Устройство и принцип работы однофазного трансформатора

Однофазный трансформатор. Принципы работы. Основные параметры

Устройство, состоящее из двух или нескольких индуктивно связанных катушек, называется трансформатором.

Трансформатор – это электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Наибольшее распространение получили однофазные и трехфазные трансформаторы.

Принцип действия трансформатора основан на явлении взаимной индукции. Простейший однофазный трансформатор состоит из двух катушек, расположенных на ферромагнитном сердечнике. (рис. 3.3.1)

рис. 3.3.1

Обмотка, к которой подключен источник энергии, называется первичной, а обмотка, к которой подключается нагрузка, называется вторичной.

При подключении первичной катушки к источнику переменного тока по ней потечет ток I₁, который создает магнитный поток ф. Часть этого потока пересекает витки вторичной катушки, индуцируя в ней ЭДС взаимной индукции. Так как вторичная катушка замкнута на нагрузку, то по вторичной цепи потечет ток I₂.

Таким образом, энергия от источника за счет магнитной связи между катушками передается в нагрузку.

Основными параметрами трансформатора являются: коэффициент трансформации, коэффициент полезного действия и мощность потерь.

Коэффициентом трансформации называется отношение количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичной обмотки.

Если , то трансформатор называется понижающим (U₁ U₂), а если n 1 – то повышающим.

U₂ – напряжение на первичной обмотке;

U₂ – напряжение на вторичной обмотке;

W₁ – число витков первичной катушки;

W₂ – число витков вторичной катушки

Коэффициент полезного действия (КПД) называется отношение полезной мощности, выделяемой в нагрузке, к затраченной мощности, потребляемой от источника, выраженное в процентах.

Р₁ – полезная мощность, выделяемая в нагрузке;

Р₂ – затраченная мощность, потребляемая от источника;

Р_см = Р_чистер + Р_{вихр.токи}

Р_м1 – мощность тепловых потерь в первичной катушке;

Р_м2 – мощность потерь во вторичной катушке;

Рсм – мощность потерь в сердечнике, обусловленная потерями на гистерезис и вихревые токи.

Общие потери – это разность мощностей источника и потребителя энергии.

в понижающем трансформаторе

в повышающем трансформаторе

При расчете трансформаторов и аппаратуры с их использованием применяют схему замещения приведенного «трансформатора», в которой элементы электрической схемы учитывают физические процессы, происходящие в реальном трансформаторе.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется трансформатором?

2. На чем основан принцип действия трансформатора?

3. Приведите схему однофазного трансформатора?

4. Что называется коэффициентом трансформации?

5. Какой трансформатор называется понижающим, а какой – повышающим?

6. Как определяется КПД трансформатора?

7. Из чего складываются потери трансформатора?

Тема №2: Электрические машины

Устройство и принцип действия машин постоянного тока.

Машина постоянного тока состоит из двух основных частей: подвижной и неподвижной. Неподвижная часть — индуктор представляет собой электромагнит, имеющий одну или несколько пар полюсов. Он состоит из станины, полюсов и обмоток возбуждения, расположенных на полюсах. Под действием постоянного тока, протекающего по обмоткам возбуждения, полюса намагничиваются. Таким образом, создается магнитный поток машины.

Вращающаяся часть машины – якорь состоит из вала, сердечника и обмотки якоря, соединенной с коллектором. Якорная обмотка через коллекторные пластины и прилегающие к ним контактные щетки соединяется с внешней электрической цепью.

Когда якорь генератора вращается каким-либо двигателем, в обмотке якоря, пересекающей магнитный поток полюсов, индуктируется э.д.с. Начальный ток возбуждения в параллельной обмотке возникает под действием небольшой э.д.с., которая индуктируется за счет остаточного магнитного потока, после чего происходит «самовоз­буждение» генератора.

