Пристрій і призначення трансформатора
Назва "трансформатор" походить від латинського слова «transforмare», що означає "перетворювати, перетворювати". Саме в цьому і полягає його суть – перетворення шляхом магнітної індукції змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги, але аналогічної частоти. Головне призначення трансформатора – використання в електромережах та джерела живлення різноманітних приладів.
Пристрій і принцип дії
Трансформатор – це прилад для перетворення змінного струму і напруги, Який не має рухомих частин.
Пристрій трансформаторів складається з однієї або декількох відокремлених дротяних, іноді стрічкових котушок (обмоток), які охоплені єдиним магнітним потоком. Котушки, як правило, намотують на сердечник (магнітопровід). Зазвичай він виготовляється з феромагнітного матеріалу.
На малюнку схематично представлений принцип роботи трансформатора.
На малюнку видно, що первинна обмотка підключена до джерела змінного струму, а інша (вторинна) – до навантаження. У витках первинної обмотки при цьому виникає змінний струм, його величина I1. А обидві котушки охоплює магнітний потік Ф, що виробляє в них електрорушійну силу.
Якщо вторинна обмотка знаходиться без навантаження, то такий режим роботи перетворювача називається «холостий хід». Коли вторинна котушка під навантаженням, в ній під дією електрорушійної сили виникає струм I2.
Вихідна напруга при цьому залежить безпосередньо від того, скільки витків на котушках, а сила струму – від діаметра (перетину) дроти. Іншими словами, якщо обидві котушки мають рівну кількість витків, то напруга на виході буде дорівнює напрузі на вході. А якщо на вторинну котушку намотати в 2 рази більше витків, то і напруга на виході стане в 2 рази вище вхідного.
Підсумковий струм залежить також і від діаметра дроту обмотки. Наприклад, при великому навантаженні і маленькому діаметрі дроту може статися перегрів обмотки, порушення цілісності ізоляції і навіть повний вихід з ладу трансформатора.
Щоб уникнути таких ситуацій складені таблиці для розрахунку перетворювача і вибору діаметра дроту під заданий вихідна напруга.
Класифікація за видами
Трансформатори прийнято класифікувати за кількома ознаками: за призначенням, за способом установки, за типом ізоляції, по використовуваному напрузі і т. Д. Розглянемо найпоширеніші види приладів.
силові перетворювачі
Такий вид приладів застосовується для подачі і прийому електричної енергії на ЛЕП та з ЛЕП з напругою до 1150 квт. Звідси і назва – силовий. Ці прилади функціонують на низьких частотах – близько 50-60 Гц. Їх конструктивними особливостями є те, що вони можуть містити кілька обмоток, які розташовуються на броньовий сердечнику, виготовленому з електротехнічної сталі. Причому котушки низької напруги можуть бути запитані паралельно.
Такий прилад називається трансформатор з розщепленими обмотками. Зазвичай силові трансформатори поміщають в ємність з трансформаторним маслом, а найпотужніші агрегати охолоджують активною системою. Для установки на підстанціях і електростанціях використовують трифазні прилади потужністю до 4 тис. КВА. Вони набули найбільшого поширення, так як втрати в них зменшено на 15% в порівнянні з однофазними.
Автотрансформатори (ЛАТР)
Це особливий різновид низькочастотного приладу. У ньому вторинна обмотка одночасно є частиною первинної та навпаки. Тобто котушки зв'язуються не тільки магнітно, але і електрично. Різне напруга виходить і з однієї обмотки, Якщо зроблено кілька висновків. За рахунок використання меншої кількості проводів досягається здешевлення приладу.Однак при цьому відсутня гальванічна розв'язка обмоток, а це вже суттєвий недолік.
Автотрансформатори знайшли застосування в високовольтних мережах і в установках автоматичного управління, для запуску двигунів змінного струму. Доцільно їх використання при невисоких коефіцієнтах трансформації. ЛАТР застосовують для регулювання напруги в лабораторних умовах.
Трансформатори струму
В таких приладах первинна обмотка приєднується безпосередньо до джерела струму, а вторинна – до приладів з невеликим внутрішнім опором. Це можуть бути захисні або вимірювальні пристрої. Найпоширенішим видом трансформатора струму вважається вимірювальний.
Він складається з сердечника, виконаного з шіхтованной кременистої холоднокатаної електротехнічної сталі, з намотаною на нього однією або декількома відособленими вторинними обмотками. У той час як первинна може являти собою просто шину або ж провід з вимірюваним струмом, пропущеним при цьому крізь віконце муздрамтеатру. За таким принципом функціонують, наприклад, струмовимірювальні кліщі. Головною характеристикою трансформаторного струму є коефіцієнт трансформації.
Такі перетворювачі безпечні і тому знайшли застосування при вимірюванні струму і в схемах релейного захисту.
імпульсні перетворювачі
У сучасному світі імпульсні системи практично повністю замінили важкі низькочастотні трансформатори. Зазвичай імпульсний прилад виконується на ферритовом осерді різноманітних форм і розмірів:
Перевага таких приладів сумнівам не підлягає – вони здатні функціонувати на частотах до 500 і більше кГц.
Так як це прилад високочастотний, то його розміри істотно знижуються з ростом частоти. На обмотку витрачається менша кількість дроти, а для отримання високочастотного струму в першому ланцюжку досить лише підключення польового або біполярного транзистора.
Існують ще багато різновидів трансформаторів: розділові, що погоджують, пік-трансформатори, здвоєний дросель і т. Д. Всі вони широко застосовуються в сучасній промисловості.
Область застосування приладів
Сьогодні, мабуть, важко собі уявити область науки і техніки, де не застосовуються трансформатори. Їх широко використовуються для наступних цілей:
Для передачі і роздачі електроенергії.- Для створення допустимої схеми включення вентилів. Застосовується в перетворювальних пристроях з одночасним узгодженням вхідної та вихідної напруги.
- У виробництві: в зварюванні, для постачання електротермічних установок і т. Д. Потужність таких приладів досягає часом десятків тисяч кВА і напруги до 10 кВ, а робочий діапазон – 50 Гц.
- Перетворювачі малої потужності і невисокої напруги застосовують для радіо- і телеапаратури, пристроїв зв'язку, побутових приладів, для узгодження напруг і т. Д.
- При включенні приладів і реле в електроланцюзі високої напруги з метою розширення діапазонів вимірювань і забезпечення електробезпеки.
Виходячи з різноманіття пристроїв і видів призначення трансформаторів, можна стверджувати, що сьогодні вони – незамінні, Що використовуються практично повсюдно пристрої, завдяки яким забезпечується стабільність і досягнення необхідних споживачеві значень напруги як цивільних мереж, так і мереж підприємств промисловості.