+7(499) 136 06 90

+7(495) 704-31-86

[email protected]

На каком законе электротехники основан принцип действия трансформатора


1. На каком законе физики основан принцип действия трансформатора?

На законе электромагнитной индукции и явлении взаимной индукции.

2. Закон электромагнитной индукции. Формула. Определение.

Электродвижущая сила индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

3. Трансформатор – источник энергии или преобразователь?

Трансформатор – преобразователь эл.энергии переменного тока одного напряжения в другое напряжение.

4. Чем отличается стержневой трансформатор от бронестержневого?

Стержневой имеет 2 ярма, бронестержневой – развитой ярмо, которое частично закрывает обмотки.

5. Будет ли работать трансформатор, если стальной сердечник заменить на деревянный?

Будет.

6. Чем отличаются галетные обмотки от концентрических?

Концентрические обмотки выполняются каждая в виде цилиндра и располагаются на стержне концентрически относительно друг друга(первичная внутри вторичной), галетные –также виде цилиндра, располагаются вторичная между первичными.

7. Почему сердечник набирается из стальных листов, а не делается сплошным?

Потому что, чем больше толщина сплошного стального листа, тем больше потери на вихревые токи.

8. Для чего делают транспозицию проводников обмоток?

Для выравнивания полных сопротивлений проводов во избежание неравномерного распределения тока в винтовой обмотке.

9. Какие функции выполняет трансформаторное масло?

1) Охлаждение обмоток и магнитопровода трансформатора.

2) Повышает электрическую прочность изоляции обмоток трансформатора, предотвращает увлажнение изоляции и потерю изоляционных свойств под влиянием атмосферных воздействий.

10. Для чего устанавливают газовое реле в трансформаторах с масляным охлаждением?

Для защиты от аварий (при значительном выделении взрывоопасных газов, возникающих в результате разложения масла, реле автоматически выключает трансформатор, предупреждая развитие аварии). Используется в трансформаторах мощностью более 1000 кВ*А.

11. Для чего служит первичная обмотка в трансформаторах?

Для создания переменного магнитного потока (при подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток, который создает переменный магнитный поток, который, в свою очередь индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС).

12. Уравнение трансформаторной ЭДС. Формула.

f – частота приложенного напряжения

w - количество витков обмотки

Фm – Амплитуда магнитного потока

13. Коэффициент трансформации. Формула.

ЕВН – ЭДС обмотки высшего напряжения

ЕНН – ЭДС обмотки низшего напряжения

wВН – число витков обмотки высшего напряжения

wНН – число витков обмотки низшего напряжения

14. Поток рассеяния. Определение.

Поток, образованный замыканием магнитных линий по немагнитной среде, не принимающий участия в трансформировании энергии.

(Основной магнитный поток пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Некоторая часть магнитных линий замыкается по немагнитной среде, образуя потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток.

Потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток обычно очень малы по сравнению с основным магнитным потоком, так как магнитные линии потоков рассеяния замыкаются через воздух (или другой изоляционный материал) и встречают на своем пути очень большое магнитное сопротивление, тогда как основной магнитный поток замыкается по стали магнитопровода и встречает, на своем пути относительно малое магнитное сопротивление).

режимы, схема, назначение, из чего состоит

Может быть, кто-то думает, что трансформатор – это что-то среднее между трансформером и терминатором. Данная статья призвана разрушить подобные представления.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного электрического тока одного напряжения и определенной частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.

Работа любого трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, открытой Фарадеем.

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.

 

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.

 

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.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором отсутствуют потери энергии. В таком трансформаторе энергия тока в первичной обмотке полностью преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а далее – в энергию вторичной обмотки.

