Видове трансформатори
Трансформаторът е статично електромагнитно устройство, съдържащо от две до няколко намотки, разположени върху обща магнитна верига, и по този начин индуктивно свързани помежду си. Служи като трансформатор за преобразуване на електрическа енергия от променлив ток посредством електромагнитна индукция без промяна на честотата на тока. Трансформаторите се използват както за преобразуване на променливо напрежение, така и за галванична изолация в различни области на електротехниката и електрониката.
За справедливост отбелязваме, че в някои случаи трансформаторът може да съдържа само една намотка (автотрансформатор), а сърцевината може да отсъства напълно (HF — трансформатор), но повечето от трансформаторите имат сърцевина (магнитна верига), направена от мек магнитен феромагнитен материал, и две или повече изолирани лентови или жични намотки, покрити от общ магнитен поток, но първо на първо място. Нека разгледаме какви видове трансформатори са, как са подредени и за какво се използват.
Силов трансформатор
Този тип нискочестотни (50-60 Hz) трансформатори се използва в електрически мрежи, както и в инсталации за приемане и преобразуване на електрическа енергия. Защо се нарича власт? Тъй като именно този тип трансформатори се използват за захранване и получаване на електричество от и от електропроводи, където напрежението може да достигне 1150 kV.
В градските електрически мрежи напрежението достига 10 kV. Чрез точно мощни нискочестотни трансформатори напрежението също пада до 0,4 kV, 380/220 волта, изисквани от потребителите.
Структурно, типичен силов трансформатор може да съдържа две, три или повече намотки, разположени върху бронирана електрическа стоманена сърцевина, като някои от намотките с ниско напрежение се захранват паралелно (трансформатор с разделени намотки).
Това е полезно за повишаване на напрежението, получено от множество генератори едновременно. По правило силовият трансформатор се поставя в резервоар с трансформаторно масло, а в случай на особено мощни екземпляри се добавя активна охладителна система.
Трифазни силови трансформатори с мощност до 4000 kVA са инсталирани на подстанции и електроцентрали. Трифазните са по-често срещани, тъй като загубите се получават с до 15% по-малко, отколкото при три еднофазни.
Мрежов трансформатор
През 80 -те и 90 -те мрежови трансформатори могат да бъдат намерени в почти всеки електрически уред. С помощта на мрежов трансформатор (обикновено еднофазен), напрежението на битова мрежа от 220 волта с честота 50 Hz се намалява до нивото, което се изисква от електрически уред, например 5, 12, 24 или 48 волта.
Често мрежовите трансформатори са направени с множество вторични намотки, така че могат да се използват множество източници на напрежение за захранване на различни части на веригата. По -специално, трансформаторите TN (трансформатор с нажежаема жичка) винаги могат (и все още могат) да бъдат намерени във вериги, където присъстват радиолампи.
Съвременните мрежови трансформатори се изпълняват конструктивно върху W-образни, прътовидни или тороидални жила от набор от електрически стоманени плочи, върху които са навити намотките. Тороидалната форма на магнитната верига дава възможност да се получи по -компактен трансформатор.
Ако сравним трансформатори с еднаква обща мощност на тороидалните и на W-образни ядра, тороидалният ще заема по-малко място, освен това повърхността на тороидалната магнитна верига е напълно покрита от намотките, има няма празен хомот, какъвто е случаят с бронираните W-образни или прътовидни ядра. Електрическата мрежа включва по -специално заваръчни трансформатори с мощност до 6 kW. Мрежовите трансформатори, разбира се, се класифицират като нискочестотни трансформатори.
Автотрансформатор
Един от типовете нискочестотни трансформатори е автотрансформатор, при който вторичната намотка е част от първичната или първичната е част от вторичната. Тоест в автотрансформатора намотките са свързани не само магнитно, но и електрически. Няколко извода се правят от една намотка и ви позволяват да получите различно напрежение само от една намотка.
Основното предимство на автотрансформатора е неговата по -ниска цена, тъй като за намотките се използва по -малко тел, по -малко стомана за сърцевината и в резултат на това теглото е по -малко от това на конвенционалния трансформатор. Недостатъкът е липсата на галванична изолация на намотките.
