Может ли трансформатор повышать или понижать напряжение постоянного тока

Без электричества и электрических приборов уже попросту невозможно представить современный мир. Всё к чему мы так привыкли: освещение, бытовые приборы, компьютеры, телевизоры – так или иначе связано с электропитанием. Однако, стоит отметить, что одни приборы работают от переменного тока, а другие – питаются от источников постоянного тока.

Постоянным током называют ток, который в течение некоторого промежутка времени не меняет своего направления и величины. Таким образом, постоянный ток имеет постоянное напряжение и силу тока.

Постоянный ток используется:

• Для передачи электроэнергии на высоковольтных линиях электропередач (например, 500 кВ). Это связано с тем, что если применять переменный ток того же напряжения, с учетом амплитудных значений напряжений и их перепада, то такие напряжения могут превышать величину напряжения постоянного тока в несколько раз. Использование переменного тока в высоковольтных проводах приведет к дополнительным тратам на изоляционные материалы, что значительно увеличит стоимость ЛЭП.
• В контактных сетях электрического транспорта – троллейбусов и трамваев – до 3000 В.
• В сетях до 1000 В для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска – прокатные станы, центрифуги и прочее.
• Для электросетей до 500 В, используемых для грузоподъемных механизмов – подъемных электрических кранов.
• В качестве источника питания различных переносных бытовых приборов – фонарики, аудиоприёмники, диагностические приборы, мультиметры, мобильные телефоны.

Поток электронов идет строго по прямой линии, никак не колеблясь и не изменяясь. У такого тока нет частоты, потому что нет колебаний. Поток электронов (каждый электрон) двигается строго в одном направлении от «минуса» к «плюсу». Поэтому в батарейках так важно соблюдать полярность. Если подключите два «минуса» или два «плюса», ток просто не потечет.

Стоит отметить, что в условиях тяжелого пуска – то есть если пусковой момент высок, а требуется плавное регулирование скорости, тягового усилия и пускового момента – применяются двигатели постоянного тока. Таковыми, например, являются двигатели электротранспорта, электрических мельниц, центрифуг.

Постоянный ток, чаще всего можно встретить в различных элементах питания – аккумуляторах и батарейках. Скажем, в автомобилях используется аккумуляторы постоянного тока напряжением 12 В; для строительной техники, например, экскаваторов, бульдозеров используются аккумуляторы, имеющие напряжение в 24 В. Аккумулятор мобильного телефона автора статьи – постоянного тока напряжением 3,7 В.

Каждый источник постоянного тока имеет две клеммы или разъема, обозначаемые как плюс (+) и минус (-). Считается, что постоянный ток движется от плюсовой клеммы (+) к минусовой (-), при этом, между ними можно подключить оборудование (например лампочку).

ЧТО БУДЕТ С ТРАНСФОРМАТОРОМ если подать на него постоянное напряжение

На самом деле, процессы, протекающие в электросети постоянного тока происходят очень быстро, и изобразить их в реальном времени не представляется возможным.

Схематично, действие постоянного тока в простейшей сети, многократно замедленное. Оно дает наиболее полное представление о процессах, происходящих в сети постоянного тока.

Переменный ток – это ток, который за определенный промежуток времени, меняет свое направление. Частота смены направления измеряется в герцах. 1 герц (Гц) означает, что за одну секунду совершен полный цикл смены направления (туда-обратно). В Европейских странах, в том числе и в России, в бытовых электросетях используется однофазный переменный ток, имеющий частоту 50 Гц, то есть меняющий своё направление 100 раз в секунду.

Таким образом, за одну секунду через нить лампы, горящей на обычном письменном столе, ток проходит 50 раз в одном направлении и пятьдесят раз в обратном.

В американских и канадских электросетях используется переменный ток с частотой в 60 Гц, вместо общепринятого переменного тока с частотой в 50 Гц.

Также, как источник постоянного тока имеет две клеммы – плюсовую и минусовую, источник однофазного переменного тока имеет две клеммы или разъема, называемые «фаза» и «ноль».

