Электромагнитное оборудование, которое содержит несколько обмоток, расположенных на одном проводе и связанных индуктивно, называют трансформатором. Прибор необходим для преобразования электроэнергии тока с помощью магнитной индукции без изменения его частоты. Разные виды обмоток трансформатора используют во многих сферах электрической техники и электроники.
Принципы работы
У любого трансформатора в конструкции есть две или больше обмоток. Они связаны между собой электромагнитной индукцией, могут быть выполнены из проволоки или лент, покрытых слоем изоляции. Обмотки крепят на магнитопровод-сердечник, изготовленный из ферромагнитного мягкого материала. Если в устройстве всего один такой элемент, то оно называется автотрансформатором.
В конструкцию входят определённые детали:
- расширительный бак с крышкой;
- изолятор;
- магнитопровод (сердечник);
- радиаторы;
- две обмотки — низкого и высокого напряжения.
Принцип работы трансформаторов изучают ещё в школьном курсе физики, поэтому его легко понять даже школьнику. Первая обмотка получает напряжение, вследствие чего в ней начинает протекать переменный ток. Он создаёт в сердечнике магнитный поток, под воздействием которого в двух элементах появляется электродвижущая сила. Вторичная обмотка замыкается из-за нагрузки, после чего в ней тоже начинает протекать переменный ток, у которого параметры — напряжение и его кривая, частота и количество фаз — отличаются.
Разделяют несколько типов трансформаторов по определённым параметрам:
количеству фаз — трех- и однофазные;- числу обмоток — трех- и двухобмоточные;
- типу изоляции — масляные, сухие и с заполнителем, который не горит;
- виду охлаждения — с естественным и принудительным масляным, воздушным и с содержанием азотной подушки.
А также различают силовые, сетевые, автоматические, импульсные трансформаторы и устройства электрического тока. Они имеют отличия в конструкции, функциональности и принципах работы.
Силовой агрегат
Силовой трансформатор — это агрегат с низкими частотами, который применяется в электрических сетях для преобразования энергии. Своё название прибор получил из-за того, что он используется для приёма и передачи тока на ЛЭП, где показатель напряжения в некоторых случаях достигает 1200 кВ. В городах оно находится в пределах 10 кВ, именно благодаря силовым трансформаторам оно понижается до 0, 4 кВ (220 и 320 В), которые необходимы потребителям.
В конструкции прибора может находиться две и более обмоток, они расположены на броневом магнитопроводе, изготовленном из технической стали. Некоторые из элементов могут получать питание индивидуально. Это удобно при получении напряжения одновременно с нескольких генераторов.
Обычно силовое оборудование помещают в бак с маслом, иногда его дополняет система охлаждения. Устанавливают агрегат на подстанциях, большее распространение имеют трёхфазные трансформаторы, так как они сокращают потери энергии на 15%.
Сетевой прибор
Сетевые приборы — виды трансформаторов тока, которые появились ещё в 80-х годах. Именно это устройство может преобразовать бытовое напряжение в 220 В в показатель, потребляемый электроприборами — 48, 24, 12 или 5 вольт. Иногда агрегаты выполняются с несколькими вторичными обмотками, так можно использовать сразу несколько источников питания. В схемах любой радиолампы всегда присутствует сетевой трансформатор накаливания.
У современного оборудования сердечник имеет форму буквы Ш или стержня, изготовлен он из электротехнических стальных пластин, на которые навиваются обмотки. Трансформатор с компактными габаритами имеет тороидальный магнитопровод. При этом его мощность не уступает моделям с более крупными размерами и сердечниками других форм. К сетевым относят также сварочные устройства с мощностью до 6 кВт.
Особенности автотрансформатора
Если интересует, какие бывают трансформаторы, то среди низкочастотных можно выделить автоматическое оборудование. У таких агрегатов первичная обмотка является и вторичной одновременно. То есть элементы связаны не только индукцией, но и электричеством. С одной обмотки есть несколько выводов, поэтому она может давать одновременно разное напряжение. У прибора стоимость ниже, чем у остальных видов трансформаторов. Это обусловлено расходом меньшего количества проводов для одной обмотки, стали для магнитопровода и незначительной массы.
Автотрансформаторы применяются в приборах автоматического управления и высоковольтных сетях. Оборудование с обмотками, соединёнными в треугольник или звезду, очень востребованы в современных системах электричества. Силовые агрегаты обладают мощностью до 100−200 мВт. Целесообразно использовать их при маленьких коэффициентах трансформации.
