Почему трансформатор работает только на переменном токе

Генераторы переменного тока создают в расчете на определенные, сравнительно небольшие, значения напряжения и мощности. Для практического использования электрической энергии в различных устройствах и приборах необходимо уметь обеспечить самые различные значения напряжений. Для этого используются трансформаторы (от латинского слова transformo — преобразую). Трансформатор был изобретен в 1878 г. русским ученым Павлом Николаевичем Яблочковым.

Трансформатор (рис. 205, а) — это электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения. Трансформатор, который увеличивает напряжение, называют повышающим, а трансформатор, который его уменьшает, — понижающим. Схематическое изображение и условное обозначение трансформатора показаны на рисунке 205, б, в.

Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

В простейшем случае трансформатор состоит из двух обмоток, надетых на общий сердечник, одна из которых с числом витков

Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

Заметим, что обмотки трансформатора могут быть расположены различным образом на общем сердечнике (рис. 206).

Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Магнитный поток, создаваемый переменным током в первичной обмотке, благодаря наличию сердечника практически без потерь пронизывает витки вторичной обмотки, возбуждая в ней ЭДС индукции. Таким образом, трансформатор может работать только на переменном токе.

Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

Первичную обмотку трансформатора, как любую катушку индуктивности, можно рассматривать как последовательно соединенные катушку индуктивности L и активное сопротивление R. Тогда действующие значения поданного на первичную обмотку напряжения и напряжений на сопротивлении и индуктивности связаны соотношением

Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

Изменение магнитного потока через первичную обмотку вследствие прохождения по ней переменного тока приводит к возникновению ЭДС самоиндукции, при этом на первичной обмотке

Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

Отметим, что это соотношение справедливо для мгновенных значений при а значит, и для амплитудных.

Как работает ТРАНСФОРМАТОР. Принцип работы трансформатора в блоках питания. Понятное объяснение!

Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

Чем больше индуктивное сопротивление первичной обмотки по сравнению с ее активным сопротивлением, тем меньше отличается напряжение от напряжения, подаваемого на первичную обмотку.

Пусть первичная обмотка трансформатора подключена к источнику тока с переменной ЭДС с действующим значением напряжения Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерамиЕсли весь магнитный поток, создаваемый переменным током в первичной обмотке, пронизывает вторичную обмотку без рассеяния, то в каждом витке вторичной обмотки будет индуцироваться точно такая же ЭДС индукции, как и ЭДС самоиндукции в каждом витке первичной обмотки. Следовательно, отношение ЭДС в первичной и вторичной обмотках равно отношению числа витков в них соответственно:
Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами
где е — значение ЭДС для одного витка.

Режимом холостого хода трансформатора

Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

Режимом холостого хода трансформатора называется режим с разомкнутой вторичной обмоткой. В этом случае напряжение на вторичной обмотке равно индуцируемой в ней ЭДС:

Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

Следовательно,

Таким образом, при разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ней пропорционально напряжению на первичной обмотке. В зависимости от числа витков напряжение Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерамиможет быть как больше (трансформатор повышающий), так и меньше (трансформатор понижающий) напряжения Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

Определение типа трансформатора

Тип трансформатора определяется коэффициентом трансформации, который равен отношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной:

Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

В режиме холостого хода отношение действующих значений напряжений на концах первичной и вторичной обмоток трансформатора равно коэффициенту трансформации:

Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

Как видим из формулы, при k > 1 трансформатор будет понижающим, а при k

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

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.

    Трансформатор — устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    Генераторы переменного тока создают в расчете на определенные, сравнительно небольшие, значения напряжения и мощности. Для практического использования электрической энергии в различных устройствах и приборах необходимо уметь обеспечить самые различные значения напряжений. Для этого используются трансформаторы (от латинского слова transformo — преобразую). Трансформатор был изобретен в 1878 г. русским ученым Павлом Николаевичем Яблочковым.

    Трансформатор (рис. 205, а) — это электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения. Трансформатор, который увеличивает напряжение, называют повышающим, а трансформатор, который его уменьшает, — понижающим. Схематическое изображение и условное обозначение трансформатора показаны на рисунке 205, б, в.

    Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    В простейшем случае трансформатор состоит из двух обмоток, надетых на общий сердечник, одна из которых с числом витков

    Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    Заметим, что обмотки трансформатора могут быть расположены различным образом на общем сердечнике (рис. 206).

    Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Магнитный поток, создаваемый переменным током в первичной обмотке, благодаря наличию сердечника практически без потерь пронизывает витки вторичной обмотки, возбуждая в ней ЭДС индукции. Таким образом, трансформатор может работать только на переменном токе.

    Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    Первичную обмотку трансформатора, как любую катушку индуктивности, можно рассматривать как последовательно соединенные катушку индуктивности L и активное сопротивление R. Тогда действующие значения поданного на первичную обмотку напряжения и напряжений на сопротивлении и индуктивности связаны соотношением

    Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    Изменение магнитного потока через первичную обмотку вследствие прохождения по ней переменного тока приводит к возникновению ЭДС самоиндукции, при этом на первичной обмотке

    Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    Отметим, что это соотношение справедливо для мгновенных значений при а значит, и для амплитудных.

    Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    Чем больше индуктивное сопротивление первичной обмотки по сравнению с ее активным сопротивлением, тем меньше отличается напряжение от напряжения, подаваемого на первичную обмотку.

    Пусть первичная обмотка трансформатора подключена к источнику тока с переменной ЭДС с действующим значением напряжения Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерамиЕсли весь магнитный поток, создаваемый переменным током в первичной обмотке, пронизывает вторичную обмотку без рассеяния, то в каждом витке вторичной обмотки будет индуцироваться точно такая же ЭДС индукции, как и ЭДС самоиндукции в каждом витке первичной обмотки. Следовательно, отношение ЭДС в первичной и вторичной обмотках равно отношению числа витков в них соответственно:
    Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами
    где е — значение ЭДС для одного витка.

    Режимом холостого хода трансформатора

    Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    Режимом холостого хода трансформатора называется режим с разомкнутой вторичной обмоткой. В этом случае напряжение на вторичной обмотке равно индуцируемой в ней ЭДС:

    Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    Следовательно,

    Таким образом, при разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ней пропорционально напряжению на первичной обмотке. В зависимости от числа витков напряжение Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерамиможет быть как больше (трансформатор повышающий), так и меньше (трансформатор понижающий) напряжения Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    Определение типа трансформатора

    Тип трансформатора определяется коэффициентом трансформации, который равен отношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной:

    Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    В режиме холостого хода отношение действующих значений напряжений на концах первичной и вторичной обмоток трансформатора равно коэффициенту трансформации:

    Трансформатор - устройство, принцип работы, виды и классификация с примерами

    Как видим из формулы, при k > 1 трансформатор будет понижающим, а при k

    При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

    Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

    Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

    Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.

    Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

    Почему трансформатор работает только на переменном токе

    Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы . Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная (рис. 2.5.1).

    Рисунок 2.5.1.

    Простейший трансформатор и его условное изображение в схемах. и – числа витков в обмотках

    Первичная обмотка подсоединяется к источнику переменного тока с ЭДС , поэтому в ней возникает ток , создающий в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Φ, который практически без рассеивания циркулирует по замкнутому магнитному сердечнику и, следовательно, пронизывает все витки первичной и вторичной обмоток. В режиме холостого хода , то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность.

    Ситуация резко изменяется, когда в цепь вторичной обмотки включается сопротивление нагрузки н, и в ней возникает переменный ток . Теперь полный магнитный поток в сердечнике создается обоими токами. Но согласно правилу Ленца магнитный поток Φ2, создаваемый индуцированным во вторичной обмотке током , направлен навстречу потоку Φ1, создаваемому током в первичной обмотке: . Отсюда следует, что токи и изменяются в противофазе, то есть имеют фазовый сдвиг, равный 180°.

    Другой важный вывод состоит в том, что ток в первичной обмотке в режиме нагрузки значительно больше тока холостого хода. Это следует из того, что полный магнитный поток Φ в сердечнике в режиме нагрузки должен быть таким же, как и в режиме холостого хода, так как напряжение на первичной обмотке в обоих случаях одно и то же. Это напряжение равно ЭДС источника переменного тока. Так как магнитные потоки, пронизывающие обмотки, пропорциональны числу и витков в них, можно записать для первичной обмотки:

    для вторичной обмотки:

    Знак минус означает, что напряжения 1 и 2 находятся в противофазе, также как и токи 1 и 2 в обмотках. Поэтому фазовый сдвиг φ1 между напряжением 1 и током 1 в первичной обмотке равен фазовому сдвигу φ2 между напряжением 2 и током 2 во вторичной обмотке. Если нагрузкой вторичной обмотки является активное сопротивление н, то φ1 = φ2 = 0.

    Для амплитудных значений напряжений на обмотках можно записать:

    Коэффициент есть коэффициент трансформации. При трансформатор называется повышающим , при – понижающим .

