Что понижает или повышает трансформатор
Как трансформатор понижает или повышает напряжение
Повышающий и понижающий трансформатор
В быту и на производстве используется огромное количество различных электронных устройств, приборов и оборудования. Довольно часто для их нормальной эксплуатации требуется повышающий и понижающий трансформатор. Каждый из них работает на основе самоиндукции, позволяющей изменять ток в ту или иную сторону.
Само название трансформатора означает изменение или преобразование. Они применяются в основном совместно с электроникой зарубежного производства, рассчитанной на токи, отличающиеся от отечественных стандартов. Кроме того, трансформаторы обеспечивают защиту электрооборудования и оптимизируют его питание, делая работу максимально эффективной.
Функции и работа трансформаторов
В электронике трансформаторы являются незаменимыми устройствами. Однако, для их наиболее эффективной работы, необходимо хорошо представлять себе, что понижает или повышает трансформатор. В зависимости от потребностей, они повышают или, наоборот, понижают величину потенциала в цепочках с переменным током.
С появлением отличающихся трансформаторных устройств стала возможной доставка электричества на значительные дистанции. Заметно снижаются потери на проводах ЛЭП, когда переменное напряжение повышается, а ток – понижается. Это происходит на всей протяженности проводников, соединяющих электростанцию с подключенными потребителями. На каждом конце таких линий напряжения снижаются до безопасного уровня, облегчая работу используемого оборудования.
Какой трансформатор называют повышающим, а какой понижающим, и какая между ними разница
Если отвечать коротко, то прибор выдающий более высокий потенциал, в сравнении со входом, считается повышающим. Если же происходит обратный процесс, и потенциал на выходе меньше, чем на входе, такое устройство будет понижающим. В первом случае вторичная обмотка обладает большим количеством витков, чем на первичная, а во втором, наоборот, в работе применяется вторичная обмотка с меньшим количеством витков. Этим они кардинально отличаются друг от друга.
Можно ли понижающий трансформатор использовать как повышающий
Да, можно. Поскольку для перемены функций достаточно изменить схему соединения обмоток с источником потенциала и нагрузкой. Соответственно, изменится и функциональность понижающего трансформатора.
На практике, с целью повышения эффективности устройства, индуктивность всех обмоток рассчитывается для точных рабочих значений тока и напряжения. Эти показатели должны обязательно сохраняться в исходном состоянии, когда повышающий и понижающий трансформатор изменяют свои функции на противоположные.
Как определить принадлежность той или иной обмотки
Конструктивно, трансформаторы выполнены по такому принципу, что невозможно сразу определить их различия, то есть, какие провода называется и фактически являются первичной, а которые из них – вторичной обмоткой. Поэтому, чтобы не запутаться, применяется маркировка. Для высоковольтной обмотки предусмотрен символ «Н», в понижающих устройствах она служит первичной, а в повышающих – вторичной обмоткой. Обмотка с низким вольтажом маркируется символом «Х».
Для того чтобы понять особенности, отличие и принцип действия каждого из этих устройств, их следует рассмотреть более подробно.
Общее устройство и функционирование трансформаторов понижающего типа
Трансформаторы выполняют преобразование более высокого входящего напряжения в низкую характеристику напряжения на выходе, то есть позволяют понизить большие токи до требуемых значений. При необходимости такой прибор может использоваться как повышающий.
Принцип действия этих приборов определяется законом электромагнитной индукции. Стандартная конструкция состоит из двух обмоток и сердечника. Первичная обмотка соединяется с источником питания, после чего вокруг сердечника происходит генерация магнитного поля. Под его воздействием во вторичной обмотке возникает электрический ток с определенными заданными параметрами напряжения.
Выходная мощность определяется по количественному соотношению витков в каждой катушке. Изменяя этот показатель можно управлять характеристиками выходного напряжения и получать требуемый ток для бытового и промышленного оборудования.
