Устройство и принцип работы трансформаторов

Что делает трансформатор

У трансформатора много полезных и важных функций:

Передает электричество на расстояние. Он способен повышать переменное напряжение. Это помогает передавать переменный ток на большие расстояния. Так как у проводов тоже есть сопротивление, от источника тока требуется высокое напряжение, чтобы преодолеть сопротивление проводов. Поэтому, трансформаторы незаменимы в электросетях, где они повышают напряжение до десятки тысяч вольт. Еще возле электростанций, которые вырабатывают электрический ток, стоят распределительные трансформаторы. Они повышают напряжение для передачи их потребителям. А возле потребителей стоит понижающий трансформатор, который уменьшает напряжение до 220 В 50 Гц.

Питает электронику. Трансформатор — это часть блока питания. Он понижает входное сетевое напряжение, которое затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется и подается на плату. По сути, он используется практически в любом блоке питания и преобразователе.

Питает радиолампы и электронно-лучевые трубки. Для радиоламп нужен большой спектр напряжений. Это и 12 В и 300 В и др.

Для этих целей и делают трансформаторы, которые понижают и повышают сетевое напряжение. Это делается за счет разных обмоток на одном сердечнике. Разновидностью ламп являются электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). Они используются в электронных микроскопах, где с помощью пучка электронов можно получить детальные изображения микроскопических поверхностей. Для них нужны высокие напряжения, порядка нескольких десятков тысяч киловольт. Это нужно для того, чтобы в вакуумной трубке можно было разогнать пучок электронов до больших скоростей. Электрон в вакууме может повышать скорость своего передвижения за счет повышения напряжения. И здесь, кстати, используется импульсный трансформатор. Он повышает напряжение за счет работы ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Такие трансформаторы называются строчными (или развертки).

Это название неспроста, так как такой трансформатор выполняет функцию строчной развертки. По сути кинескоп — это и есть электронно-лучевая трубка. Поэтому, для работы телевизоров, где используется кинескоп, нужен строчный трансформатор.

• Согласует сопротивления. В усилителях звука согласование источника и потребителя играет важную роль. Поэтому, есть согласующие трансформаторы, которые позволяют передать максимум мощности в нагрузку. Если бы не было такого трансформатора, то лаповые усилители, которые были рассчитаны на 100 Вт, выдавали бы менее 50 Вт в нагрузку.

Например, выход усилителя 2 кОм, а трансформатор согласует сопротивление и понижает напряжение для щадящей работы динамиков. А на его вторичной обмотке сопротивление всего несколько десятков Ом.

Для безопасности. Трансформатор создает гальваническую развязку между сетью и блоком питания. Это последний рубеж безопасности в блоке питания, если что-то пойдет не так. Будет время для срабатывания предохранителя. Или же катушки и магнитопровод расплавятся, но потребителю не дадут сетевую нагрузку. Он физически не связан с сетью 220 В. Связь есть только с помощью магнитного поля (взаимоиндукции). И если трансформатор рассчитан на 100 Вт, то он сможет выдать только 100 Вт.

Поэтому, потребитель будет защищен от опасных высоких токов. Именно из-за этого бестрансформаторные блоки питания считаются опасными.

Деталь оружия. В электрошокерах используются высокие напряжения. И их помогает форматировать высоковольтный трансформатор. А еще он используется в некоторых схемах Гаусс пушки.

Типы трансформаторов

Как и в любом техническом устройстве, повышающие трансформаторы могут быть самых различных видов, отличающихся между собой по показателям мощности, сфере использования и т.д.Рассмотрим каждый тип данного устройства более подробно:

