Stromkreis des Transformators. Transformatoren, ihre Typen und Zweck. Zweck, Gerät, Funktionsprinzip eines Spannungswandlers

Am einfachsten ist ein Gerät bestehend aus einem Stahlkern und zwei Wicklungen (Abb. 1). Wenn der Primärwicklung eine Wechselspannung zugeführt wird, wird in der Sekundärwicklung eine EMK derselben Frequenz induziert. Wenn Sie an die Sekundärwicklung einen elektrischen Empfänger anschließen, entsteht darin ein elektrischer Strom und an den Sekundärklemmen des Transformators stellt sich eine Spannung ein, die etwas kleiner als die EMK ist und in relativ geringem Maße von der Last abhängt. Das Verhältnis der Primär- zur Sekundärspannung (Übersetzungsverhältnis) entspricht in etwa dem Verhältnis der Windungszahlen der Primär- und Sekundärwicklung.

Reis. 1. Das Prinzip des Aufbaus eines einphasigen Zweiwicklungstransformators. 1 Primärwicklung, 2 Sekundärwicklung, 3 Kern. U1 Primärspannung, U2 Sekundärspannung, I1 Primärstrom, I2 Sekundärstrom, F magnetischer Fluss

Die einfachsten Symbole von Transformatoren sind in Abb. dargestellt. 2; Der Übersichtlichkeit halber können verschiedene Wicklungen des Transformators wie in der Abbildung in unterschiedlichen Farben dargestellt werden.

Reis. 2. Symbol eines Transformators in detaillierten (multilinearen) Diagrammen (a) und in elektrischen Netzwerkdiagrammen (b)

Transformatoren können ein- oder mehrphasig sein und es kann mehr als eine Sekundärwicklung geben. In elektrischen Netzen werden typischerweise Dreiphasentransformatoren mit einer oder zwei Sekundärwicklungen verwendet. Wenn die Primär- und Sekundärspannung relativ nahe beieinander liegen, können Spartransformatoren mit einer Wicklung verwendet werden, deren Schaltpläne in Abb. dargestellt sind. 3.

Reis. 3. Schematische Diagramme von Abwärtstransformatoren (a) und Aufwärtstransformatoren (b).

Die wichtigsten Nennwerte eines Transformators sind seine primären und sekundären Nennspannungen, seine primären und sekundären Nennströme und seine sekundäre Nennscheinleistung (Nennleistung). Transformatoren können sowohl für sehr niedrige Leistungen (z. B. für mikroelektronische Schaltkreise) als auch für sehr hohe Leistungen (z. B. für Hochleistungsstromversorgungssysteme) hergestellt werden und decken einen Leistungsbereich von 0,1 mVA bis 1000 MVA ab.

Die Energieverluste des Transformators – Kupferverluste aufgrund des Wicklungswiderstands und Eisenverluste aufgrund von Wirbelströmen und Kernhysterese – sind typischerweise so gering, dass der Wirkungsgrad des Transformators typischerweise mehr als 99 % beträgt. Dennoch kann die Wärmeentwicklung in leistungsstarken Transformatoren so stark sein, dass auf wirksame Methoden zur Wärmeableitung zurückgegriffen werden muss. Am häufigsten wird der aktive Teil des Transformators in einem mit Mineralöl (Transformator) gefüllten Tank untergebracht, der bei Bedarf mit Zwangsluft- oder Wasserkühlung versorgt wird. Bei einer Leistung von bis zu 10 MVA (manchmal auch höher) können auch Trockentransformatoren eingesetzt werden, deren Wicklungen meist mit Epoxidharz gefüllt sind. Die Hauptvorteile von Trockentransformatoren sind ein höherer Brandschutz und die Vermeidung von Transformatoröllecks, sodass sie in jedem Teil des Gebäudes, auch auf jeder Etage, ohne Hindernisse installiert werden können. Zur Messung variabler Ströme oder Spannungen (insbesondere bei hohen Strömen und hohen Spannungen) werden häufig Messwandler eingesetzt.

Der Aufbau eines Spannungswandlers unterscheidet sich grundsätzlich nicht von Leistungstransformatoren, er arbeitet jedoch in einem Modus nahe dem Leerlauf; Der Transformationskoeffizient ist in diesem Fall ziemlich konstant. Die Nennsekundärspannung solcher Transformatoren beträgt üblicherweise 100 V. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers ist idealerweise kurzgeschlossen und der Sekundärstrom ist dann proportional zum Primärstrom. Der Nennsekundärstrom beträgt üblicherweise 5 A, kann aber manchmal auch darunter liegen (z. B. 1 A). Beispiele für Stromwandlersymbole sind in Abb. dargestellt. 4.

Reis. 4. Symbol eines Stromwandlers in erweiterten Diagrammen (a) und in einzeiligen Diagrammen (b)

Als erster kann der von Michael Faraday hergestellte Induktionsring angesehen werden, der aus einem ringförmigen Stahlkern und zwei Wicklungen besteht und mit dessen Hilfe er am 29. August 1831 das Phänomen der elektromagnetischen Induktion entdeckte (Abb. 5). Während des schnellen Übergangsprozesses, der auftritt, wenn die an eine Gleichstromquelle angeschlossene Primärwicklung ein- oder ausgeschaltet wird, wird in der Sekundärwicklung eine Impuls-EMK induziert. Ein solches Gerät kann daher als Impuls- oder Transiententransformator bezeichnet werden.