С помощью лишь одних трансформаторов невозможно изменить частоту электрического тока. Для этого конструкция понижающего аппарата дополняется выпрямителем, изменяющим частоту тока в диапазоне требуемых значений. Современные приборы дополняются полупроводниками и интегральными схемами с конденсаторами, резисторами, микросхемами и другими компонентами. В результате, получается устройство с незначительными размерами и массой, но достаточно высоким уровнем КПД, работающее на понижение напряжения.
Такие трансформаторы функционируют очень тихо и не подвержены сильному нагреву. Мощность выходного тока может выставляться путем регулировок и отличаться в каждом случае. Все устройства нового типа оборудованы защитой от коротких замыканий.
Понижающий трансформатор отличается простой и надежной схемой, широко применяются на подстанциях между отрезками линий электропередачи. Они выполняют понижение сетевого тока с 380 до 220 вольт. Подобные устройства относятся к промышленным. Используемые в быту, отличаются более низкими мощностями. Принимая на первичную обмотку входа 220 В, они затем выдают пониженное напряжение от 12 до 42 вольт в соответствии с подключенными потребителями. Коэффициент трансформации понижающих устройств всегда ниже единицы. Для того чтобы его определить, нужно знать соотношение между количеством витков в первичной и вторичной обмотке.
Особенности повышающего трансформатора
Повышающие трансформаторные устройства, как их называют специалисты, также используются в быту и на производстве. В основном их назначение – работа по своему профилю на проходных электростанциях. Они должны повысить ток в соответствии с нормативными показателями, поскольку в процессе транспортировки происходит постепенное снижение высокого напряжения в ЛЭП. В конце пути следования электростанция с помощью повышающего трансформатора напряжение поднимается до нормативных 220 В и поставляется в бытовые сети, а 380 В – в промышленные.
Работа трансформатора повышающего типа осуществляется по следующей схеме, включающей в себя несколько этапов:
Принцип работы повышающего трансформатора также основан на электромагнитной индукции. Основная конструкция состоит их двух катушек с разным количеством витков и изолированного сердечника.
Низкое переменное напряжение поступает в первичную обмотку и вызывает появление магнитного поля, возрастающего при оптимально подобранном соотношении обмоток. Под его влиянием во вторичной обмотке образуется электрический ток с повышенными показателями – 220 В и более. В случае необходимости изменения частоты, в цепочку дополнительно устанавливается преобразователь, способный выдавать постоянный ток для определенных видов оборудования.
В процессе работы трансформаторы нагреваются, поэтому им требуется использовать охлаждение, которое может быть масляным или сухим. Трансформаторные масла относятся к пожароопасным веществам, поэтому такие системы оборудуются дополнительной защитой. Сухие трансформаторы заполняются специальными негорючими веществами. Они безопасны в эксплуатации, но стоят значительно дороже.
Что такое понижающий трансформатор и принцип его работы
Понижающие трансформаторы относятся к категории преобразователей значения электрического тока. Причем их входящее напряжение будет выше, чем исходящее. Представленные установки применяются в линиях электропередач и быту. Принцип работы понижающих приборов, особенности и применение будут рассмотрены далее.
Конструкция
В принципе работы трансформаторов используется физический закон электромагнитной индукции. Стандартные устройства имеют сердечник и две обмотки. Первичная обмотка понижающего трансформатора подключается к электрической сети. Вокруг сердечника магнитопривода генерируется магнитное поле. Во вторичной обмотке появляется электричество с определенным показателем напряжения.
Мощность на выходе определяется соотношением количества витков в обеих катушках. Соотношением витков, составляющих обмотку первичной и вторичной катушек, можно выбирать характеристики выходного напряжения. Устройство трансформаторов позволяет получить требуемое значение тока для питания промышленных и бытовых электроприборов.