• Автотрансформатор имеет в своем наличии только одну обмотку с парой концевых клемм. Как правило, это трансформаторы однофазного типа, в которых присутствуют первичные и вторичные катушки.
• Трансформаторы тока обладают большим количеством обмоток, по сравнению с предыдущим типом. Кроме того, в конструкции подобных устройств используется магнитный сердечник, резисторы и датчики оптического типа, ответственные за регулировку частоты напряжения.
• Агрегат силового типа представляет собой специальный прибор, передающий ток между контурами через процесс электромагнитной индукции.
• Агрегат антирезонансного типа представляет собой литой прибор, которые обладает практически полностью закрытой структурой. В продаже имеются как трехфазные, так и однофазные устройства. Во многом, данные устройства схожи с силовыми агрегатами, но обладают более компактными габаритами.
• Заземляемые устройства отличаются от других специальной структурой обмоток, которые соединяются между собой зигзагом или звездой.
• Пик-трансформаторы используются для отделения постоянного и переменного тока. Данные устройства получили достаточно широкое распространение в компьютерных технологиях и средствах радиосвязи.
• Домашние устройства разделительного типа применяются в качестве передатчика электричества от источника переменного тока к самому прибору. Бытовые устройства, обладающие мощностью 220 вольт, применяются в качестве защитной меры от воздействия электрического тока и предотвращения помех в работе различных устройствах.

Виды понижающих трансформаторов

В зависимости от конструктивных особенностей и принципа действия выделяют следующие типы устройств:

• Стержневые. Эти модели, в которых обмотки располагаются вокруг сердечников магнитопровода, обладают средней или высокой мощностью. Стержневые понижающие трансформаторы имеют простую конструкцию, их обмотки легко изолировать, обслуживать и осуществлять ремонт. Их разновидность – броневые аппараты, в которых обмотки «броней» охватывают магнитопровод. Это простой и дешевый аппарат, но его трудно обслуживать и ремонтировать.
• Тороидальные. Сердечник в таких аппаратах имеет форму тора. Тороидальные модели применяются в маломощных радиоэлектронных устройствах. Они легкие, имеют небольшие размеры, позволяют достигать высокой плотности тока. Ток намагничивания – минимальный. Аппараты могут выдерживать достаточно высокие температуры.
• Многообмоточные. Имеют две или более вторичных обмоток. Позволяют получать несколько значений выходного напряжения, то есть обеспечивают питание нескольких потребителей.

По роду тока, с которым работают трансформаторы, их разделяют на:

• Однофазные. Наиболее распространенный тип, имеющий профессиональное и бытовое применение. Фазный и нулевой провода электропроводки подсоединяются к первичной обмотке.
• Трехфазные. Востребованы в энергетике, на производственных предприятиях, реже – в бытовых условиях. Служат для трансформации трехфазного напряжения.

Как выбрать?

Ряд критериев определяют стабильность и качество работы трансформатора. К таким относят.

1. Напряжение на входе. Для определения его величины достаточно изучить маркировку на корпусе, 220, 380 В. Простому потребителю достаточно первой.
2. Необходимый уровень тока. Он определяется назначением и средой использования. В большинстве случаев он составляет 12, либо 36 вольт. На корпусе нанесена специальная маркировка, отображающая величину.
3. Мощность. Для его определения вычисляют сумму всех устройств, которые будут к нему подключаться плюс 20% от полученного значения.
4. Безопасность. Качественное устройство выдерживает резкие перепады в сети и прочие аварийные ситуации. Для этого в нем должна быть защита от короткого напряжения, скачков, перегрузок и прочего. Наличие такого рода защиты гарантирует стабильную работу в любых условиях.

Принцип действия

Самое главное в изучении прибора состоит в том, чтобы разобраться на каком физическом явлении основана работа трансформатора? Как уже вкратце упоминалось выше, в основе функционирования устройства лежит открытая Майклом Фарадеем электромагнитная индукция.

Ее суть заключается в следующем – переменное магнитное поле генерирует электрический ток в находящихся рядом проводниках. В школе все должны были видеть эксперимент, который это демонстрирует – в контур из проволоки вставляется и вытаскивается магнит, а на подключенном к проволоке амперметре можно наблюдать появление тока.

Формула, представленная Фарадеем, который открыл закон возникновения ЭДС, показывает, что возникающая электродвижущая сила пропорциональна магнитному потоку через данный контур.

Кратко говоря, суть работы трансформатора следующая – когда на первичную обмотку подается напряжение и по ней течет ток, возникает магнитное поле определенной величины. Оно распространяется по магнитопроводу или магнитному сердечнику, и генерирует во второй обмотке электрический ток, который пропорционален как величине магнитного поля, так и количеству витков проводника на второй обмотке. Главная характеристика устройства – его КПД.

