En transformator är en elektromagnetisk enhet som används för att omvandla växelström av en spänning och frekvens till växelström med en annan (eller lika) spänning och samma frekvens.
Innehåll
Enheten och driften av transformatorn
I det enklaste fallet transformator innehåller en primärlindning med antalet varv W1 och en sekundär med antalet varv W2. Energi tillförs primärlindningen, lasten kopplas till sekundärlindningen. Överföringen av energi sker genom elektromagnetisk induktion. För att förbättra den elektromagnetiska kopplingen placeras i de flesta fall lindningarna på en sluten kärna (magnetisk krets).
Om en växelspänning U appliceras på primärlindningen1, sedan en växelström I1, vilket skapar ett magnetiskt flöde Ф av samma form i kärnan.Detta magnetiska flöde inducerar en EMF i sekundärlindningen. Om en last är ansluten till sekundärkretsen, en sekundärström I2.
Spänningen i sekundärlindningen bestäms av förhållandet mellan varven W1 och W2:
U2=U1*(W1/W2)=U1/k, där k är omvandlingsförhållande.
Om k<1, då U2>U1, och en sådan transformator kallas step-up. Om k>1, då U2<U1, sådan transformatorn kallas step down. Eftersom transformatorns uteffekt är lika med ineffekten (minus förlusterna i själva transformatorn), kan vi säga att Pout \u003d Pin, U1*Jag1=U2*Jag2 och jag2=Jag1*k=I1*(W1/W2). Således, i en förlustfri transformator, är ingångs- och utgångsspänningarna direkt proportionella mot förhållandet mellan lindningsvarv. Och strömmarna är omvänt proportionella mot detta förhållande.
En transformator kan ha mer än en sekundärlindning med olika förhållanden. Så en transformator för att driva hushållslamputrustning från ett 220-voltsnätverk kan ha en sekundärlindning, till exempel 500 volt för att driva anodkretsar och 6 volt för att driva glödlampskretsar. I det första fallet k<1, i det andra - k>1.
Transformatorn fungerar endast med växelspänning - för förekomsten av EMF i sekundärlindningen måste det magnetiska flödet ändras.
Typer av kärnor för transformatorer
I praktiken används inte bara kärnor av den angivna formen. Beroende på syftet med enheten kan magnetiska kretsar utföras på olika sätt.
Stångkärnor
De magnetiska kretsarna hos lågfrekventa transformatorer är gjorda av stål med uttalade magnetiska egenskaper.För att minska virvelströmmar är kärnarrayen sammansatt av separata plattor som är elektriskt isolerade från varandra. För att arbeta vid höga frekvenser används andra material, till exempel ferriter.
Kärnan som betraktas ovan kallas en kärna och består av två stavar. För enfas transformatorer används också trestaviga magnetiska kretsar. De har mindre magnetiskt läckflöde och högre effektivitet. I detta fall är både de primära och sekundära lindningarna placerade på kärnans centrala stav.
Tre-fas transformatorer är också gjorda på tre-stav kärnor. De har de primära och sekundära lindningarna för varje fas, var och en placerad på sin egen kärna. I vissa fall används femstavsmagnetiska kretsar. Deras lindningar är placerade på exakt samma sätt - var och en primär och sekundär på sin egen stav, och de två extrema stängerna på varje sida är endast avsedda för att stänga magnetiska flöden i vissa lägen.
armerad
I den bepansrade kärnan görs enfastransformatorer - båda spolarna är placerade på den centrala kärnan av magnetkretsen. Det magnetiska flödet i en sådan kärna stänger på samma sätt som en trestavskonstruktion - genom sidoväggarna. Läckageflödet är mycket litet i detta fall.
Fördelarna med denna design inkluderar en viss ökning i storlek och vikt på grund av möjligheten till tätare fyllning av kärnfönstret med lindning, så det är fördelaktigt att använda pansarkärnor för tillverkning av lågeffekttransformatorer. Detta resulterar också i en kortare magnetisk krets, vilket leder till en minskning av tomgångsförlusterna.
Nackdelen är svårare tillgång till lindningarna för revidering och reparation, liksom den ökade komplexiteten för tillverkning av isolering för höga spänningar.