Трансформаторы напряжения не меняют частоту тока. Для этого понижающему агрегату потребуется иметь в конструкции выпрямитель. Он будет менять частоту тока с переменного до постоянного значения, и наоборот.
В понижающих трансформаторах сегодня применяются полупроводники. Их работу дополняет схема интегрального типа. В цепь включаются конденсаторы, микросхемы, пьезоэлементы, резисторы и т. д. Такой понижающий бытовой трансформатор имеет небольшие габариты, высокий уровень КПД, малый вес. Он не шумит, не нагревается. В трансформаторах представленных типов допускается выбрать мощность исходящего тока. Устройство включает в схему защиту против короткого замыкания. Традиционные конструкции также пользуются спросом. Подобные схемы просты, надежны.
Интересное видео: Понижающий трансформатор
Назначение
Трансформаторы понижающие применяются в различных сферах человеческой деятельности. Силовые конструкции устанавливаются на подстанциях на пути следования линий электропередач. Представленные типы аппаратов понижают при работе показатель тока в сети от 380 до 220 В. При такой мощности работают бытовые электроприборы. Представленная установка называется промышленным трансформатором понижения тока.
К бытовым понижающим разновидностям относят приборы, которые работают на более низких мощностях. Они принимают 220 В на первичный контур, а выдают 42, 36, 12 В, учитывая требования потребителя.
Расчет характеристик оборудования
Трансформатор понижающий может относиться к различным категориям, что зависит от ряда параметров. Помимо конструкционных отличий (наличие пьезоэлементов, конденсаторов и т. д.) оборудование отличается мощностью, назначением, строением. Общим для них является коэффициент трансформации. Он всегда будет меньше 1. Не существует понижающий трансформатор с коэффициентом больше 1. Такие приборы относятся к категории повышающих агрегатов.
Чтобы подобрать правильное количество витков в контурах, производится расчет. Известно, что коэффициент трансформации, равен 0,2. Прибор понижает напряжение в сети. В первичной обмотке 120 витков. Определим количество витков во вторичной катушке:
ВО = 120*0,2 = 24 витка.
Используя коэффициент трансформации, определяем выходное напряжение. Если на первичную обмотку поступает ток 220 В, расчет будет таким:
НВ = 220*0,2 = 44 В.
Зная коэффициент трансформации, как определить мощность оборудования, не составит труда. Когда мы выбираем прибор для изменения параметров тока в цепи, требуется определение потребностей стандартных потребителей. При пониженной нагрузке в сети бытовая техника не будет работать правильно. Чтобы в трансформаторе не вырабатывалось слишком низкое значение тока, обязательно учитывают коэффициент трансформации.
Разновидности
Когда потребность промышленного или бытового оборудования в вопросе уровня напряжения определена, нужно обратить внимание на выбор разновидности аппарата. Различают следующие виды:
Многообразие представленных конструкций позволяет применять их в различных сферах деятельности человека. Стоимость оборудования зависит от мощности аппаратуры, сложности конструкции, области применения. Про понижающие трансформаторы 380/220 мы уже писали на этой странице.
Видео: Силовой понижающий трансформатор с несколькими вторичными обмотками.
Распространенные модели
Покупатели отдают предпочтение в большинстве случаев всего нескольким моделям. Чтобы правильно выбрать аппаратуру, потребуется знать их маркировку, ее расшифровку. Большим спросом пользуются такие модели:
Информация о разновидности прибора приведена в маркировке. Она указывается на корпусе трансформатора. Маркировка находится в открытом доступе для обслуживающего персонала.
Интересное видео: Сетевой понижающий трансформатор
Как выбрать?
Выбрать трансформаторное устройство представленного типа может профессионал. Существует несколько правил в проведении этого процесса. В первую очередь следует обратить внимание на показатель входного напряжения. Оборудование должно быть рассчитано на прием определенного напряжения.