Кстати, переменный ток в домашней розетке называется однофазным, как раз из-за наличия одного разъема «фаза». Величина напряжения переменного однофазного тока равна 220 В.

Переменный ток действует следующим образом: переменный ток начинает движение из «фазы» в сторону «нуля», доходит до него, останавливается, и затем, движется в обратном направлении.

Существует ли трансформатор постоянного тока?

Здравствуйте уважаемые посетители сайта: «Помощь электрикам». Может ли работать силовой трансформатор на постоянном токе, и существуют ли они?

С уверенностью можно ответить, что — нет, трансформаторы не могут работать на постоянном токе
Здравствуйте уважаемые посетители сайта: «Помощь электрикам».
Может ли работать силовой трансформатор на постоянном токе, и существуют ли они?
С уверенностью можно ответить, что — нет, трансформаторы не могут работать на постоянном токе.

Это принципиальное свойство любого трансформатора — использовать при работе только переменный ток. Есть физическое обьяснение даного явления. Переменный ток создает переменное магнитное поле, которое способно наводить ЭДС во вторичной обмотке. А вот поле, созданное постоянным током, создаёт эдс только в движущемся проводнике, который называется генератором. Чтобы осуществить преобразование постоянного тока одного значения в другое применяются DC-DC преобразователи (это стандартные электронные компоненты), где сначала постоянный ток преобразуется в переменный (импульсный), и уже полученный переменный ток уже подаётся на транформатор, а на выходе трансформатора с помощью диодного моста преобразуется в постоянный.

Но такие устройства, грубо говоря является не трансформатором ПОСТОЯННОГО тока. Потому как эдс во вторичной обмотке наводится в момент ИЗМЕНЕНИЯ тока в первичной, и при выключении тока в первичной выключится и ток во вторичной. Кроме того, таким образом невозможно передавать МОЩНОСТЬ, а это является одной из важнейших функций трансформатора.

Но есть так называемые индукционные датчики тока. Или диффиренциальные трансформаторы постоянного тока. Оба используются много где, например, в электропоездах постоянного тока. Первый — представляет из себя два кольца из электротехнической стали, обмотанные проводом как обычный транс. По этому проводу проходит переменный ток, в данном случае с частотой 50 Гц. Второе кольцо так же, это два независимых дросселя через них, внутри кольца, проходит провод от тяговых двигателей с током. Обмотки на диодном мосту, в блоке измерения, включены встречно. У дросселя есть свойство линейно менять свое индукивное сопротивление, в зависимости от подмагничивания, которое создаёт провод с постоянным током внутри колец. Два кольца с обмотками и образуют собой транс тока. Ток увеличился — упало индуктивное сопротивление — возрасло напряжение на измерительном мосту. С падением тока всё наоборот. Второй тип — это самый обычный трансформатор. Две первичные и одна вторичная обмотка. Первичные обмотки включены последовательно, и представляют из себя провод от плюса двигателей и встречный провод по минусу двигателей. Третья обмотка многовитковая, идёт прямо в блок диффзащиты. Работает он так — если токи ОДИНАКОВО НАРАСТАЮТ и ОДИНАКОВО СПАДАЮТ, то на третьей обмотки ток не наводится, защита не срабатывает. В случае же пробоя какого-то двигателя на корпус, по плюсу питания ток нарастёт быстро, а вот по минусу — с задержкой. Из-за этого на третьей обмотке наведётся ЭДС — т. к. произошло перемагничивание сердечника, а значит и полуволна тока. Это приведёт к срабатыванию дифф. защиты.

Переменный ток легко трансформируется

В отличие от постоянного, переменный ток периодически изменяет свое направление. Если переменный ток проходит по первичной обмотке трансформатора (рисунок слева), образующееся переменное магнитное поле индуцирует ток во вторичной обмотке. При протекании по первичной обмотке постоянного тока (рисунок справа), во вторичной обмотке ток не возникает.