Reis. 5. Das Prinzip des Transiententransformators von Michael Faraday. i1 Primärstrom, i2 Sekundärstrom, t-Zeit

Basierend auf Faradays Entdeckung baute Nicholas Callan (1799–1864), ein Physiklehrer am Margnooth College in der Nähe von Dublin (Dublin, Irland), 1836 eine Induktionsspule (Funkeninduktor), bestehend aus einem Zerhacker und einem Transformator; Dieses Gerät ermöglichte die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom mit hoher Spannung und die Erzeugung langer Funkenentladungen. Induktionsspulen begannen sich rasch zu verbessern und wurden im 19. Jahrhundert häufig zur Untersuchung elektrischer Entladungen eingesetzt. Dazu können auch die Zündspulen moderner Autos gehören. Der erste Wechselstromtransformator wurde 1876 vom in Paris lebenden russischen Elektroingenieur Pavel Yablochkov patentiert und verwendete ihn in den Stromkreisen seiner Bogenlampen. Der Kern von Yablochkovs Transformator war ein gerades Bündel von Stahldrähten, wodurch der Magnetkreis nicht wie bei Faraday geschlossen, sondern offen war, und ein solcher Transformator wurde in anderen Anlagen nicht verwendet. Im Jahr 1885 stellten die Elektroingenieure des Budapester Werks Ganz & Co. Max Deri (172 1854–1938), Otto Titus Blathy (1860–1939) und Karoly Zipernovsky (1853–1942) gleichzeitig einen Transformator mit Ringkerndraht her Time entwickelte ein Wechselstromverteilungssystem, das auf der Verwendung dieser Transformatoren basierte. Ein Transformator mit noch besseren Eigenschaften, dessen Kern aus E- und I-förmigen Stahlblechen zusammengesetzt war, wurde im selben Jahr vom amerikanischen Elektroingenieur William Stanley (1858–1916) geschaffen, woraufhin die rasante Entwicklung des Wechselstroms begann Systeme begannen sowohl in Europa als auch in Amerika. Der erste Dreiphasentransformator wurde 1889 von Mikhail Dolivo-Dobrovolsky gebaut.

Der Name „Transformer“ kommt vom lateinischen Wort „transformare“, was „umwandeln, umwandeln“ bedeutet. Genau das ist sein Wesen – die Umwandlung von Wechselstrom einer Spannung in Wechselstrom einer anderen Spannung, aber einer ähnlichen Frequenz, durch magnetische Induktion. Der Hauptzweck des Transformators besteht darin, ihn in Stromnetzen und zur Stromversorgung verschiedener Geräte einzusetzen.

Gerät und Funktionsprinzip

Ein Transformator ist ein Gerät zur Umwandlung von Wechselstrom und Spannung, ohne bewegliche Teile.

Das Transformatorgerät besteht aus einer oder mehreren separaten Draht-, manchmal Bandspulen (Wicklungen), die von einem einzigen magnetischen Fluss bedeckt sind. Spulen werden üblicherweise um einen Kern (Magnetkern) gewickelt. Es besteht normalerweise aus ferromagnetischem Material.

Die Abbildung zeigt schematisch das Funktionsprinzip des Transformators.

Die Abbildung zeigt, dass die Primärwicklung mit der Wechselstromquelle verbunden ist und die andere (Sekundärwicklung) mit der Last verbunden ist. In diesem Fall fließt in den Windungen der Primärwicklung ein Wechselstrom, sein Wert beträgt I1. Und beide Spulen sind von einem magnetischen Fluss F umgeben, der in ihnen eine elektromotorische Kraft erzeugt.

Ist die Sekundärwicklung unbelastet, wird diese Betriebsart des Umrichters „Leerlauf“ genannt. Bei Belastung der Sekundärspule entsteht in dieser unter Einwirkung einer elektromotorischen Kraft ein Strom I2.

Die Ausgangsspannung hängt direkt von der Anzahl der Windungen der Spulen ab und die Stromstärke hängt vom Durchmesser (Abschnitt) des Drahtes ab. Mit anderen Worten: Wenn beide Spulen die gleiche Windungszahl haben, ist die Ausgangsspannung gleich der Eingangsspannung. Und wenn Sie zweimal mehr Windungen auf die Sekundärspule wickeln, wird die Ausgangsspannung zweimal höher als die Eingangsspannung.

Der resultierende Strom hängt auch vom Durchmesser des Wickeldrahtes ab. Beispielsweise kann es bei großer Belastung und kleinem Drahtdurchmesser zu einer Überhitzung der Wicklung, einer Verletzung der Integrität der Isolierung und sogar zu einem vollständigen Ausfall des Transformators kommen.

Um solche Situationen zu vermeiden, wurden Tabellen zur Berechnung des Wandlers und zur Auswahl des Drahtdurchmessers für eine bestimmte Ausgangsspannung zusammengestellt.

Klassifizierung nach Typ

Transformatoren werden normalerweise nach mehreren Kriterien klassifiziert: nach Zweck, nach Installationsmethode, nach Art der Isolierung, nach verwendeter Spannung usw. Betrachten wir die gängigsten Gerätetypen.

Leistungswandler

Dieser Gerätetyp dient der Einspeisung und Entnahme elektrischer Energie in und aus Stromleitungen mit Spannungen bis zu 1150 kW. Daher der Name – Macht. Diese Geräte arbeiten mit niedrigen Frequenzen – etwa 50–60 Hz. Ihre Konstruktionsmerkmale bestehen darin, dass sie mehrere Wicklungen enthalten können, die sich auf einem Panzerkern aus Elektroband befinden. Darüber hinaus können Niederspannungsspulen parallel betrieben werden.

Dieses Gerät wird als Split-Winding-Transformator bezeichnet. Typischerweise werden Leistungstransformatoren in einem Behälter mit Transformatoröl untergebracht und die leistungsstärksten Einheiten werden durch ein aktives System gekühlt. Für die Installation in Umspannwerken und Kraftwerken werden dreiphasige Geräte mit einer Leistung von bis zu 4.000 kVA verwendet. Sie sind am weitesten verbreitet, da die Verluste bei ihnen im Vergleich zu einphasigen um 15 % reduziert sind.

