Застосування в електромережах
Історія виникнення
види трансформаторів
Трансформатор являє собою статичний електромагнітний апарат з двома (або більше) обмотками, призначений найчастіше для перетворення (за допомогою електромагнітної індукції) змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги.
Трансформатор являє собою статичний електромагнітний апарат з двома (або більше) обмотками, призначений найчастіше для перетворення (за допомогою електромагнітної індукції) змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги.
Перетворення енергії в трансформаторі здійснюється змінним магнітним полем.
Трансформатори широко застосовуються при передачі електричної енергії на великі відстані, розподілі її між приймачами, а також в різних випрямних, підсилювальних, сигналізаційних та інших пристроях.
Для харчування різних вузлів електроприладів потрібні найрізноманітніші напруги. Наприклад, в телевізорі за допомогою трансформаторів отримують напруги від 5 вольт (для живлення мікросхем і транзисторів) до 30 кіловольт (для харчування анода кінескопа). У блоці живлення персонального комп'ютера зазвичай також застосовується імпульсний трансформатор, на первинну обмотку якого подається змінна напруга прямокутної (найчастіше) форми з виходу інвертора. Система управління за допомогою ШІМ дозволяє стабілізувати напругу на виході джерела електроживлення. Блоки електроживлення в пристроях, яким необхідно кілька напруг різної величини, часто містять трансформатори з декількома вторинними обмотками.
Для харчування різних вузлів електроприладів потрібні найрізноманітніші напруги. Наприклад, в телевізорі за допомогою трансформаторів отримують напруги від 5 вольт (для живлення мікросхем і транзисторів) до 30 кіловольт (для харчування анода кінескопа). У блоці живлення персонального комп'ютера зазвичай також застосовується імпульсний трансформатор, на первинну обмотку якого подається змінна напруга прямокутної (найчастіше) форми з виходу інвертора. Система управління за допомогою ШІМ дозволяє стабілізувати напругу на виході джерела електроживлення. Блоки електроживлення в пристроях, яким необхідно кілька напруг різної величини, часто містять трансформатори з декількома вторинними обмотками.
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. Тому для найбільш вигідною транспортування електроенергії в електромережі багаторазово застосовують трансформатори: спочатку для підвищення напруги генераторів на електростанціях перед транспортуванням електроенергії, а потім для зниження напруги лінії електропередач до прийнятного для споживачів рівня.
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. Тому для найбільш вигідною транспортування електроенергії в електромережі багаторазово застосовують трансформатори: спочатку для підвищення напруги генераторів на електростанціях перед транспортуванням електроенергії, а потім для зниження напруги лінії електропередач до прийнятного для споживачів рівня.
Оскільки в електричній мережі три фази, для перетворення напруги застосовують трифазні трансформатори, або групу з трьох однофазних трансформаторів, з'єднаних в схему зірки або трикутника. У трифазного трансформатора сердечник для всіх трьох фаз загальний.
Електричну енергію змінного струму по шляху від електростанції, де вона виробляється, до споживача доводиться трансформувати 3-4 рази. У розподільних мережах знижувальні трансформатори навантажуються неодночасно і не на повну потужність. Тому повна потужність трансформаторів, які використовуються для передачі і розподілу електроенергії, в 7-8 разів більше потужності генераторів, що встановлюються на електростанціях.
Електричну енергію змінного струму по шляху від електростанції, де вона виробляється, до споживача доводиться трансформувати 3-4 рази. У розподільних мережах знижувальні трансформатори навантажуються неодночасно і не на повну потужність. Тому повна потужність трансформаторів, які використовуються для передачі і розподілу електроенергії, в 7-8 разів більше потужності генераторів, що встановлюються на електростанціях.
Перетворення енергії в трансформаторі здійснюється змінним магнітним полем з використанням муздрамтеатру.
Напруги первинної і вторинної обмоток, як правило, неоднакові. Якщо первинна напруга менше вторинного, трансформатор називається що підвищує, якщо більше вторинного - знижувальним. Будь-трансформатор може бути використаний і як підвищувальний, і як знижуючий. Підвищувальні трансформатори застосовують для передачі електроенергії на великі відстані, а знижують - для її розподілу між споживачами.
Для створення трансформаторів необхідно було вивчення властивостей матеріалів: неметалевих, металевих і магнітних, створення їх теорії.
Для створення трансформаторів необхідно було вивчення властивостей матеріалів: неметалевих, металевих і магнітних, створення їх теорії.