Как прозвонить обмотки трансформатора

Иногда нужно прозвонить обмотки трансформатора, чтобы узнать, где из них первичная, а где вторичная обмотка. Сделать это можно с помощью мультиметра, например, DT 838, переключив его в режим измерения сопротивления (не менее 100ом).

Если при измерении обмоток мультиметр показал большее сопротивление, то это первичная обмотка. Если меньшее сопротивление, то это вторичная обмотка. Кроме того, как было сказано выше, первичная обмотка трансформатора наматывается более тонкой проволокой, чем вторичная обмотка.

Какой ток холостого хода у трансформатора

Даже если к трансформатору не подключено ничего, но сам трансформатор включён в сеть, он все равно потребляет электроэнергию. Это называется ток холостого хода. Чем он меньше, тем качественней трансформатор.

На увеличение тока холостого хода у трансформатора, влияет низкое качество магнитопровода, неправильные расчеты обмоток, межвитковое замыкание, и некоторые другие причины. Все это приводит к повышению тока холостого хода, к выделению тепла, а также, потреблению трансформатором лишней электроэнергии.

Оценить статью и поделиться ссылкой:

Строение трансформатора

Основными частями преобразователя напряжения являются:

• магнитопровод;
• обмотки высокого и низкого напряжения;
• бак;
• вводы и выводы.

К дополнительной аппаратуре относятся:

• расширительный бак;
• выхлопная труба;
• пробивной предохранитель;
• приборы для контроля и сигнализации.

Магнитопровод необходим для крепления всех частей аппарата. Он является своеобразным скелетом преобразователя напряжения. Второй его задачей является создание направление движения для основного магнитного потока. В зависимости от особенностей крепления обмоток к сердечнику, магнитопровод трансформатора может быть трёх видов:

• бронестержневой;
• броневой;
• стержневой.

Трансформаторное масло является очень важным элементом в аппарате. В маломощных трансформаторах (сухих) его не применяют. При средней и высокой мощности его использование обязательно.

У трансформаторного масла две задачи:

• охлаждение обмоток, нагревающихся вследствие протекания по ним тока;
• повышение изоляции.

Как правильно выбрать трансформатор понижающий: на что обратить внимание

1. Данные о входном напряжении. Для быта лучше избирать агрегаты с показателем – 220 В, а для более мощных цехов допустимо и 380 В.
2. Данные о выходном напряжении. Все зависит от электроприборов, которые будут применяться на участке. Обычно спекут расширен от 220 до 12 В.
3. Мощность. Цифровой показатель мощности у трансформатора хотя бы должен быть на 20 процентов больше, чем импульс уже подаваемый потребителям. Только при таком условии работа системы будет нормально налажена.

Таким образом, трансформатор понижающий используется для создания мощной магистрали, когда от к основной подстанции подключается и трансформатор повышающий, импульсы которого надо снижать к допустимым нормам. Эту роль и выполняет трансформатор понижающий. Выбирать агрегат надо тщательно, чтобы запросы потребителей совпадали с возможностями электрического оборудования.

Понижающие трансформаторы и их принцип работы

Чтобы понизить напряжение поступающего тока используют понижающие автотрансформаторы, а, чтобы повысить – повышающие. Это абсолютно безопасные бытовые устройства, которые нужны, если у вас на производстве или дома высокое напряжение в основной сети. А также, чтобы сохранить работу домашних электроприборов. Если же у вас в сети 385 вольт, а домашняя автоматика работает на 220, то вам нужен однофазовый или трёхфазовый понижающий трансформатор. Если вам будет интересно, тогда можете прочесть про импульсный трансформатор.

Трехфазовые и двухфазовые устройства выполняют такие функции:

1. Электрическую изоляцию. Это является обязательным условием, если у вас повышенный уровень опасности и поражения током.
2. Распределение тока между потребителями.
3. Могут использоваться для измерения ампер т вольт.

Обязательно нужно помнить, что для трехфазной сети нужно подбирать двух фазный преобразователь, а для двухфазной – однофазный.

Конструкция трансформатора понижающего

Вся структура понижающего трансформатора состоит из таких деталей как ферромагнитная основа и обмоток из меди, которые по принципу действия бывают первичными и вторичными. Вся работа понижающего трансформатора напрямую зависит от такого явления как индукция, которая действует посредством влияния магнитных полей. Данное явление выполняет функцию передачи энергетического ресурса из контуров трансформатора друг другу. 