Конечно, такого трансформатора не существует в природе. Тем не менее, в случае, когда теплопотерями можно пренебречь, в расчетах удобно пользоваться формулой для идеального трансформатора, согласно которой мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Потери энергии в трансформаторе

Коэффициент полезного действия трансформаторов достаточно высок. Тем не менее, в обмотке и сердечнике происходят потери энергии, приводящие к тому, что температура при работе трансформатора повышается. Для трансформаторов небольшой мощности это не представляет проблемы, и все тепло уходит в окружающую среду – используется естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.

В более мощных трансформаторах воздушного охлаждения оказывается недостаточно, и применяется охлаждение маслом. В этом случае трансформатор помещается в бак с минеральным маслом, через которое тепло передается стенкам бака и рассеивается в окружающую среду. В трансформаторах высоких мощностей дополнительно применяются выхлопные трубы – если масло закипает, образовавшимся газам нужен выход.

 

Конечно, трансформаторы не так просты, как может показаться на первый взгляд - ведь мы рассмотрели принцип действия трансформатора кратко. Контрольная по электротехнике  с задачами на расчет трансформатора внезапно может стать настоящей проблемой. Специальный студенческий сервис всегда готов оказать помощь в решении любых проблем с учебой! Обращайтесь в Zaochnik и учитесь легко!

8.5: Трансформаторы - принцип работы

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    3948
    • Стивен В. Эллингсон
    • Политехнический институт Вирджинии и Государственный университет через Инициативу открытого образования Технологических библиотек Вирджинии

    Трансформатор — это устройство, которое соединяет две электрические цепи через общее магнитное поле. Трансформаторы используются для преобразования импеданса, преобразования уровня напряжения, изоляции цепей, преобразования между несимметричными и дифференциальными режимами сигнала и других приложений. 1 В основе электромагнитного принципа лежит закон Фарадея, в частности, ЭДС трансформатора.

    Основные характеристики трансформатора можно вывести из простого эксперимента, показанного на рисунках \(\PageIndex{1}\) и \(\PageIndex{2}\). В этом опыте две катушки расположены вдоль общей оси. Шаг намотки мал, так что все силовые линии магнитного поля проходят по длине катушки, а между витками не проходят никакие линии. Для дальнейшего сдерживания магнитного поля мы предполагаем, что обе катушки намотаны на один и тот же сердечник, состоящий из материала, обладающего высокой магнитной проницаемостью. {(1)}\) с опорной полярностью, указанной на рисунке. По закону Фарадея имеем 9{(1)} \end{align} \nonumber \]

    Мы обнаружили, что потенциал верхней катушки в части II простым образом связан с потенциалом нижней катушки в части I эксперимента. Если бы мы сначала выполнили Часть II, мы бы получили тот же результат, но с перестановкой верхних индексов. Таким образом, в целом должно быть верно, независимо от расположения выводов, что

    \[V_1 = -\frac{N_1}{N_2}V_2 \номер\]

    Это выражение должно быть знакомо из теории элементарных цепей, за исключением, возможно, знака минус. Знак минус является следствием того, что витки намотаны в противоположных направлениях. Мы можем сделать приведенное выше выражение немного более общим следующим образом: определяется как \(+1\), когда катушки намотаны в одном направлении, и \(-1\), когда катушки наматываются в противоположных направлениях. (Это отличное упражнение, чтобы подтвердить, что это верно, повторив приведенный выше анализ с изменением направления намотки либо для верхней, либо для нижней катушки, для которой тогда \(p\) окажется равным \(+1\). ) Это «закон трансформатора» базовой теории электрических цепей, из которого могут быть получены все другие характеристики трансформаторов как устройств с двухполюсной схемой (см. раздел 8.6 для дальнейшего развития). Итого:

    Отношение напряжений катушек в идеальном трансформаторе равно отношению витков со знаком, определяемым относительным направлением обмоток, согласно уравнению \ref{m0031_eTL}.