Затем нужно установить, какой уровень тока требуется потребителю. В соответствии с этой характеристикой выбирают параметры выходного напряжения. Мощность приборов, подведенных к трансформатору, должна быть немного ниже, чем его выходное напряжение.
Качественные изделия выдерживают аварийные ситуации. В них предусмотрена особая защита от короткого замыкания, перенапряжения, резких скачков электричества, перегрузок. В этом случае система работает стабильно даже в неблагоприятных условиях.
Установка и эксплуатация
Внутреннюю часть представленного агрегата нужно тщательно защищать от неблагоприятных внешних воздействий. В корпус не должны попадать пыль, влага, грязь и прочие посторонние вещества. Поэтому оборудование устанавливается в защитный корпус, кожух или ящик. В него должен быть обеспечен легкий доступ. Обслуживающий персонал при необходимости быстро произведет осмотр системы в случае необходимости.
Монтаж нужно проводить таким образом, чтобы исключить вероятность случайного соприкосновения человека к неизолированным проводникам тока. Агрегат подключается к заземлению при помощи медного провода. Сечение должно составлять от 2,5 мм и более.
Периодически производится осмотр, обслуживание и ремонт трансформаторов. Неисправности должны вовремя устраняться.
Интересное видео: Как намотать своими руками сетевой понижающий трансформатор 220 на 12 вольт?
При выборе места установки, условий эксплуатации обязательно учитывают требования производителя. ГОСТ устанавливает климатическое исполнение, которое должно учитываться при установке.
Рассмотрев особенности, применение и условия эксплуатации понижающих трансформаторов, можно выбрать оптимальную разновидность приборов.
Как трансформатор понижает или повышает напряжение
Принцип действия трансформатора ( понижающего или повышающего) — трансформация переменного напряжения (как повышение, так и понижение) с некоторой потерей мощности. Трансформаторы работают только с переменным напряжением. Именно по этой причине все электрические сети имеют переменное напряжение.
Повышающие трансформаторы повышают напряжение, понижающие трансформаторы понижают. Большинство источников питания используют понижающие трансформаторы, чтобы уменьшить высокое опасное напряжение сети (220В) до низкого напряжения питания электронных схем и других бытовых приборов.
Купить понижающий трансформатор
Чаще всего бывает нужно купить понижающий трансформатор. Ведь для питания всевозможных бытовых приборов требуется именно пониженное напряжение (относительно сети 220В). Что вообще надо знать, если необходимо купить трансформатор? Прежде всего, конечно, необходимо чётко понимать, надо купить трансформатор понижающий или повышающий? Далее необходимо определить мощность, на которую он должен быть рассчитан. Она складывается из нагрузки, которую необходимо питать плюс учесть потери на КПД трансформатора. Также, желательно определиться с типом, т.е. на каком «железе» (магнитопроводе) он должен быть намотан. Есть два основных типа: тороидальные трансформаторы и, так называемые, обычные. Разница между ними весьма существенная, у обоих типов есть свои плюсы и минусы и определиться с этим надо заранее. Про тороидальные трансформаторы читайте не нашем сайте. О том, какие обмотки должны быть на покупаемом трансформаторе, читайте далее.
Первичная и вторичная обмотки трансформатора
Обмотку трансформатора, на которую подаётся напряжение, называют первичной обмоткой, с которой снимают напряжение — вторичной. Между первичной и вторичной обмоткой нет никакого электрического контакта. Они связаны между собой переменным магнитным полем, наведённым в сердечнике трансформатора напряжением, поданным на первичную обмотку. (Здесь речь не идёт об автотрансформаторах, где первичная и вторичная обмотки являются частью друг друга)
В процессе преобразования напряжения теряется очень небольшая часть мощности. Поэтому мощность, снимаемая с вторичной обмотки трансформатора, практически равна мощности, которую способна принять первичная обмотка. Необходимо отметить, что если трансформатор понижающий, то ток, на который может быть рассчитана вторичная обмотка, будет выше, чем на первичной. При повышающем трансформаторе — наоборот.
