Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Трансформатор (перетворювати, трансформувати) являє собою електромагнітне пристрій статичного типу, що містить дві або більше обмотки, пов'язані индуктивно. За допомогою методу електромагнітної індукції перетворює змінний струм в постійний. Складається з дротяних ізольованих або стрічкових котушок (обмоток), що піддаються впливу магнітного загального потоку, намотаних на сердечник з феромагнітного м'якого матеріалу.
Трохи про етапи розвитку
При виробництві трансформаторів використовують властивості матеріалів: металеві, магнітні, неметалеві. Для виробництва сучасного обладнання застосували свої знання і відкриття багато дослідників минулих років. А. Г. Столетов виявив петлю гістерезису і особливу структуру феромагнітного сплаву. Теорію електромагнітних ланцюгів розробили Брати Гопкинсон.
Електромагнітна індукція відкрита М. Фарадеєм, це явище закладено в основу дії трансформатора. Схема першого трансформатора вперше з'явилася в роботах Генрі і Фарадея в 1831 році. Але вчені тоді ще не розглядали прилад в якості перетворювача змінного струму.
Француз-механік в 1848 році запатентував індукційну котушку, яка стала прообразом трансформатора. У 1876 році вперше винайшов трансформатор Яблочков П. Н., Прилад представляв собою стрижень з декількома обмотками. Трансформатори, що мають замкнуті сердечники, були сконструйовані братами Гопкінса в 1884 році.
Із застосуванням масляного охолодження прилад став виконувати свої функції більш надійно. Пристрій містилося в судини з кераміки з маслом, це вело до підвищення надійності обмоток. Російський винахідник механік Доливо-Добровольський М. О. сконструював перший трифазний двигун асинхронного типу, трифазну систему змінного струму і вперше зробив трифазний трансформатор з потужністю 230 КВт, що працює від напруги 5 В.
Силові трансформатори почали випускати в 1928 році з відкриттям Московського заводу трансформаторів. На початку 1900 років англійський металург зробив першу тонну трансформаторної сталі для виробництва сердечників. А на початку 30-х років XX століття відзначена поява магнітного насичення на 50%, зменшення втрат на гістерезис в 4 рази, зростання магнітної проникності в 5 разів при комбінованому застосуванні нагрівання і прокатки.
види трансформаторів
автотрансформатор
Це варіант трансформатора, принцип роботи якого полягає в поєднанні вторинної та первинної обмотки безпосередньо, в обмотках простежується електрична і електромагнітна зв'язок. Для підключення та отримання різної напруги в обмотці передбачено кілька висновків. Цей вид приладів працює з високим коефіцієнтом корисної дії, так як перетворюється тільки деяка частина потужності, що важливо при невеликій різниці вхідної та вихідної напруги.
До негативних якостей такої відноситься відсутність гальванічної розв'язки (ізолюючого шару) між вторинної та первинної ланцюгом. Використовують автотрансформатори на місці звичайних агрегатів для з'єднання заземлених контурів з показниками напруги від 110 КВт, при цьому коефіцієнт трансформації не повинен перевищувати показання 3-4.
Позитивним є низька вартість через меншої ваги сердечнніковой стали, мідних проводів, звідси маленька маса приладу і невеликі габарити.
силовий
Звичайний стандартний прилад для перетворення електрики в мережах і пристроях, що приймають і використовують електричну енергію.
Трансформатор струму
Принцип роботи і пристрій трансформатора полягає в подачі живлення від джерела електрики. Найбільш актуальним є використання для зниження первинних показників струму до величини, яка застосовується в вимірювальних і захисних ланцюгах, сигналізації та управління. У вторинній обмотці відзначаються показники струму 5 А чи 1 А. Вимірювальні пристрої підключаються до вторинної обмотці, а до первинної підключається ланцюг, в якій вимірюють струм. Для розрахунку струму в другій обмотці використовують показання в первинній обмотці і ділять на коефіцієнт трансформації.
Трансформатор напруги
Це прилад для перетворення великих показників напруги в низькі значення в стандартних ланцюгах, вимірювальних лініях, і контурах РЗіА. Пристрій живиться від джерела електричної напруги, ізолює логічні захисні контури і вимірювальні ланцюги від ланцюга з високими показниками напруги.
імпульсної дії
Прилад використовується для перетворення сигналів імпульсу з мінімальним спотворенням форми і тривалістю до десятків мікросекунд. В основному застосовується для передачі імпульсу прямокутного типу (найбільш крутий зріз і фронт, приблизно постійне коливання амплітуди). Служить для перетворення коротких відеоімпульсів, що постійно повторюються, основним завданням є передача трансформованих імпульсів в первісному і неспотвореному вигляді. На виході обмоток потрібно отримати ту ж форму імпульсу напруги, але іноді змінюється полярність або амплітуда.
розділовий тип
У цього приладу первинна і вторинна обмотки ніяк не пов'язані. Трансформатор використовується для збільшення безпечного підключення до електричних мереж, для випадків одночасного доторку до струмоведучих деталей і землі. Захищає від одночасного доторку до деталей, які не перебувають під дією струму, але можуть під ним виявитися в результаті порушення ізоляції. Агрегати покликані забезпечити гальванічну розв'язку (ізоляцію) електричних ланцюгів.
Пік-трансформатор
Служить для перетворення синусоїдального струму в імпульсну напругу з полярністю, мінливої через кожні півперіоду.
здвоєний дросель
Індуктивний зустрічний фільтр або здвоєний дросель являє собою тип пристрою з використанням двох обмоток. Через взаємної катушечной індукції він діє ефективніше, ніж одинарний дросель. Використовується в якості вхідного фільтрувального пристосування перед блоками харчування, в сигнальних диференціальних цифрових контурах і в техніці зі звуком.