    Приведенные выше соотношения, строго говоря, применимы только к идеальному трансформатору , в котором нет рассеяния магнитного потока и отсутствуют потери энергии на джоулево тепло. Эти потери могут быть связаны с наличием активного сопротивления самих обмоток и возникновением индукционных токов ( токов Фуко ) в сердечнике. Для уменьшения токов Фуко сердечники транформатора изготавливают обычно из тонких стальных листов, изолированных друг от друга. Существует еще один механизм потерь энергии, связанный с гистерезисными явлениями в сердечнике. При циклическом перемагничивании ферромагнитных материалов возникают потери электромагнитной энергии, прямо пропорциональные площади петли гистерезиса.

    У хороших современных трансформаторов потери энергии при нагрузках, близких к номинальным, не превышает , поэтому к ним приближенно применима теория идеального трансформатора.

    Если пренебречь потерями энергии, то мощность , потребляемая идеальным трансформатором от источника переменного тока, равна мощности , передаваемой нагрузке.

    Отсюда следует, что

    то есть токи в обмотках обратно пропорциональны числу витков.

    Принимая во внимание, что , можно получить следующее соотношение

    Отношение можно рассматривать как эквивалентное активное сопротивление первичной цепи, когда вторичная обмотка нагружена на сопротивление . Таким образом, трансформатор «трансформирует» не только напряжения и токи, но и сопротивления.

    В современной технике нашли широкое применение трансформаторы различных конструкций. В радиотехнических устройствах используются небольшие, маломощные трансформаторы, имеющие обычно несколько обмоток (понижающих или повышающих напряжение источника переменного тока). В электротехнике часто применяются так называемые трехфазные трансформаторы , предназначенные для одновременного повышения или понижения трех напряжений, сдвинутых по фазе относительно друг друга на углы 120°.

    Мощные трехфазные трансформаторы используются в линиях передач электроэнергии на большие расстояния.

    Передача электрической энергии от электростанций до больших городов или промышленных центров на расстояния тысяч километров является сложной научно-технической проблемой.

    Для уменьшения потерь на нагревание проводов необходимо уменьшить силу тока в линии передачи, и, следовательно, увеличить напряжение. Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение , при этом в линиях используется трехфазный ток частотой . На рис. 2.5.2 представлена схема линии передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. Схема дает представление об использовании трансформаторов при передаче электроэнергии.

    Следует отметить, что при повышении напряжения в линиях передач увеличиваются утечки энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линии может возникнуть так называемый коронный разряд , который можно обнаружить по характерному потрескиванию. Коэффициент полезного действия линий передач не превышает 90 %.

    Рисунок 2.5.2.

    Условная схема высоковольтной линии передачи. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках линии. На схеме изображен только один из трех проводов высоковольтной линии

    Как устроен и работает трансформатор, какие характеристики учитываются при эксплуатации

    В энергетике, электронике и других отраслях прикладной электротехники большая роль отводится преобразованиям электромагнитной энергии из одного вида в другой. Этим вопросом занимаются многочисленные трансформаторные устройства, которые создаются под различные производственные задачи.

    Одни из них, имеющие наиболее сложную конструкцию, выполняют трансформацию мощных потоков высоковольтной энергии, например. 500 или 750 киловольт в 330 и 110 кВ или в обратном направлении.

    Другие работают в составе малогабаритных устройств бытовой техники, электронных приборов, системах автоматизации. Они также широко используются в различных блоках питания мобильных устройств.

    Трансформатор блока питания мобильных устройств

    Трансформаторы работают только в цепях переменного напряжения разной частоты и не предназначены для применения в схемах постоянного тока, в которых используются преобразователи других типов.

    Трансформаторы делятся на две основные группы: однофазные, питающиеся от сети однофазного переменного тока, и трехфазные, питающиеся от сети трехфазного переменного тока.

    Трансформаторы очень различны по своей конструкции. Основными элементами трансформатора являются: замкнутый стальной сердечник (магнитопровод), обмотки и детали, служащие для крепления магнитопровода и катушек с обмотками и установки трансформатора в выпрямительное устройство. Матнитопровод предназначен для создания замкнутого пути для магнитного потока.

    Части магннтопровода, на которых размещены обмотки, называются стержнями, а части, на которых отсутствуют обмотки и которые служат для замыкания: магнитного потока в магнитопроводе — ярмом. Материалом для магнитопровода трансформатора служит листовая электротехническая сталь (трансформаторная сталь). Эта сталь бывает различных марок, толщины, горячей и холодной прокатки.