Вы здесь: Главная Познавательное Физика Как работает трансформатор?

Популярные материалы из данной категории:

Калейдоскоп цветов, которыми переливаются мыльные пузыри, вызывается сложной структурой света и тем, как он отражается от поверхности пузырей. Белый свет состоит из множества цветов, каждый из которых характеризуется собственной длиной волны (на рисунке…

Вопрос № 1. Принцип действия трансформатора (20 мин.)

Трансформатором называют статическое электро­магнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством явления электро­магнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.

В общем случае вторичная система переменного тока может отличаться от первичной любыми пара­метрами: значениями напряжения и тока, числом фаз, формой кривой напряжения (тока), частотой. Наибольшее применение в электротехнических установках, а также в энергетических системах передачи и распределения электроэнергии имеют силовые трансформаторы общего применения, посредством которых изменяют значения переменного напряжения и тока. При этом число фаз, форма кривой напряжения (тока) и частота остаются неизменными.

При рассмотрении вопросов данной лекции мы будем иметь в виду силовые трансформаторы общего применения.

Рассмотрим принцип действия простейшего однофазного трансформатора. Простейший однофазный силовой трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника), выполненного из ферромагнитного материала (обычно листовая электротехническая сталь), и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода.

Почему магнитопровод трансформатора выполняют из ферромагнитного материала?

Одна из обмоток, которую называют первичной, присоединена к источнику переменного тока на напряжение U1. К другой обмотке, называемой вторичной подключен потребитель Zн. Первичная и вторичная обмотки трансформатора не имеют электрической связи друг с другом, и мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным путем.

Каково назначение магнитопровода трансформатора?

Магнитопровод, на котором расположены эти обмотки, служит для усиления индуктивной связи между обмотками.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции (рис. 2).

Рис. 2. Электромагнитная схема трансформатора

При подключении первичной обмотки трансформа­тора к сети переменного тока напряжением U1 по обмотке начнет проходить переменный ток i1, который создаст в магнитопроводе пе­ременный магнитный по­ток Ф. Магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней е2, которую можно пользовать для питания нагрузки. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками (первичной и вторичной) и индуцирует в них ЭДС:

В первичной ЭДС самоиндукции:

Во вторичной ЭДС взаимоиндукции:

При подключении нагрузки Zн к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием ЭДС е2 в цепи этой обмотки создается ток i2, а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U2.

Может ли трансформатор работать на постоянном токе?

Трансформатор — это аппарат переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то магнитный поток в магнитопроводе трансформатора будет постоянным как по величине, так и по направлению (dФ/dt= 0), поэтому в обмотках трансформатора не будет наво­диться ЭДС электромагнитной индукции, а следовательно, электроэнергия из первичной цепи не будет передаваться во вторичную.

Каким образом решается задача изменения напряжения, например его повышения, на вторичной обмотке трансформатора?

Задача повышения напряжения решается следующим образом. Любой виток обмотки трансформатора имеет одинаковое напряжение, если на вторичной обмотке увеличить число витков по сравнению с первичной обмоткой, то т.к. витки соединены последовательно напряжение, получаемое на каждом из витков, будет суммироваться. Поэтому, увеличивая или уменьшая количество витков, можно увеличивать или уменьшать напряжение на выходе трансформатора.

Поскольку первичная и вторичная обмотки трансформатора пронизываются одним и тем же магнитным потоком Ф, выражения действующих значений ЭДС можно записать в виде

где f — частота переменного тока; w1 и w2 – число вит­ков первичной и вторичной обмоток.

Поделив одно равенство на другое, получим важный параметр трансформатора – коэффициент трансформации:

,

где k – коэффициент трансформации.

Если цепь вторичной обмотки трансформатора разомкнута (режим холостого хода), то напряжение на зажимах обмотки равно ее ЭДС: U2 = E2, а напряжение источника питания почти полностью уравнове­шивается ЭДС первичной обмотки U1 ≈ E1. Следовательно, можно написать, что

,

Учитывая высокий КПД трансформатора, можно полагать, что S1 ≈ S2, где S1=U1I1 — мощность, по­требляемая из сети; S2 = U2I2 — мощность, отдаваемая в нагрузку.

