електричний трансформатор
Трансформатор - це пристрій, головним призначенням якого є перетворення електричного струму. Він змінює напруга струму за допомогою електромагнітної індукції.
Робота трансформатора заснована на двох базових принципах:
- Змінюється в часі електричний струм створює змінюється в часі магнітне поле.
- Зміна магнітного потоку, що проходить через обмотку, електромагнітну індукцію в цій обмотці. У деяких трансформаторах, що працюють на високих або надвисоких частотах, муздрамтеатр може бути відсутнім. Ідеальний трансформатор - трансформатор, у якого відсутні втрати енергії на нагрів обмоток і потоки розсіювання обмоток.
В ідеальному трансформаторі всі силові лінії проходять через всі витки обох обмоток. Такий трансформатор всю інформацію, що надходить енергію з первинного кола трансформує в магнітне поле і, потім, в енергію вторинної ланцюга. В цьому випадку надходить енергія дорівнює перетвореної енергії.
Режими роботи трансформатора
1. Режим холостого ходу. Даний режим характеризується розімкнутої вторинної ланцюгом трансформатора, внаслідок чого струм в ній не тече.
2. Навантажувальний режим. Цей режим характеризується замкнутої на навантаженні вторинної ланцюга трансформатора. Даний режим є основним робочим для трансформатора.
3. Режим короткого замикання. Цей режим виходить в результаті замикання вторинної ланцюга накоротко. З його допомогою можна визначити втрати корисної потужності на нагрівання проводів в ланцюзі трансформатора.
4. Режим холостого ходу. Коли вторинні обмотки ні до чого не підключені, ЕРС індукції в первинній обмотці практично повністю компенсує напруга джерела живлення, тому струм, що протікає через первинну обмотку, невеликий. Для трансформатора з сердечником з магніто-м'якого матеріалу ток холостого ходу характеризує величину втрат в осерді (на вихрові струми і на гістерезис) і реактивну потужність перемагничивания муздрамтеатру.
5. Режим короткого замикання. У режимі короткого замикання на первинну обмотку трансформатора подається змінна напруга невеликої величини, висновки вторинної обмотки з'єднують накоротко. Величину напруги на вході встановлюють таку, щоб струм короткого замикання дорівнював номінальному (розрахунковому) струму трансформатора.
6. Режим з навантаженням. При підключенні навантаження до вторинної обмотці у вторинному ланцюзі виникає струм, який створює магнітний потік в магнітопроводі, спрямований протилежно магнітному потоку, створюваному первинної обмоткою. В результаті в первинному ланцюзі порушується рівність ЕРС індукції і ЕРС джерела живлення, що призводить до збільшення струму в первинній обмотці до тих пір, поки магнітний потік не досягне практично колишнього значення.
Види електричних трансформаторів
Силовий трансформатор - трансформатор, призначений для перетворення електричної енергії в електричних мережах і в установках, призначених для прийому і використання електричної енергії. Автотрансформатор - варіант трансформатора, в якому первинна і вторинна обмотки сполучені безпосередньо, і мають за рахунок цього не тільки електромагнітний зв'язок, але і електричну. Обмотка автотрансформатора має кілька висновків, підключаючись до яких, можна отримувати різні напруги. Перевагою автотрансформатора є вищий ККД, оскільки лише частина потужності піддається перетворенню - це особливо істотно, коли вхідний і вихідний напруги відрізняються незначно. Недоліком є відсутність електричної ізоляції (гальванічної розв'язки) між первинною і вторинною ланцюгом. Трансформатор струму - трансформатор, що живиться від джерела струму.
Типове застосування - для зниження первинного струму до величини, використовуваної в ланцюгах вимірювання, захисту, управління і сигналізації. Номінальне значення струму вторинної обмотки 1А. 5А. Первинна обмотка трансформатора струму включається в ланцюг з вимірюваним змінним струмом, а у вторинну включаються вимірювальні прилади. Струм, що протікає по вторинній обмотці трансформатора струму, дорівнює току первинної обмотки, поділеній на коефіцієнт трансформації.
Трансформатор напруги - трансформатор, що живиться від джерела напруги. Типове застосування - перетворення високої напруги в низьке в ланцюгах, в вимірювальних ланцюгах і ланцюгах РЗіА. Застосування трансформатора напруги дозволяє ізолювати логічні ланцюги захисту і ланцюга вимірювання від ланцюга високої напруги.
Силові розділові трансформатори призначені для підвищення безпеки електромереж, при випадкових одночасних доторку до землі і струмоведучих частин або неструмоведучих частин, які можуть опинитися під напругою у разі пошкодження ізоляції. Узгоджувальний трансформатор - трансформатор, застосовуваний для узгодження опору різних частин електронних схем при мінімальному спотворенні форми сигналу. Одночасно узгоджувальний трансформатор забезпечує створення гальванічної розв'язки між ділянками схем. Пік-трансформатор - трансформатор, що перетворює напругу синусоїдальної форми в імпульсну напругу зі змінною через кожні півперіоду полярністю. Здвоєний дросель - конструктивно є трансформатором з двома однаковими обмотками. Завдяки взаємній індукції котушок він при тих же розмірах більш ефективний, ніж звичайний дросель. Здвоєні дроселі набули широкого поширення в якості вхідних фільтрів блоків живлення.
Трансфлюксор - різновид трансформатора, яка використовується для зберігання інформації. Основна відмінність від звичайного трансформатора - це велика величина залишкової намагніченості муздрамтеатру. Іншими словами трансфлюксори можуть виконувати роль елементів пам'яті. Крім цього трансфлюксори часто забезпечувалися додатковими обмотками, що забезпечують початкове намагнічування і задають режими їх роботи. Ця особливість дозволяла (в поєднанні з іншими елементами) будувати на трансфлюксорах схеми керованих генераторів, елементів порівняння і штучних нейронів. Найбільш часто трансформатори застосовуються в електромережах і в джерелах живлення різних приладів.
Застосування трансформаторів в електромережах
Оскільки втрати на нагрівання проводу пропорційні квадрату струму, що проходить через провід, при передачі електроенергії на велику відстань вигідно використовувати дуже великі напруги і невеликі струми. З міркувань безпеки та для зменшення маси ізоляції в побуті бажано використовувати не настільки великі напруги. Трансформатори понижувальні електромереж використовують спеціальну систему охолодження: трансформатор поміщається в баку, заповненому трансформаторним маслом або спеціальною негорючою рідиною.
Застосування трансформаторів в джерелах електроживлення
Для харчування різних вузлів електроприладів потрібні найрізноманітніші напруги. Блоки електроживлення в пристроях, яким необхідно кілька напруг різної величини містять трансформатори з декількома вторинними обмотками або містять в схемі додаткові трансформатори. У схемах живлення сучасних радіотехнічних та електронних пристроїв широко застосовуються високочастотні імпульсні трансформатори. В імпульсних блоках харчування змінна напруга мережі спершу випрямляють, а потім перетворять за допомогою інвертора в високочастотні імпульси.
Система управління за допомогою широтно-імпульсної модуляції дозволяє стабілізувати напругу. Після чого імпульси високої частоти подаються на імпульсний трансформатор, на виході з якого, після випрямлення і фільтрації отримують стабільне постійна напруга. Трансформатори 50-60 Гц, незважаючи на їхні недоліки, продовжують використовувати в схемах харчування, в тих випадках, коли треба забезпечити мінімальний рівень високочастотних перешкод, наприклад при високоякісному звуковідтворення.