    Общие принципы работы трансформаторов

    Мы знаем, что электромагнитная энергия неразрывна. Но ее принято представлять двумя составляющими:

    Так проще понимать происходящие явления, описывать процессы, делать расчеты, конструировать различные устройства и схемы. Целые разделы электротехники посвящены раздельным анализам работы электрических и магнитных цепей.

    Электрический ток, как и магнитный поток, протекает только по замкнутой цепи, обладающей сопротивлением (электрическим или магнитным). Его создают внешние приложенные силы — источники напряжения соответствующих энергий.

    Однако, при рассмотрении принципов работы трансформаторных устройств придётся одновременно исследовать оба этих фактора, учесть их комплексное воздействие на преобразование мощности.

    Если мы на замкнутый железный сердечник намотаем не одну, а две катушки, то при подключении одной из них, которую мы при этом назовем первичной, к зажимам переменного тока, в другой, которую мы назовем вторичной, будет индуктироваться переменная э. д. с. того же числа периодов, какое имеет ток в первичной катушке. От вторичной катушки мы можем взять переменный ток, как от обычного источника переменного тока — генератора. Такой прибор называется трансформатором, так как с помощью его можно изменить величину напряжения переменного тока, прежде чем приложить его к данной цепи. В практике обе катушки первичная и вторичная, находятся на одной и той же стороне сердечника, одна вокруг другой.

    Простейший трансформатор состоит из двух обмоток, выполненных намоткой витками изолированной проволоки, по которым протекает электрический ток и одной магистрали для магнитного потока. Ее принято называть сердечником или магнитопроводом.

    Схема устройства траснформатора

    К вводу одной обмотки приложено напряжение от источника электроэнергии U1, а с выводов второй оно, после преобразования в U2, подается на подключенную нагрузку R.

    Под действием напряжения U1 в первой обмотке по замкнутой цепи протекает ток I1, величина которого зависит от полного сопротивления Z, состоящего из двух составляющих:

    1. активного сопротивления проводов обмотки;

    2. реактивной составляющей, обладающей индуктивным характером.

    Величина индуктивного сопротивления оказывает большое влияние на работу трансформатора.

    Протекающая по первичной обмотки электрическая энергия в виде тока I1 представляет собой часть электромагнитной, магнитное поле которой направлено перпендикулярно движению зарядов или расположению витков проволоки. В его плоскости размещен сердечник трансформатора — магнитопровод, по которому замыкается магнитный поток Ф.

    Все это наглядно отражено на картинке и строго соблюдается при изготовлении. Сам магнитопровод тоже замкнут, хотя в отдельных целях, например, для снижения магнитного потока в нем могут делать зазоры, увеличивающие его магнитное сопротивление.

    За счет протекания первичного тока по обмотке магнитная составляющая электромагнитного поля проникает в магнитопровод и циркулирует по нему, пересекая витки вторичной обмотки, которая замкнута на выходное сопротивление R.

    Под действием магнитного потока во вторичной обмотке наводится электрический ток I2. На его величине сказывается значение приложенной напряженности магнитной составляющей и полной сопротивление цепи, включая подключенную нагрузку R.

    При работе трансформатора внутри магнитопровода создается общий магнитный поток Ф и его составные части Ф1 и Ф2.

    Как устроен и работает автотрансформатор

    Среди трансформаторных устройств особой популярностью пользуются упрощенные конструкции, использующие в работе не две разные отдельно выполненные обмотки, а одну общую, разделенную на секции. Их называют автотрансформаторами.

    Схема устройства автотрансформатора

    Принцип работы такой схемы практически остался прежним: происходит преобразование входной электромагнитной энергии в выходную. По виткам обмотки W1 протекают первичные токи I1, а по W2 — вторичные I2. Магнитопровод обеспечивает путь движения для магнитного потока Ф.

    У автотрансформатора имеется гальванически связь между входными и выходными цепями. Так как преобразованию подвергается не вся приложенная мощность источника, а только часть ее, то создается более высокий КПД, чем у обычного трансформатора.

    Такие конструкции позволяют экономить на материалах: стали для магнитопровода, меди для обмоток. Они обладают меньшим весом и стоимостью. Поэтому их эффективно используют в системе энергетики от 110 кВ и выше.

    Особых отличий в режимах работы трансформатора и автотрансформатора практически нет.

    Рабочие режимы трансформатора

    При эксплуатации любой трансформатор может находиться в одном из состояний:

    • выведен из работы;
    • номинальный режим;
    • холостой ход;
    • короткое замыкание;
    • перенапряжение.