Потери энергии в трансформаторе

Коэффициент полезного действия трансформаторов достаточно высок. Тем не менее, в обмотке и сердечнике происходят потери энергии, приводящие к тому, что температура при работе трансформатора повышается. Для трансформаторов небольшой мощности это не представляет проблемы, и все тепло уходит в окружающую среду – используется естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.

В более мощных трансформаторах воздушного охлаждения оказывается недостаточно, и применяется охлаждение маслом. В этом случае трансформатор помещается в бак с минеральным маслом, через которое тепло передается стенкам бака и рассеивается в окружающую среду. В трансформаторах высоких мощностей дополнительно применяются выхлопные трубы – если масло закипает, образовавшимся газам нужен выход.

Конечно, трансформаторы не так просты, как может показаться на первый взгляд – ведь мы рассмотрели принцип действия трансформатора кратко. Контрольная по электротехнике с задачами на расчет трансформатора внезапно может стать настоящей проблемой. Специальный студенческий сервис всегда готов оказать помощь в решении любых проблем с учебой! Обращайтесь в Zaochnik и учитесь легко!

Любой однофазный трансформатор может работать только в цепях переменного тока. За счёт него полученное электрическое напряжение изменяется в нужную величину. Ток, полученный таким способом, повышается, в результате того, что мощность отдаётся в действительности без потерь. С этого и следует вывод, что основное использование такого прибора – вывести необходимое для решения задачи напряжение, после чего можно применять в определённых целях.

Вникнуть в работу прибора поможет детальный разбор конструкции трансформатора. Состоит он из следующих основных частей:

• Сердечник, состоящий из материалов с ферромагнитными свойствами;
• Две катушки, вторая находится на отдельном каркасе;
• Защитный чехол (имеется не у всех моделей).

Конструкция однофазного трансформатора

Вопросы об устройстве трансформатора

-Почему зазор между катушками делается минимальным?
Это делается для лучшего контакта магнитных полей. Если зазор будет большим — то и эффективность трансформатора будет низкая.

-А можно ли сделать трансформатор без сердечника аналогичный мощности с сердечником?
Да, но тогда придется увеличивать количество витков, чтобы увеличить магнитный поток. Например, с сердечником у обмоток витки могут быть по несколько тысяч. А без сердечника придется увеличивать магнитный поток за счет витков. И количество витков будет по несколько десяток тысяч. Это не только увеличивает размеры катушек, но и снижает их эффективность и увеличивает шансы перегрева.

-Можно ли подключить понижающий трансформатор как повышающий?
Если у вас есть трансформатор, который понижает сетевое напряжение с 220 В в 12 В, то его можно подключить как повышающий. То есть, вы можете подать на него переменное напряжение 12 В на вторичную обмотку и получить повышенное на первичной 220 В.

-А что будет, если на вторичную обмотку понижающего трансфоратора подать сетевое напряжение?
Тогда обмотка сгорит. Её сопротивление, количество витков и сечение провода не рассчитаны на такие напряжения.-Можно ли сделать трансформатор самостоятельно своими руками в домашних условия?
Да, это вполне реально. И многие радиолюбители и электронщики этим занимаются. А некоторые еще и зарабатывают. продавая готовую продукцию. Но стоит помнить о том, что это долгий, сложный и не простой труд. Нужны качественные материалы. Это трансформаторное железо, эмалированные медные провода различного сечения, изоляционные материалы.
Все материалы должны быть высокого качества. Если медный провод будет с плохой изоляцией, то возможно межвитковое замыкание, которое неминуемо приведет к перегреву. А для начала нужно рассчитать все параметры будущего трансформатора. Это можно сделать с помощью различных программ, которые доступны в сети.
Далее, это долгие часы сборки. Особенно если вы решили намотать тороидальные трансформатор.

Нужно плотно и равномерно наматывать витки, записывать каждый десяток, чтобы не запутаться и не изменить характеристики будущего преобразователя или блока питания.