Spartransformatoren (LATR)

Hierbei handelt es sich um eine besondere Art von Niederfrequenzgerät. Dabei ist die Sekundärwicklung gleichzeitig Teil der Primärwicklung und umgekehrt. Das heißt, die Spulen sind nicht nur magnetisch, sondern auch elektrisch verbunden. Aus derselben Wicklung werden unterschiedliche Spannungen gewonnen, wenn mehrere Schlussfolgerungen gezogen werden. Durch die Verwendung weniger Drähte werden die Kosten des Geräts gesenkt. Allerdings gibt es keine galvanische Trennung der Wicklungen, was einen erheblichen Nachteil darstellt.

Spartransformatoren finden Anwendung in Hochspannungsnetzen und in automatischen Steueranlagen zum Starten von Wechselstrommotoren. Es empfiehlt sich, sie bei niedrigen Übersetzungsverhältnissen einzusetzen. LATR wird zur Spannungsregelung unter Laborbedingungen verwendet.

Stromtransformatoren

Bei solchen Geräten ist die Primärwicklung direkt an die Stromquelle angeschlossen und die Sekundärwicklung ist an Geräte mit geringem Innenwiderstand angeschlossen. Dabei kann es sich um Schutz- oder Messgeräte handeln. Der gebräuchlichste Stromwandlertyp ist der Messwandler.

Es besteht aus einem Kern aus laminiertem, siliziumkaltgewalztem Elektrostahl, auf den eine oder mehrere separate Sekundärwicklungen gewickelt sind. Während die Primärseite einfach ein Bus oder ein Draht sein kann, bei dem ein gemessener Strom durch das Fenster des Magnetkreises fließt. Nach diesem Prinzip funktionieren beispielsweise Stromzangen. Das Hauptmerkmal des Transformatorstroms ist das Übersetzungsverhältnis.

Solche Wandler sind sicher und werden daher in der Strommessung und in Relaisschutzschaltungen eingesetzt.

Impulswandler

In der modernen Welt haben Impulssysteme schwere Niederfrequenztransformatoren fast vollständig ersetzt. Typischerweise wird ein gepulstes Gerät auf einem Ferritkern in verschiedenen Formen und Größen hergestellt:

Ring;
Kernel;
Tasse;
in Form des Buchstabens W;
U-förmig.

Die Überlegenheit solcher Geräte steht außer Zweifel – sie können mit Frequenzen von bis zu 500 kHz oder mehr arbeiten.

Da es sich um ein Hochfrequenzgerät handelt, nehmen seine Abmessungen mit zunehmender Frequenz deutlich ab. An der Wicklung wird weniger Draht verbraucht, und um einen Hochfrequenzstrom im ersten Stromkreis zu erhalten, reicht es aus, einfach einen Feldeffekt- oder Bipolartransistor anzuschließen.

Es gibt viele weitere Arten von Transformatoren: Isolationstransformatoren, Anpassungstransformatoren, Spitzentransformatoren, Doppeldrosseltransformatoren usw. Sie alle werden in der modernen Industrie häufig eingesetzt.

Anwendungsbereich von Geräten

Heutzutage ist es vielleicht schwierig, sich einen Bereich der Wissenschaft und Technik vorzustellen, in dem keine Transformatoren zum Einsatz kommen. Sie werden häufig für folgende Zwecke verwendet:

Basierend auf der Vielfalt der Geräte und Verwendungszwecke von Transformatoren kann dies argumentiert werden heute sind sie unersetzlich, fast überall eingesetzte Geräte, wodurch Stabilität und Erreichen der vom Verbraucher geforderten Spannungswerte sowohl für zivile Netze als auch für Industrienetze gewährleistet sind.

Funktionsprinzip:

Das Gerät verfügt über 2 Wicklungen Sie werden als primär und sekundär bezeichnet. Nur die Primärwicklung ist an eine externe Quelle angeschlossen, während die Sekundärwicklung zur Spannungsentlastung dient.
Einbeziehung der Primärwicklung in das Stromnetz, wird im Magnetkreis von der Primärwicklung ein Magnetfeld (Wechselfeld) erzeugt, wodurch bei Schließung durch den Empfänger ein Sekundärwicklungsstrom erzeugt wird.
Synchron in der Primärverpackung Laststrom erzeugt wird.
Hier kommt die Transformation her. elektrische Energie, wenn das Primärnetz sie an das Sekundärnetz überträgt. Dadurch erhält der Empfänger den Wert, für den das Gerät ausgelegt ist.

Schema der Arbeit

Das Phänomen der Gegeninduktion ist die Grundlage für den Betrieb eines Transformators:

Verbessern magnetische Verbindung von 2 Wicklungen, sie werden auf dem Magnetkern der Stahlkonstruktion platziert.
Wiederum Die Isolierung erfolgt nicht nur zwischen ihnen, sondern auch mit dem Magnetkreis.
Jede Wicklung hat eine eigene Kennzeichnung. Wenn an der Wicklung Hochspannung anliegt, wird sie mit (VN) und mit Niederspannung (LV) bezeichnet.
Primärwicklung wird an die Stromversorgung angeschlossen, der Sekundärteil wird an den Empfänger angeschlossen.

Die Spannung an den Spulen hat unterschiedliche Werte und der Wert an den Spulen hängt vom Verwendungszweck des Geräts ab:

Aufwärtstransformator wird auf der Primärwicklung weniger Spannung haben als auf der zweiten.
Step-Down-Gerät, genau das Gegenteil ist der Fall.

Ihre Einsatzmöglichkeiten sind unterschiedlich:

Über lange Distanzen Boosting-Geräte werden eingesetzt.
Wenn Sie verteilen müssen Strom an Verbraucher - Reduzierung.

Es gibt Geräte mit 3 Wicklungen, bei denen nicht nur Hoch- und Niederspannung, sondern auch ein Mittelwert (MV) ermittelt werden muss.