    Холостой ход трансформатора

    Холостой ход — работа прибора, машины и т. п. без нагрузки, вхолостую. При холостом ходе приборы, машины не отдают мощности, но сами при этом обычно потребляют ту или иную мощность.

    Например, трансформатор, работающий без нагрузки (с разомкнутой вторичной обмоткой), потребляет некоторый ток из сети (т. н. холостой ток трансформатора), и этот ток, текущий в первичной обмотке, связан с потреблением некоторой мощности из сети, которая идет на нагрев обмотки (а в случае наличия потерь в стали и на нагрев сердечника) трансформатора.

    Режим вывода из работы

    Для его создания достаточно снять питающее напряжение источника электроэнергии с первичной обмотки и этим исключить прохождение электрического тока по ней, что и делают всегда в обязательном порядке с подобными устройствами.

    Однако на практике при работе со сложными трансформаторными конструкциями такая мера не обеспечивает полностью меры безопасности: на обмотках может оставаться напряжение и приносить вред оборудованию, подвергать опасности обслуживающий персонал за счет случайного воздействия разрядов тока.

    Как это может произойти?

    У малогабаритных трансформаторов, которые работают в качестве блока питания, как показано на верхней фотографии, постороннее напряжение никакого вреда не причинит. Ему там просто неоткуда взяться. А на энергетическом оборудовании его обязательно следует учитывать. Разберём две часто встречающиеся причины:

    1. подключение постороннего источника электроэнергии;

    2. действие наведенного напряжения.

    Первый вариант

    На сложных трансформаторах работает не одна, а несколько обмоток, которые используются в разных цепях. Со всех их необходимо отключать напряжение.

    Кроме того, на подстанциях, эксплуатируемой в автоматическом режиме без постоянного оперативного персонала к шинам силовых трансформаторов подключают дополнительные трансформаторы, обеспечивающие собственные нужды подстанции электроэнергией 0,4 кВ. Они предназначены для питания защит, устройств автоматики, освещения, отопления и других целей.

    Их так и называют — ТСН или трансформаторы собственных нужд. Если со входа силового трансформатора снято напряжение и его вторичные цепи разомкнуты, а на ТСН проводятся работы, то существует вероятность обратной трансформации, когда напряжение 220 вольт с низкой стороны проникнет на высокую по подключенным шинам питания. Поэтому их необходимо обязательно отключать.

    Действие наведенного напряжения

    Если около шин отключенного трансформатора проходит высоковольтная линия, находящаяся под напряжением, то токи, протекающие по ней, способны наводить напряжение на шинах. Необходимо применять меры для его снятия.

    Номинальный режим работы

    Это обычное состояние трансформатора во время его эксплуатации для которого он и создан. Токи в обмотках и приложенные к ним напряжения соответствуют расчетным значениям.

    Трансформатор в режиме номинальной нагрузки потребляет и преобразует мощности, соответствующие проектным значениям в течение всего предусмотренного ему ресурса.

    Режим холостого хода

    Он создается в том случае, когда на трансформатор подано напряжение от источника питания, а на выводах выходной обмотки отключена нагрузка, то есть разомкнута цепь. Этим исключается протекание тока по вторичной обмотке.

    Трансформатор в режиме холостого хода потребляет минимально возможную мощность, определяемую его конструкторскими особенностями.

    Режим короткого замыкания

    Так называют ситуацию, когда нагрузка, подключенная к трансформатору оказывается закороченной, наглухо зашунтированной цепочками с очень малыми электрическими сопротивлениями и на нее действует вся мощность питания источника напряжения.

    Развитие короткого замыкания трансформатора

    В этом режиме протекание огромных токов КЗ ничем практически не ограничивается. Они обладают огромной тепловой энергией и способны сжечь провода или оборудование. Причем действуют до тех пор, пока схема питания через вторичную или первичную обмотку не выгорит, разорвавшись в наиболее слабом месте.

    Это самый опасный режим, который способен возникнуть при работе трансформатора, причем, в любой, самый неожиданный момент времени. Его появление можно предвидеть, а развитие следует ограничивать. С этой целью используют защиты, которые отслеживают превышение допустимых токов на нагрузке и максимально быстро их отключают.

    Режим перенапряжения

    Обмотки трансформатора покрыты слоем изоляции, который создается для работы под определенным напряжением. При эксплуатации возможно его превышение по различным причинам, возникающим как внутри электрической системы, так и в результате воздействия атмосферных явлений.