-Что будет, если включить трансформатор без сердечника?
Так как трансформатор рассчитывался изначально с сердечником, то и преобразовать полностью напряжение он не сможет. То есть, на вторичке что-то будет, но явно не те параметры. Да и если подключите нагрузку к обмоткам без сердечника, они быстро нагреются и сгорят.

Неисправности трансформаторов

К основным неисправностям трансформаторов можно отнести:

• Коррозия и наличие ржавчины на сердечнике;
• Перегрев и нарушение изоляции;
• Межвитковое короткое замыкание;
• Деформация корпуса, обмоток и сердечника
• Попадание воды в обмотку.

Как проверить на целостность

Трансформатор можно проверить обычным мультиметром. Установите прибор в режим измерения сопротивления и проверьте обмотки.
Они не должны быть в обрыве, никогда. Если нигде обрывов нет, то можно найти первичную и вторичную обмотки при помощи измерения сопротивления. У первичной обмотки понижающего трансформатора сопротивление будет выше, чем у вторичной. Это все из-за количества витков. Чем больше витков и чем меньше диаметр провода — тем больше сопротивление обмотки.

Так же вы можете найти паспорт на свой трансформатор. В нем указываются сопротивления обмоток, и их параметры, которые нужно будет проверить мультиметром.

Безопасная проверка работы трансформатора

Если вы решили намотать свой трансформатор или проверить старый, то обязательно подключайте лампочку в разрыв цепи (последовательно!). Если что-то не так произойдет то, лампочка загорится и заберет ток на себя и сможет спасти неисправный трансформатор.

Основные компоненты трансформатора: ядро, обмотки и частота

Трансформатор является одним из ключевых элементов электрической системы. Его работа основана на принципе электромагнитной индукции, в котором взаимодействие магнитного поля вызывает электрический ток. Основными компонентами трансформатора являются:

• Ядро: Ядро трансформатора обычно изготавливается из магнитных материалов, таких как железо или сталь. Оно служит для создания магнитного поля и обеспечения передачи энергии от одной обмотки к другой. Трансформаторы могут иметь различные формы ядра, такие как кольцевые, прямоугольные или шаровые.
• Обмотки: Трансформатор обычно имеет две обмотки – первичную и вторичную. Первичная обмотка подключается к источнику энергии, а вторичная – к нагрузке. Обмотки обычно изготавливаются из медной проволоки и намотываются вокруг ядра. Количество витков в обмотках может быть разным и зависит от требуемого коэффициента трансформации.
• Частота: Частота переменного тока, которая подается на первичную обмотку, также является важным параметром трансформатора. Он определяет скорость изменения магнитного поля внутри трансформатора и влияет на его эффективность. В настоящее время наиболее распространены трансформаторы для электрических сетей с частотой 50 или 60 герц.

Ядро, обмотки и частота – взаимосвязанные компоненты трансформатора, которые определяют его работу и эффективность. Правильный выбор этих параметров позволяет достичь желаемого коэффициента трансформации и обеспечить надежную и стабильную работу системы.

Эксплуатация изделий

При эксплуатации однофазных преобразующих устройств особое внимание обращается на безопасное обращение с ними, что объясняется высоким напряжением, присутствующим на первичных обмотках

Также важно учитывать следующие моменты, касающиеся правил установки и включения трансформаторов в электрические схемы:

чтобы избежать выхода обмоток из строя (выгорания), следует защищать вторичные цепи от КЗ;
важно следить за тепловым режимом сердечника и обмоток и, если потребуется, предусмотреть их охлаждение.

Уход за однофазным трансформатором сводится к стандартным процедурам, которые предусмотрены положениями действующих нормативов.

Как выбрать однофазный трансформатор?

Один из важнейших параметров, на который необходимо обратить внимание при выборе однофазного трансформатора — это мощность. Она должна соответствовать нуждам и требованиям вашей схемы

Не забывайте учитывать пиковые нагрузки при выборе мощности. Также нужно обратить внимание на обмотки трансформатора. Они должны соответствовать вашей схеме, если необходимо иметь большее или меньшее напряжение, нужно выбирать соответствующую обмотку.