Die Spulen eines solchen Geräts sind ebenfalls voneinander isoliert und über eine Spule mit Strom verbunden, während die anderen beiden an verschiedene Empfänger angeschlossen sind:

Die Wickel haben eine zylindrische Form und werden durch Wickeln von Kupferdraht mit rundem Querschnitt für niedrige Ströme durchgeführt.
Für Hochstrom Es werden Reifen mit rechteckigem Querschnitt verwendet.
Auf dem Magnetkern Die Ummantelung ist für Niederspannung ausgelegt, da sie im Vergleich zu Ummantelungen mit hoher Nennspannung leicht isoliert ist.
Der Kern selbst in runder Form ausgeführt, wenn die Verpackung die Form eines Zylinders hat. Dies geschieht, um nichtmagnetische Lücken zu verringern und die Länge der Spulen zu reduzieren. Daher nimmt auch die Kupfermasse pro gegebener Querschnittsfläche des runden Magnetkreises ab.
Runder Stab durchläuft einen aufwändigen Montageprozess aus Stahlblechen. Und um die Aufgabe zu vereinfachen, verwenden Hochspannungsgeräte Stäbe mit abgestuftem Querschnitt, wenn deren Anzahl nur 17 Stück erreicht.
In leistungsstarken Einheiten Zur Kühlung des Magnetkerns sind zusätzliche Lüftungskanäle eingebaut. Dies wird dadurch erreicht, dass sie senkrecht und parallel zur Oberfläche der Stahlbleche platziert werden.
Bei leistungsschwächeren Geräten Der Kern hat einen rechteckigen Querschnitt.

Zweck und Typen

Dreiphasentransformator

Ein Transformator kann als Wandler eines Spannungs- oder Stromwerts in einen anderen bezeichnet werden.

Sie können sein:

Drei Phasen;
einzelphase;
nach unten;
zunehmend;
Messen usw.;

Zweck des Gerätes:überträgt und verteilt Strom an den Kunden.

Das Gerät enthält aktive Komponenten: Spule und Magnetkern. Der Kern kann wiederum ein Stab oder eine Panzerung sein. Sie verwenden kaltgewalztes, warmgewalztes Elektroband.

Die verwendete Verpackung ist durchgehend, schraubenförmig, zylindrisch oder scheibenförmig.

Zu den modernen Produkten zählen:

ringförmig;
gepanzert;
Stange;

Sie haben ähnliche Eigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit. Das einzige, was sie unterscheidet, ist die Herstellungsmethode.

Bei der Stabversion wird die Spule um den Kern gewickelt, während sie bei der gepanzerten Version in den Kern eingeführt wird. Daher ist die Polsterung beim Stabtyp sichtbar und nur horizontal angeordnet, beim Panzertyp ist sie jedoch verborgen, kann aber sowohl horizontal als auch vertikal platziert werden.

Welchen Typ wir auch in Betracht ziehen, er besteht aus drei Komponenten:

Kühlsystem;
Verpackung;
Magnetkreis;

Dank der Geräte ist es möglich, die von Kraftwerken über große Entfernungen gelieferte Spannung deutlich zu erhöhen, während die Energieverluste entlang der Leitungen minimal sind. Basierend auf dem oben Gesagten ist es möglich, Drähte auf Übertragungsleitungen mit einer kleineren Querschnittsfläche zu verwenden.

Der Verbraucher kann auch den Energieverbrauch von Hochspannungsleitungen auf Nennwerte (380, 220, 127 V) reduzieren.

Umfang und Typen

Transformator im Fernseher

Haushaltstransformatoren schützen Geräte vor Spannungsspitzen.

Daher werden sie in folgenden Geräten eingesetzt:

in der Beleuchtung;
Oszilloskope;
Fernseher;
Radios;
Messgeräte usw.;

Schweißgeräte, die das Strom- und Schweißnetz trennen, werden aktiv in Schweiß- und elektrothermischen Strukturen eingesetzt, wo sie die Spannung erfolgreich auf die erforderlichen Nennwerte reduzieren.

Das Stromnetz nutzt ölbefeuerte Anlagen mit Spannungen von 6 und 10 kV.

Viele automatische Konstruktionen verwenden Transformatoren, bei denen die Spannung an den Spulen nicht saugend ist.

Arten:

Rotierend. Das Signal wird an rotierende Objekte übertragen. Zum Beispiel ein Videorecorder, bei dem das Signal an die Trommel der Magnetkopfbaugruppe übertragen wird. Hier gibt es 2 Hälften des Magnetkreises und ihre Drehung erfolgt mit minimalem Abstand zueinander. Dadurch wird eine hohe Drehzahl realisiert, bei der Kontaktsignalmethode wird ein solcher Effekt nicht für möglich gehalten.
Spitzentransformator. Bei dieser Option wird die Sinusspannung in Spitzen umgewandelt, die eine Spitzenform haben. Sie werden aktiv bei der Steuerung von Thyristoren sowie elektronischen und Halbleiterbauelementen eingesetzt.
Koordinator. Beteiligt sich an der Anpassung von Widerständen in verschiedenen Intervallen der elektronischen Schaltung, wobei die Signalform minimal verzerrt wird. Die galvanische Trennung zwischen den Schaltkreiszonen ist synchron gewährleistet.
Teilen. Hier sind die beiden Wicklungen nicht elektrisch miteinander verbunden. Dieses Schema ermöglicht es, die Sicherheit elektrischer Netze zu erhöhen. Bei einer versehentlichen gleichzeitigen Berührung eines spannungsführenden Teils und der Erde kommt es zu einer galvanischen Trennung des Stromkreises.
Impuls. Bei dieser Option werden Impulssignale in einem sehr kurzen Zeitraum (zig Mikrosekunden) umgewandelt, während die Krümmung der Impulskonfiguration minimal ist.
Durch Spannung. Hier erfolgt die Umwandlung von Hochspannung in Niederspannung. Mit dieser Option können Sie Mess- und Logikschaltkreise von Hochspannung isolieren.
Nach aktuellem Stand. Dieser Typ misst Hochstromkreise. Zum Beispiel bei der Gestaltung von Relaisfeldern elektrischer Energiesysteme. Daher gelten recht strenge Genauigkeitsanforderungen.
Spartransformator. Bei diesem Typ sind die beiden Wicklungen direkt verbunden. Dadurch entsteht eine elektrische und elektromagnetische Verbindung, was den hohen Wirkungsgrad dieser Bauart erklärt. Der Nachteil eines solchen Gerätes ist die fehlende Isolierung, das heißt, es gibt keine galvanische Trennung.
Leistung. Diese Option wird mit variablem Strom eingesetzt und wandelt elektrische Energie in Anlagen und Stromnetzen um. Dieser Typ wird häufig auf Hochspannungsleitungen (35–750 kV) und städtischen Stromnetzen (10 und 6 kV) eingesetzt.
Doppeldrossel. Das Vorhandensein von zwei gleichen Windungen ermöglicht eine wirksamere Drosselung als bei einer herkömmlichen. Sie werden am Filtereingang im Netzteil sowie in Audiogeräten eingesetzt.
Transfluxor. Die verbleibende Magnetisierung des Magnetdrahtes ist groß, was seine Verwendung zur Speicherung von Informationen ermöglicht.

Ein bisschen Geschichte

Die Erfindung von Transformatoren begann im Jahr 1876 durch den großen russischen Wissenschaftler P.N. Jablokow. Dann hatte sein Produkt keinen geschlossenen Kern, der viel später erschien - 1884. Und mit dem Aufkommen des Geräts interessierten sich Wissenschaftler aktiv für Wechselstrom.

Beispielsweise hat M.O. bereits 1889 Dolivo-Dobrovolsky (russischer Elektroingenieur) schlug ein dreiphasiges Wechselstromsystem vor. Er baute die erste 3-Phasen-Anlage

Ein paar Jahre später präsentierte der Elektromechaniker seine Arbeit auf einer Ausstellung, wo eine Präsentation einer dreiphasigen Hochspannungsleitung mit einer Länge von 175 km stattfand, bei der es gelungen war, Strom zu erhöhen und zu senken.

Wenig später waren die Ölaggregate an der Reihe, denn Öl erwies sich nicht nur als guter Isolator, sondern auch als hervorragendes Kühlmedium.

Im 20. Jahrhundert erschienen kompaktere und wirtschaftlichere Produkte. Die Hersteller der Produkte waren ausländische Unternehmen. Derzeit sind auch inländische Unternehmen in der Produktion tätig.

Inhalt:

Ein Transformator gehört zur Kategorie der statischen elektromagnetischen Geräte, die in der Lage sind, Wechselstrom mit einem Spannungswert in Wechselstrom mit einer anderen Spannung umzuwandeln und dabei die gleiche Frequenz beizubehalten. Diese Geräte werden in elektrischen Netzen zur Übertragung und Verteilung von Energie erfolgreich eingesetzt und sind auch integraler Bestandteil vieler Elektroinstallationen. In diesem Zusammenhang wird die Frage, wie ein Transformator funktioniert, abhängig von der Anzahl der Wicklungen, Phasen, Kühlmethoden und anderen Konstruktionsmerkmalen, von denen der Einsatz dieser Geräte direkt abhängt, besonders relevant.

Wirkungsweise eines Abwärtstransformators

Es gibt verschiedene Arten von Abwärtstransformatoren. Sie können einfach, doppelt oder doppelt sein, was ihren Einsatz in verschiedenen Energiebereichen ermöglicht. Der Aufbau dieser Geräte umfasst zwei Wicklungen und ein Blechpaket, für dessen Herstellung Elektroband verwendet wird. Eine Besonderheit eines Abwärtstransformators ist die unterschiedliche Windungszahl der Primär- und Sekundärwicklung. Um das Gerät richtig nutzen zu können, müssen Sie die Funktionsweise eines Abwärtstransformators gut verstehen.

Die am Eingang des Transformators angelegte Spannung bewirkt, dass in der Wicklung eine elektromotorische Kraft entsteht, die wiederum zum Auftreten eines Magnetfelds führt. Dadurch, dass dieses Feld die Windungen der zweiten Spule kreuzt, entsteht in ihr eine eigene elektromotorische Kraft der Selbstinduktion. Unter seinem Einfluss entsteht in der zweiten Spule eine Spannung, die sich von der Primärspule durch den Unterschied in der Anzahl der Windungen in beiden Wicklungen unterscheidet.

Um die genauen Parameter zu ermitteln, müssen Berechnungen des Abwärtstransformators durchgeführt werden. Es ist zu berücksichtigen, dass das Auftreten einer elektromotorischen Selbstinduktionskraft nur unter dem Einfluss von Wechselspannung möglich ist. Daher funktionieren alle elektrischen Haushaltsnetze nur an.

Unter modernen Bedingungen besteht zunehmend die Notwendigkeit, Hochspannung in Niederspannung umzuwandeln. Dies liegt daran, dass Kraftwerke Hochspannungsstrom erzeugen, um den Bedarf eines bestimmten Gebiets zu decken. Daher wird in jedem dieser Abschnitte die Anfangsspannung auf einen für den Einsatz im häuslichen Bereich akzeptablen Wert umgewandelt. Darüber hinaus werden Abwärtstransformatoren häufig im häuslichen Bereich eingesetzt, um Niederspannungsgeräte an den 220-V-Netzstrom anzupassen. Sie sind Strukturelemente verschiedener Netzteile, Adapter, Stabilisatoren und anderer ähnlicher Geräte.

Beim Kauf eines Abwärtstransformators sollten Sie auf Parameter wie Leistung und Windungszahl in beiden Wicklungen achten. Es muss ein wichtiger Indikator berücksichtigt werden – das Spannungswandlungsverhältnis. Dieser Parameter hängt vom Verhältnis der Windungszahlen in der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators ab. Dadurch wird das Spannungsverhältnis an beiden Wicklungen bestimmt.

Bei einem Abwärtstransformator übersteigt die Anzahl der Windungen in der Primärwicklung die Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung, was zu einer verringerten Ausgangsspannung führt. Einige Geräte verfügen über mehrere Pins, was bedeutet, dass mehrere Verbindungsgruppen gleichzeitig vorhanden sind. Die Bildung des gewünschten Stromkreises in ihnen erfolgt in Abhängigkeit von der Größe des Eingangs- und Ausgangsstroms. Solche Transformatoren sind universell und multifunktional und erfreuen sich bei Verbrauchern großer Beliebtheit.

Funktionsprinzip eines Spannungswandlers

Die Hauptfunktion von Spannungswandlern besteht darin, die Energie der Quelle in den gewünschten Spannungswert umzuwandeln. Diese Geräte können nur mit Wechselspannung mit konstanter Frequenz betrieben werden.

Je nach Übersetzungsverhältnis gibt es drei Arten von Spannungswandlern:

Nach unten. Bei diesen Geräten ist die Ausgangsspannung geringer als die Eingangsspannung. Wird in Netzteilen, Stabilisatoren usw. verwendet.
Fördern. Hier ist der Ausgangsstrom größer als der Eingang. Wird hauptsächlich in Verstärkergeräten verwendet.
Koordinator. Der Betrieb dieser Geräte erfolgt ohne Änderung der Spannungsparameter, alle Aktionen werden nur durch die galvanische Trennung begrenzt. Wird in Audioverstärkerschaltungen verwendet.

Um dieses oder jenes Design richtig nutzen zu können, müssen Sie genau wissen, wie der Stromwandler funktioniert. Es ist bekannt, dass die Grundlage für den Betrieb dieser Geräte ist. Um Verluste während des Transformationsprozesses zu reduzieren und die Energieübertragung zu maximieren, werden in Transformatoren Magnetkerne eingesetzt. Das Design verfügt über eine Primärspule, während es je nach Verwendungszweck jedes Geräts mehrere Sekundärspulen gibt.

Nachdem in der Primärwicklung Wechselstrom auftritt, entsteht im Magnetkreis ein magnetischer Fluss, der Spannung in der Sekundärwicklung anregt. Der Hauptparameter ist das Übersetzungsverhältnis, gleich dem Verhältnis der Spannung in der Primärwicklung zur Spannung in der Sekundärwicklung. Die Anzahl der in der ersten und zweiten Spule vorhandenen Windungen korreliert auf die gleiche Weise.

Mit diesem Koeffizienten werden Parameter für einen bestimmten Transformator berechnet. Wenn beispielsweise 2000 Windungen in der Primärwicklung und 100 in der Sekundärwicklung vorhanden sind, beträgt das Übersetzungsverhältnis 20. Daher beträgt die Ausgangsspannung bei einer Eingangsnetzspannung von 240 V 12 V. Im Auf die gleiche Weise wird bei gegebenen Werten der Eingangs- und Ausgangsspannung die erforderliche Windungszahl ermittelt.

Eine in der Praxis weit verbreitete Art solcher Geräte sind Spannungsmesstransformatoren. Sie werden in Geräten eingesetzt, die für Kontrollmessungen hohe Ströme und hohe Betriebsspannungen verbrauchen. Mit Hilfe dieser Geräte werden die Messwerte auf ein Maß reduziert, das die Durchführung der notwendigen Messungen ermöglicht.

Elektromagnetische statische Geräte werden zum Erzeugen und Anlegen eines Magnetfelds verwendet. Es gibt viele Fälle, warum ein Transformator in der Elektronik, in elektrischen Schaltkreisen und in der Funktechnik benötigt wird. Das Gerät ist mit induktiven Wicklungen ausgestattet, die auf einem Magnetkern miteinander verbunden sind. Das Netzwerk trägt zur Erzeugung eines Wechselfeldes bei, und der Transformator liefert mithilfe elektromagnetischer Induktion dem Strom konstante Werte, ohne die Frequenz zu ändern.

Definition und Zweck

Um Geräte mit Strom zu versorgen, sind Spannungen unterschiedlicher Charakteristik erforderlich. Ein Transformator ist eine Struktur zur Nutzung der induktiven Arbeit eines Magnetfelds. Band- oder Drahtspulen, verbunden durch einen gemeinsamen Fluss, senken oder erhöhen die Spannung. Der Fernseher verwendet 5 V zum Betrieb von Transistoren und Mikroschaltungen; die Stromversorgung der Bildröhre erfordert bei Verwendung eines Kaskadengenerators mehrere Kilovolt.

Isolierte Wicklungen befinden sich auf einem Kern aus spontan magnetisiertem Material mit einem bestimmten Spannungswert. Ältere Geräte nutzten die vorhandene Netzfrequenz von etwa 60 Hz. In modernen Stromversorgungskreisen für Elektrogeräte werden Hochfrequenz-Impulstransformatoren eingesetzt. Die Wechselspannung wird gleichgerichtet und über einen Generator in einen Wert mit den vorgegebenen Parametern umgewandelt.

Die Spannungsstabilisierung erfolgt durch eine Steuereinheit mit Pulsweitenmodulation. Hochfrequenzstöße werden an den Transformator übertragen und am Ausgang werden stabile Werte erhalten. Die Massivität und Schwere der Geräte von gestern werden durch Leichtigkeit und geringe Größe ersetzt. Die lineare Leistung des Gerätes verhält sich proportional zur Leistung im Verhältnis 1:4; um die Größe des Gerätes zu verringern, erhöht sich die Stromfrequenz.

Massive Geräte werden in Stromversorgungskreisen eingesetzt, wenn es darum geht, ein Mindestmaß an Ableitung hochfrequenter Störungen zu erreichen, beispielsweise um eine hohe Klangqualität zu gewährleisten.

Aufbau und Funktionsprinzip

Der Hersteller wählt die Grundregeln für den Betrieb des Geräts, dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Betriebssicherheit. Die Konzepte unterscheiden sich im Herstellungsprozess. Das Funktionsprinzip des Transformators basiert auf zwei Bestimmungen:

die wechselnde Bewegung gerichteter Ladungsträger erzeugt ein magnetisches Wechselfeld;
Die Beeinflussung des durch die Spule übertragenen Kraftflusses erzeugt elektromotorische Kraft und Induktion.

Das Gerät besteht aus folgenden Teilen:

Magnetantrieb;
Spulen oder Wicklungen;
Grundlage für die Anordnung der Kurven;
Isoliermaterial;
Kühlsystem;
andere Elemente der Befestigung, des Zugangs, des Schutzes.

Die Funktionsweise eines Transformators richtet sich nach der Bauart und der Kombination von Kern und Wicklungen. Beim Stabtyp ist der Leiter in den Wicklungen eingeschlossen und schwer zu erkennen. Die Spiralwindungen sind sichtbar, die Ober- und Unterseite des Kerns sind sichtbar, die Achse steht vertikal. Das Material, aus dem die Spule besteht, muss den Strom gut leiten.

Bei gepanzerten Produkten verbirgt der Stab die meisten Windungen; er wird horizontal oder vertikal platziert. Das Ringkerndesign von Transformatoren sieht die Anordnung von zwei unabhängigen Wicklungen auf dem Magnetkern vor, ohne dass eine elektrische Verbindung miteinander besteht.

Magnetisches System

Hergestellt aus legiertem Transformatorstahl, Ferrit und Permalloy unter Beibehaltung der geometrischen Form, um das Magnetfeld des Geräts zu erzeugen. Der Leiter besteht aus Platten, Bändern und Hufeisen und wird auf einer Presse hergestellt. Der Teil, auf dem sich die Wicklung befindet, wird Stab genannt. Ein Joch ist ein Element ohne Windungen, das den Stromkreis schließt.

Das Funktionsprinzip des Transformators hängt von der Rackanordnung ab, die wie folgt aussehen kann:

flach – die Achsen der Joche und Kerne liegen in einer Ebene;
räumlich - Längselemente sind auf unterschiedlichen Flächen angeordnet;
symmetrisch – Leiter gleicher Form, Größe und Bauart sind an allen Jochen auf die gleiche Weise wie andere angeordnet;
asymmetrisch – einzelne Racks unterscheiden sich in Aussehen, Abmessungen und werden an unterschiedlichen Positionen platziert.

Geht man davon aus, dass durch die Wicklung, die Primärwicklung genannt wird, ein Gleichstrom fließt, dann wird der Magnetdraht geöffnet. In anderen Fällen ist der Kern geschlossen, er dient zum Schließen der Stromleitungen.

Wicklungen

Sie bestehen aus einer Reihe von Windungen, die auf quadratischen Leitern angeordnet sind. Die Form dient dem effizienten Betrieb und der Erhöhung des Füllfaktors im Magnetkreisfenster. Wenn der Querschnitt des Kerns vergrößert werden muss, wird dieser in Form von zwei parallelen Elementen ausgeführt, um das Auftreten von Wirbelströmen zu verringern. Jeder dieser Leiter wird als Kern bezeichnet.

Der Stab ist in Papier eingewickelt und mit Emaillelack überzogen. Manchmal sind zwei parallel angeordnete Adern von einer gemeinsamen Isolierung umgeben, der Satz wird Kabel genannt. Wicklungen werden nach Zweck unterschieden:

die wichtigsten - ihnen wird Wechselstrom zugeführt, und der umgewandelte elektrische Strom kommt heraus;
regulierend – sie bieten Abgriffe für die Spannungsumwandlung bei niedrigem Strom;
Hilfsenergie – dienen dazu, ihr Netz mit einer Leistung zu versorgen, die unter dem Nennwert des Transformators liegt, und den Stromkreis mit Gleichstrom vorzuspannen.

Verpackungsmethoden:

gewöhnliche Wicklung - Windungen werden in Richtung der Achse über die gesamte Länge des Leiters ausgeführt, nachfolgende Windungen werden dicht und ohne Lücken gewickelt;
Schraubenverpackung – mehrschichtige Verpackung mit Lücken zwischen den Ringen oder überlappenden benachbarten Elementen;
Scheibenwickeln – eine spiralförmige Reihe wird nacheinander ausgeführt, in einem Kreis erfolgt das Wickeln in radialer Reihenfolge in der Innen- und Außenrichtung;
Die Folienspirale besteht aus einem breiten Aluminium- und Kupferblech mit einer Dicke von 0,1 bis 2 mm.

Legende

Um das Lesen des Transformatordiagramms zu erleichtern, gibt es spezielle Zeichen. Der Kern ist mit einer dicken Linie gezeichnet, Nummer 1 zeigt die Primärwicklung, Sekundärwindungen sind mit den Nummern 2 und 3 gekennzeichnet.

In einigen Schemata ist die Kernlinie ähnlich dick wie die Linie der Halbkreise der Umhüllung. Die Bezeichnung des Stabmaterials variiert:

Der Magnetkern aus Ferrit ist mit einer dicken Linie eingezeichnet;
Ein Stahlkern mit einem magnetischen Spalt wird mit einer dünnen Linie mit einem Spalt in der Mitte gezeichnet.
die Achse des magnetisierten Dielektrikums ist durch eine dünne gepunktete Linie dargestellt;
Im Diagramm sieht ein Kupferstab wie eine schmale Linie mit einem Symbol für das Material gemäß dem Periodensystem aus.