Ещё один вид автотрансформатора — лабораторный прибор. С его помощью можно плавно контролировать напряжение перед его подачей потребителю. По конструкции это трансформатор с одной обмоткой, у которой есть неизолированные витки проводов. То есть появляется возможность подключиться к каждой петельке отдельно.
Установить контакт помогает скользящая щётка, которой можно управлять с помощью поворотной ручки. Во время нагрузки выходит напряжение разной величины, однофазные агрегаты выдают показатель от 0 до 250 В, а трёхфазные — до 450 вольт. В лабораториях используют менее мощные конструкции для настройки электрического оборудования.
Оборудование тока
Трансформатор тока — это прибор, первичная обмотка которого подключается к источнику питания, а вторичная присоединяется к измерительным устройствам с малым внутренним сопротивлением. Первый элемент — один провод или виток — включают в цепь последовательным путём для измерения переменного тока. При этом показатель вторичной обмотки, которая должна находиться под нагрузкой с высоким напряжением, способным пробить изоляцию, пропорционален первой. Если её разомкнуть, то магнитопровод просто сгорит от некомпенсированного тока.
В конструкции сердечник изготовлен из кремнистой холоднокатаной стали, на него намотана одна вторичная обмотка. Первичная деталь обычно представляет собой шину или провод с током, пропущенный через отверстие сердечника. Высокий коэффициент трансформации — это главное преимущество такого агрегата. Трансформаторы тока часто применяются для измерения электричества и в различных схемах защиты реле.
Так как цепи изолированы друг от друга, использование оборудования считается безопасным. Промышленные агрегаты выпускаются с несколькими группами вторичных обмоток. Одна из них подключается к защитному оборудованию, а вторая к устройству измерения — счётчику.
Импульсная конструкция
В сварочных аппаратах, блоках питания, инверторах и преобразователях тока с малой и средней мощностью установлены импульсные трансформаторы. Эти приборы уже давно вытеснили тяжёлое низкочастотное оборудование. Устройство имеет вид трансформатора с ферритовым сердечником в форме букв П или Ш, стержня, чашки или кольца. Их преимущество перед другими материалами состоит в возможности работать на частоте свыше 500 кГц.
Так как это высокочастотный агрегат, то и его размеры незначительные. На обмотку требуется меньше провода, а одного или нескольких полевых транзисторов будет достаточно для получения тока. Количество дополнительного оборудования зависит от топологии схем питания:
прямоходовая — один прибор;- двухтактная — 2;
- полумостовая — 2;
- мостовая — 4.
Трансформатор выполняет роль дросселя в случае, когда применяется обратноходовая схема питания. Ведь тогда процессы накопления и выдачи электрической энергии во вторичную цепь разделены определённым промежутком времени. Импульсные трансформаторы с ферритовыми сердечниками сегодня можно встретить практически везде. Они применяются в энергосберегающих лампах, сварочных аппаратах и инверторах, а также зарядных устройствах для мобильного телефона, ноутбука и планшета.
Импульсный агрегат тока необходим для измерения направления электричества. Оборудование основано на кольцевидном ферритовом сердечнике с одной обмоткой. Через кольцо пропускают провод, а элемент с витками получает нагрузку на резистор.
Производители выпускают разные модели трансформаторов, обладающие некоторыми отличиями в коэффициентах производительности. Чтобы узнать направление электричества, обмотку нагружают двумя встречными стабилитронами.
Сфера применения
Курс школьной физики дал ученикам некоторые понятия о работе и применении трансформаторов. Например, что потеря мощности всегда прямо пропорциональна квадрату силы электрического тока, поэтому нужно повышать напряжение для передачи электричества на значительное расстояние. Перед переходом тока к потребителям показатель, наоборот, необходимо понижать. Именно для этого и используют различные виды трансформаторов.
А также оборудование используется в схемах питания бытовой техники. Агрегаты с несколькими группами обмоток установлены в телевизорах, мониторах компьютеров. Они питают схемы, выполняют функции транзистора и кинескопа. Устройство трансформаторов также изучают ещё на школьных уроках.
Без трансформаторов электрические сети и некоторые виды оборудования не смогут нормально функционировать, поэтому необходимо хотя бы поверхностно знать устройство агрегатов, принципы их работы, особенности конструкции и отличия в разных моделях. Это позволит самостоятельно устранять неполадки в некоторой домашней технике, промышленном оборудовании и мобильных гаджетах.