Кроме того, нельзя забывать про коэффициент мощности. Он характеризует, насколько эффективно используются энергоресурсы. Чем выше коэффициент мощности, тем более экономично вы будете расходовать электроэнергию.

Важный параметр — это класс точности. Он характеризует, насколько точно измеряется напряжение в подключенной нагрузке. Виды классов точности непосредственно влияют на используемые трансформаторы. Необходимо учитывать класс точности, чтобы выбрать трансформатор, который соответствует каждому конкретному требованию.

Также не забудьте обратить внимание на размеры, массу и габариты трансформатора. Стоит учитывать, что чем больше мощность, тем больше и массивнее трансформатор будет, следовательно, его размеры и вес тоже увеличатся

Режимы работы

• так называемый «холостой ход»;
• режим нагрузки.

При холостом ходе устройство работает без нагрузки и потребляет минимум мощности, рассеиваемой только в первичной обмотке. Ток в ней также минимален и составляет обычно не более 3-10% от значения, наблюдаемого при подключенной нагрузке. Во втором случае в витках вторичной обмотки начинает течь ток, величина которого обратно пропорциональна количеству витков в катушке.

В понижающем трансформаторе напряжение в ней ниже, а ток – больше. В этом режиме мощность в нагрузку передается с учетом теплового рассеяния в сердечнике трансформатора.

Классификация однофазных трансформаторов

Силовой трансформатор

Трансформатор используется в преобразовании электроэнергии в сетях и в устройствах, используемых для получения и применения нужной величины электрической энергии. «Силовой» подразумевает его работу с высоким напряжением. Использование силовых трансформаторов вынуждается разными показателями рабочей мощности ЛЭП, сетей в городской полосе, выводящее напряжение для конечных объектов, а также для общей работы электрических устройств и машин. Мощность разнится от нескольких единиц вольт до сотен киловатт.

Автотрансформатор – один из видов преобразователя, где первичная и вторичная обмотки не разделены, а соединены друг с другом напрямую. Ввиду этого между ними образуется как электромагнитная, так и электрическая связь. Обмотка сопровождается как минимум тремя выводами, подсоединяясь к каждой из них, можно использовать разные мощности. Главным достоинством такого трансформатора – это его высокий уровень КПД, так как преобразуется не всё напряжение, а лишь некоторая часть. Разница особенно заметна, когда входная и выходная мощность имеют незначительные отличия.

Трансформатор тока

Такой трансформатора используется в основном для уменьшения тока первичной обмотки до нужного значения, подходящего в применении цепей измерения, защиты, регулирования и сигнализации. Помимо этого используется в гальванической развязке (передача электроэнергии или сигнала связанными электрическими цепями, при этом электрический контакт между ними отсутствует).

Нормируемое значение параметров тока вторичной обмотки – 1 А или 5 А. Первичная обмотка трансформатора подсоединяется ступенчато в цепь с нагрузкой, при этом переменный ток подвергается контролю, ко вторичной обмотке подключаются измерительные устройства.

Вторичной обмотке трансформатора тока необходимо постоянно находиться в режиме около короткого замыкания. Ведь при любом варианте разъединения цепи на неё поступает высокая мощность, способная выбить изоляцию и выхода из строя включённых приборов.

Высоковольтный ТТ(слева) и низковольтный ТТ(справа)

Читать более подробно про трансформатор тока.

Трансформатор напряжения

Такой трансформатор получает энергию от источника напряжения. Используется в основном для изменения высокого напряжения в низкое в различных цепях, в том числе измерительных и релейной защиты и автоматики. Имеет возможность проводить изоляцию цепей защиты и измерения от цепей повышенной мощности.

Высоковольтный ТН(слева) и низковольтный ТН(справа)

Читать более подробно про ТН.