Таким образом, U1 I1≈ U2I2 , откуда

Отношение токов вторичной и первичной обмоток приближенно равно коэффициенту трансформации, поэтому ток I2 во столько раз увеличивается (умень­шается), во сколько раз уменьшается (увеличивается) U2.

В повышающих трансформаторах U2>U1, в понижающих U2U1. Трансформаторы обладают свойством обратимости, один и тот же трансформатор можно использовать в качестве повы­шающего и понижающего. Но обычно трансформатор имеет определенное назначение: либо он повышающий, либо — пони­жающий. Обмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напряжением, называют обмоткой высокого напряжения (ВН); обмотку, присоединенную к сети меньшего напряжения, – обмоткой низшего напряжения (НН).

Зачем применяют высокое напряжение при передаче электроэнергии?

Ответ прост — для снижения потерь на нагрев проводов при пере­даче на большие расстояния. Потери зависят от величины проходя­щего тока и диаметра проводника, а не приложенного напряжения.

Допустим, что с электростанции в город, находящийся от нее на рас­стоянии 100 км, нужно передавать электроэнергию 30 МВт по одной линии. Из-за того, что провода линии имеют электрическое сопротивле­ние, ток их нагревает. Эта теплота рассеивается и не может быть исполь­зована. Энергия, затрачиваемая на нагрев, представляет собой потери.

Свести потери к нулю невозможно. Но ограничить их необхо­димо. Поэтому допустимые потери нормируют, т.е. при расчете сечений про­водов линии и выборе ее напряжения исходят из того, чтобы потери не превышали, например, 10% полезной мощности, передаваемой по линии.

В нашем примере это 0,1×30 МВт = 3 МВт.

Если не применять трансформацию, т. е. передавать электроэнер­гию при напряжении 220 В, то для снижения потерь до заданного значения сечение проводов пришлось бы увеличить примерно до 10 м 2 . Диаметр такого «провода» превышает 3 м, а масса в пролете составляет сотни тонн.

Применяя трансформацию, т. е. повышая напряжение в линии, а затем, снижая его вблизи расположения потребителей, пользуются другим способом снижения потерь: уменьшают ток в линии.

Какое соотношение между активной мощностью и током?

Потери при передаче электроэнергии пропорциональны квадрату силы тока.

Действительно, при повышении напряжения вдвое ток при этом снижается вдвое, а потери уменьшаются в 4 раза. Если напряжение повысить в 100 раз, то потери снизятся в 100 2 , т. е. в 10 000 раз.

Проиллюстрируем это выражение следующим примером. На рисунке приведена схема передачи энергии (рис. 3). Генератор, напряжение на зажимах которого составляет 6,3 кВ, присоединен к первичной обмотке повы­шающего трансформатора. Напряжение на концах вторич­ной обмотки составляет 110 кВ.

Рис. 3. Схема передачи электроэнергии:

1 – генератор; 2 – повышающий трансформатор; 3 – линия электропередачи;

4 – понижающий трансформатор; 5 – потребитель

При этом напряжении происходит передача энергии вдоль линии передачи. Пе­редаваемая мощность пусть составляет 10 000 кВт, сдвиг фаз между током и напряжением отсутствует.

Так как мощности в обеих обмотках одинаковы, то ток в первичной обмотке равен, I=P/U=10000/6,3 = 1590 А, а во вторичной обмотке 10000/110 = 91 А. To же значение будет иметь ток в проводах линии пе­редачи.

Принцип действия трансформатора можно продемонстрировать следующим учебным фильмом: «Принцип действия понижающего трансформатора», «Нагрев воды с помощью траснформатора».

Закрепим пройденный материал, ответив на следующие вопросы.

