оптимальных для замера. Также токовые трансформаторы применимы в щитах распределения для включения энергетических счётчиков, защитных рeлe, измерительных устройств и т.д.

По критерию назначения выделяют следующие виды трансформаторов:

  • защитные;
  • лабораторные;
  • измерительные.

Трансформаторы напряжения

Трансформатор предназначен для достижения нужного показателя электронапряжения от промышленной электросети и подобных источников.

По признаку назначения существуют следующие разновидности:

  • измерительные;
  • силовые;
  • лабораторные;
  • согласующие;
  • трансформаторы высокого напряжения.

Трансформаторные приборы силового типа наиболее оптимальны для бытового применения. Такие устройства пригодны для подключения бытовой техники к электрической сети напряжением в 220 Вольт. По своему строению они не отличаются от классических моделей, имеют две и более катушки, расположенные на сердечнике из железа.

Основное отличие трансформатора напряжения от токовой модели заключается в оптимальном рабочем режиме. Для указанного типа подходит «холостой ход». Другими словами, вторичная обмoтка трансформатора (это, где снимается электроэнергия с необходимыми показателями) нагружается по минимуму. Для достижения холостого режима уровень сопротивления нагрузки должен быть равен или превышать (не более, чем в 1,5 раза) степень сопротивления выходной обмотки трансформаторного прибора.

Импульсные

Импульсный электрический трансформатор применяется для модификации импульсного сигнала, минимального по времени (не более 10 микросекунд). В данном случае импульс практически сохраняет свою форму. Импульсный трансформатор оптимален в цепях обработки видеосигнала.

Разделительные

Принцип трансформатора данной разновидности во многом идентичен повышающим/понижающим трансформаторным приборам. Ключевое отличие разделительных устройств — расположение одинаковых обмоток на одном магнитoпроводе. Получается, каждая обмотка имеет одинаковую изоляцию, проводное сечение, количество витков и т.п. В результате трансформационный коэффициент равняется единице.

Согласующие

Назначение трансформатора данного вида — стабилизация сопротивления отдельных каскадных элементов электросхем. Также согласующие приборы применимы в подключении нагрузки, имеющей степень сопротивления, выходящей за предельные значения. Подобная нагрузка включает максимальный уровень мощности. В этом случае не учитываются меняющиеся показатели напряжения и силы тока. Входные/выходные и межкаскадные трансформаторные модели используются в низкочастотных усилителях.

Пик-трансформатор

«Пик» трансформатор — это разновидность необходима для модификации напряжения в форме синусоиды в импульсные «пики». Показатели колебательной частоты и полярности остаются неизменны.

Применение трансформаторов данного типа — использование в тех процессах, где для включения какого-либо прибора необходим одиночный импульс с рассчитанной амплитудой напряжения.

Неисправности трансформаторов

Трансформатор состоит из разных компонентов. Им свойственно утрачивать работоспособность. Зачастую поломки трансформаторных агрегатов вызваны следующим:

  • Повреждение магнитопровода во время эксплуатации устройства.
  • Неисправность корпусной изоляции.
  • Механическое повреждение oбмотки.
  • Обрывание обмотки.
  • Снижение уровня проводниковой изоляции. Возникновение замыкания между витками.
  • Естественный износ обмоточных выводов/контактов.

Как проверить целостность изделия

Применение релейных защитных элементов позволяет оперативно выявить поломки в устройстве. Во избежание серьёзных неисправностей рекомендуется регулярно проводить осмотр и техническое обслуживание приборов. Все виды трансформаторов нуждаются в контроле!

Цельность трансформаторных выводов и обмоток проверяется путём измерения их активных сопротивлений, последующей проверкой и нанесением меток.

Для разграничения начала и конца каждой обмотки следует выбирать метод, предполагающий определение полярности.

Проверка работы трансформатора (безопасная)

Все типы трансформаторов требуют регулярного контроля.

Первичный осмотр внешних элементов. Первый этап любой профессиональной проверки — визуальный. Внимательно изучаются все части трансформатора.

Определяется:

  • Текущее состояние детальных поверхностей.
  • Количество царапин/трещин на изоляции.
  • Текущее состояние болтовых/клеммных соединений.
  • Количество внешних дефектов.

Испытания изоляции

Если токовый трансформатор является частью группы приборов высокого напряжения, то монтировка осуществляется в линии нагрузки. В данных условиях эксперименты с изоляцией проводятся одновременно с испытаниями отходящих линий высокого напряжения. За результаты исследований ответственны работники службы изоляции. Если полученные результаты соответствуют «эталонным» показателям, то трансформатор становится пригодным для эксплуатации.

Проверка состояния изоляции

Мегомметр — устройство, применяющееся для определения уровня изоляционного сопротивления. Измерительный прибор должен полностью отвечать требованиям, установленным в технической документации.

С помощью мегомметра измеряется уровень сопротивления между:

  • отдельной обмоткой и корпусом;
  • отдельной обмоткой и оставшимися обмотками.

Минимальное значение сопротивления токовой цепи для выхода в эксплуатацию — 1 Мегаом.

Оценка работоспособности трансформатора тока

Наиболее эффективный и точный метод — прямая проверка. В отдельных случаях может понадобиться новая проверочная цепь. Зачастую магнитопровод должен быть заземлён. Для понимания в таких устройствах стоит маркировка с цифрой 3. Несмотря на эффективность прямой проверки, на практике чаще используются иные методы.

«Авиэлси» — компания, профиль которой — профессиональные решения в автоматизации и электротехнике. Мы готовы выполнить любую схему грамотно. По всем вопросам по ремонту и обслуживанию обращайтесь к консультантам нашего сайта. Можно сделать заявку прямо сейчас, используя любую удобную форму обратной связи. Наши специалисты оперативно свяжутся с вами, чтобы уточнить все нюансы.

Мы предлагаем Нашим Клиентам комплексные решения систем автоматизации из одних рук, что позволяет избавиться от ненужных интерфейсов, с гарантией максимальной гибкости и высокой рентабельностью проектов.

Политика конфиденциальности

Обратная связь

Ваше сообщение отправлено. Мы в скором времени свяжемся с Вами.

Начните сотрудничество

Обратная связь

Ваше сообщение отправлено. Мы в скором времени свяжемся с Вами.

Оставьте заявку на продукцию

Обратная связь

Ваше сообщение отправлено. Мы в скором времени свяжемся с Вами.

Оставьте заявку на ремонт

Обратная связь

Ваше сообщение отправлено. Мы в скором времени свяжемся с Вами.

Контактная информация