Импульсный трансформатор

Применяется для изменения импульсных сигналов с откликом импульса в точности до десятков микросекунд. При этом форма импульса сопровождается лишь незначительным искажением. Главным назначением импульсного трансформатора является передача прямоугольного электрического импульса

Используется для преобразования коротких видеоимпульсов напряжения, зачастую воспроизводящихся с высокой скважностью

Важный параметр при использовании импульсного трансформатора – это неискажённый вид передачи импульсных систем напряжения

При влиянии на вход устройства мощности, отличающейся друг от друга, важно получить напряжение, в точности совпадающее с той же самой формой, разве что, с другой амплитудой или различающейся полярностью

Виды импульсных трансформаторов

Назначение и область применения трансформаторов. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

Трансформатор (от лат. transformo – преобразую) — статическое
(не имеющее подвижных частей) устройство
по преобразованию переменного тока
одного напряжения в переменный ток
другого напряжения при неизменной
частоте без существенных потерь мощности,
основанное на принципе электромагнитной
индукции. Применение: 1. электросети в связи с необходимостью передачи
электрической энергии на большие
расстояния (рис. 1.1). Экономически выгодно
передавать энергию при высоких напряжениях
и малых токах (требуется меньшее сечение
проводов). 2.
источник питания – Для питания разных
узлов электроприборов. Другие
применения: 1.Разделительные
трансформаторы. Нулевой провод электросети
имеет контакт с «землёй», поэтому при
одновременном касании человеком фазового
провода и заземлённого предмета тело
человека замыкает электрическую цепь,
что создает угрозу поражения электрическим
током. Если же прибор включён в сеть
через трансформатор, касание прибора
одной рукой вполне безопасно, поскольку
вторичная цепь трансформатора никакого
контакта с землёй не имеет. 2. Измерительные
трансформаторы. Применяют для измерения
очень больших или очень маленьких
переменных напряжений и токов в цепях
РЗиА. 3. Импульсные трансформаторы (ИТ).
Основное применение заключается в
передаче прямоугольного электрического
импульса

Он служит для трансформации
кратковременных видеоимпульсов
напряжения, обычно периодически
повторяющихся с высокой скважностью

Устройство и
принцип действия однофазного
трансформатора. На
стержнях магнитопровода, размещаются
изолировано друг от друга и от стержня
две обмотки с числом витков W и Wсоответственно.
Обмотка, к которой подводится электрическая
энергия из сети, называется первичной.
Обмотка, в которой включается потребитель
– вторичной. В зависимости от напряжения
различают обмотку высшего напряжения
и низшего. Трансформатор работает на
принципе электромагнитной индукции:
переменный ток ,
проходя по первичной обмотке, создаёт
в магнитопроводе переменный магнитный
поток Ф,
который пронизывает одновременно витки
обеих обмоток. При изменении потока во
времени в витках индуцируется ЭДС.
Поэтому вторичная обмотка может
рассматриваться как источник напряжения .
Если эту обмотку замкнуть на сопротивление
нагрузки Z,
то в ней потечёт ток .Из
принципа действия трансформатора ясно,
что он может работать только на переменном
токе. При постоянном напряжении и токе

ФE

42. Режим холостого хода трансформатора

Под холостым ходом
трансформатора понимается режим его
работы при разомкнутой вторичной
обмотке. Первичная обмотка трансформатора
подключена к источнику переменного
напряжения. Ток i_1х первичной обмотки создает переменное
магнитное поле, намагничивающее сердечник
трансформатора. Магнитный поток в
трансформаторе разделим на две части:
основной магнитный поток Ф, замыкающийся
в сердечнике, и поток рассеяния Ф_1S,
замыкающийся частично по воздуху. W₁ – число
витков первичной обмотки,W₂–
число витков вторичной обмотки; R₁ – активное сопротивление первичной
обмотки.