Принцип действия трансформатора основан на…

1. законе Ампера
2. законах Ома
3. законах Кирхгофа
4. законе электромагнитной индукции

Если число витков первичной обмотки трансформатора w1=100, а число витков вторичной обмотки w2=20, определите коэффициент трансформации.

1. 2000
2. 5
3. 0,2
4. Для ответа недостаточно данных.

Действующее значение ЭДС, индуцируемых в обмотках трансформатора, определяются по формулам

Вывод по первому вопросу: в основе принципа действия трансформатора лежит явление электромагнитной индукции, поэтому трансформатор является устройством переменного тока. Преобразование напряжения в трансформаторе осуществляется за счет изменения числа витков во вторичной обмотке. Основное назначение трансформатора преобразование электроэнергии одного напряжения в электроэнергию другого напряжения с целью уменьшения капитальных вложений в строительство и эксплуатацию линий электропередачи.

Другие виды

В соответствии с рабочими характеристиками представленное оборудование различается еще по нескольким признакам. По количеству контуров бывают однофазные (бытовые) и трехфазные (промышленные) конструкции.

В качестве охладительной системы применяются разные субстанции. Различают масляные и сухие разновидности. В первом случае оборудование стоит дешевле. Масло является пожароопасным веществом. При их использовании предусматривается качественная защита от аварии. Сухие агрегаты заполнены негорючим веществом. Они стоят дороже, но требования по их установке лояльные.

Циркуляция охладителя в системе может быть принудительным или естественным. Существуют конструкции, в которых эти методы комбинируются. Многообразие видов позволяет каждому подобрать оптимальный тип устройства.

Маркировка

Производителями разработана специальная маркировка представленного оборудования. Это позволяет потребителям и проверяющим легко определить разновидность оборудования.

В общем виде обозначение выглядит так — ТМ/Н – Х, где:

• Т – обозначение типа прибора;
• М – мощность агрегата, заданная производителем, кВА;
• Н – класс напряжения со стороны обмотки высокого напряжения (ВН);
• Х – климатическая характеристика, определяющая особенности размещения в соответствии с ГОСТ 15150.

Маркировка может включать в себя и другие характеристики. Табличка с указаниями параметров прибора устанавливается на его корпус. При установке оборудования информация с маркировкой должна находиться в доступном для визуального осмотра месте. Подробнее о маркировке трансформаторов читайте здесь.

Что происходит с током при понижении напряжения?

Понижающий трансформатор, как известно, увеличивает ток при понижении напряжения.

Понижающий трансформатор снижает напряжение с первичной катушки индуктивности во вторичной катушке индуктивности. Число вторичных обмоток меньше числа первичных, что помогает снизить напряжение. Но принцип работы трансформаторов гласит, что мощность должна оставаться неизменной на протяжении всего процесса. Следовательно, для более низкого напряжения уровень тока должен пропорционально увеличиваться. Таким образом, ток увеличивается при понижении напряжения.

На сколько напряжения может повысить повышающий трансформатор?

Повышающие трансформаторы предназначены для повышения напряжения от первичной обмотки до вторичной. Величина подъема зависит от оборотов обеих обмоток.

Проиллюстрируем на примере. Предположим, что количество витков в первичной обмотке и вторичной катушки индуктивности равно 10 и 100 соответственно. Таким образом, коэффициент трансформации напряжения = Ns/Np = 1/10. Следовательно, первичное напряжение во вторичной обмотке будет увеличиваться в 10 раз. Это соотношение не является фиксированным, оно варьируется для каждого трансформатора, и, следовательно, повышенное вторичное напряжение также различается.

Какое соединение используется для понижающего трансформатора?

В понижающем трансформаторе используются два типа соединений, один из которых звездная дельта задом наперед». На самом деле трансформатор не может сказать, в каком направлении течет мощность, поэтому ему все равно. Вы, конечно, не можете подавать исходное напряжение, вам нужно подавать более низкое напряжение, подходящее для обмотки, которая теперь является первичной.