Коэффициент трансформации напряжения
Соотношение числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора, называемое коэффициентом трансформации напряжения, определяет соотношение напряжений на обмотках. Понижающий трансформатор имеет большее количество витков у первичной обмотки, которая соединяется с источником высокого сетевого питания и меньшее количество витков у вторичной обмотки для выдачи пониженного выходного напряжения.
Понижающие трансформаторы представляют собой механизмы, регулирующие интенсивность электрического тока. Суть работы заключается в том, что поступающий ток обладает большей интенсивностью, чем выходящий. Именно поэтому данные конструкции можно чаще всего встретить в линиях электропередач и, конечно же, в бытовых условиях. Подробнее о понижающем трансформаторе тока читайте далее.
Краткое содержимое статьи:
Характеристики трансформатора
Конструкция ящика с трансформатором может быть самой разнообразной. Главным элементом механизма является ферромагнитный сердечник, обмотки которого обрамлены специальным проводником из меди. Первичная часть обмотки контролирует напряжение в сети, вторичная же занимается снятием сниженного напряжения.
Сердечник излучает переменный ток, который создает связь между двумя существующими обмотками. Обмотки не связаны друг с другом электрическим током. К слову, способность снижать напряжение возникает благодаря различию в количестве завитков между этими составляющими.
Чаще всего эти элементы защищены специальным корпусом, однако особенности строения и разновидностей допускают различные вариации.
Виды понижающих трансформаторов
Функции трансформаторов
Итак, зачем же нужны понижающие трансформаторы? Начнем с того, что очень часто этот механизм регулирует силу напряжения в сети в промышленных зданиях.
Так, понижающий трансформатор 220 В нашел широкое применение в промышленности и домашнем хозяйстве. Кроме бытового значения, данные конструкции снижают напряжение в линиях электропередач и регулируют работу тока.
Обмотки и их свойства
Между обмотками существуют специальные прокладки, ограничивающие поступление тока и его движение между двумя элементами. Катушки обмотаны изолированными проводами, обмотанными слоями бумаги. Проводящие части могут иметь круглую или прямоугольную форму. Могут иметь дисковый или стержневой тип обматывания.
Как выбрать понижающий трансформатор?
Существует масса разновидностей и типажей трансформаторов, однако при их выборе следует отдавать внимание ниже указанным характеристикам:
Плюсы и минусы трансформаторов
Данная техника имеет свои преимущества и недостатки. При выборе определенных моделей нужно учитывать все нюансы. Начнем с плюсов:
Трансформатор, устройство, которое передает электрическую энергию от одной части схемы к другой за счет магнитной индукции и, как правило, с изменением величины напряжения. Трансформаторы работают только с переменным электрическим током (AC).
Трансформаторы имеют важное значение в распределении электроэнергии. Они повышают напряжение, вырабатываемое на электростанциях до высоких значений с целью эффективной передачи электроэнергии. Другие трансформаторы понижают это напряжение в местах потребления.
Многие бытовые приборы оборудованы трансформаторами, для того чтобы по мере необходимости повысить или понизить напряжение поступающее из домашней электросети. Например, для работы телевизора и аудиоусилителя необходимо повышение напряжения, а для работы дверного звонка или термостата низкое напряжение.
Как работает трансформатор
Как правило, простой трансформатора состоит из двух катушек намотанных изолированным проводом. В большинстве трансформаторов, провода намотаны на стержень из железа, называемый сердечником.
Одна из обмоток, ее еще называют первичной обмоткой, подключается к источнику переменного тока, что в свою очередь приводит к появлению постоянно переменного магнитного поля вокруг обмотки. Это переменное магнитное поле, в свою очередь, создает переменный ток в другой обмотке (вторичной обмотке).
Величина, определяемая как отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке, определяет масштаб понижения или повышения напряжения во вторичной обмотки. Данную величину еще называют коэффициентом трансформации.