Основной магнитный
поток изменяется по синусоидальному
закону
, 
Напряжение на первичной катушке имеет
три слагаемых: падение напряжения,
напряжение, уравновешивающее
трансформаторную ЭДС, напряжение,
уравновешивающее ЭДС рассеяния. По
второму закону Кирхгофа для первичной
обмотки,откуда.это
уравнение в комплексной форме,
гдеиндуктивное сопротивление рассеяния
первичной обмотки. На рис. изображена
векторная диаграмма трансформатора,
работающего в режиме холостого хода.
Векторы трансформаторных ЭДСиотстают
на 90° от вектора основного магнитного
потока.
Вектор напряженияпараллелен
вектору тока,
а векторопережает
вектор токана
90°. Вектор напряжения на зажимах первичной
обмотки трансформатораравен
геометрической сумме векторов -,,.
 На рис2. изображена схема  замещения
трансформатора,  соответствующая
уравнению  X_Э – индуктивное сопротивление, пропорциональное
реактивной мощности, затрачиваемой
на создание основного магнитного потока.
 В режиме холостого хода.
 Коэффициент трансформации.

Эксплуатация

При использовании однофазных трансформаторов технике безопасности отводится особое место. Обусловлено это тем, что устройство находится под высоким напряжением, находящимся на первичных обмотках

При подключении и установке трансформатора в электрические схемы важно соблюдать ряд правил, для исключения поломок и нарушений работы прибора:

• Чтобы обмотки не выходили из строя (выгорали), необходимо поставить защиту от короткого замыкания на вторичной цепи;
• Необходимо контролировать температурный режим сердечника и обмоток. Желательно установить систему охлаждения, предусматривающую исключение критического повышения температуры при работе.

В случае различной нагрузки от электросети изменяется и её напряжение. Для стабильной работы устройств, получающих энергию, необходимо, чтобы напряжение не изменялось от установленного уровня выше допустимого диапазона. Ввиду этого допускается использование методов регулирования напряжения в сети.

Особенности конструкции однофазного трансформатора

Однофазный трансформатор – это электрический прибор, который предназначен для изменения напряжения в электрических цепях. Его конструкция представляет собой две намотки, которые изолированы друг от друга.

Основные элементы конструкции:

• Железный сердечник – это основа трансформатора. Он служит для пропускания магнитного потока;
• Первичная и вторичная обмотки – это катушки провода, которые находятся на железном сердечнике. Одна из катушек подключается к источнику электроэнергии, а другая к потребителю;
• Изоляторы – это материалы, которые изолируют пластины сердечника и обмотки друг от друга. Они служат для предотвращения короткого замыкания и перехода электрического тока между элементами трансформатора;
• Клеммы – это элементы, к которым подключаются провода;
• Корпус – это защитный элемент трансформатора, который предотвращает непреднамеренный доступ к его внутренним элементам.

Принцип работы однофазного трансформатора:

Когда переменный ток подается на первичную обмотку, то он создает переменное магнитное поле, которое воздействует на вторичную обмотку. При этом во вторичной обмотке происходит индукция напряжения, которое зависит от отношения числа витков первичной и вторичной обмоток. Таким образом, однофазный трансформатор позволяет получать напряжение большой или меньшей величины, чем при подаче электроэнергии непосредственно от источника.

Основные характеристики однофазного трансформатора: мощность и напряжение

Однофазный трансформатор — это устройство, которое используется для изменения значения напряжения переменного тока. Он состоит из двух или более обмоток, намотанных на общий железный сердечник.

Одной из основных характеристик однофазного трансформатора является его мощность, которая определяет способность устройства передавать энергию. Мощность трансформатора выражается в вольтах-амперах (VA) или в киловольтах-амперах (kVA). Она зависит от величины тока и напряжения на входной и выходной стороне трансформатора.

Мощность трансформатора можно вычислить по формуле: мощность = напряжение × ток.

Напряжение — еще одна важная характеристика однофазного трансформатора. Оно указывает на величину разности потенциалов, которая создается при подключении трансформатора к источнику питания.

На входной стороне трансформатора обычно используется напряжение в сети переменного тока, например, 220 Вольт. Выходное напряжение, которое будет иметь место на обмотке с меньшим числом витков (называемой также вторичной обмоткой), зависит от соотношения витков между первичной и вторичной обмотками.