Количество трансформаторов, выпускаемых сегодня является достаточно большим, существует большое разнообразие моделей и модификаций понижающих трансформаторов. Тем не менее, следует знать, что наиболее продуктивным в использовании аппарат это тот, который трансформирует энергию с коэффициентом менее одного. Это качество является наиболее характерной отличительной чертой трансформаторов понижающего действия.

Использование токовых трансформаторов с мультиметрами

После покупки мультиметра HoldPeak HP890CN и обнаружения в списке его функций функции подключения внешних клещей для измерения величин тока до 600А, я решил что это мне не понадобится, но мелочь приятная. Спустя некоторое время, при ремонте релейного стабилизатора сетевого напряжения мне понадобилось измерить ток без разрыва цепи. Я стал думать и на глаза попалась пиктограмма на галетнике мультиметра.

Далее я залез на Aliexpress и обнаружил что данный аксессуар стоил более половины стоимости мультиметра-клещей. Но результаты поисков оказались не полностью отрицательными, в описании клещей было указанно соотношение выходного напряжения к измеряемому току 1мВ=1А. Далее (в продолжение статьи) в хламе были найдены потроха трехфазного счетчика электроэнергии Меркурий 230 на 100А. На плате счетчика, по мимо всего прочего, можно найти 3 токовых трансформатора CT104P фирмы OSWELL с шинами и клеммными колодками.

Отпаяв 1 трансформатор и забив марку в поиск, успешно был найден датащит со всеми необходимыми данными. Подключаем все по схеме:

Номинал резистора R1 можно взять из даташита производителя 10 Ом. Далее, по закону ома, считаем сколько мВ будет падать на резисторе R1 при токе через первичную обмотку в 1А.

Получается 4 мВ, а входу нашего тестера нужно 1 мВ. Соответственно необходимо ввести в схему резисторный делитель 1:4. Его можно сделать из двух постоянных резиcторов номиналами 25 и 75 КОм, но лучше использовать многооборотный подстроечный потенциометр на 100КОм. Таким образом монтаж получится компактней и добавляется возможность регулировки и калибровки.

Перед пайкой потенциометра, для облегчения дальнейшей настройки, желательно отрегулировать положение движка на 25 КОм (1:4) относительно нижней ноги по схеме. Для подключения этой конструкции к тестеру лучше использовать разъемы типа «банан» 4мм и витую пару из двух многожильных гибких проводов. Для крепления и герметизации можно использовать горячий клей и термоусадочную трубку.

Сборка устройства осуществляется объемно-навесным монтажом. Согласно приведенной выше схемы.

Перед следующем этапом нужно надеть на вал потенциометра термоусадку или кембрик «внатяг». На витую пару проводов, идущих к «бананам», можно тоже одеть кусок термоусадочной трубки для борьбы с переломами проводов.

Далее необходимо сделать корпус для верхней части устройства. Проще всего сделать его из эпоксидной смолы.

В одноразовом пластиковом стакане можно отрезать верхнюю часть и замешать смолу с отвердителем согласно инструкции. Также в смесь можно добавить красителя.

Далее необходимо зажать заготовку в тиски и сделать опалубку для заливки.

Я просто намотал малярной ленты и залил эпоксидку.

Когда смола уже «схватилась» я вынул заготовку из тисков и переложил ее на радиатор отопления.

На следующие сутки смола застыла и ее можно покрасить. Для защиты всего что не должно быть окрашено можно применить, все туже, малярную ленту.

Для покраски у меня была банка аэрозольной черной краски, ее я и использовал.

Еще через сутки, краска высохла, лента удалена — устройство готово.

Можно выбирать соответствующий режим в мультиметре, если токового нет, то нужно выбрать напряжение мВ, естественно переменного тока.

И все, можно подключить шину в разрыв одного из сетевых проводов испытуемого устройства и проводить измерения.

Для примера (на фото) я подключил стабилизатор сетевого напряжения с неисправными реле.

На видео, для примера, трансформатор надет на провод питания ТЭНов (6КВт).

