Как устроен трансформатор

Транс­фор­ма­тор (от лат. transformare , изме­нить, пре­об­ра­зо­вать) пред­став­ляет собой элек­тро­маг­нит­ное устрой­ство, кото­рое пре­об­ра­зует элек­три­че­скую энер­гию от одной системы к дру­гой при помощи элек­тро­маг­нит­ной индук­ции без изме­не­ния частоты, явля­ется неотъ­ем­ле­мой частью элек­три­че­ских систем. Транс­фор­ма­торы могут быть самых раз­ных раз­ме­ров от малого, внутри элек­трон­ного при­бора, до огром­ных, исполь­зу­е­мых в элек­тро­се­тях, мощ­но­стью до несколь­ких мегаватт.

Исто­рия

Закон элек­тро­маг­нит­ной индук­ции, на кото­ром осно­вана работа транс­фор­ма­тора, был открыт Фара­деем в 1831 году. В том же году Фара­дей пред­ста­вил «кольцо индук­ции», пер­вый про­то­тип транс­фор­ма­тора. Он исполь­зо­вал его для демон­стра­ции прин­ципа элек­тро­маг­нит­ной индук­ции и не видел в нем прак­ти­че­ского применения.

{banner_rca-news-1-1}

Пер­вая «индук­ци­он­ная катушка» была изоб­ре­тена Нико­лаем Иоси­фом Кал­лан в Ирланд­ском наци­о­наль­ном уни­вер­си­тете Мей­нут в 1836 году. Кал­лан был одним из пер­вых иссле­до­ва­те­лей, кото­рый понял, что уве­ли­че­ние вит­ков вто­рич­ной обмотки по отно­ше­нию к коли­че­ству вит­ков в основ­ной обмотке уве­ли­чи­вает напряжение.

Между 1830 и 1870 годами иссле­до­ва­ния индук­ци­он­ных кату­шек, в основ­ном мето­дом проб и оши­бок, поз­во­лили опре­де­лить прин­ципы работы транс­фор­ма­тора. В 1848 году фран­цуз­ский инже­нер Г. Рум­корф пред­ста­вил индук­ци­он­ную катушку осо­бой кон­струк­ции, кото­рая стала про­об­ра­зом транс­фор­ма­тора. Устрой­ства при­год­ного для прак­ти­че­ского при­ме­не­ния не появ­ля­лось до 1880 года, но в тече­ние сле­ду­ю­щих десяти лет транс­фор­ма­торы сыг­рали важ­ней­шую роль в раз­ви­тии электричества.

В 1876 году рос­сий­ский инже­нер Павел Нико­ла­е­вич Яблоч­ков изоб­рел систему осве­ще­ния на основе набора кату­шек индук­тив­но­сти. Пер­вич­ная обмотка кату­шек под­клю­ча­лась к источ­нику пита­ния пере­мен­ного тока, а вто­рич­ная к несколь­ким лам­пам. Катушки, исполь­зу­е­мые в системе, рабо­тали по прин­ципу транс­фор­ма­тора. В патенте ука­зы­ва­лось «источ­ник раз­лич­ных точек света с раз­лич­ной интен­сив­но­стью от одного источ­ника питания».

В 1882 году в Лон­доне Люсьен Галард и Джон Гиббс впер­вые пред­ста­вили «вто­рич­ный гене­ра­тор» — устрой­ство с метал­ли­че­ским сер­деч­ни­ком, а затем про­дали идею аме­ри­кан­ской ком­па­нии Westinghouse Electric. Подоб­ная система была раз­ра­бо­тана в Турине, Ита­лия, где она исполь­зо­ва­лась в систе­мах элек­три­че­ского освещения.

В 1883 году группа инже­не­ров вен­гер­ской ком­па­нии «Ganz & K» раз­ра­бо­тала и запу­стила в про­из­вод­ство транс­фор­ма­тор с замкну­тым маг­ни­то­про­во­дом, кото­рый сыг­рал важ­ную роль в даль­ней­шем раз­ви­тии кон­струк­ций транс­фор­ма­то­ров. Они исполь­зо­ва­лись для про­из­вод­ства осве­ти­тель­ного обо­ру­до­ва­ния в Австрии и Венгрии.