    На рисунке \(\PageIndex{3}\) показана более знакомая конструкция трансформатора – катушки намотаны на тороидальный сердечник, а не на цилиндрический сердечник. Зачем это делать? Такое расположение ограничивает магнитное поле, связывающее две катушки с сердечником, в отличие от того, что позволяет линиям поля выходить за пределы устройства. Это ограничение важно, чтобы поля, возникающие вне трансформатора, не мешали магнитному полю, связывающему катушки, что могло бы привести к электромагнитным помехам (EMI) и проблемам с электромагнитной совместимостью (EMC). Принцип работы во всем остальном тот же.

    Рисунок \(\PageIndex{3}\): Трансформатор, выполненный в виде катушек с общим тороидальным сердечником. Здесь \(р = +1\). (CC BY SA 3.0; BillC)
    1. Дополнительные сведения об этих приложениях см. в разделе «Дополнительная литература» в конце этого раздела.↩

    Эта страница под заголовком 8.5: Transformers - Principle of Operation используется в соответствии с лицензией CC BY-SA 4.0, автором, ремиксом и/или куратором выступил Стивен У. Эллингсон (Инициатива открытого образования технических библиотек Вирджинии) через исходный контент. это было отредактировано в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

    1. Наверх
    • Была ли эта статья полезной?
    1. Тип изделия
      Раздел или Страница
      Автор
      Стивен В. Эллингсон
      Лицензия
      CC BY-SA
      Версия лицензии
      4,0
      Программа OER или Publisher
      Инициатива открытого образования технических библиотек Вирджинии
      Показать оглавление
      нет
    2. Теги
      1. источник@https://doi.org/10.21061/electromagnetics-vol-1
      2. Трансформатор

    Работа трансформатора: принцип, основные положения и типы

    Трансформатор преобразует электрическую энергию из одной электрической цепи в другую. В частности, повышающий трансформатор увеличивает напряжение при его передаче из первичной цепи во вторичную. С другой стороны, понижающий трансформатор снижает напряжение при его передаче из первичной цепи во вторичную. Для того, чтобы понять, как это делает трансформатор, нужно узнать о работе трансформатора.

    Работа трансформатора: Принцип

    Преобразование энергии осуществляется за счет взаимной индукции между обмотками. Простейшая форма трансформатора показана на рисунке 1, на котором изображен трансформатор, состоящий из двух катушек индуктивности, первичной и вторичной обмоток. Две катушки соединены ламинированным стальным сердечником, который позволяет магнитному потоку проходить по ламинированному пути.

    Рисунок 1. Схема трансформатора. Источник: Джорджия Панаги, StudySmarter.

    При подключении первичной обмотки к внешнему источнику переменного напряжения в обмотках индуцируется магнитный поток по закону Фарадея.

    Закон Фарадея гласит, что переменное магнитное поле индуцирует электродвижущую силу, противодействующую изменениям магнитного поля.

    Когда переменный ток проходит через первичную обмотку, магнитное поле изменяется, вызывая электродвижущую силу. Возникающее магнитное поле разрезает обмотку вторичной катушки, что создает в этой обмотке переменное напряжение за счет электромагнитной индукции.

    Трансформаторы могут достигать своей цели только при подаче переменного тока. Это связано с тем, что постоянный ток не создает электромагнитной индукции.

    Большая часть магнитного потока связана со вторичной обмоткой, что называется «основным потоком», в то время как оставшийся поток не связан со вторичной обмоткой и известен как «поток рассеяния».

    Поток утечки — это небольшая часть потока, которая выходит за пределы пути магнитного потока.

    ЭДС индукции известна как ЭДС взаимной индукции, и ее частота равна приложенной электродвижущей силе.

    Когда вторичная обмотка представляет собой замкнутую цепь, по цепи протекает взаимно индуцированный ток, передавая электрическую энергию из первичной цепи во вторичную.

    Сердечник трансформатора

    Сердечник трансформатора состоит из ламинированных стальных листов, расположенных таким образом, что между каждым листом имеется минимальный воздушный зазор. Это делается для обеспечения непрерывного пути магнитного потока. Используемый тип стали обеспечивает высокую проницаемость и снижает потери на вихревые токи и низкие потери на гистерезис.