    Виды перенапряжений трансформатора

    В заводских условиях определяется величина допустимого превышения напряжения, которое может действовать на изоляцию до нескольких часов и кратковременных перенапряжений, создаваемых переходными процессами при коммутациях оборудования.

    Для предотвращения их воздействия создают защиты от повышения напряжения, которые при возникновении аварийной ситуации отключают питание со схемы в автоматическом режиме или ограничивают импульсы разрядов.

    • Комплект охранной сигнализации Security Alarm System
    • Как устроена и работает охранная сигнализация и датчики-извещатели
    • Как рассчитать потери напряжения в кабеле

    Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

    Назначение трансформаторов

    Разные виды трансформаторов используются практически во всех схемах питания электрических приборов и при передаче электроэнергии на большие расстояния.

    Электростанции вырабатывают ток относительно небольшого напряжения – 220, 380, 660В. Трансформаторы, повышая напряжение до значений порядка тысяч киловольт, позволяют существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а заодно и уменьшить площадь сечения проводов ЛЭП.

    Гигантский трансформатор

    Непосредственно перед тем как попасть к потребителю (например, в обычную домашнюю розетку), ток проходит через понижающий трансформатор. Именно так мы получаем привычные нам 220 Вольт.

    Самый распространенный вид трансформаторов – силовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования напряжения в электрических цепях. Помимо силовых трансформаторов в различных электронных приборах применяются:

    • импульсные трансформаторы;
    • силовые трансформаторы;
    • трансформаторы тока.

    Принцип работы трансформатора

    Трансформаторы бывают однофазные и многофазные, с одной, двумя или большим количеством обмоток. Рассмотрим схему и принцип работы трансформатора на примере простейшего однофазного трансформатора.

    Кстати, в других статьях можно почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.

    Из чего состоит трансформатор? Во простейшем случае из одного металлического сердечника и двух обмоток. Обмотки электрически не связаны одна с другой и представляют собой изолированные провода.

    Одна обмотка (ее называют первичной) подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка, называемая вторичной, подключается к конечному потребителю тока.

    Принцип устройства трансформатора

    Когда трансформатор подключен к источнику переменного тока, в витках его первичной обмотки течет переменный ток величиной I1. При этом образуется магнитный поток Ф, который пронизывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС.

    Бывает, что вторичная обмотка не находится под нагрузкой. Такой режимы работы трансформатора называется режимом холостого хода. Соответственно, если вторичная обмотка подключена к какому-либо потребителю, по ней течет ток I2, возникающий под действием ЭДС.

    Величина ЭДС, возникающей в обмотках, напрямую зависит от числа витков каждой обмотки. Отношение ЭДС, индуцированных в первичной и вторичной обмотках, называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков соответствующих обмоток.

    Путем подбора числа витков на обмотках можно увеличивать или уменьшать напряжение на потребителе тока с вторичной обмотки.

    Может ли работать трансформатор на постоянном токе

    Belyakov_Eduard Трансформаторы 340 просмотров Вопрос задан 2 года назад

    Makarov 2 года назад

    ДУБИНА ——физика на 1 — —принцип работы трансформатора,, , переменное магнитное поле порождает переменное электрическое и наоборот.

    Strelkov 2 года назад

    Закон джунглей не знаешь.

    Kulakov_Valentin 2 года назад

    Читай Максвелла! Он нормально раскрыл тему!

    Kabanov_Filipp 2 года назад

    Работает, но очень недолго. http://otvet.mail.ru/question/2783650/
    Принцип действия трансформатора: Мы подаем на первичную обмотку (возможно как с большим, так и с меньшим количеством витков (и даже с одинаковым — стабилизирующий трансформатор) т. к. трансформатор — обратимое устройство) напряжение (допустим 220 (В) ) с промышленной частотой 50 Гц. Создается переменное магнитное поле (магнитный поток) , замыкающийся в магнитопроводе трансформатора. Переменное магнитное поле наводит ЭДС в витках вторичной обмотки (причем, частота ОСТАЕТСЯ ПРЕЖНЕЙ!! !(ток переменный -Сергей ******** сделал ошибку. Трансформатор не может являться выпрямителем. )) . В зависимости от количества витков во вторичной обмотке, трансформатор работает как повышающий или понижающий.
    Магнитопровод трансформатора служит для того, чтобы магнитный поток как можно меньше рассеивался в пространстве (воздух — среда, обладающая довольно высоким магнитным сопротивлением. Вследствие этого, при использовании магнитопровода мы уменьшаем потери, чем увеличиваем КПД. Теоретически трансформатор будет работать и без магнитопровода (примером тому служат высокочастотные трансформаторы) , но его КПД будет низок) . Также, магнитопровод выполняют шихтованным (из пластин, сделанных из электротехнической стали (толщина от 0,15 до 0,40 мм — зависит от частоты подаваемого напряжения. Чем она выше — тем тоньше пластины)) . Это делается для того, чтобы уменьшить вихревые токи (токи Фуко) в магнитопроводе (они приводят к сильному нагреву).

    Kornilov_Anatoliy 2 года назад

    Когда включается и выключается работает от скачка тока

    Pyotr 2 года назад

    Не работает. Только переменный ток в первичной обмотке создаёт переменное магнитное поле в сердечнике, необходимое для возникновения тока во вторичной обмотке.

    Alisa 2 года назад

    который на катушках? нет, т. к. dI/dt=0 ток же постоянный, ну и эдс самоиндукции будет =0 во входной катушке

    Dani 2 года назад

    В принципе, работает. Подайте на первичную обмотку постоянное напряжение — и на вторичной появится трансформированное.
    Но радость будет длиться считанные миллисекунды. Линейно нарастающий ток в первичной обмотке вызовет перегрузку источника, а линейно нарастающий магнитный поток в сердечнике вызовет его насыщение. И на этом все закончится.
    Поэтому, если надо трансформировать постоянное напряжение, прибегают к альтернации — переключают входное напряжение туда-сюда с некоторой частотой. Естественно, на выходе тоже потребуется переключать (если нужно восстановить постоянное).

    Borisov_Vyacheslav 2 года назад

    Не работает, но, ебнуть может один раз.

    Lavrentev_Vitaliy 2 года назад

    В импульсных источниках питания.

    Rostislav 2 года назад

    Нет. Явление индукции, «на котором» он работает, возникает только при протекании переменного тока.

    Novikov_Valentin 2 года назад

    нет не может, только переменный и импульсный ток

    Rostislav 2 года назад

    да можно, только он функционировать не будет

    Lobanov 2 года назад

    он имеет очень маленькое сопротивление постоянному току
    а включить то можно, он нагреется и функционировать не будет.
    P.S. школьный учебник физики тебе в помощь

    Semyonov_Vladimir 2 года назад

    Передача энергии от первичной обмотки к вторичной — это закон Фарадея: изменение магнитного потока вызывает появление эдс. То есть чтобы во вторичной обмотке наводилось напряжение, магнитный поток через неё (который создаётся током в первичной обмотке) должен ИЗМЕНЯТЬСЯ. Постоянный ток не может создавать изменяющегося магнитного потока (ну разве что только в момент включения. ) , поэтому на постоянном токе трансформатор функционировать не будет. А что такое трансформатор, который не работает, с позиции источника, который на него смотрит? Кусок провода. Просто омическое сопротивление первичной обмотки — единицы ом. Значит, если его подключить к источнику 220 В, через него пойдёт жуткий ток, и транс просто сгорит (или пробки выбьет) .
    А чтоб магнитное поле в сердечнике ВСЁ ВРЕМЯ изменялось, надо брать переменный ток.

    Barykov 2 года назад

    не во всех случаях. трансформатор передатчика одной обмоткой сидит на постоянном токе ( ток покоя транзистора или лампы)
    силовые трансформаторы нельзя включать в постоянный ток, так, как обмотка имеет малое электрическое сопротивление постоянному току, и он выйдет со строя.

    Kuzmin_Kirill 2 года назад

    Просто не будет изменений магнитных линий во вторичке и индукционного тока не будет.

    Mamontov 2 года назад

    Работать он не будет. вот и все. Есть преобразователи постоянного тока в переменный, в них стоят трансформаторы, первичная обмотка подключена к генератору, а вторичная уже выдает переменный ток. ФИЗИКУ УЧИ.

    Lyubov 2 года назад

    . Это-же электролитический конденсатор.

    Petrov 2 года назад

    Столетник! :):)Добавил. Ошибка, простите, Не мог удалить!

    Bobrov_Valeriy 2 года назад

    Запатентованы в РФ и поданы международные заявки «РСТ» и «Евро» на силовые трансформаторы постоянного тока, которые когда-то безуспешно пытался изобрести Петр Капица.

    Gennadiy 2 года назад

    нет,для этого используют конвектор электронное устройство кстати эта проблема была легко решена в авто там поставили механические прерыватель который делал из постояного переменный ток а уже после повышался

    Kirillov_Filipp 2 года назад

    Ну я про такие не слышал, может и изобрели, но в природе пока не встречаются. Да и если они каким-то образом всё-таки работают, то вряд ли на электромагнитной индукции, и поэтому это уже другое устройство, которое чтобы не вносить неопределённости в термины, я бы назвал каким-нибудь другим словом.

    Hilk 2 года назад

    К числу устройств, считавшихся невозможными, относится и трансформатор постоянного тока. Получить постоянный ток во вторичной обмотке сверхпроводящего трансформатора действительно невозможно. Если подать на его первичную обмотку постоянный ток, то во вторичной обмотке появится слабый импульс тока (при включении — прим. мой) , но он быстро затухает вследствие электрического сопротивления вторичной обмотки.
    Если же вторичная цепь трансформатора будет сверхпроводящей, то при подаче тока в первичную обмотку во вторичной наведется ЭДС, вызывающая ток, который не может затухнуть даже тогда, когда уже нет вызвавшей его ЭДС. С помощью таких трансформаторов постоянного тока удавалось, подавая в криостат с жидким гелием небольшой ток по тонким проводникам, трансформировать его, доводя до 25 тыс. А.

    Gorbachyov 2 года назад

    Устроенной по такому же принципу — нет. Но в аналогичных случаях, для понижения напряжения, можно применять так называемые реостаты.

    Vorobyov 2 года назад

    На принципе электромагнитной индукции и без дополнительных устройств, преобразующих постоянный ток в переменный или импульсный, — однозначно нет.

    Belyakov 2 года назад

    Knyazev_Valeriy 2 года назад

    Слышал о таких, но на практике не встречал.

    Zuev_Mihail 2 года назад

    Да есть! Называется индукционный датчик тока. А ещё бывает и дифференциальный трансформатор постоянного тока. Оба используются много где, из известного мне — на электропоездах постоянного тока.

    Первый — представляет из себя два кольца из электротехнической стали, обмотанные проводом как обычный транс. По этому проводу проходит переменный ток, в таком 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 индуктивное 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 — возросло 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 дифф защиты. Работает он так — если токи ОДИНАКОВО НАРАСТАЮТ и ОДИНАКОВО ПАДАЮТ, то на третьей обмотки ток не наводится, защита не срабатывает. В случае же пробоя какого-то двигателя на корпус, по плюсу питания ток нарастает быстро, а вот по минусу — с задержкой. Из-за этого на третьей обмотке наводится ЭДС — т. к. произошло перемагничивание сердечника, а значит и полуволна тока. Это приведёт к срабатыванию дифф. защиты.

    Belousov_Evgeniy 2 года назад

    Существует. см. патент РФ 2070765

    Krasilnikov 2 года назад

    Дорогие друзья, если по первичной обмотке протекает постоянный ток (частота- ноль) и эта первичная обмотка находится над стационарным потоком (или внутри) проводящего вещества -это своего рода вторичная обмотка, то в этом проводящем веществе возникает постоянный индукционный ток. Первичная обмотка «видит» вторичную обмотку как омическую нагрузку -появится у нее сопротивление. Таким образом, если я нарисую схему этого устройства, то это будет схема обычного трансформатора с первичной и вторичной обмотками с омической нагрузкой, связанными индуктивно. Электротехнические расчеты всех параметров возможны. Конечно, ненулевая частота в системе есть при переходе вас в систему отсчета потока -первичная обмотка от вас удаляется с о скоростью потока и вы видите изменение магнитногоо поля во времени и возбуждение вихревого электрического поля, а значит и тока в потоке-проводнике. В системе отсчета первичной обмотки все стационарно -постоянные токи -трансформатор постоянного тока. По отношению к токам в потоке это генератор в нем тока. Такие устройства называют МГД генераторами, если поток это слабоионизованный плотный газ или жидкий металл движется поперек магнитного поля, создаваемого первичной обмоткой.. В космосе так создается магнитосфера Земли с длинным геомагнитным хвостом: первичная обмотка это кольцевой постоянный ток, создающий магнитный диполь Земли, а вторичная обмотка это поток солнечного ветра, где возбуждаются токи магнитопаузы и хвоста.

    Titov 2 года назад

    В классическом понимании трансформатор — это сердечник с двумя обмотками (первичной и вторичной) или трехфазный трансформатор с шестью обмотками.. Работать он может только на переменном токе. Трансформатор постоянного тока — некорректное название электромагнитного статического устройства, которое к понятию трансформатор отношения не имеет. У него имеется своё название. И хватит путать студентов, распространяя одно и то же название на принципиально различные устройства.

    Оцените статью
    TutShema
    Добавить комментарий