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
TR1	Трансформатор	1:2500	1	OSWELL CT104P 100A	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R1	Резистор	10 Ом	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
RV1	Подстроечный резистор	100 КОм	1	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C1, C2	Конденсатор	*	2	Установить при проблемах с помехами	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
Разъем	«банан» 4мм	2	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Добавить все

Какие выгоды имеют электронные трансформаторы понижающего типа и почему они вытесняют старые модели трансформаторов?

Уже несколько лет как в продажу поступили электронные трансформаторы понижающего типа. Внутри современных агрегатов нет тех привычных катушек и сердечников, потому что уже используются точные микросхемы, специальные конденсаторы, все необходимые резисторы, а также всевозможные и положенные по регламенту электронные элементы. И сразу возникает вопрос: чем он лучше предыдущим и привычных образцов.

В чем же его преимущество перед классическим вариантом? – Постараемся разобраться.

Во-первых, ящик с понижающим трансформатором ятп уже не такой громоздкий, не занимает много места. Его в большей степени характеризуют, как мобильное оборудование, не громоздкое, которое своей небольшой массой не доставляет проблем при монтаже и дальнейшей эксплуатации. Согласитесь, что многие пожелают приобрести прибор небольшой массы и приемлемых для транспортировки и установки на место использования габаритов.

Во-вторых, размеры трансформатора понижающего 110 не преуменьшают КПД оборудования. Наладчики такого электрического агрегата вообще хвалят его за высокий коэффициент полезного действия.

В виду массы преимуществ электронных трансформаторов понижающего типа их задействуют на многих предприятиях, офисных комплексах, торговых площадках, да еще и потому что они не продуцируют надоедливый шум, раздражающий и угнетающий рабочих и посетителей. Работают трансформаторы практически бесшумно, не издавая ранее привычный гул.

Не стоит забывать еще об одном положительном качестве электронных трансформаторов понижающего типа. И оно проявляется в чрезмерной работоспособности агрегата без сбоев и проблем в процессе наладок, профилактических осмотров и непосредственной эксплуатации. И самое главное, в момент такой интенсивной работы, понижающее импульс оборудование не нагревается, его поверхности остаются безопасными и комфортными для окружающих.

Для пассивных пользователей еще одно положительное качество покажется малоэффективным, так как обыватели в основном привыкли только пользоваться энергосистемой, даже не задумываясь, а как же она функционирует, за счет чего вырабатывает свой потенциал. Но вот специалисты и электрики-наладчики хвалят понижающие трансформаторы 36в за возможность проводить регулировку выходного напряжения, таким образом, расширяя границы сферы применения данного эффективного современного образца техники.

Во главу угла можно поставить также очень важное преимущество электронных трансформаторов понижающего типа. Это – безопасность

А как же без нее! Ведь вводится в эксплуатацию сложная электрическая магистраль, рассчитанная на большое количество пользователей, на подачу сигнала к отдаленным от основной подстанции участкам. И чтобы обезопасить от сбоев сеть, в схеме понижающего прибора обязательно предусматривается встраиваемая защитная система от короткого замыкания.

Таким образом, можно найти массу преимуществ электронных трансформаторов понижающего типа. Они, конечно же, конкурентно способны, но все равно не считаются единственно вариантом, избираемым для создания современных энергетических сетей.

Обмотки агрегата

Обмотка состоит из отдельных витков, являющихся проводниками, или комплекса таких передатчиков (жилы из нескольких проводов). Оборот однократно обходит стержень, ток которого совместно с токами других сердечников и систем воспроизводит магнитное поле. В результате возникает электродвижущая сила (ЭДС).

Обмотка представляет собой упорядоченный комплекс витков. Она образует цепь, в которой складываются силы, наведенные в оборотах. Обмотка трехфазного агрегата состоит из нескольких объединенных обвивок трех фаз с одинаковым напряжением.