    Гистерезисные потери возникают из-за намагничивания и размагничивания сердечника, когда ток подается в обоих направлениях.

    Сталь обладает высокой проницаемостью, что означает, что ее способность проводить магнитный поток намного выше, чем у воздуха, что позволяет возникать магнитному потоку.

    Вихревые токи циркулируют в проводниках подобно завихрениям в потоке, вызванном переменными магнитными полями, текущими по замкнутому контуру.

    Типы трансформаторов

    Существуют различные типы трансформаторов с различными геометрическими вариациями.

    Трансформатор с сердечником

    В трансформаторе с сердечником обмотки имеют цилиндрическую форму и расположены в сердечнике, как показано на рис. 2 ниже. Цилиндрические катушки имеют разные слои, причем каждый слой изолирован от другого. Трансформаторы стержневого типа существуют как в малом, так и в крупногабаритном исполнении. Эффективная площадь сердечника трансформатора может быть уменьшена за счет использования ламинирования и изоляции.

    Рис. 2. Трансформатор с сердечником. Источник: МайТек.

    Трансформатор с кожухом

    В трансформаторе с кожухом катушки монтируются слоями и укладываются друг на друга с изоляцией между ними. Трансформатор оболочкового типа может иметь простую прямоугольную форму, как показано на рис. 3 (слева), или может иметь распределенную конфигурацию (справа).

    Рис. 3. Трансформатор прямоугольного сечения (слева) и распределенный трансформатор кожухового типа (справа). Источник: CircuitsToday.

    Зигзагообразный или соединительный трансформатор звездообразного типа

    Зигзагообразный трансформатор имеет зигзагообразное соединение, при котором токи в обмотках на сердечнике протекают в противоположных направлениях во избежание насыщения.

    Рис. 4. Конфигурация «Зигзаг-трансформер».

    Использование и назначение трансформатора

    Трансформаторы классифицируются в зависимости от их использования, назначения и поставки. Существуют две основные цели, для которых используются трансформаторы:

    • Повышающие трансформаторы используются для увеличить напряжение на вторичной обмотке. У повышающего трансформатора на вторичной обмотке больше витков, чем на первичной.
    • Понижающие трансформаторы используются для снижения напряжения на вторичной обмотке. У понижающего трансформатора на вторичной обмотке меньше витков, чем на первичной.

    Уравнение коэффициента трансформации определяет соотношение между вторичным и первичным напряжениями В 1 и В 2 измеряется в Вольтах, токи I 1 и I 2 измеряются в Амперах, а количество витков в катушках n 1 и n 2 . Это соотношение можно использовать для уменьшения или увеличения количества пропорционально второй или первичной обмотке.

    Уравнение идеального трансформатора

    Отношение напряжений равно отношению числа витков, как показано в предыдущих уравнениях. В идеальном трансформаторе без потерь электроэнергии, включая потери в сердечнике, потери на вихревые токи или потери на гистерезис, входная мощность равна выходной мощности.

    Следовательно, КПД трансформатора равен 100 %, или отношение выходной мощности к потребляемой равно 1. Это также показано в приведенном ниже уравнении идеального трансформатора, где I 1 и В 1 — ток и напряжение первичной обмотки соответственно, а I 2 и V 2 — ток и напряжение вторичной обмотки соответственно.

    Входное напряжение 5В подается на первичную обмотку трансформатора, а выходное напряжение 15В индуцируется во вторичной обмотке. Если мы заменим первичное входное напряжение на 25 В, каково будет новое индуцированное выходное напряжение вторичной катушки?

    Мы используем уравнение трансформатора, чтобы определить соотношение между первичным и вторичным напряжениями. Затем мы используем это отношение для определения нового индуцированного напряжения во вторичной обмотке на основе нового первичного входного напряжения.

    Однофазные и трехфазные трансформаторы

    Трансформаторы также можно классифицировать по типу питания. Существует два типа питания: