Circuitul electric al transformatorului. Transformatoarele, tipurile și scopul lor. Scop, dispozitiv, principiu de funcționare a unui transformator de tensiune

Cel mai simplu este un dispozitiv format dintr-un miez de oțel și două înfășurări (Fig. 1). Atunci când înfășurarea primară este furnizată o tensiune alternativă, în înfășurarea secundară este indusă o fem de aceeași frecvență. Dacă conectați un receptor electric la înfășurarea secundară, atunci apare un curent electric în el și se stabilește o tensiune la bornele secundare ale transformatorului, care este ceva mai mică decât EMF și depinde într-o măsură relativ mică de sarcină. Raportul dintre tensiunea primară și secundară (raportul de transformare) este aproximativ egal cu raportul dintre numărul de spire ale înfășurărilor primare și secundare.

Orez. 1. Principiul proiectării unui transformator monofazat cu două înfășurări. 1 înfășurare primară, 2 înfășurări secundare, 3 miezuri. Tensiune primară U1, tensiune secundară U2, curent primar I1, curent secundar I2, flux magnetic F

Cele mai simple simboluri ale transformatoarelor sunt prezentate în Fig. 2; Pentru claritate, diferite înfășurări ale transformatorului pot fi reprezentate în culori diferite, ca în figură.

Orez. 2. Simbolul unui transformator în diagramele detaliate (multiliniare) (a) și în diagramele rețelelor electrice (b)

Transformatoarele pot fi monofazate sau multifazate și pot exista mai multe înfășurări secundare. Rețelele electrice folosesc de obicei transformatoare trifazate cu una sau două înfășurări secundare. Dacă tensiunile primare și secundare sunt relativ apropiate una de cealaltă, atunci pot fi utilizate autotransformatoare cu o singură înfășurare, ale căror scheme de circuit sunt prezentate în Fig. 3.

Orez. 3. Diagrame schematice ale autotransformatoarelor step-down (a) și step-up (b).

Cele mai importante valori nominale ale unui transformator sunt tensiunile nominale primare și secundare, curenții nominali primari și secundari și puterea aparentă nominală secundară (puterea nominală). Transformatoarele pot fi fabricate atât pentru putere foarte mică (de exemplu, pentru circuite microelectronice), cât și pentru putere foarte mare (de exemplu, pentru sistemele de putere mare), acoperind un interval de putere de la 0,1 mVA la 1000 MVA.

Pierderile de energie ale transformatorului — pierderile de cupru din cauza rezistenței înfășurării și pierderile de fier din cauza curenților turbionari și a histerezii miezului — sunt de obicei atât de mici încât eficiența transformatorului este de obicei mai mare de 99%. În ciuda acestui fapt, generarea de căldură în transformatoarele puternice poate fi atât de puternică încât este necesar să se recurgă la metode eficiente de îndepărtare a căldurii. Cel mai adesea, partea activă a transformatorului este plasată într-un rezervor umplut cu ulei mineral (transformator), care, dacă este necesar, este alimentat cu aer forțat sau răcire cu apă. Cu o putere de până la 10 MVA (uneori mai mare), pot fi folosite și transformatoare uscate, ale căror înfășurări sunt de obicei umplute cu rășină epoxidică. Principalele avantaje ale transformatoarelor de tip uscat sunt siguranța la incendiu mai mare și eliminarea scurgerilor de ulei de transformator, astfel încât acestea pot fi instalate fără obstacole în orice parte a clădirii, inclusiv pe orice etaj. Pentru măsurarea curentului sau tensiunii variabile (mai ales în cazul curenților și tensiunilor înalte), se folosesc adesea transformatoare de instrumente.

Proiectarea unui transformator de tensiune nu este diferită în principiu de transformatoarele de putere, dar funcționează într-un mod aproape de repaus; Coeficientul de transformare în acest caz este destul de constant. Tensiunea secundară nominală a unor astfel de transformatoare este de obicei de 100 V. Înfășurarea secundară a transformatorului de curent este în mod ideal scurtcircuitată, iar curentul secundar este apoi proporțional cu primarul. Curentul secundar nominal este de obicei de 5 A, dar poate fi uneori mai mic (de ex. 1 A). Exemple de simboluri ale transformatoarelor de curent sunt prezentate în Fig. 4.

Orez. 4. Simbolul unui transformator de curent în diagramele extinse (a) și în diagramele unifilare (b)

Primul poate fi considerat inelul de inducție fabricat de Michael Faraday, format dintr-un miez inelar de oțel și două înfășurări, cu ajutorul căruia a descoperit fenomenul de inducție electromagnetică la 29 august 1831 (Fig. 5). În timpul procesului tranzitoriu rapid care are loc atunci când înfășurarea primară conectată la o sursă de curent continuu este pornită sau oprită, în înfășurarea secundară este indusă o f.e.m. de impuls. Un astfel de dispozitiv poate fi numit, prin urmare, un transformator de impuls sau tranzitoriu.

Orez. 5. Principiul transformatorului tranzitoriu de Michael Faraday. i1 curent primar, i2 curent secundar, t timp

Pe baza descoperirii lui Faraday, un profesor de fizică la Margnooth College de lângă Dublin (Dublin, Irlanda), Nicholas Callan (1799–1864), a construit o bobină de inducție (inductor de scânteie) în 1836, constând dintr-un tocător și un transformator; Acest dispozitiv a făcut posibilă transformarea curentului continuu în curent alternativ de înaltă tensiune și a provoca descărcări lungi de scânteie. Bobinele de inducție au început să se îmbunătățească rapid și au fost utilizate pe scară largă în studiul descărcărilor electrice în secolul al XIX-lea. Acestea pot include și bobinele de aprindere ale mașinilor moderne. Primul transformator de curent alternativ a fost brevetat în 1876 de inginerul electric rus Pavel Yablochkov, care locuia la Paris, și l-a folosit în circuitele de alimentare ale lămpilor sale cu arc. Miezul transformatorului lui Yablochkov a fost un mănunchi drept de fire de oțel, drept urmare circuitul magnetic nu a fost închis, ca cel al lui Faraday, ci deschis, iar un astfel de transformator nu a fost folosit în alte instalații. În 1885, inginerii electrici ai fabricii din Budapesta Ganz & Co. Max Deri (172 1854–1938), Otto Titus Blathy (1860–1939) și Karoly Zipernovsky (1853–1942) au fabricat un transformator cu miez de sârmă toroidală și în același timp time a dezvoltat un sistem de distribuție a curentului alternativ bazat pe utilizarea acestor transformatoare. Un transformator cu proprietăți și mai bune, al cărui miez a fost asamblat din foi de oțel în formă de E și I, a fost creat în același an de către inginerul electric american William Stanley (1858–1916), după care dezvoltarea rapidă a curentului alternativ. sistemele au început atât în Europa, cât și în America. Primul transformator trifazat a fost construit în 1889 de Mihail Dolivo-Dobrovolsky.

Numele de „transformator” provine din cuvântul latin „transformare”, care înseamnă „a transforma, a transforma”. Tocmai aceasta este esența sa - transformarea, prin inducție magnetică, a curentului alternativ al unei tensiuni în curent alternativ al altei tensiuni, dar de o frecvență similară. Scopul principal al transformatorului este de a-l folosi în rețelele electrice și sursele de alimentare pentru diferite dispozitive.

Dispozitiv și principiu de funcționare

Un transformator este un dispozitiv pentru conversia curentului alternativ și a tensiunii, neavând piese în mișcare.

Dispozitivul transformator constă dintr-unul sau mai multe fire separate, uneori bandă, bobine (înfășurări), care sunt acoperite de un singur flux magnetic. Bobinele sunt de obicei înfășurate în jurul unui miez (miez magnetic). Este de obicei realizat din material feromagnetic.

Figura prezintă schematic principiul de funcționare al transformatorului.

Figura arată că înfășurarea primară este conectată la sursa de curent alternativ, iar cealaltă (secundară) este conectată la sarcină. În acest caz, un curent alternativ curge în spirele înfășurării primare, valoarea sa este I1. Și ambele bobine sunt înconjurate de un flux magnetic F, care produce o forță electromotoare în ele.

Dacă înfășurarea secundară este fără sarcină, atunci acest mod de funcționare al convertorului se numește „în gol”. Când bobina secundară este sub sarcină, în ea ia naștere un curent I2 sub acțiunea unei forțe electromotoare.

Tensiunea de ieșire depinde direct de câte spire sunt pe bobine, iar puterea curentului depinde de diametrul (secțiunea) firului. Cu alte cuvinte, dacă ambele bobine au un număr egal de spire, atunci tensiunea de ieșire va fi egală cu tensiunea de intrare. Și dacă înfășurați de 2 ori mai multe spire pe bobina secundară, atunci tensiunea de ieșire va deveni de 2 ori mai mare decât cea de intrare.

Curentul rezultat depinde și de diametrul firului de înfășurare. De exemplu, cu o sarcină mare și un diametru mic al firului, poate apărea supraîncălzirea înfășurării, întreruperea integrității izolației și chiar defecțiunea completă a transformatorului.

Pentru a evita astfel de situații, au fost întocmite tabele pentru calcularea convertorului și selectarea diametrului firului pentru o anumită tensiune de ieșire.

Clasificarea după tip

Transformatoarele sunt de obicei clasificate după mai multe criterii: după scop, după metoda de instalare, după tipul de izolație, după tensiunea folosită etc. Să luăm în considerare cele mai comune tipuri de dispozitive.

Convertoare de putere

Acest tip de dispozitiv este utilizat pentru a furniza și primi energie electrică către și de la liniile electrice cu tensiuni de până la 1150 kW. De aici și numele - putere. Aceste dispozitive funcționează la frecvențe joase - aproximativ 50-60 Hz. Caracteristicile lor de design sunt că pot conține mai multe înfășurări, care sunt situate pe un miez blindat din oțel electric. Mai mult, bobinele de joasă tensiune pot fi alimentate în paralel.

Acest dispozitiv se numește transformator cu înfășurare divizată. De obicei, transformatoarele de putere sunt plasate într-un recipient cu ulei de transformator, iar cele mai puternice unități sunt răcite printr-un sistem activ. Pentru instalarea la stații și centrale electrice se folosesc dispozitive trifazate cu o putere de până la 4 mii kVA. Sunt cele mai răspândite, deoarece pierderile din ele sunt reduse cu 15% față de cele monofazate.

Autotransformatoare (LATR)

Acesta este un tip special de dispozitiv de joasă frecvență. În ea, înfășurarea secundară face parte simultan din primar și invers. Adică, bobinele sunt conectate nu numai magnetic, ci și electric. Din aceeași înfășurare se obțin tensiuni diferite, dacă se fac mai multe concluzii. Prin utilizarea mai puține fire, costul dispozitivului este redus. Cu toate acestea, nu există o izolare galvanică a înfășurărilor, iar acesta este un dezavantaj semnificativ.

Autotransformatoarele și-au găsit aplicație în rețelele de înaltă tensiune și în instalațiile de control automat pentru pornirea motoarelor de curent alternativ. Este recomandabil să le folosiți la rapoarte de transformare scăzute. LATR este utilizat pentru reglarea tensiunii în condiții de laborator.

Transformatoare de curent

În astfel de dispozitive, înfășurarea primară este conectată direct la sursa de curent, iar înfășurarea secundară este conectată la dispozitive cu rezistență internă scăzută. Acestea pot fi dispozitive de protecție sau de măsurare. Cel mai comun tip de transformator de curent este cel de măsurare.

Este alcătuit dintr-un miez din oțel electric laminat la rece siliciu laminat, cu una sau mai multe înfășurări secundare separate înfășurate pe el. În timp ce cel primar poate fi pur și simplu o magistrală sau un fir cu un curent măsurat trecut prin fereastra circuitului magnetic. De exemplu, clemele de curent funcționează pe acest principiu. Principala caracteristică a curentului transformatorului este raportul de transformare.

Astfel de convertoare sunt sigure și, prin urmare, și-au găsit aplicație în măsurarea curentului și în circuitele de protecție a releelor.

Convertoare de impulsuri

În lumea modernă, sistemele cu impulsuri au înlocuit aproape complet transformatoarele grele de joasă frecvență. De obicei, un dispozitiv pulsat este realizat pe un miez de ferită de diferite forme și dimensiuni:

inel;
nucleu;
ceașcă;
sub forma literei W;
în formă de U.

Superioritatea unor astfel de dispozitive este dincolo de orice îndoială - sunt capabile să funcționeze la frecvențe de până la 500 kHz sau mai mult.

Deoarece acesta este un dispozitiv de înaltă frecvență, dimensiunile sale scad semnificativ odată cu creșterea frecvenței. Pe înfășurare se consumă o cantitate mai mică de sârmă, iar pentru a obține un curent de înaltă frecvență în primul circuit, este suficient să conectați pur și simplu un tranzistor cu efect de câmp sau bipolar.

Există mai multe tipuri de transformatoare: transformatoare de izolare, de potrivire, de vârf, dual choke etc. Toate sunt utilizate pe scară largă în industria modernă.

Domeniul de aplicare a dispozitivelor

Astăzi, este probabil dificil de imaginat un domeniu al științei și tehnologiei în care transformatoarele nu sunt folosite. Ele sunt utilizate pe scară largă în următoarele scopuri:

Pe baza varietății de dispozitive și a tipurilor de scopuri ale transformatoarelor, se poate susține că astăzi sunt de neînlocuit, dispozitive folosite aproape peste tot, datorită cărora se asigură stabilitatea și atingerea valorilor de tensiune cerute de consumator atât pentru rețelele civile, cât și pentru rețelele industriale.

Principiul de funcționare:

Aparatul are 2 înfășurări, se numesc primare și secundare. Doar înfășurarea primară este conectată la o sursă externă, în timp ce înfășurarea secundară este proiectată pentru a elibera tensiunea.
Inclusiv infasurarea primara in reteaua electrica, se creează un câmp magnetic (alternant) în circuitul magnetic de la înfășurarea primară, în urma căruia se generează un curent de înfășurare secundară dacă este închis prin receptor.
Sincron în ambalajul primar este generat curent de sarcină.
De aici vine transformarea. energie electrică atunci când rețeaua primară o transmite celei secundare. Ca urmare, receptorul va primi valoarea pentru care este proiectat dispozitivul.

schema de lucru

Fenomenul de inducție reciprocă stă la baza funcționării unui transformator:

A îmbunătăți conexiune magnetică a 2 înfășurări, acestea sunt plasate pe miezul magnetic al structurii de oțel.
La randul lui, izolarea se face nu numai între ele, ci și cu circuitul magnetic.
Fiecare înfăşurare are propriul său marcaj. Dacă înfășurarea este cu tensiune înaltă, este desemnată (VN), joasă - (LV).
Înfășurare primară este conectat la sursa de alimentare, cel secundar este conectat la receptor.

Tensiunea de pe bobine are valori diferite, iar valoarea de pe bobine depinde de scopul pentru care va fi utilizat dispozitivul:

Transformator step-up va avea mai puțină tensiune pe învelișul primar decât pe al doilea.
Dispozitiv de coborâre, exact invers este adevărat.

Utilizările lor sunt diferite:

Pe distanțe lungi sunt folosite dispozitive de amplificare.
Dacă trebuie să distribuiți energie electrică către consumatori – reducerea.

Există dispozitive cu 3 înfășurări, când este necesar să se obțină nu numai tensiune înaltă și joasă, ci și o valoare medie (MV).

Bobinele unui astfel de dispozitiv sunt, de asemenea, izolate unele de altele și sunt conectate la electricitate printr-o bobină, atunci când celelalte 2 sunt conectate la receptoare diferite:

Învelișurile sunt de formă cilindricăși sunt realizate prin înfășurarea sârmei de cupru cu secțiune rotundă pentru curenți mici.
Pentru curent ridicat Se folosesc anvelope cu secțiune transversală dreptunghiulară.
Pe miezul magneticÎnvelișul este realizat pentru tensiune joasă, deoarece este ușor izolată în comparație cu ambalarea unui rating ridicat.
Miezul în sine executat în formă rotundă, dacă ambalajul este în formă de cilindru. Acest lucru se face pentru a reduce golurile nemagnetice și pentru a reduce lungimea bobinelor. Prin urmare, masa de cupru pe o anumită zonă a secțiunii transversale a circuitului magnetic rotund va scădea și ea.
Tijă rotundă suferă un proces complex de asamblare din tablă de oțel. Și pentru a simplifica sarcina, dispozitivele de înaltă tensiune folosesc tije cu o secțiune transversală în trepte, când numărul lor ajunge la doar 17 bucăți.
În unități puternice Sunt instalate canale suplimentare de ventilație pentru a răci miezul magnetic. Acest lucru se realizează prin plasarea lor perpendiculară și paralelă pe suprafața tablelor de oțel.
În dispozitive mai puțin puternice miezul este realizat cu o secțiune transversală dreptunghiulară.

Scop și tipuri

transformator trifazat

Un transformator poate fi numit un convertor de o valoare de tensiune sau curent la alta.

Ei pot fi:

trei faze;
fază singulară;
în jos;
crescând;
măsurare etc.;

Scopul dispozitivului: transmite și distribuie energie electrică către client.

Dispozitivul conține componente active: bobină și miez magnetic. La rândul său, miezul poate fi tijă sau armură. Folosesc oțel electric laminat la rece, laminat la cald.

Învelișul utilizat este continuu, șurub, cilindric sau disc.

Printre produsele moderne se pot remarca următoarele:

toroidal;
blindat;
tijă;

Au caracteristici asemănătoare între ele, cu fiabilitate ridicată. Singurul lucru care le diferențiază este metoda de fabricație.

În versiunea cu tijă, bobina este înfășurată în jurul miezului, în timp ce la tipul blindat este introdusă în miez. Prin urmare, la tipul cu tijă, tapițeria se vede și este amplasată doar pe orizontală, dar la tipul armurii este ascunsă, dar poate fi amplasată atât pe orizontală, cât și pe verticală.

Indiferent de tipul pe care îl considerăm, are 3 componente:

sistem de răcire;
ambalaj;
circuit magnetic;

Datorită dispozitivelor, este posibilă creșterea semnificativă a tensiunii provenite de la centrale electrice pe distanțe lungi, în timp ce pierderile de energie de-a lungul firelor vor fi minime. Pe baza celor de mai sus, este posibil să se utilizeze fire pe liniile de transmisie cu o zonă de secțiune transversală mai mică.

Consumatorul poate reduce, de asemenea, consumul de energie de la liniile de înaltă tensiune la valori nominale (380, 220, 127 V).

Domeniul de aplicare și tipurile

transformator la televizor

Transformatoarele de uz casnic protejează echipamentele în timpul supratensiunii.

Prin urmare, acestea sunt utilizate în următoarele dispozitive:

în iluminat;
osciloscoape;
televizoare;
radiouri;
aparate de măsură etc.;

Unitățile de sudură care separă rețelele de putere și de sudare sunt utilizate în mod activ în structurile de sudare și electrotermă, unde reduc cu succes tensiunea la valorile nominale necesare.

Rețeaua electrică utilizează unități alimentate cu ulei cu tensiuni de 6 și 10 kV.

Multe modele automate folosesc transformatoare, unde tensiunea de pe bobine nu este de aspirație.

feluri:

Rotire. Semnalul este transmis obiectelor care se rotesc. De exemplu, un înregistrator video, unde semnalul este transmis către tamburul ansamblului capului magnetic. Aici există 2 jumătăți ale circuitului magnetic și rotirea lor are loc cu un spațiu minim unul în raport cu celălalt. Pe baza acesteia, se realizează o viteză mare de rotații; în metoda semnalului de contact nu se consideră posibilă obținerea unui astfel de efect.
Transformator de vârf. În această opțiune, tensiunea sinusoidală este convertită în vârfuri care au o formă de vârf. Ele sunt utilizate în mod activ în controlul tiristoarelor, precum și al dispozitivelor electronice și semiconductoare.
Coordonator. Ia parte la potrivirea rezistențelor în diferite intervale ale circuitului electronic, în timp ce forma semnalului este minim distorsionată. Izolarea galvanică între zonele circuitului este asigurată sincron.
Împărțirea. Aici cele 2 înfășurări nu sunt conectate electric între ele. Această schemă face posibilă creșterea siguranței rețelelor electrice. Când are loc o atingere simultană accidentală a unei piese sub tensiune și a pământului, se generează izolarea galvanică a circuitului electric.
Puls. În această opțiune, semnalele pulsului sunt convertite într-o perioadă foarte scurtă de timp (zeci de microsecunde), în timp ce curbura configurației pulsului este minimă.
Prin tensiune. Aici are loc conversia de înaltă tensiune în joasă tensiune. Această opțiune vă permite să izolați circuitele de măsurare și logice de înaltă tensiune.
Prin curent. Acest tip măsoară circuite de curent ridicat. De exemplu, în proiectele de panouri de relee ale sistemelor de alimentare electrică. Prin urmare, se aplică cerințe de precizie destul de stricte.
Autotransformator. În acest tip, cele două înfășurări sunt conectate direct. Ca urmare, se creează o conexiune electrică și electromagnetică, ceea ce explică eficiența ridicată a acestui tip. Dezavantajul unui astfel de dispozitiv este lipsa izolației, adică nu există izolare galvanică.
Putere. Această opțiune este utilizată cu curent variabil și convertește energia electrică în instalații și rețele de alimentare. Acest tip este utilizat pe scară largă pe liniile electrice de înaltă tensiune (35-750 kV), rețelele electrice urbane (10 și 6 kV).
Accelerație dublă. Prezența a 2 împachetări egale face posibilă obținerea unui accelerator mai eficient decât unul convențional. Ele sunt utilizate la intrarea filtrului în sursa de alimentare, precum și în echipamentele audio.
Transfluxor. Magnetizarea rămasă a firului magnetic este mare, ceea ce face posibilă utilizarea acestuia pentru stocarea informațiilor.

Un pic de istorie

Invenția transformatoarelor a început în 1876, de către marele om de știință rus P.N. Yablokov. Apoi produsul său nu avea un miez închis, care a apărut mult mai târziu - 1884. Și odată cu apariția dispozitivului, oamenii de știință au devenit interesați activ de curentul alternativ.

De exemplu, deja în 1889, M.O. Dolivo-Dobrovolsky (inginer electrician rus) a propus un sistem de curent alternativ trifazat. El a construit primul cu 3 faze

Câțiva ani mai târziu, electromecanicul și-a prezentat lucrările la o expoziție în care a avut loc o prezentare a unei linii trifazate de înaltă tensiune cu o lungime de 175 km, unde electricitatea a fost crescută și scăzută cu succes.

Puțin mai târziu, a venit rândul unităților de ulei, deoarece uleiul nu numai că s-a dovedit a fi un bun izolator, ci și un excelent mediu de răcire.

În secolul al XX-lea, au apărut produse mai compacte și mai economice. Producătorii produselor erau companii străine. În prezent, companiile autohtone sunt, de asemenea, angajate în producție.

Conţinut:

Un transformator aparține categoriei de dispozitive electromagnetice statice care sunt capabile să convertească curentul alternativ al unei valori de tensiune în curent alternativ al unei alte tensiuni, menținând în același timp aceeași frecvență. Aceste dispozitive sunt utilizate cu succes în rețelele electrice pentru transportul și distribuția energiei și sunt, de asemenea, parte integrantă a multor instalații electrice. În acest sens, întrebarea cum funcționează un transformator, în funcție de numărul de înfășurări, faze, metode de răcire și alte caracteristici de proiectare de care depinde direct utilizarea acestor dispozitive, devine deosebit de relevantă.

Acțiunea unui transformator coborâtor

Există diferite tipuri de transformatoare coborâtoare. Pot fi simple, duble sau , ceea ce permite utilizarea lor în diverse domenii ale energiei. Designul acestor dispozitive include două înfășurări și un miez laminat, pentru fabricarea căruia se utilizează oțel electric. O caracteristică distinctivă a unui transformator descendente este numărul diferit de spire în înfășurările primare și secundare. Pentru a utiliza corect dispozitivul, trebuie să înțelegeți bine cum funcționează un transformator coborâtor.

Tensiunea furnizată la intrarea transformatorului determină apariția unei forțe electromotoare în înfășurare, care, la rândul său, duce la apariția unui câmp magnetic. Ca rezultat al acestui câmp care traversează spirele celei de-a doua bobine, în ea apare propria sa forță electromotoare de auto-inducție. Sub influența sa, în a doua bobină apare o tensiune care diferă de cea primară prin diferența de număr de spire în ambele înfășurări.

Pentru a determina parametrii exacti, este necesar să se efectueze calcule ale transformatorului descendente. Trebuie luat în considerare faptul că apariția forței electromotoare de auto-inducție este posibilă numai sub influența tensiunii alternative. Prin urmare, toate rețelele electrice casnice funcționează numai pe.

În condițiile moderne, este din ce în ce mai nevoie de a converti tensiunea înaltă în tensiune joasă. Acest lucru se datorează faptului că centralele electrice generează curent de înaltă tensiune pentru a satisface nevoile unei anumite zone. Prin urmare, în fiecare astfel de secțiune, tensiunea inițială este convertită la o valoare acceptabilă pentru utilizare în condiții domestice. În plus, transformatoarele descendente sunt destul de des folosite în condiții casnice pentru a adapta dispozitivele de joasă tensiune la curentul de rețea de 220V. Sunt elemente structurale ale diferitelor surse de alimentare, adaptoare, stabilizatoare și alte dispozitive similare.

Atunci când achiziționați un transformator descendente, ar trebui să acordați atenție parametrilor precum puterea și numărul de spire în ambele înfășurări. Este necesar să se țină cont de un indicator important - raportul de transformare a tensiunii. Acest parametru depinde de raportul dintre numărul de spire din înfășurările primare și secundare ale transformatorului. Astfel, se determină raportul de tensiune pe ambele înfășurări.

Într-un transformator coborâtor, numărul de spire din înfășurarea primară depășește numărul de spire din înfășurarea secundară, ceea ce produce o tensiune de ieșire redusă. Unele dispozitive au mai mulți pini, ceea ce înseamnă că există mai multe grupuri de conexiuni simultan. Formarea circuitului dorit în ele se realizează în funcție de mărimea curentului de intrare și de ieșire. Astfel de transformatoare sunt universale și multifuncționale, bucurându-se de o mare popularitate în rândul consumatorilor.

Principiul de funcționare al unui transformator de tensiune

Funcția principală a transformatoarelor de tensiune este de a converti energia sursei în valoarea dorită a tensiunii. Aceste dispozitive pot funcționa numai la tensiune alternativă cu o frecvență constantă.

În funcție de raportul de transformare, există trei tipuri de transformatoare de tensiune:

În jos. În aceste dispozitive, tensiunea de ieșire este mai mică decât cea de intrare. Folosit la surse de alimentare, stabilizatori etc.
Promovarea. Aici curentul de ieșire este mai mare decât cel de intrare. Folosit în principal în dispozitivele de amplificare.
Coordonator. Funcționarea acestor dispozitive are loc fără modificări ale parametrilor de tensiune, toate acțiunile sunt limitate doar de izolarea galvanică. Folosit în circuitele amplificatoare audio.

Pentru a utiliza corect acest sau acel design, trebuie să știți exact cum funcționează transformatorul de curent. Se știe că baza pentru funcționarea acestor dispozitive este. Pentru a reduce pierderile în timpul procesului de transformare și pentru a maximiza transferul de energie, miezurile magnetice sunt utilizate în transformatoare. Designul are o bobină primară, în timp ce există mai multe bobine secundare, în funcție de scopul fiecărui dispozitiv.

După ce apare curent alternativ în înfășurarea primară, în circuitul magnetic apare un flux magnetic, excitând tensiune în înfășurarea secundară. Parametrul principal este raportul de transformare, egal cu raportul dintre tensiunea din înfășurarea primară și tensiunea din înfășurarea secundară. Numărul de spire prezente în prima și a doua bobină este corelat în același mod.

Folosind acest coeficient, parametrii sunt calculati pentru un anumit transformator. De exemplu, dacă există 2000 de spire în înfășurarea primară și 100 în înfășurarea secundară, raportul de transformare va fi egal cu 20. Prin urmare, cu o tensiune de intrare de rețea de 240 V, tensiunea de ieșire va fi de 12 V. În în același mod, numărul necesar de spire este determinat pentru valori date ale tensiunii de intrare și de ieșire.

Un tip de astfel de dispozitiv, utilizat pe scară largă în practică, este transformatoarele de măsurare a tensiunii. Ele sunt utilizate în echipamente care consumă curenți mari și tensiuni mari de funcționare în scopul măsurătorilor de control. Cu ajutorul acestor dispozitive, valorile măsurate sunt reduse la un nivel care să permită efectuarea măsurătorilor necesare.

Dispozitivele electromagnetice statice sunt folosite pentru a crea și aplica un câmp magnetic. Există multe cazuri în care este nevoie de un transformator în electronice, circuite electrice și inginerie radio. Dispozitivul este echipat cu înfășurări inductive interconectate pe un miez magnetic. Rețeaua contribuie la generarea unui câmp alternativ, iar transformatorul, folosind inducția electromagnetică, dă valori constante ale curentului fără a modifica frecvența.

Definiție și scop

Pentru alimentarea dispozitivelor, sunt necesare tensiuni de diferite caracteristici. Un transformator este o structură pentru utilizarea lucrului inductiv al unui câmp magnetic. Bobinele de bandă sau sârmă, unite printr-un flux comun, scad sau măresc tensiunea. Televizorul folosește 5 V pentru a opera tranzistori și microcircuite; alimentarea cu energie a kinoscopului necesită câțiva kilovolți atunci când se utilizează un generator în cascadă.

Înfășurările izolate sunt amplasate pe un miez din material magnetizat spontan cu o anumită valoare a tensiunii. Unitățile mai vechi foloseau frecvența de rețea existentă, în jur de 60 Hz. În circuitele moderne de alimentare cu energie electrică pentru aparate electrice, se folosesc transformatoare de impulsuri de înaltă frecvență. Tensiunea alternativă este redresată și convertită cu ajutorul unui generator într-o valoare cu parametrii specificați.

Tensiunea este stabilizată datorită unei unități de control cu modulație pe lățime a impulsurilor. Explorările de înaltă frecvență sunt transmise la transformator și se obțin valori stabile la ieșire. Masivul și greutatea dispozitivelor de altădată sunt înlocuite de ușurință și dimensiuni reduse. Performanța liniară a unității este proporțională cu puterea într-un raport de 1:4; pentru a reduce dimensiunea dispozitivului, frecvența curentului crește.

Dispozitivele masive sunt utilizate în circuitele de alimentare dacă este necesar să se creeze un nivel minim de disipare a interferențelor de înaltă frecvență, de exemplu, atunci când se asigură un sunet de înaltă calitate.

Proiectare și principiu de funcționare

Producătorul alege regulile de bază pentru funcționarea unității, dar acest lucru nu afectează fiabilitatea funcționării. Conceptele diferă în procesul de fabricație. Principiul de funcționare al transformatorului se bazează pe două prevederi:

mișcarea în schimbare a purtătorilor de sarcină direcționată creează un câmp de forță magnetic alternant;
influenţarea fluxului de putere transmis prin bobină produce forţă electromotoare şi inducţie.

Dispozitivul este format din următoarele părți:

acționare magnetică;
bobine sau înfășurări;
baza pentru aranjarea turelor;
material izolant;
sistem de răcire;
alte elemente de prindere, acces, protectie.

Funcționarea unui transformator se realizează în funcție de tipul de proiectare și combinația de miez și înfășurări. La tipul de tijă, conductorul este închis în înfășurări și este greu de văzut. Rotirile în spirală sunt vizibile, partea superioară și inferioară a miezului sunt vizibile, axa este situată vertical. Materialul care alcătuiește bobina trebuie să conducă bine electricitatea.

În produsele de tip armură, tija ascunde majoritatea turelor; este plasată orizontal sau vertical. Designul toroidal al transformatoarelor prevede amplasarea a două înfășurări independente pe miezul magnetic fără conexiune electrică între ele.

Sistem magnetic

Fabricat din oțel transformator aliat, ferită, permalloy, menținând în același timp forma geometrică pentru a produce câmpul magnetic al unității. Dirijorul este construit din plăci, benzi, potcoave și este realizat pe o presă. Partea pe care se află înfășurarea se numește tijă. Un jug este un element fără ture care completează circuitul.

Principiul de funcționare al transformatorului depinde de structura rack-ului, care poate fi:

plat - axele jugurilor și miezurilor sunt într-un singur plan;
spațial - elementele longitudinale sunt dispuse pe diferite suprafețe;
simetrice - conductoarele de aceeași formă, dimensiune și design sunt amplasate la toate jugurile în același mod ca și altele;
asimetric - rafturile individuale diferă ca aspect, dimensiuni și sunt plasate în poziții diferite.

Dacă se presupune că prin înfășurare trece un curent continuu, care se numește înfășurare primară, atunci firul magnetic este deschis. În alte cazuri, miezul este închis, servește la închiderea liniilor electrice.

Înfăşurări

Sunt realizate sub forma unui set de spire dispuse pe conductori patrati. Forma este utilizată pentru o funcționare eficientă și pentru creșterea factorului de umplere în fereastra circuitului magnetic. Dacă este necesară creșterea secțiunii transversale a miezului, atunci acesta este realizat sub formă de două elemente paralele pentru a reduce apariția curenților turbionari. Fiecare astfel de conductor se numește miez.

Tija este învelită în hârtie și acoperită cu lac emailat. Uneori, două miezuri dispuse în paralel sunt închise într-o izolație comună, setul se numește cablu. Înfășurările se disting după scop:

cele principale - le este furnizat curent alternativ, iar curentul electric convertit iese;
reglare - asigură robinete pentru transformarea tensiunii la curent scăzut;
auxiliar - servesc la alimentarea rețelei lor cu o putere mai mică decât valoarea nominală a transformatorului și polarizează circuitul cu curent continuu.

Metode de ambalare:

înfășurare obișnuită - spirele se fac în direcția axei pe toată lungimea conductorului, spirele ulterioare sunt înfășurate strâns, fără goluri;
împachetare cu șuruburi - înfășurare multistrat cu goluri între inele sau elemente adiacente suprapuse;
înfășurarea discului - se execută secvențial un rând spiralat, în cerc înfășurarea se face în ordine radială în direcțiile interne și externe;
spirala foliei este realizată dintr-o foaie largă de aluminiu și cupru, a cărei grosime variază de la 0,1-2 mm.

Legendă

Pentru a facilita citirea diagramei transformatorului, există semne speciale. Miezul este desenat cu o linie groasă, numărul 1 arată înfășurarea primară, turele secundare sunt indicate prin numerele 2 și 3.

În unele scheme, linia de miez este similară ca grosime cu linia semicercurilor învelișului. Denumirea materialului tijei variază:

Miezul magnetic din ferită este trasat cu o linie groasă;
un miez de oțel cu un spațiu magnetic este desenat cu o linie subțire cu un spațiu în mijloc;
axa dielectricului magnetizat este indicată printr-o linie punctată subțire;
În diagramă, o tijă de cupru arată ca o linie îngustă cu un simbol pentru material conform tabelului periodic.

