AC трансформатор: видове устройства и верига

Повечето радиолюбители и просто тези, които обичат радиотехниката, се интересуват от въпросите за това какво е трансформатор, как работи и какво служи. Всъщност всичко е много просто: трансформаторът служи за преобразуване на променлив ток от една стойност с определена честота (параметър) в друга с идентичен параметър.

Трансформаторна подредба

В съответствие с ГОСТ 16110 -82, определяне трансформатор е както следва: трансформатор - статистическа електромагнитно устройство от типа, който има две или повече бобини с индуктивна връзка, и за превръщане на един или повече системи с променлив ток в една или повече други системи.

Това електромагнитно продукт има проста конструкция, състояща се от следните елементи: магнитопровод (магнитна система), намотки, ликвидация рамки, изолация (не всички трансформатори), системата за охлаждане. допълнителни елементи. На практика производителите за производство на трансформатори използват една от трите основни понятия:

1. Ядрото. Намотките са навити на външните пръти.
2. Бронята. Страничните стени остават без намотки.
3. Тороидалната. Той има формата на пръстен с еднакво навиване на намотките по цялата обиколка.

Следва да се отбележи, че изборът на тази или на тази концепция не засяга крайните параметри на трансформатора и не влияе върху надеждността на работата, но въпреки това се различава съществено в производствената технология.

Магнитна система

Магнитни ядра за трансформатори имат специфична геометрична форма и са изработени от редица материали, които включват електротехническа стомана, пермалой, ферит или друг материал, притежаващ феромагнитни свойства. В зависимост от материала и конструкцията на магнитната сърцевина може да бъде съставен от плаките, пресовани, да се навиват от тънка лента, сглобени от две, четири или повече "подкова".

Като рамка за поставяне на основните намотки са пръчки. Те могат да имат различно пространствено разположение, в зависимост от което различават няколко типа системи.

1. Плоска магнитна система с надлъжни оси от пръчки и винтове, разположени в същата равнина.
2. Пространствена система, в която надлъжната ос на прътите се намира в различни равнини.
3. Симетрична система, оборудвана с идентични пръчки, които имат същата относителна позиция спрямо йоките.
4. Асиметрична система, състояща се от пръти, някои от които могат да се различават по форма, дизайн и размер, с различни относителни положения по отношение на иглите.

Дизайн на навиване

Напрежението е основният елемент на трансформатора. Това е многоточкова структура, изработена от един или няколко медни (по-рядко алуминиеви) проводници с различни диаметри. Като правило в силови трансформатори се използват проводници с квадратно напречно сечение, което позволява по-ефективно използване на наличното пространство, поради което факторът на пълнене (К) се увеличава.

За да се избегнат къси съединения, всяка намотка е изолирана. Като изолационен материал може да се използва специален хартиен или емайллаков лак. Между другото, ако са използвани два отделно изолирани и паралелно свързани проводника за производството на намотките, те могат да бъдат снабдени с обща хартиена изолация.

Резервоар за гориво

Резервоарът е един от най-важните допълнителни елементи на трансформатора. Това е контейнер за съхраняване на трансформаторно масло, както и физическа защита на активния компонент. Освен това корпусът на резервоара е предназначен за монтиране на спомагателно оборудване и устройство за управление.

Един от вътрешните елементи на резервоара е резонатор с висок ток. Тя се подлага на бързо и често прегряване в периоди на увеличаване на номиналната мощност и трансформаторните токове. За да се намали рискът от прегряване около резонаторите, се монтират вложки от немагнитни материали.

Вътрешното покритие на резервоара е направено от проводими щитове, които не позволяват магнитни потоци през стените на резервоара. Понякога има покритие, което е направено от материал с ниско магнитно съпротивление. Този вариант на покритието абсорбира вътрешните потоци, преди да се приближи до стените на резервоара.

Преди да смените горивото от резервоара, въздухът се изпомпва, за да се предотврати намаляването на диелектричната якост на изолацията на трансформатора. От това има допълнителна цел на резервоара, който се състои в поддържане на натиска на атмосферата с минимална деформация.

Принцип на действие

Трансформатори работят на базата на два принципа: електромагнитно - генериране на магнитен поток, когато електрически ток различна във времето, което също се променя и електромагнитна индукция - прослушване EMF (електродвижеща сила) промени, дължащи се на магнитния поток преминава през бобината.

Трансформаторът се включва след като напрежението е приложено към първичната намотка. Заедно с напрежението на намотката се включва и променлив ток, който участва в образуването на редуващ се магнитен поток в магнитната верига. Това създава ЕМФ във всички намотки на устройството.

Изходното напрежение (вторичната намотка) е сложно свързано с формата на входното напрежение. Тези трудности доведоха до създаването на линия от нови трансформатори, които бяха използвани за решаване на алтернативни проблеми, например текущо усилване, честотно умножение и генериране на сигнал.