Столетов Олександр Григорович (професор МУ) зробив перші кроки в цьому напрямку - виявив петлю гістерезису і доменну структуру феромагнетика (80-е).
Брати Гопкинсон розробили теорію електромагнітних ланцюгів.
Схематичне зображення майбутнього трансформатора вперше з'явилося в 1831 році в роботах Фарадея і Генрі. Однак ні той, ні інший не відзначали в своєму приладі такої властивості трансформатора, як зміна напруг і струмів, тобто трансформація змінного струму.
У 1848 році французький механік Г. Румкорфа винайшов індукційну котушку. Вона стала прообразом трансформатора.
Перші трансформатори із замкнутими сердечниками були створені в Англії в 1884 році братами Джоном і Едуардом Гопкинсон.
Велику роль для підвищення надійності трансформаторів зіграло введення масляного охолодження (кінець 1880-х років, Д.Свінберн). Свінберн поміщав трансформатори в керамічні посудини, наповнені олією, що значно підвищувало надійність ізоляції обмоток.
1928 рік можна вважати початком виробництва силових трансформаторів в СРСР, коли почав працювати Московський трансформаторний завод (згодом - Московський електрозавод).
На початку 1900-х років англійський дослідник-металург Роберт Хедфілд провів серію експериментів для встановлення впливу добавок на властивості заліза. Лише через кілька років йому вдалося поставити замовникам першу тонну трансформаторної сталі з добавками кремнію.
Наступний великий стрибок в технології виробництва сердечників був зроблений на початку 30-х років XX ст, коли американський металург Норман П. Гросс встановив, що при комбінованому впливі прокатки і нагрівання у кременистої стали з'являються неабиякі магнітні властивості в напрямку прокатки: магнітне насичення збільшувалася на 50 %, втрати на гістерезис скорочувалися в 4 рази, а магнітна проникність зростала в 5 разів
силовий трансформатор
силовий трансформатор
Трансформатор струму
Трансформатор напруги
імпульсний трансформатор
розділовий трансформатор
Пік-трансформатор
здвоєний дросель
Силовий трансформатор - трансформатор, призначений для перетворення електричної енергії в електричних мережах і в установках, призначених для прийому і використання електричної енергії.
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 (як мінімум 3), 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. Застосування автотрансформаторів економічно виправдано замість звичайних трансформаторів для з'єднання ефективно заземлених мереж з напругою 110 кВ і вище при коефіцієнтах трансформації не більше 3-4.Существенним є менша витрата стали для сердечника, міді для обмоток, меншу вагу і габарити, і в підсумку - менша вартість .
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 (як мінімум 3), 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. Застосування автотрансформаторів економічно виправдано замість звичайних трансформаторів для з'єднання ефективно заземлених мереж з напругою 110 кВ і вище при коефіцієнтах трансформації не більше 3-4.Существенним є менша витрата стали для сердечника, міді для обмоток, меншу вагу і габарити, і в підсумку - менша вартість .
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 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.
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.
Розділовий трансформатор - трансформатор, первинна обмотка якого електрично не пов'язана з вторинними обмотками. Силові розділові трансформатори призначені для підвищення безпеки електромереж, при випадкових одночасних торкань до землі і струмоведучих частин або неструмоведучих частин, які можуть опинитися під напругою у разі пошкодження ізоляції. Сигнальні розділові трансформатори забезпечують гальванічну розв'язку електричних ланцюгів.
Розділовий трансформатор - трансформатор, первинна обмотка якого електрично не пов'язана з вторинними обмотками. Силові розділові трансформатори призначені для підвищення безпеки електромереж, при випадкових одночасних торкань до землі і струмоведучих частин або неструмоведучих частин, які можуть опинитися під напругою у разі пошкодження ізоляції. Сигнальні розділові трансформатори забезпечують гальванічну розв'язку електричних ланцюгів.
Пік-трансформатор - трансформатор, що перетворює напругу синусоїдальної форми в імпульсну напругу зі змінною через кожні півперіоду полярністю.
Пік-трансформатор - трансформатор, що перетворює напругу синусоїдальної форми в імпульсну напругу зі змінною через кожні півперіоду полярністю.
Здвоєний дросель (зустрічний індуктивний фільтр) - 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; в диференціальних сигнальних фільтрах цифрових ліній, а також в звуковій техніку.
Здвоєний дросель (зустрічний індуктивний фільтр) - 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; в диференціальних сигнальних фільтрах цифрових ліній, а також в звуковій техніку.