Toroidal
I toroidformade kärnor är det magnetiska flödet helt stängt inuti kärnan, och det finns praktiskt taget inget magnetiskt läckage. Men sådana transformatorer är svåra att linda, så de används ganska sällan, till exempel i lågeffekt justerbara autotransformatorer eller i högfrekventa enheter där brusimmunitet är viktigt.
Autotransformator
I vissa fall är det lämpligt att använda sådana transformatorer, som inte bara har en magnetisk anslutning mellan lindningarna, utan också en elektrisk. Det vill säga, i steg-upp-anordningar är den primära lindningen en del av den sekundära, och i steg-ned-anordningar, den sekundära delen av den primära. En sådan enhet kallas en autotransformator (AT).
En step-down autotransformator är inte en enkel spänningsdelare - magnetisk koppling är också involverad i överföringen av energi till sekundärkretsen.
Fördelarna med autotransformatorer är:
- mindre förluster;
- möjligheten till smidig spänningsreglering;
- mindre vikt- och storleksindikatorer (en autotransformator är billigare, det är lättare att transportera den);
- lägre kostnad på grund av den mindre erforderliga mängden material.
Nackdelarna inkluderar behovet av att använda isolering av båda lindningarna, designade för högre spänning, såväl som avsaknaden av galvanisk isolering mellan ingången och utgången, vilket kan överföra effekterna av atmosfäriska fenomen från primärkretsen till sekundären. I detta fall kan elementen i sekundärkretsen inte jordas.Dessutom anses nackdelen med AT vara ökade kortslutningsströmmar. För trefasiga autotransformatorer är lindningarna vanligtvis anslutna i en stjärna med en jordad neutral, andra anslutningsscheman är möjliga, men för komplicerade och besvärliga. Detta är också en nackdel som begränsar omfattningen av autotransformatorer.
Användning av transformatorer
Transformatorernas egenskap att öka eller minska spänningen används ofta i industrin och i vardagen.
Spänningstransformation
Olika krav ställs på nivån på industriell spänning i olika skeden. När man producerar el är det olönsamt att använda högspänningsgeneratorer av olika anledningar. Därför används till exempel generatorer för 6 ... 35 kV vid vattenkraftverk. För att transportera el behöver du tvärtom en ökad spänning - från 110 kV till 1150 kV, beroende på avståndet. Vidare reduceras denna spänning igen till nivån 6 ... 10 kV, distribuerad till lokala transformatorstationer, varifrån den reduceras till 380 (220) volt och kommer till slutkonsumenten. I hushålls- och industriapparater måste den också sänkas, vanligtvis till 3 ... 36 volt.
Alla dessa operationer utförs med använder krafttransformatorer. De kan vara torra eller oljebaserade. I det andra fallet placeras kärnan med lindningar i en tank med olja, som är ett isolerande och kylande medium.
Galvanisk isolering
Galvanisk isolering ökar säkerheten för elektriska apparater. Om enheten inte drivs direkt från ett 220 volts nätverk, där en av ledarna är ansluten till marken, utan via en 220/220 volt transformator, kommer matningsspänningen att förbli densamma.Men med samtidig beröring av jorden och sekundära strömförande delar av kretsen för strömflödet kommer det inte att finnas något strömflöde, och risken för elektrisk stöt kommer att vara mycket lägre.
Spänningsmätning
I alla elektriska installationer är det nödvändigt att kontrollera spänningsnivån. Om en spänningsklass upp till 1000 volt används kopplas voltmetrarna direkt till spänningsförande delar. I elektriska installationer över 1000 volt kommer detta inte att fungera - enheter som tål en sådan spänning visar sig vara för skrymmande och osäkra i händelse av ett isolationsbrott. Därför, i sådana system, är voltmetrar anslutna till högspänningsledare genom transformatorer med ett bekvämt transformationsförhållande. Till exempel, för 10 kV-nätverk används instrumenttransformatorer 1:100, utgången är en standardspänning på 100 volt. Om spänningen på primärlindningen ändras i amplitud ändras den samtidigt på sekundärlindningen. Voltmeterskalan är vanligtvis graderad i det primära spänningsområdet.
Transformatorn är ett ganska komplext och dyrt element för produktion och underhåll. Men på många områden är dessa enheter oumbärliga, och det finns inget alternativ till dem.
Liknande artiklar:
