Что такое трансформатор?

Трансформатор- это простейшее устройство, которое используется для передачи электрической энергии от одной цепи переменного тока к другой цепи или нескольким цепям посредством процесса электромагнитной индукции. Трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции для повышения или понижения напряжения. Трансформатор либо увеличивает напряжение переменного тока (повышающий трансформатор), либо уменьшает напряжение переменного тока (понижающий трансформатор). Трансформатор, который обычно используется для передачи и распределения мощности переменного тока, по сути, является устройством регулирования напряжения. Трансформаторы используются для широкого спектра целей, включая повышение напряжения от электрических генераторов для обеспечения передачи электроэнергии на большие расстояния и снижение напряжения в обычных цепях питания для запуска низковольтных устройств, таких как дверные звонки и игрушечные электропоезда. Кстати, купить трансформаторы у поставщика АО «Электроаппарат» можно на странице www.apparat.su специализированного сайта.

Трансформатор — это статическое электрическое устройство, которое передает переменную мощность из одной цепи в другую с постоянной частотой, но уровень напряжения может быть изменен, подразумевая, что напряжение может быть увеличено или уменьшено в зависимости от требований.

Типы трансформаторов

Типы трансформаторов в зависимости от уровня напряжения

В зависимости от рабочего напряжения существует в основном два типа трансформаторов. Ниже приведены некоторые из них:

Понижающий трансформатор: первичное напряжение преобразуется в более низкое напряжение на вторичном выходе с помощью понижающего трансформатора. Количество обмоток на первичной стороне понижающего трансформатора больше, чем на вторичной стороне. В результате общее отношение вторичной обмотки к первичной всегда будет меньше единицы. Понижающие трансформаторы используются в электрических системах, которые распределяют электроэнергию на большие расстояния и работают при чрезвычайно высоком напряжении для обеспечения минимальных потерь и экономичных решений. Понижающие трансформаторы используются для преобразования высоковольтных линий питания в низковольтные.
Повышающий трансформатор: вторичное напряжение повышающего трансформатора повышается по сравнению с низким первичным напряжением. Поскольку в трансформаторах такого типа первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная, отношение первичной обмотки ко вторичной будет больше единицы. Повышающий трансформатор часто используется в электронных стабилизаторах, инверторах и других устройствах, которые преобразуют низкое напряжение в значительно более высокое. Повышающий трансформатор также используется при распределении электроэнергии. Для приложений, подключенных к распределению электроэнергии, необходимо высокое напряжение. В сети повышающий трансформатор используется для повышения уровня напряжения перед распределением.

Типы трансформаторов в зависимости от материала сердечника

В энергетической и электронной промышленности используются различные типы трансформаторов, в зависимости от материалов сердечника, которые:

Трансформатор с железным сердечником: в качестве сердечника трансформатора с железным сердечником используются несколько пластин из мягкого железа. Сильные магнитные свойства трансформатора с железным сердечником обладают чрезвычайно высокой магнитной связью. В результате трансформатор с железным сердечником обладает высокой эффективностью. Пластины с сердечником из мягкого железа бывают различных размеров и форм. Несколько типичных форм включают E, I, U и L.
Трансформатор с ферритовым сердечником: в трансформаторах с ферритовым сердечником используется трансформатор с ферритовым сердечником из-за его высокой магнитной проницаемости. В высокочастотном применении этот тип трансформатора обеспечивает невероятно низкие потери. В высокочастотных приложениях, таких как источники питания с переключаемым режимом (SMPS), приложения, связанные с радиочастотами, и т.д., в результате используются трансформаторы с ферритовым сердечником.
Трансформатор с тороидальным сердечником: железный сердечник или ферритовый сердечник — это два примера материалов сердечника в форме тора, используемых в трансформаторе. Благодаря своим превосходным электрическим характеристикам часто используются тороиды с сердечником в форме кольца или пончика. Кольцевая форма обеспечивает очень низкую индуктивность утечки и чрезвычайно высокие коэффициенты индуктивности и добротности.
Трансформатор с воздушным сердечником: материал сердечника трансформатора с воздушным сердечником не является настоящим магнитным сердечником. Воздух используется исключительно в потокосцеплении трансформатора с воздушным сердечником. Первичная обмотка трансформатора с воздушным сердечником генерирует переменный ток, создавая электромагнитное поле вокруг себя.

Типы трансформаторов, основанные на расположении обмоток

Трансформатор с автоподзаводом: первичная и вторичная обмотки всегда были неподвижными, но с помощью трансформатора с автоподзаводом их можно подключать последовательно, а узел с центральным отводом можно перемещать. Вторичное напряжение может быть изменено путем изменения расположения центрального отвода. Auto используется для оповещения себя или отдельной катушки и не является сокращением от Automatic. Эта катушка создает соотношение с использованием основного и вторичного компонентов. Соотношение основного и вторичного определяется расположением центрального узла отвода, который изменяет выходное напряжение. VARIAC, устройство, которое генерирует переменный переменный ток от постоянного входного переменного тока, используется наиболее часто.