Pentru a evidenția ieșirea bobinei, sunt utilizate puncte aldine; denumirea inducției instantanee este aceeași. Folosit pentru a desemna unitățile intermediare din generatoarele în cascadă pentru a indica antifază. Puneți puncte dacă trebuie să stabiliți polaritatea în timpul asamblarii și direcția înfășurărilor. Numărul de spire în înfășurarea primară este determinat condiționat, la fel cum numărul de semicercuri nu este standardizat; există proporționalitate, dar nu este respectat cu strictețe.

Principalele caracteristici

Modul inactiv este utilizat atunci când circuitul secundar al transformatorului este deschis; nu există tensiune în el. Curentul trece prin bobina primară și are loc magnetizarea reactivă. Folosind funcționarea inactiv, se determină eficiența, indicele de transformare și pierderile de miez.

Funcționarea sub sarcină implică conectarea sursei de alimentare la circuitul primar, unde curge curentul total de funcționare și fără sarcină. Sarcina este conectată la circuitul secundar al transformatorului. Acest mod este comun.

Faza de scurtcircuit are loc dacă rezistența spiralei secundare este singura sarcină. În acest mod, se determină pierderile de încălzire ale bobinei din circuit. Parametrii transformatorului sunt luați în considerare în sistemul de înlocuire a dispozitivului prin setarea rezistenței.

Raportul dintre puterea consumată și puterea de ieșire determină eficiența transformatorului.

Zona de aplicare

Aparatele electrocasnice au contact cu pământul printr-un fir neutru. Contactul simultan de către consumator a curentului de fază și a circuitului zero duce la un scurtcircuit și vătămare. Conectarea printr-un transformator de izolare vă permite să protejați o persoană, deoarece înfășurarea secundară nu intră în contact cu pământul.

Unitățile de impulsuri sunt folosite pentru a transmite un impuls dreptunghiular și pentru a transforma semnale scurte sub sarcină. La ieșire, polaritatea și amplitudinea curentului se modifică, dar tensiunea rămâne neschimbată.

Echipamentul de măsurare DC este un amplificator magnetic. Mișcarea direcțională a electronilor de putere mică ajută la schimbarea tensiunii alternative. Redresorul furnizează energie constantă și depinde de valorile energiei electrice de intrare.

Unitățile de putere sunt utilizate pe scară largă în generatoarele mici de curent și de putere; performanța la motoarele diesel este medie. Transformatoarele sunt montate în serie cu sarcina, dispozitivul este conectat la sursă prin înfășurarea primară, iar circuitul secundar produce energia convertită. Valoarea curentului de ieșire este direct proporțională cu sarcina. Se folosesc echipamente cu 3 tije magnetice daca generatorul este trifazat.

Unitățile inversoare au tranzistoare de aceeași conductivitate și amplifică doar o parte a semnalului la ieșire. Pentru a converti complet tensiunea, se aplică un impuls ambelor tranzistoare.

Echipamentul de potrivire este utilizat pentru conectarea la dispozitive electronice cu rezistență mare la intrare și ieșire a sarcinilor cu transmisie electrică scăzută. Unitățile sunt utile în liniile de înaltă frecvență, unde diferența de valori duce la pierderi de energie.

Tipuri de transformatoare

Clasificarea transformatoarelor depinde de curentul nominal din circuitele primar și secundar. În tipurile comune, indicatorul este în intervalul 1-5 A.

Unitatea de separare nu prevede conectarea ambelor spirale. Echipamentul asigură izolarea galvanică, adică transmiterea impulsurilor fără contact. Fără el, curentul care circulă între circuite este limitat doar de rezistență, care nu este luată în considerare datorită valorii sale mici.

Transformatorul de potrivire oferă potrivirea diferitelor valori de rezistență pentru a minimiza distorsiunea formei impulsului de ieșire. Servește la organizarea izolației galvanice.

Înainte de a afla ce tipuri de transformatoare de putere există, rețineți că acestea sunt produse pentru a funcționa cu rețele de mare putere. Dispozitivele de curent alternativ modifică nivelurile de energie în instalațiile de recepție și funcționează în zone cu debit mare și cu rata de schimbare a energiei electrice.

Un transformator rotativ nu trebuie confundat cu echipamentul rotativ - o mașină pentru transformarea unghiului de rotație în tensiunea circuitului, unde eficiența depinde de viteza de rotație. Dispozitivul transmite un impuls electric către părțile mobile ale echipamentului, de exemplu către șeful unui VCR. Un miez dublu cu înfășurări separate, dintre care una se rotește în jurul celeilalte.

Unitatea de ulei folosește răcirea bobinei cu ulei special pentru transformator. Au un circuit magnetic de tip închis. Spre deosebire de speciile aeriene, ele pot interacționa cu rețele de mare putere.

Transformatoare de sudare pentru optimizarea funcționării echipamentelor, reducerea tensiunii și crearea de curent de înaltă frecvență. Acest lucru se întâmplă din cauza schimbărilor în reactanța inductivă sau a valorilor fără sarcină. Reglarea treptei se realizează prin dispunerea înfășurării electrice pe conductori.