Трансформаторы их виды, обмотка трансформатора и сердечник

Трансформаторами принято считать электромагнитные устройства переменного тока, предназначающиеся для повышения или понижения входного напряжения, согласования сопротивлений электрических схем, разделения цепей питания и нагрузки по постоянному току, изменения состояния цепи относительно земли.

Эффективность передачи электрической энергии из первичной обмотки во вторичную будет тем выше, чем больше количество силовых линий первой катушки окажет влияние на витки вторичной обмотки, т.е. чем ниже рассеивание магнитного поля.

трансформаторы

Для улучшения магнитной связи между обмотками используют магнитопровод, обладающий очень низким магнитным сопротивлением. Геометрические формы магнитопровода сердечника и обмоток стараются использовать такие, чтобы максимум силовых линий магнитного поля охватило витки катушек.

Виды трансформаторов

Силовой трансформатор — это тр-р, который преобразует энергию в электрических сетях и установках для приёма и использования электрической энергии потребителем. Их можно разделить по допустимому уровню мощности, системе тока, рабочей частоте, напряжению.

По мощности силовые тр-ры бывают: маломощные (менее 100 ВА) средней мощности (от 100 до 1000 ВА); повышенной мощности (более 1000 ВА).

По системе тока: существуют однофазные или трехфазные тр-ры.

По рабочей частоте: различают тр-ры для промышленной частоты (50 Гц); повышенной частоты (от 100 до 10 000 Гц); для ультразвуковой частоты (от 10 000 до 100 000 Гц).

Автотрансформатор (АТР) это тр-р, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка АТР имеет несколько выходов, подключаясь к которым, можно получать разные комбинации выходного напряжения. Достоинством автотрансформатора является более высокий КПД, так как лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Существенным минусом АТР является отсутствие электрической изоляции или гальванической развязки между цепями схемы. В последнее время с появлением импульсных блоков питания, роль АТР заметно ослабла.

Трансформатор тока (ТТ) в нем первичная обмотка подключена к источнику тока. Обычно их используют для снижения уровня тока до величины, используемой в измерениях (схема ФМЦ плата силового инвертора), защиты, управления и сигнализации. Первичная обмотка ТТ включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную подключаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке ТТ, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации.

ТТ классифицируются по различным признакам:

1. По назначению ТТ можно разделить на измерительные, защитные, промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.) и лабораторные (высокой точности, а такжесо многими коэффициентами трансформации).
2. По роду установки различают ТТ: а) для наружной установки; б) для внутренней установки; в) встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.; г) накладные одевающиеся сверху на проходной изолятор ; д) переносные.
3. По конструкции первичной обмотки ТТ делятся на: а) многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с восьмерочной обмоткой); б) одновитковые (стержневые); в) шинные.
4. По способу установки ТТ для внутренней и наружной установки разделяются на: а) проходные; б) опорные.
5. По выполнению изоляции можно разбить на группы: а) с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.); б) с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией; в) с заливкой компаундом.
6. По числу ступеней трансформации: а) одноступенчатые; б) двухступенчатые (каскадные)

Трансформатор напряжения ТН используется для преобразование высокого уровня напряжения в низкое в измерительных цепях и цепях релейной защиты и автоматики. Применение ТН позволяет изолировать логические схемы защиты и цепи измерения от высокого напряжения.

ТН различаются:

а) по числу фаз — однофазные и трехфазные;
б) по числу обмоток — двухобмоточные и трехобмоточные;
в) по классу точности, т. е. по допускаемым значениям погрешностей;
г) по способу охлаждения — трансформаторы с масляным охлаждением и с естественным воздушным охлаждением;
д) по роду установки — для внутренней установки, для наружной установки и для комплектных распределительных устройств.

Импульсный трансформатор используется для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное назначение которого заключается в передаче прямоугольного электрического импульса. Он служит для трансформации кратковременных импульсов напряжения, обычно повторяющихся с высокой скважностью.

Разделительный трансформатор первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные тр-ры используются для повышения безопасности электросетей, при случайных касаниях к земле и токоведущим частям или не токоведущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.

По форме магнитопровода трансформаторы делятся на броневые, стержневые и кольцевые.

В сердечнике броневого типа обмотка располагается на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой и создает частичную механическую защиту обмотки. Из-за перечисленных преимуществ такие сердечники получили особенно широкое распространение. Недостатком этих сердечников является повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает нецелесообразным их применение для входных трансформаторов с малым уровнем помех.

В сердечниках стержневого типа обмотка располагается на двух стержнях. Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что способствует снижению индуктивности рассеяния, расхода провода и увеличивает поверхность охлаждения. Стержневые сердечники целесообразно использовать для входных трансформаторов с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под влиянием внешнего магнитного поля в обеих катушках индуктируются напряжения, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Такой тип сердечника находит преимущественное применение в выходных мощных трансформаторах. Стержневые сердечники с одной катушкой не обладают какими-либо особыми свойствами, а поэтому применяются реже.

Кольцевые сердечники позволяют полнее использовать магнитные свойства материала и создают очень слабое внешнее поле, но из-за сложности изготовления обмоток не получили очень широкого распространения; чаще всего их изготавливают из феррита.

Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные сердечники набираются из пластин толщиной 0,35-0,5 мм, покрытых изоляцией - слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой. Лента для ленточных сердечников имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм.

По степени защиты от влажности трансформаторы и дроссели делятся на незащищенные, защищенные обволакиванием и герметизированные

Принцип работы трансформатора

Простейший трансформатор представляет собой устройство, состоящее из стального сердечника и двух обмоток. При подаче в первичную обмотку переменного напряжения, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС той же частоты.

Если ко вторичной обмотке подключить некоторый электроприемник, то в ней возникает электрический ток и на вторичных зажимах трансформатора устанавливается напряжение, которое несколько меньше, чем ЭДС и в некоторой относительно малой степени зависит от нагрузки. Отношение первичного напряжения ко вторичному (коэффициент трансформации) приблизительно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.

Расчет трансформатора

Различные примеры расчета тр-ров, включая целый дипломный проект: Расчет силового тран-ра; Маломощного с воздушным охлаждением; трехфазного тран-ра; трехфазного двухобмоточного маслянного тран-ра

Секреты намотки трансформатора своими руками

Процесс намотки испытал на себе наверное каждый начинающий радиолюбитель, а небольшие радиолюбительские технологии и хитрости помогут вам справится с этой непростой задачей.

Короткое замыкание однофазного трансформатора

Напряжением короткого замыкания (КЗ) трансформатора называют напряжение номинальной частоты, которое требуется подать на первичную обмотку трансформатора, чтобы в КЗ вторичной обмотке начал протекать ток Iном. Напряжение КЗ обычно измеряется в процентах от номинального напряжения, приложенного к первичной обмотке.

Холостой ход однофазного трансформатора

Режимом холостого хода т-ра называют такой режим работы при питании одной из обмоток от источника с переменным напряжением и при разомкнутых цепях другой обмотки. Такой режим работы может быть у однофазного трансформатоpa, когда он подсоединен к питающей сети, а нагрузка, питаемая от его вторичной обмотки, еще не подключена.

Схема замещения трансформатора

Хорошим способом освоения работы т-тора является представление его в виде эквивалентной схема замещения, в которой магнитная связь между обмотками замещается электрической связью, а параметры вторичной обмотки т-тора приведены к числу витков первичной.

Силовые и импульсные трансформаторы

Общие сведения, работа т-ра в режиме холостого хода и под нагрузкой. Краткая характеристика параметров силовых т-ров. Согласующие трансформаторы