Бронєвой трифазний
Випускають дві різних базових конструкції:
- стрижневу;
- броньовий.
Обидві конструкції не змінюють експлуатаційні якості і надійність приладу, але при виготовленні є істотні відмінності:
- стрижневий тип включає сердечник і обмотки, при погляді на конструкцію сердечник прихований за обмотками, видно тільки нижню і верхню ярмо, вісь обмоток має вертикальне розташування;
- броньовий вид приладу включає сердечник у вигляді обмоток, при цьому видно, що сердечник приховує за собою частину обмоток трансформатора, вісь обмоток може розташовуватися у вертикальному або горизонтальному положенні.
Основні складові
У їх якості входять:
- магнітна система (сердечник, муздрамтеатр);
- обмотки;
- охолоджувальна система.
магнітна система
Складається з елементів в комплекті, найчастіше застосовуються пластини з феромагнітного матеріалу або електротехнічних сталей, які компонуються в певній геометричній формі. Її вибір визначається локалізацією в ній основного трансформаторного магнітного поля. Система магнітного впливу одночасно з усіма вузлами, елементами і деталями для з'єднання частин в загальну конструкцію, носить назву остова трансформатора.
Частина магнітної системи, що включає основні обмотки, називається стрижнем. Інша частина магнітного комплекту, на якій немає робочих обмоток, і вона служить для з'єднання магнітного ланцюга, має найменування ярмо. Залежно від того, як розташовані стрижні, підрозділяють:
- плоска система, де поздовжні стрижні і ярма розташовані в одній площині;
- просторова система включає різно площинне розташування сердечників і ярем;
- симетрична система відрізняється однаковою формою і довжиною стрижнів, а їх розташування по відношенню до ярмам є стандартним для всіх елементів;
- несиметрична система, в ній все стрижні розрізняються за формою і розміром, а їх розташування не відрізняється симетрією і відмінно від інших елементів.
обмотки
Основним конструктивним елементом обмотки є виток, який є поруч паралельних з'єднаних провідників (в багатодротовими варіанті жили), один раз охоплює частину магнітного сердечника. Струм витка спільно з струмом інших витків, провідників і частин трансформатора продукує магнітне трансформаторно поле, в якому наводиться під дією магнітного поля сила, рушійна струм.
Обмоткою називається загальне число витків, що утворюють електричний контур для підсумовування ЕРС в витках. Трифазний трансформатор має в конструкції комплект обмоток з трьох робочих фаз. Провідник зазвичай квадратного перетину, щоб збільшити площу його ділять на два або кілька провідних стрижня. Цей прийом допомагає знизити вихрові струми і полегшити роботу обмотки. Квадратний провідник називається жилою. Як обмотки використовується транспонований кабель.
Ізоляцію роблять паперової обмоткою або лаком на емалевої основі. Дві паралельні жили можуть виконуватися в єдиній ізоляції, такий комплект називається кабелем. Щоб зрозуміти, як працює трансформатор, потрібно знати поділ обмоток за типами. Залежно від призначення обмотки бувають:
- основні, ті, що приймають перетворену енергію або відводять змінний струм;
- регулюють передбачені для нормалізації коефіцієнта напруги при невеликих свідченнях струму в обмотках;
- допоміжні призначені для електричного постачання власних потреб меншої потужності, ніж номінальна трансформаторна потужність, подмагничивания магнітної системи струмом постійного значення.
В залежності від варіанту виконання обмотки ділять:
- рядові - витки робляться по всій довжині в напрямку осі, наступні витки намотують щільно, без пробілів;
- гвинтові - мають багатошарове накладення, передбачені відстані між витками або заходами обмотки;
- дискові обмотки містять послідовно з'єднані диски, при цьому в центр кожного намотується обмотка в формі спіралі;
- фольговий вид обмотки виконаний з листа алюмінію або міді, різної товщини.
Бак для охолодження
Являє собою масляний резервуар, забезпечує захист активного інгредієнта, служить опорою для приладів управління та допоміжних приладів. Перед додаванням олії в баку викачують повітря для безпечної діелектричної міцності ізоляції. При виготовленні звукові частоти від сердечника трансформатора і від елементів бака повинні збігатися.
Конструкція передбачає додаткові параметри для розширення масла в умовах нагрівання, іноді це додатковий розширювальний бак. Якщо збільшується номінальна потужність трансформатора, то струми усередині і зовні ведуть до перегріву конструкції. Аналогічно діє магнітний розсіяний потік всередині бака. Щоб знизити негативний вплив роблять вставки з немагнітних матеріалів, оточуючи ними прохідні сільноточние ізолятори.
застосування трансформаторів
Так як втрати для нагрівання проводу пропорційні силі струму в квадраті, що йде з цього проводу, то при передачі електрики на довгі відстані слід застосовувати високу напругу при низькій силі струму. Через забезпечення безпеки в побутових умов не застосовують занадто висока напруга. Для регулювання напруги в мережі використовують трансформатори, які підвищують напругу перед передачею по високовольтних лініях, потім зниження показників перед споживчим застосуванням.
Для харчування різних вузлів прийому електроенергії потрібні різноманітні показники напруги (в телевізорі, комп'ютері). У минулих періодах трансформатор був важким і громіздким, але зі збільшенням частоти змінного струму розміри приладу можна зменшити. Тому в сучасних пристроях спочатку випрямляють електричний струм, потім його перетворять в імпульси з високою частотою. Останні струми йдуть на імпульсний трансформатор для трансформації в потрібне напруження.