Типы трансформаторов в зависимости от использования

Трансформаторы выпускаются в широком диапазоне вариантов, каждый из которых работает в определенной области. Таким образом, в зависимости от предполагаемого использования трансформаторы можно классифицировать следующим образом:

Силовой трансформатор: энергия передается на подстанцию или общее электроснабжение с помощью более мощного силового трансформатора. Между основной распределительной сетью и генератором электроэнергии этот трансформатор служит связующим звеном. Силовые трансформаторы можно дополнительно разделить на три группы в зависимости от их номинальной мощности и технических характеристик-
- Трансформатор малой мощности,
- Трансформатор средней мощности и
- Большой силовой трансформатор
Измерительный трансформатор: инструментальный трансформатор — другое название измерительного трансформатора. Это еще один измерительный инструмент, который обычно используется в области электропитания. Для разделения первичной мощности и преобразования тока и напряжения в меньшем соотношении к его вторичной мощности используется измерительный трансформатор.
Распределительный трансформатор: распределительный трансформатор функционирует как понижающий трансформатор, преобразуя высокое напряжение сети в соответствующее напряжение для конечного пользователя, обычно 110 В или 230 В. В зависимости от мощности преобразования или номинальных характеристик распределительный трансформатор может быть меньше по размеру или больше.
Импульсный трансформатор: одним из самых популярных трансформаторов, устанавливаемых на печатной плате и генерирующих электрические импульсы постоянной амплитуды, является импульсный трансформатор. Он используется в ряде цифровых схем, где существует потребность в создании изолированных импульсов.
Выходной трансформатор звука: другим распространенным трансформатором в электронной промышленности является аудиотрансформатор. Он специально используется в приложениях, связанных со звуком, где необходимо согласование импедансов.

Принцип работы трансформатора

Фундаментальным принципом функционирования трансформатора является взаимная индукция между двумя катушками или закон электромагнитной индукции Фарадея. Ниже приведено описание того, как работает трансформатор. Сердечник трансформатора из слоистой кремниевой стали покрыт двумя отдельными обмотками. Согласно приведенной ниже схеме, первичная обмотка — это та, к которой подключен источник переменного тока, а вторичная обмотка — это та, к которой подключена нагрузка. Можно использовать только переменный ток, поскольку взаимная индукция между двумя обмотками требует переменного тока.

Первичная обмотка трансформатора создает переменный поток, известный как взаимный поток, при подаче переменного напряжения в соответствии с принципом взаимной индуктивности.

Согласно правилу электромагнитной индукции Фарадея, этот переменный поток магнитно связывает первичную и вторичную обмотки трансформатора и генерирует ЭДС E₁ в первичной обмотке и E₂ во вторичной обмотке. ЭДС (E₁) называется первичной ЭДС, в то время как ЭДС (E₂) является вторичной ЭДС.

Из приведенного выше выражения ясно, что величина ЭДС E₁ и E₂ зависит от количества витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора соответственно. Если N₂ > N₁, то E₂ > E₁, и трансформатор будет повышающим трансформатором; если N₂ < N₁, то E₂ < E₁, и трансформатор будет понижающим трансформатором.

Если теперь через вторичную обмотку подключена нагрузка, ток нагрузки I₂ будет протекать через нагрузку в результате ЭДС E₂. В результате трансформатор позволяет передавать электроэнергию с изменением уровня напряжения из одной электрической цепи в другую.

Части трансформатора

Трансформатор в основном состоит из трех частей:

Ядро

Сердечник трансформатора служит опорой для обмотки. Кроме того, он обеспечивает канал для прохождения магнитного потока с минимальным сопротивлением. Как видно на изображении, обмотка зациклена вокруг сердечника. Для снижения потерь в трансформаторе он имеет сердечник из слоистого мягкого железа. Состав сердечника определяется переменными, включая рабочее напряжение, ток и мощность, среди прочих. Диаметр сердечника отрицательно коррелирует с потерями железа и напрямую коррелирует с потерями меди.

Обмотки

Медные провода, намотанные на сердечник трансформатора, называются обмотками. Медные кабели используются потому, что высокая проводимость меди снижает потери трансформатора, поскольку сопротивление протеканию тока снижается по мере увеличения проводимости. А высокая степень пластичности меди позволяет изготавливать из нее невероятно тонкие провода.

Существует два основных типа обмоток. обмотки для первичной и вторичной катушек. Первичная обмотка — это группа витков обмотки, на которые поступает питающий ток. Количество витков обмотки, из которого выводится выходной сигнал, называется вторичной обмоткой. Для изоляции первичной и вторичной обмоток друг от друга используются изоляционные покрытия.

Изоляционные материалы

Трансформатору требуется изоляция для разделения обмоток и предотвращения коротких замыканий. Это облегчает взаимную индукцию. На стабильность и долговечность трансформатора влияют изоляционные вещества. В трансформаторе в качестве изолирующих сред используются: изоляционная жидкость, лента, бумага и ламинированная древесина.