Um die Spulenleistung hervorzuheben, werden fette Punkte verwendet; die Bezeichnung der Momentaninduktion ist dieselbe. Wird zur Bezeichnung von Zwischeneinheiten in Kaskadengeneratoren verwendet, um die Gegenphase anzuzeigen. Platzieren Sie Punkte, wenn Sie beim Zusammenbau die Polarität und die Richtung der Wicklungen festlegen müssen. Die Anzahl der Windungen in der Primärwicklung wird bedingt bestimmt, ebenso wie die Anzahl der Halbkreise nicht genormt ist; Proportionalität besteht, wird aber nicht strikt eingehalten.

Hauptmerkmale

Der Leerlaufmodus wird verwendet, wenn der Sekundärkreis des Transformators offen ist und keine Spannung anliegt. Der Strom fließt durch die Primärspule und es kommt zu einer reaktiven Magnetisierung. Im Leerlaufbetrieb werden Wirkungsgrad, Transformationsindex und Kernverluste ermittelt.

Beim Betrieb unter Last wird die Stromquelle an den Primärkreis angeschlossen, in dem der gesamte Betriebs- und Leerlaufstrom fließt. Die Last ist an den Sekundärkreis des Transformators angeschlossen. Dieser Modus ist üblich.

Die Kurzschlussphase tritt auf, wenn der Widerstand der Sekundärspirale die einzige Last ist. In diesem Modus werden die Wärmeverluste der Spule im Stromkreis ermittelt. Die Parameter des Transformators werden im Geräteersatzsystem durch die Widerstandseinstellung berücksichtigt.

Das Verhältnis von aufgenommener und abgegebener Leistung bestimmt den Wirkungsgrad des Transformators.

Anwendungsgebiet

Haushaltsgeräte haben über einen Neutralleiter Kontakt zur Erde. Der gleichzeitige Kontakt des Verbrauchers mit dem Phasenstrom und dem Nullkreis führt zu einem Kurzschluss und einer Verletzung. Durch den Anschluss über einen Trenntransformator können Sie Personen schützen, da die Sekundärwicklung keinen Kontakt mit der Erde hat.

Impulseinheiten dienen zur Übertragung eines Rechteckimpulses und zur Umwandlung kurzer Signale unter Last. Am Ausgang ändern sich Polarität und Amplitude des Stroms, die Spannung bleibt jedoch unverändert.

Gleichstrommessgeräte sind magnetische Verstärker. Die gerichtete Bewegung von Elektronen geringer Leistung trägt zur Änderung der Wechselspannung bei. Der Gleichrichter liefert konstante Energie und ist abhängig von den Eingangsstromwerten.

Aggregate werden häufig in Kleinstrom- und Stromerzeugern eingesetzt, die Leistung bei Dieselmotoren ist durchschnittlich. Transformatoren werden in Reihe mit der Last geschaltet, das Gerät ist über die Primärwicklung mit der Quelle verbunden und der Sekundärkreis erzeugt die umgewandelte Energie. Der Ausgangsstromwert ist direkt proportional zur Last. Wenn der Generator dreiphasig ist, werden Geräte mit 3 Magnetstäben verwendet.

Invertierende Einheiten verfügen über Transistoren gleicher Leitfähigkeit und verstärken nur einen Teil des Signals am Ausgang. Um die Spannung vollständig umzuwandeln, wird ein Impuls an beide Transistoren angelegt.

Passende Geräte werden verwendet, um elektronische Geräte mit hohem Widerstand am Ein- und Ausgang von Lasten mit geringer elektrischer Übertragung anzuschließen. Die Geräte sind in Hochfrequenzleitungen nützlich, wo der Unterschied in den Werten zu Energieverlusten führt.

Transformatortypen

Die Klassifizierung von Transformatoren richtet sich nach dem Nennstrom im Primär- und Sekundärkreis. Bei gängigen Typen liegt der Indikator im Bereich von 1-5 A.

Die Trenneinheit sieht keine Verbindung beider Spiralen vor. Das Gerät sorgt für eine galvanische Trennung, d. h. eine berührungslose Impulsübertragung. Ohne sie wird der zwischen den Stromkreisen fließende Strom nur durch den Widerstand begrenzt, der aufgrund seines geringen Wertes nicht berücksichtigt wird.

Der Anpassungstransformator sorgt für die Anpassung verschiedener Widerstandswerte, um Verzerrungen der Ausgangsimpulsform zu minimieren. Dient zur Herstellung einer galvanischen Trennung.

Bevor Sie herausfinden, welche Arten von Leistungstransformatoren es gibt, beachten Sie, dass diese für den Betrieb mit Hochleistungsnetzen ausgelegt sind. Wechselstromgeräte verändern das Energieniveau in Empfangsanlagen und arbeiten in Bereichen mit hohem Durchsatz und hoher Stromänderungsrate.

Ein Rotationstransformator sollte nicht mit rotierenden Geräten verwechselt werden – einer Maschine zur Umwandlung des Drehwinkels in Stromkreisspannung, bei der der Wirkungsgrad von der Drehzahl abhängt. Das Gerät sendet einen elektrischen Impuls an bewegliche Teile von Geräten, beispielsweise an den Kopf eines Videorecorders. Ein Doppelkern mit getrennten Wicklungen, von denen sich eine um die andere dreht.

Die Öleinheit nutzt die Spulenkühlung mit speziellem Transformatorenöl. Sie verfügen über einen geschlossenen Magnetkreis. Im Gegensatz zu Luftarten können sie mit Hochleistungsnetzwerken interagieren.

Schweißtransformatoren zur Optimierung des Gerätebetriebs, zur Reduzierung der Spannung und zur Erzeugung von Hochfrequenzstrom. Dies geschieht aufgrund von Änderungen der induktiven Reaktanz- oder Leerlaufwerte. Die Stufenregelung erfolgt durch die Anordnung der elektrischen Wicklung auf den Leitern.