Например, если у трансформатора имеется 3 витка первичной обмотке и 6 витков во вторичной обмотки, то напряжение во вторичной обмотке будет в 2 раз больше, чем в первичной. Такой трансформатор называется повышающий трансформатор.
И на оборот, если есть 6 витков в первичной обмотке и 3 виток во вторичной, то напряжение снимаемое с вторичной обмотки будет в 2 раз ниже чем в первичной обмотке. Этот вид трансформатора носит название понижающий трансформатор.
Так же следует иметь ввиду, что соотношение тока в обеих катушках находится в обратной зависимости к соотношению их напряжений. Таким образом, электрическая мощность (напряжение умноженное на силу тока) является одинаковой в обеих катушек.
Импеданс (сопротивление потоку переменного тока) первичной катушки зависит от импеданса вторичной цепи и коэффициента трансформации. При правильном соотношении витков трансформатора можно добиться практически одинакового сопротивления обоих контуров.
Согласованные сопротивления имеют важное значение в стерео системах и других электронных систем, потому это позволяет передавать максимальное значение энергии от одного блока схемы другому.
Трансформатор
Что такое трансформатор?
Слово “трансформатор” образуется от английского слова “transform” – преобразовывать, изменяться. Надеюсь все помнят фильм “Трансформеры”. Там автомобили легко преобразовывались в трансформеров и обратно. Но… трансформатор у нас не преобразовывается по внешнему виду. Он обладает еще более удивительным свойством – преобразовывает переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения! Это свойство трансформатора очень широко используется в радиоэлектронике и электротехнике.
Виды трансформаторов
Однофазные трансформаторы
Это трансформаторы, которые преобразуют однофазное переменное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение другого значения.
В основном однофазные трансформаторы имеют две обмотки, первичную и вторичную. На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а со вторичной снимают нужное нам напряжение. Чаще всего в повседневной жизни можно увидеть так называемые сетевые трансформаторы, у которых первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение, то есть 220 В.
На схемах однофазный трансформатор обозначается так:
Первичная обмотка слева, а вторичная – справа.
Иногда требуется множество различных напряжений для питания различных приборов. Зачем ставить на каждый прибор свой трансформатор, если можно с одного трансформатора получить сразу несколько напряжений? Поэтому, иногда вторичных обмоток бывает несколько пар, а иногда даже некоторые обмотки выводят прямо из имеющихся вторичных обмоток. Такой трансформатор называется трансформатором со множеством вторичных обмоток. На схемах можно увидеть что-то подобное:
Трехфазные трансформаторы
Эти трансформаторы в основном используются в промышленности и чаще всего превосходят по габаритам простые однофазные трансформаторы. Почти все трехфазные трансформаторы считаются силовыми. То есть они используются в цепях, где нужно питать мощные нагрузки. Это могут быть станки ЧПУ и другое промышленное оборудование.
На схемах трехфазные трансформаторы обозначаются вот так:
Первичные обмотки обозначаются заглавными буквами, а вторичные обмотки – маленькими буквами.
Здесь мы видим три типа соединения обмоток (слева-направо)
В 90% случаев используется именно звезда-звезда.
Принцип работы трансформатора
Рассмотрим вот такую картинку:
1 – первичная обмотка трансформатора
3 – вторичная обмотка трансформатора
Ф – направление магнитного потока
U1 – напряжение на первичной обмотке
U2 – напряжение на вторичной обмотке
На картинке показан самый обычный однофазный трансформатор.
Магнитопровод состоит из пластинок специальной стали. По нему течет магнитный поток Ф (показано стрелками). Этот магнитный поток создается переменным напряжением первичной обмотки трансформатора. Снимается напряжение со вторичной обмотки трансформатора.