Автотрансформаторите се използват в автоматични устройства за управление и също така се използват широко във високоволтови електрически мрежи. Трифазните автотрансформатори с делта или звездна връзка в електрическите мрежи днес са в голямо търсене.
Захранващите автотрансформатори се предлагат с капацитет до стотици мегавати. Автотрансформаторите се използват и за стартиране на мощни AC двигатели. Автотрансформаторите са особено полезни за ниски коефициенти на трансформация.
Лабораторен автотрансформатор
Специален случай на автотрансформатор е лабораторен автотрансформатор (LATR). Тя ви позволява плавно да регулирате напрежението, подавано към потребителя. Дизайнът на LATR е тороидален трансформатор с единична намотка, която има неизолирана «писта» от завой до завой, тоест е възможно да се свърже към всеки от завоите на намотката. Контактът с пистата се осигурява от плъзгаща се въглеродна четка, която се управлява от въртящо се копче.
Така че можете да получите ефективното напрежение с различни величини върху товара. Типичните еднофазни задвижвания ви позволяват да приемате напрежения от 0 до 250 волта, а трифазни-от 0 до 450 волта. LATR с мощност от 0,5 до 10 kW са много популярни в лабораториите с цел настройка на електрическо оборудване.
Настоящ трансформатор
Настоящ трансформатор се нарича трансформатор, чиято първична намотка е свързана към източник на ток, а вторичната намотка към защитни или измервателни устройства, които имат ниско вътрешно съпротивление. Най -често срещаният тип токов трансформатор е инструментален токов трансформатор.
Първичната намотка на токовия трансформатор (обикновено само един оборот, един проводник) е свързана последователно във веригата, в която искате да измерите променливия ток. Оказва се, че токът на вторичната намотка е пропорционален на тока на първичната, докато вторичната намотка задължително трябва да бъде натоварена, защото в противен случай напрежението на вторичната намотка може да се окаже достатъчно високо, за да пробие изолацията. Освен това, ако вторичната намотка на CT се отвори, магнитната верига просто ще изгори от индуцираните некомпенсирани токове.
Конструкцията на токовия трансформатор е сърцевина, изработена от ламинирана силициева студено валцована електрическа стомана, върху която са навити една или повече изолирани вторични намотки. Първичната намотка често е просто шина или проводник с измерен ток, преминал през прозореца на магнитната верига (между другото, този принцип се използва от скоба метър).Основната характеристика на токов трансформатор е коефициентът на трансформация, например 100/5 A.
Токовите трансформатори се използват широко за измерване на ток и в релейни защитни вериги. Те са безопасни, защото измерената и вторичната верига са галванично изолирани една от друга. Обикновено индустриалните токови трансформатори се произвеждат с две или повече групи вторични намотки, едната от които е свързана със защитни устройства, другата с измервателно устройство, като измервателни уреди.
Импулсен трансформатор
В почти всички съвременни мрежови захранвания, в различни инвертори, в заваръчни машини и в други силови и нискомощни електрически преобразуватели се използват импулсни трансформатори. Днес импулсните вериги почти напълно са заменили тежките нискочестотни трансформатори с ламинирани стоманени жила.
Типичен импулсен трансформатор е трансформатор с феритна сърцевина. Формата на сърцевината (магнитна верига) може да бъде напълно различна: пръстен, пръчка, чаша, W-образна, U-образна. Предимството на феритите пред трансформаторната стомана е очевидно — трансформаторите на феритна основа могат да работят при честоти до 500 kHz или повече.
Тъй като импулсният трансформатор е високочестотен трансформатор, размерите му се намаляват значително с увеличаване на честотата. За намотките е необходим по-малко проводник, а полевият ток е достатъчен за получаване на високочестотен ток в първи контур, IGBT или биполярен транзистор, понякога няколко, в зависимост от топологията на веригата за импулсно захранване (напред — 1, push -pull — 2, полумост — 2, мост — 4).
За да бъдем честни, отбелязваме, че ако се използва обратна верига на захранване, тогава трансформаторът по същество е двоен дросел, тъй като процесите на натрупване и освобождаване на електричество във вторичната верига са разделени във времето, тоест те не продължете едновременно, следователно, с контролна верига с обратен ход, тя все още е дросел, но не е трансформатор.