В конце 1880-х годов инже­неры Westinghouse Electric раз­ра­бо­тали мас­ля­ную систему охла­жде­ния транс­фор­ма­тора. Основ­ные эле­менты транс­фор­ма­тора поме­ща­лись в емко­сти с мас­лом для охла­жде­ния, что поз­во­лило суще­ственно повы­сить эффек­тив­ность изо­ля­ции обмо­ток. Эта же аме­ри­кан­ская ком­па­ния начала исполь­зо­вать транс­фор­ма­тор в ком­мер­че­ских целях, что при­вело к допол­ни­тель­ному инте­ресу к этому устрой­ству мно­же­ства уче­ных. В после­ду­ю­щие 40 лет, устрой­ство транс­фор­ма­тора неод­но­кратно усо­вер­шен­ство­ва­лось: изоб­ре­те­ние трех­фаз­ного транс­фор­ма­тора, добав­ле­ние крем­ния в состав исполь­зу­е­мых мате­ри­а­лов и другие.

Прин­цип работы и основ­ные элементы

Транс­фор­ма­тор пред­став­ляет собой устрой­ство, кото­рое пре­об­ра­зует напря­же­ние пере­мен­ного тока опре­де­лен­ного уровня в напря­же­ние пере­мен­ного тока дру­гого уровня. Работа транс­фор­ма­тора осно­вана на двух базо­вых прин­ци­пах: элек­тро­маг­не­тизм и элек­тро­маг­нит­ная индук­ция. 

{banner_rca-news-1-2}

Транс­фор­ма­тор, как пра­вило, состоит из двух изо­ли­ро­ван­ных друг от друга кату­шек про­во­дя­щего мате­ри­ала, намо­тан­ной на том же ядре. Ядро, как пра­вило но из элек­тро­тех­ни­че­ской стали — сплава опти­ми­зи­ру­ю­щего маг­нит­ный поток. На пер­вич­ную обмотку пода­ётся напря­же­ние от внеш­него источ­ника. Пере­мен­ный ток в пер­вич­ной обмотке создает маг­нит­ный поток. Этот поток будет вызы­вать элек­тро­маг­нит­ную индук­цию, появ­ле­ние элек­тро­дви­жу­щей силы во вто­рич­ной обмотке. Напря­же­ние во вто­рич­ной обмотке, непо­сред­ственно зави­сит от отно­ше­ния коли­че­ства вит­ков к числу вит­ков пер­вич­ной обмотки.

Основ­ными ком­по­нен­тами транс­фор­ма­тора явля­ются: маг­ни­то­про­вод, обмотка, кар­кас обмотки, изо­ля­ция, система охла­жде­ния, про­чие вспо­мо­га­тель­ные элементы.

Маг­нит­ная система трансформатора(магнитопровод) изго­тов­лена из крем­ний­со­дер­жа­щих фер­рит­ных спла­вов стали с высо­кой маг­нит­ной про­ни­ца­е­мо­стью. Пред­на­зна­ча­ется для лока­ли­за­ции маг­нит­ного потока в пре­де­лах транс­фор­ма­тора. Кон­струк­ция может состо­ять из набора тон­ких пла­стин с изо­ля­ци­он­ным слоем между каж­дой, тон­кой ленты, несколь­ких «под­ков» и др. Маг­нит­ная система в соче­та­нии со всеми дета­лями необ­хо­ди­мыми для скреп­ле­ния всех узлов в еди­ную кон­струк­цию назы­ва­ется осто­вом трансформатора.

Обмотка – сово­куп­ность элек­три­че­ских про­вод­ни­ков обер­ну­тых вокруг сер­деч­ника (вит­ков) обра­зу­ю­щих элек­три­че­скую цепь. Сум­мар­ный элек­три­че­ский ток каж­дого витка опре­де­ляет сум­мар­ную элек­тро­дви­жу­щую силу транс­фор­ма­тора. Боль­шее число вит­ков вызы­вает более высо­кое напря­же­ние. Обмотка трех­фаз­ного транс­фор­ма­тора пред­став­ляет собой сово­куп­ность обмо­ток каж­дой из трех фаз соеди­нен­ных между собой. В каче­стве мате­ри­ала, исполь­зу­е­мого в обмотке транс­фор­ма­тора с уче­том его при­ме­не­ния, исполь­зу­ется про­во­дя­щие металлы и сплавы.

Обычно исполь­зу­ется про­во­дя­щий эле­мент квад­рат­ного сече­ния (жила). Для более мощ­ных транс­фор­ма­то­ров, с целью улуч­ше­ния функ­ци­о­ни­ро­ва­ния обмотки, сече­ние жилы может быть раз­де­лено на несколько парал­лель­ных про­во­дя­щих эле­мен­тов. Каж­дая жила изо­ли­ру­ется при помощи тон­кой (несколько мик­ро­мет­ров) про­мас­лен­ной бумаги или эмали.