Соотношение напряжений в однофазном трансформаторе можно выразить следующей формулой: соотношение напряжений = число витков на первичной обмотке / число витков на вторичной обмотке.

Например, если на первичной обмотке трансформатора имеется 1000 витков, а на вторичной обмотке — 100 витков, то соотношение напряжений будет равно 10. То есть, если к трансформатору подается напряжение 220 Вольт, то на выходе он будет выдавать напряжение 22 Вольта.

Примеры характеристик однофазного трансформатора
Мощность, ВА
Напряжение входное, В
Напряжение выходное, В

100
220
22

500
220
110

1000
110
220

Таким образом, однофазный трансформатор имеет две основные характеристики: мощность и напряжение. Мощность определяет способность трансформатора передавать энергию, а напряжение указывает на величину разности потенциалов на входе и выходе устройства.

Раздел 2: Общие характеристики

Однофазный трансформатор является электрическим устройством, которое используется для изменения напряжения переменного тока. Он представляет собой набор проводников, обмотанных вокруг общего магнитопровода.

Основные характеристики однофазного трансформатора:

• Номинальная мощность: это мощность, при которой трансформатор способен работать на протяжении длительного времени без перегрева. Номинальная мощность измеряется в вольтах-амперах (ВА) или киловольтах-амперах (кВА).
• Номинальное напряжение: это напряжение, при котором трансформатор должен работать. Номинальное напряжение измеряется в вольтах (В).
• Частота: это частота переменного тока, при которой трансформатор должен работать. Частота измеряется в герцах (Гц).
• Класс изоляции: это класс, определяющий допустимую температуру обмотки трансформатора. Класс изоляции обозначается буквами (A, B, F, H) и относится к максимальной температуре, которую могут выдерживать материалы обмотки.

Трансформаторы могут быть применены в различных сферах, включая электроэнергетику, промышленность, электронику и телекоммуникации. Они широко используются для подачи электроэнергии на большие расстояния или для изменения напряжения в целях обеспечения безопасности.

Пример таблицы с характеристиками однофазного трансформатора
Характеристика
Значение

Номинальная мощность
10 кВА

Номинальное напряжение
220 В

Частота
50 Гц

Класс изоляции
Класс B (130°C)

Однофазный трансформатор. Назначение, устройство и основные характеристики

Есть старая институтская шутка. На вопрос преподавателя «как работает однофазный трансформатор» студент в ответ гудит: «У-у-у!». Звук такой действительно имеет место, обусловлен же он тем, что при наведении индукционного поля возникает магнитно-стрикционный эффект, заставляющий пластины магнитопровода вибрировать.

Однофазный трансформатор предназначен для создания переменного напряжения нужной величины для нагрузки, не нуждающейся в трехфазном электропитании.

Любой трансформатор состоит из двух основных узлов: сердечника и катушек, их бывает не менее двух. Принцип работы простой. В результате прохождения электрического тока по проводнику в первичной обмотке, на вторичную наводится электродвижущая сила (ЭДС). Сердечник состоит из пластин ферромагнетика, то есть материала, способствующего усилению магнитного поля (электротехническая сталь специальных марок).

Величина ЭДС определяется по формуле:

Е = 4,44 х Ф х f х ω

где:

Ф – амплитуда магнитного потока;

f – частота тока;

ω – число витков в обмотке.

Допустимая мощность нагрузки, которую «потянет» однофазный трансформатор, задается сечением провода, которым намотаны катушки, и добротностью магнитопровода, в частности магнитной проницаемостью ферромагнетика µ. Размеры сердечника и число витков являются предметом расчета, который часто становится темой курсовой работы в технических ВУЗах.

В любом случае, чем мощнее однофазные трансформаторы напряжения, тем внушительнее их размеры. На их корпусе чаще всего есть ярлык с перечислением основных параметров (допустимого тока входного и выходного напряжений). Однако так бывает не всегда.