Но как такое возможно? У нас ведь нет никакой связи между первичной и вторичной обмотками? Как может ток течь через разомкнутую цепь? Все дело именно в магнитном потоке, который создает первичная обмотка трансформатора. Вторичная обмотка “ловит” этот магнитный поток и преобразовывает его в переменное напряжение с такой же частотой.
В настоящее время трансформаторы создают в другом конструктивном исполнении. Такое исполнение имеет свои плюсы, такие как удобство намотки первичной и вторичной обмоток, а также меньшие габариты.
Формула трансформатора
U2 – напряжение на вторичной обмотке
U1 – напряжение на первичной обмотке
N1 – количество витков первичной обмотки
N2 – количество витков вторичной обмотки
I1 – сила тока первичной обмотки
I2 – сила тока вторичной обмотки
В трансформаторе соблюдается также закон сохранения энергии, то есть какая мощность заходит в трансформатор, такая мощность выходит из трансформатора:
Эта формула справедлива для идеального трансформатора. Реальный же трансформатор будет выдавать на выходе чуть меньше мощности, чем на его входе. КПД трансформаторов очень высок и порой составляет даже 98%.
Виды трансформаторов по выходному напряжению
Понижающий трансформатор
Это трансформатор, которые понижает напряжение. Допустим, на первичную обмотку заходит 220 В, а на вторичной у нас получается 12 В. То есть мы большее напряжение преобразовали в меньшее напряжение.
Повышающий трансформатор
Это трансформатор, который повышает напряжение. Тут тоже все до боли просто. Допустим, на первичную обмотку мы подаем 10 Вольт, а со вторичной снимаем уже 110 В. То есть мы повысили наше напряжение в несколько раз.
Согласующий трансформатор
Такой трансформатор используется для согласования входного и выходного сопротивления между каскадами схем.
Разделительный или развязывающий трансформатор (трансформатор 220-220)
Такой трансформатор используется в целях электробезопасности. В основном это трансформатор с одинаковым числом обмоток на входе и выходе, то есть его напряжение на первичной обмотке будет равняться напряжению на вторичной обмотке. Нулевой вывод вторичной обмотки такого трансформатора не заземлен. Поэтому, при касании фазы на таком трансформаторе вас не ударит электрическим током. Про его использование можете прочесть в статье про ЛАТР.
Как проверить трансформатор
Короткое замыкание обмоток
Хотя обмотки прилегают очень плотно к друг другу, их разделяет лаковый диэлектрик, которым покрываются и первичная и вторичная обмотка. Если где-то возникло короткое замыкание, то трансформатор будет сильно греться или издавать сильный гул при работе. В этом случае стоит замерить напряжение на вторичной обмотке и сравнить, чтобы оно совпадало с паспортным значением.
Обрыв обмотки трансформатора
При обрыве все намного проще. Для этого с помощью мультиметра мы проверяем целостность первичной и вторичной обмотки.
На фото ниже я проверяю целостность первичной обмотки, которая состоит из 2650 витков. Сопротивление есть? Значит все ОК. Обмотка не в обрыве. Если бы она была в обрыве, мультиметр показал бы на дисплее “1”.
Таким же способом проверяем и вторичную обмотку, которая состоит из 18 витков
Работа трансформатора
Работа понижающего трансформатора
Итак, у нас в гостях трансформатор от выжигательного прибора по дереву:
Его первичная обмотка – это цифры 1, 2.
Вторичная обмотка – цифры 3, 4.
Его внутренности выглядят вот так:
Подключаем первичную обмотку трансформатора к 220 Вольтам
Ставим крутилку на мультиметре на измерения переменного тока и замеряем напряжение на первичной обмотке (напряжение сети).
Замеряем напряжение на вторичной обмотке.