Чтобы избе­жать избы­точ­ного нагрева и потерь в транс­фор­ма­торе при­ме­ня­ется система охла­жде­ния. В низ­ко­вольт­ных транс­фор­ма­то­рах при­ме­ня­ется «сухая» система охла­жде­ния с при­ме­не­нием изо­ли­ру­ю­щих син­те­ти­че­ских смол. В более высо­ко­вольт­ных транс­фор­ма­то­рах для отвода избы­точ­ного тепла исполь­зу­ется масло, как пра­вило минеральное.

Основ­ные виды трансформаторов

Сило­вой транс­фор­ма­тор исполь­зу­ется для пре­об­ра­зо­ва­ния элек­тро­энер­гии в элек­три­че­ских сетях. Назва­ние «сило­вой» под­ра­зу­ме­вает воз­мож­ность работы с напря­же­нием боль­шой мощ­но­сти. Их при­ме­не­ние необ­хо­димо для доставки конеч­ному потре­би­телю элек­тро­энер­гии необ­хо­ди­мой мощ­но­сти. Напря­же­ние в линиях элек­тро­пе­ре­дач может дости­гать 750 кВ, тогда как напря­же­ние тре­бу­е­мое для работы элек­тро­при­бо­ров в сети конеч­ного потреб­ле­ния колеб­лется от 220 до 380 В. Для обес­пе­че­ния работы при­ме­ня­ется одна или несколько вто­рич­ных обмо­ток. Часто исполь­зу­ется предо­хра­ни­тель предот­вра­ща­ю­щий воз­ник­но­ве­нию пожара при пере­греве трансформатора.

Авто­транс­фор­ма­тор – вари­ант с после­до­ва­тель­ным соеди­не­нием пер­вич­ной и вто­рич­ной обмо­ток. За счет этого связь между обмот­ками не только элек­тро­маг­нит­ная, но и элек­три­че­ская. Такой транс­фор­ма­тор меньше и дешевле, исполь­зу­ется для пре­об­ра­зо­ва­ния напря­же­ния с незна­чи­тель­ной раз­ни­цей между вхо­дя­щим и выход­ным. Имеет высо­кий КПД. Недо­стат­ком явля­ется отсут­ствие галь­ва­ни­че­ской раз­вязки между обмотками.

Транс­фор­ма­тор тока исполь­зу­ется для сни­же­ния пер­вич­ного тока источ­ника до вели­чины тре­бу­е­мой для защиты, изме­ре­ния, сиг­на­ли­за­ции и др. Пер­вич­ная обмотка под­со­еди­ня­ется в цепь пере­мен­ного тока кото­рый необ­хо­димо изме­рить или защи­тить, а вто­рич­ная к изме­ри­тель­ному прибору.

Транс­фор­ма­тор напря­же­ния, по обла­сти при­ме­не­ния, схож с транс­фор­ма­то­ром тока. При­ме­ня­ется для пре­об­ра­зо­ва­ния высо­кого напря­же­ния в изме­ри­тель­ных цепях. Также суще­ствуют: импульс­ные транс­фор­ма­торы, раз­де­ли­тель­ные, согла­су­ю­щие, пик-трансформатор, трансфлюксор.

 

 

Источник: https://lab-37.com/



Обсудить на форуме

Комментарии

Добавить комментарий
    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent

    Ядер­ный реак­тор, прин­цип дей­ствия, работа ядер­ного реактора

    Каж­дый день мы исполь­зуем элек­три­че­сто и не заду­мы­ва­емся над тем, как оно про­из­во­дится и как оно к нам попало. А тем не менее это одна из самых важ­ных частей совре­мен­ной циви­ли­за­ции. Без элек­три­че­ства не было бы ничего — ни

    Химические формулы против повседневных (загадочных) названий веществ. Шпаты. Соли. Селитры. Воды. Кислоты. Касцы. Реактивы....

    Хими́ческая фо́рмула — условное обозначение химического состава и структуры соединений с помощью символов химических элементов, числовых и вспомогательных знаков (скобок, тире и т. п.).

    Решения для современных осветительных установок

    Сегодня освещение нам необходимо везде, мы освещаем свое жилье, используем освещение для офиса, осуществляем подсветку витрин, концертное освещение передает настроение, наружное освещение архитектурных сооружений подчеркивает их величие, освещение

    Экскаватор ЭШ 20_90

    Экскаваторы ЭШ 20/90 – шагающая модель, которая впервые появилась на рынке в далеком 1981 году. Именно тогда он стал отличной заменой одной из самых распространенных моделей. 

    Печь для пайки оплавлением (reflow soldering)

    Авто­ма­ти­че­ская печка на базе быто­вого ростера (элек­три­че­ской мини-духовки) для пайки мел­ких серий печат­ных плат — от одной до несколь­ких штук — с исполь­зо­ва­нием паяль­ной пасты.