Стержни обмоток понижающего и повышающего трансформатора делают квадратной конфигурации для наилучшего использования пространства (повышения коэффициента наполнения в окне стержня). Если требуется увеличить поперечное сечение сердечника, то его делят на несколько проводников. Это применяется для уменьшения вихревых токов в обвивке. Проводник квадратного поперечного сечения называется жилой. По функционированию обмотки делят на несколько типов:

• основные — обвивки, предназначенные для приема или отвода преобразуемой или трансформированной энергии переменного тока;
• регулирующие — те, что предусматривают выводы для изменения коэффициента преобразования напряжения при небольшом токе обмотки и маленьком диапазоне нормализации;
• вспомогательные витки обеспечивают питание собственных нужд, при этом используется малая мощность, гораздо меньшая, чем аналогичный номинальный показатель повышающего трансформатора.

Изоляцией жилы служит слой бумаги или эмалевый лак. Два параллельно проходящих защищенных провода, расположенные рядом, отгораживаются общей бумажной оберткой и называются транспонированным кабелем. Его отдельный вид составляет непрерывное продолжение, складывающееся при перемещении жилы одного слоя к следующему пласту с одинаковым шагом в единой изоляции. Бумажная защита делается из тонких полос шириной 2—4 см, нанесенных вокруг кабеля. Для получения требуемого пласта заданной толщины бумага накладывается в несколько слоёв. В зависимости от конструкции обмотка бывает:

1. Рядовая. Обороты на сердечнике кладут в направлении оси по всей протяженности обвивки. Последующие витки располагают плотно один к другому, не допуская промежутка между ними.
2. Винтовая. Является одним из вариантов многослойного нанесения. Между каждым заходом оборота оставляется расстояние.
3. Дисковая. Последовательно объединяется ряд накопителей. В них обороты кладут в радиальном направлении по спиральной форме. На первичной прослойке обвивка ведется внутрь, а на соседних кругах делается наружу.
4. Фольговая. Вместо прямоугольного кабеля ставят медные или алюминиевые пластины. Они широкие, их толщина составляет от 0,1 до 2,5 мм.

Для чего нужен трансформатор напряжения?

Трансформатор напряжения – универсальное устройство. Передает и распределяет энергию.

Используются в:

• электроустановках;
• блоках питания;
• агрегатах передачи электроэнергии;
• устройствах обработки сигналов;
• источниках питания приборов.

Силовой трансформатор с большим напряжением применяется для:

• подачи энергии в электросети на электростанциях;
• повышения напряжения генератора, линии электропередач;
• снижения напряжения, доходящего до потребительского уровня.

Трехфазный прибор со специальной системой охлаждения используется в электросетях. Сердечник в составе – общий для всех 3-ех фаз.

Область применения сетевого трансформатора – источники электропитания, узлы электроприборов с разным напряжением. Импульсные агрегаты незаменимы для радиотехнических, электронных устройств. Сначала выпрямляют переменное напряжение в блоках питания. Далее за счет инвертора преобразуют высокочастотные импульсы, стабилизирующие постоянное напряжение.

Трансформаторы входят в состав многих схем питания для обеспечения минимального уровня высокочастотных помех. Например, разделительные установки предотвращают угрозу поражения электрическим током для человека. Ведь включение бытовых приборов в сеть через трансформатор становится безопасным.

Вторая цепь у прибора будет изолирована от контактов с землей, если конечно, речь идет о заземлении электрического оборудования. Измерительные силовые приборы применяются в схемах генераторов переменного тока. Количество фаз у генератора из трансформатора должно совпадать для достижения стабильного напряжения на выходе.

Согласующие трансформаторы незаменимы для электронных устройств с высоким входным сопротивлением и высокочастотных линий, но с разным сопротивлением нагрузки.

Защита от скачков напряжения

Torus Power защищает подключенное оборудование с помощью технологии Series Mode Surge Suppression (SMSS), которая отключает систему при внезапных скачках напряжения и автоматически восстанавливает энергоснабжение сразу после того как напряжение в сети нормализируется. Многие системы защиты перенаправляют излишки напряжения на земляной контакт, что может привести к повреждению подключенной AV-техники, имеющей шину заземления.

На графике показн отклик системы SMSS при скачке в 6000 В

Конструкция устройств Torus Power позволяет нейтрализовать все скачки напряжения, превышающие заданный уровень более чем на 2 В (без использования заземляющего провода). Система защиты соответствует стандарту IEEE и справляется с нагрузкой до 6000 В, 3000 А, имея при этом ресурс на 1000 срабатываний.