На практике многие ремонтники часто сталкиваются с необходимостью заменить сгоревший однофазный трансформатор напряжения. Для того чтобы убедиться в пригодности, следует изучить характеристики устройства, предназначенного для замены.

Первое, что следует сделать, это определить входную обмотку. У понижающих трансформаторов она имеет наибольшее сопротивление.

Затем, включив его в сеть, можно измерить выходное напряжение в режиме холостого хода. Отношение входного и выходного ЭДС составляет коэффициент трансформации K. Он также равен дроби N вх./N вых., то есть числу витков в обмотках.

После этого можно в качестве нагрузки подсоединить мощное переменное сопротивление (реостат) и снять вольт-амперную характеристику, определив величину номинального тока. По мере роста нагрузки выходное напряжение постепенно падает.

Трансформаторы бывают не только силовыми, но и измерительными. В тех случаях, когда нужно определять значительную величину тока в цепи, используют амперметр. Он включается последовательно, и должен иметь низкое сопротивление в сочетании с большим сечением провода в магнитной отклоняющей системе. Такой прибор был бы слишком массивным и дорогим, поэтому используют однофазные трансформаторы тока, снимающие пропорционально уменьшенные значения, и подающие их на обычные серийные амперметры. Вычислить ампераж несложно, остается лишь применить указанные на корпусе множители.

Определение остаточного магнитного потока

Остаточный магнитный поток – это магнитный поток, который остается в сердечнике трансформатора после удаления внешнего воздействия переменного тока. Он проявляется в виде постоянного магнитного поля и вызывает эффекты, такие как магнитная насыщенность и намагниченность сердечника.

Остаточный магнитный поток является следствием недостижимой идеальности материалов, из которых изготовлен сердечник. Большинство материалов имеют некоторую магнитную проницаемость, даже когда они находятся в состоянии, когда внешние магнитные поля отсутствуют или равны нулю.

Определение остаточного магнитного потока включает измерение его значения при нулевом входном токе. Можно использовать специальные приборы, называемые флюскомерами или флюксметрами, чтобы измерить остаточный магнитный поток. Они позволяют измерять магнитный поток в сердечнике трансформатора и определять его значение в абсолютных единицах, таких как Вебер (Wb).

Остаточный магнитный поток имеет большое значение для правильного функционирования трансформаторов. Его надежное определение позволяет учитывать его в расчетах и обеспечить эффективность и точность работы трансформатора. Также, зная значение остаточного магнитного потока, можно сделать выводы о качестве материалов, используемых в сердечнике, и определить его магнитные свойства.

Принцип работы однофазного трансформатора

Однофазный трансформатор – это электромагнитное устройство, которое позволяет изменять значение напряжения переменного тока при сохранении его частоты. Он состоит из двух обмоток – первичной и вторичной, обмотки первичной и вторичной подключаются к источнику переменного тока и нагрузке соответственно.

Принцип работы однофазного трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. В основе этого явления лежит тот факт, что изменение магнитного поля, проходящего через проводник, индуцирует в нем электрический ток. Поскольку в трансформаторе обмотки находятся рядом друг с другом, магнитное поле, создаваемое током в первичной обмотке, также проходит через вторичную обмотку.

Когда на первичную обмотку подается переменное напряжение, через нее течет переменный ток. Этот ток создает переменное магнитное поле, которое индуцирует переменное напряжение во вторичной обмотке. Величина выходного напряжения на вторичной обмотке зависит от отношения числа витков в первичной и вторичной обмотках. Если число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, то выходное напряжение будет больше входного. Если число витков во вторичной обмотке меньше, чем в первичной, то выходное напряжение будет меньше входного.

Принцип работы однофазного трансформатора основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что напряжение, индуцированное в проводнике, пропорционально скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот проводник. В случае однофазного трансформатора, изменение магнитного потока происходит благодаря переменному току в первичной обмотке, что приводит к индукции переменного напряжения во вторичной обмотке.