Функционални режими

Трансформаторите могат да функционират в три режима: празен ход (XX) - 1, натоварване - 2 и късо съединение - 3.

Режим 1: XX. Особеността на този режим е, че вторичната трансформаторна верига е в отворено състояние, поради което токът не преминава през нея. В това положение на веригата, токът на тока е нула, което създава в първичния контур ток на празен ход, който има реактивен и активен компонент. Този EMF може напълно да компенсира захранващото напрежение. Този режим се използва за определяне на ефективността и нивото на загубите в ядрото.

Режим 2: Зареждания. В този режим обичайната намотка на трансформатора се подава от източник на захранване от трета страна и вторичен товар е свързан към вторичната верига. След свързването на товара към вторичната верига започва да тече ток, което създава магнитен поток, насочен в обратна посока от първичния поток. Това предизвиква неравенство между две сили - индукция и източник на енергия, което увеличава тока, който преминава през първичната намотка, докато магнитният поток се върне към първоначалната си стойност. Този режим е основният режим на работа на трансформаторите.

Режим 3: Късо съединение. За да се получи този режим, вторичната верига на трансформатора е с късо съединение и на първичната намотка се прилага ниско променливо напрежение. Стойността на входното напрежение се избира така, че токът на повреда да е равен на номиналния ток. Този режим се използва за определяне на топлинните загуби на намотките в трансформаторната верига.

Видове продукти

От 30 ноември 1876 г., считано за датата на създаване на първия трансформатор, вече е било дълго време. През този период устройствата бяха значително променени както по отношение на дизайна, така и по отношение на производителността. Към днешна дата има следните видове трансформатори:

• Силов трансформатор на променлив ток. Такива трансформатори се използват в мрежи за електрозахранване и електрически инсталации, предназначени за приемане и използване на електроенергия. Тези трансформатори се използват от факта, че цялата дължина на пистата има различни работни напрежения, например, на предаване линия (преносна линия) може да варира от 0,035 до 0,75 MW (megavolts), и в подстанции равнява на 400, които след това се превръща в обичайните 220/380 V.
• Автотрансформатор. Вариант на трансформатор с директно свързване на първичната и вторичната намотка, който създава не само електромагнитна, но и електрическа индукция. Автотрансформаторите са оборудвани с намотки с много изходящи намотки, чието минимално количество е три. Те се използват като елемент, свързващ ефективно заземени мрежи с напрежение от 0,11 MV с конверсионен фактор от 3 до 4. Автотрансформаторите имат две ключови предимства и един малък недостатък. Първата включва икономия (поради по-ниски разходи за мед за намотаване и стомана за ядрото) и висока ефективност - поради частично преобразуване на входната мощност. Недостатъкът е липсата на галванична изолация - електрическа изолация между първичната и вторичната верига.
• Токов трансформатор. Устройство с първична намотка, захранвано от източник на ток от трета страна, докато вторичният кръг се опитва да бъде произведен по такъв начин, че да работи в режим близо до късо съединение. Първичната намотка е свързана последователно с товарната верига. В тази схема протича променлив ток, който трябва да бъде наблюдаван. За да се приближите към режим на късо съединение, волтметрите или индикаторите, например реле или светодиод, са свързани към вторичната верига. Наличието на допълнителни елементи във вторичната верига причини едно от приложенията на такива трансформатори, което се състои в намаляване на първичните намотки на ток до стойности, които могат да бъдат използвани за измерване, защита, контрол и сигнализация.
• Трансформатор за заваряване. Инсталира се в заваръчни машини и се използва за преобразуване на напрежението 220/380 волта до по-ниски стойности, както и за увеличаване на токовото ниво. Токът може да се контролира чрез промяна на индуктивното съпротивление или вторичното напрежение XX. Това се извършва чрез разделяне на броя на завъртанията на първичната или втората намотка, съответно.
• Изолационен трансформатор. Тя се различава от другите устройства от този тип поради липсата на електрическа връзка между първичната и вторичната намотка. Устройствата за разделяне се използват в електрическите мрежи, за да се гарантира безопасността на хората в случай на повреда на линията или други извънредни ситуации, които могат да бъдат вредни, както и да се осигури галванична изолация.

Обозначение на диаграми

Трансформаторът в схемата е означен както следва: Средната линия е съставен дебелина, която показва сърцевината, вляво от него във вертикалната равнина, представено с намотка (рулони на ядрото), - първичната намотка и надясно още един или повече бобини - вторичните намотки.

По принцип схематичното представяне на линията, обозначаваща ядрото, трябва да съответства на дебелината на завоите на изобразените бобини. Ако е необходимо да се подчертае материалът или характеристиките на дизайна на ядрото на веригата, централната линия е леко променена. По този начин, класически ядро ​​ферит означават плътна линия, и ядрото с магнитна междина, - тънка линия с междина между тях. Магнитоелектричните ядра се показват с тънка пунктирана линия.