Импулсни вериги с трансформатори и феритни дросели днес се срещат навсякъде, от баласти на енергоспестяващи лампи и зарядни устройства на различни джаджи, до заваръчни машини и мощни инвертори.
Импулсен токов трансформатор
За измерване на величината и (или) посоката на тока в импулсните вериги често се използват импулсни токови трансформатори, които са феритна сърцевина, често пръстеновидна (тороидална), с една намотка. През пръстена на сърцевината се прокарва проводник, токът в който трябва да се изследва, а самата намотка се натоварва върху резистор.
Например, пръстенът съдържа 1000 завъртания на проводника, тогава съотношението на токовете на първичната (резбована жица) и вторичната намотка ще бъде 1000 към 1. Ако намотката на пръстена е натоварена на резистор с известна стойност, тогава измереното напрежение върху него ще бъде пропорционално на тока на намотката, което означава, че измереният ток е 1000 пъти по -голям ток през този резистор.
Промишлеността произвежда импулсни токови трансформатори с различни трансформационни съотношения. Разработчикът трябва само да свърже резистор и измервателна верига към такъв трансформатор. Ако искате да знаете посоката на тока, а не неговата величина, тогава намотката на токовия трансформатор се зарежда просто от два противоположни ценерови диода.
Комуникация между електрически машини и трансформатори
Електрическите трансформатори винаги са включени в курсовете по електрически машини, изучавани във всички електротехнически специалности на образователните институции. По същество електрическият трансформатор не е електрическа машина, а електрически апарат, тъй като няма движещи се части, чието присъствие е характерна черта на всяка машина като вид механизъм.Поради тази причина споменатите курсове, за да се избегнат недоразумения, трябва да се наричат „курсове по електрически машини и електрически трансформатори“.
Включването на трансформатори във всички курсове на електрически машини е по две причини. Една от тях е с исторически произход: същите заводи, които са изграждали електрически машини с променлив ток, също са изграждали трансформатори, тъй като само наличието на трансформатори е дало предимство на машините с променлив ток пред машините с постоянен ток, което в крайна сметка е довело до тяхното преобладаване в индустрията. И сега е невъзможно да си представим голяма инсталация на променлив електрически ток без трансформатори.
С развитието на производството на променливотокови машини и трансформатори обаче се наложи да се концентрира производството на трансформатори в специални фабрики за трансформатори. Факт е, че поради възможността за предаване на променлив ток с помощта на трансформатори на големи разстояния, увеличаването на по -високото напрежение на трансформаторите беше много по -бързо от увеличаването на напрежението на променливотоковите електрически машини.
На настоящия етап от развитието на променливотокови електрически машини най -високото рационално напрежение за тях е 36 kV. В същото време най -високото напрежение в реално изпълнените електрически трансформатори достигна 1150 kV. Такива високи напрежения на трансформаторите и тяхната работа на въздушни електропроводи, изложени на мълния, доведоха до много специфични проблеми на трансформатора, които са чужди за електрическите машини.
Това доведе до производство на технологични проблеми, толкова различни от технологичните проблеми на електротехниката, че разделянето на трансформаторите в независимо производство стана неизбежно. Така първата причина — индустриалната връзка, която направи трансформаторите близки до електрическите машини, изчезна.
Втората причина е от фундаментален характер и се състои в това, че използваните на практика електрически трансформатори, както и електрическите машини, се основават на принципът на електромагнитната индукция (закон на Фарадей), — остава непоклатима връзка помежду им. В същото време, за да се разберат много явления в машините с променлив ток, познаването на физическите процеси, протичащи в трансформаторите, е абсолютно необходимо и освен това теорията за голям клас машини с променлив ток може да се сведе до теорията на трансформаторите, като по този начин се улесни тяхното теоретично разглеждане.
Поради това в теорията на променливотоковите машини теорията за трансформаторите заема силно място, от което обаче не следва, че трансформаторите могат да се нарекат електрически машини. Освен това трябва да се има предвид, че трансформаторите имат различна настройка на целта и процеса на преобразуване на енергия от електрическите машини.
Целта на електрическата машина е да преобразува механичната енергия в електрическа енергия (генератор) или, обратно, електрическа енергия в механична енергия (двигател), междувременно в трансформатор имаме работа с преобразуването на един вид електрическа енергия с променлив ток в променлив ток електрическа енергия. ток от различен вид.