Настало время проверить наши формулы
1.54/224=0.006875 (коэффициент отношения напряжения)
18/2650=0.006792 (коэффициент отношения обмоток)
Сравниваем числа… погрешность вообще копейки! Формула работает! Погрешность связана с потерями на нагрев обмоток трансформатора и магнитопровода, а также погрешность измерения мультиметра. Насчет силы тока работает простое правило: понижая напряжение, повышаем силу тока и наоборот, повышая напряжение, понижаем силу тока.
Трансформатор на холостом ходу
Работа трансформатора на холостом ходу подразумевает работу трансформатора без нагрузки на вторичной обмотке.
Нашим подопытным кроликом будет уже другой трансформатор
Вторичных обмоток здесь целых две пары, но мы будем использовать только одну.
Два красных провода – это первичная обмотка трансформатора. На эти провода мы будем подавать напряжение из сети 220 В.
Снимать напряжение будем со вторичной обмотки с двух синих проводов.
Для того, чтобы произвести замеры, нам потребуется выставить на мультиметре крутилку на измерение переменного напряжения.Если вы не знаете, как измерять переменное напряжение и силу тока, рекомендую прочитать вот эту статью.
Замеряем напряжение на первичной обмотке трансформатора, куда мы подаем 220 В.
Мультиметр показывает 230 В. Ну что же, бывает).
Теперь замеряем напряжение на вторичной обмотке трансформатора
Получили 22 Вольта.
Интересно, а какую силу тока потребляет из розетки наш трансформатор при холостом режиме?
Мультиметр показал 60 миллиампер. Оно и понятно, ведь наш трансформатор не идеальный.
Как вы видите, на вторичной обмотке трансформатора нет никакой нагрузки, но он все равно “кушает” силу тока, а следовательно и электрическую энергию из сети. Если сосчитать мощность, то получим P=IU=230×0,06=13,8 Ватт. А если у нас он простоит включенным хотя бы часик, то у нас он съест электроэнергию 13,8 Ватт* час или 0,0138кВатт*час. А сколько сейчас стоит один киловатт электроэнергии? В России 4-5 рублей. Копейка рубль бережет. Поэтому, не рекомендуется оставлять в сети электроприборы, имеющие трансформаторный блок питания.
Трансформатор под нагрузкой
Опыт №1
Работа трансформатора под нагрузкой подразумевает режим, при котором к его вторичной обмотке цепляется нагрузка. Для этого последовательно соединяем две лампы накаливания по 13,5 Вольт. В этом случае напряжение будет падать поровну на каждой из ламп накаливания, так как мы соединили их последовательно. Почему так получается, читайте статью про делитель напряжения.
Интересно, а поменяется ли сила тока на первичной обмотке, если мы нагрузим вторичную обмотку нашими лампочками? Лампочки загорелись, а сила тока на первичной обмотке тоже поменялась 😉
Когда мы замеряли без нагрузки, у нас было 60 миллиампер в цепи первичной обмотки. Цепь вторичной обмотки у нас была разомкнута, так как мы не присоединяли никакую нагрузку. Как только мы подсоединили лампы накаливания ко вторичной обмотке трансформатора, они стали сразу потреблять силу тока. Но еще кстати, сила тока поднялась в цепи первичной обмотки, до уровня 65,3 миллиампер. Отсюда напрашивается вывод:
Если растет сила тока в цепи вторичной обмотки трансформатора, то растет и сила тока в цепи первичной обмотки.
Опыт №2
Давайте проведем еще один опыт. Для этого замеряем напряжение без нагрузки на вторичной обмотке трансформатора, так называемый – холостой режим работы
а теперь подсоединяем наши лампочки и снова замеряем напряжение
Ого, напряжение просело на 0,2 В.
Давайте замеряем силу тока во вторичной обмотке с лампочками
Получили 105 миллиампер.
Все те же самые аналогичные операции проводим и для мощного резистора номиналом в 10 Ом и мощностью рассеивания в 10 Ватт. Замеряем напряжение на вторичной обмотке, при включении резистора
Интересно, какая сила тока течет во вторичной цепи, в которой включен резистор
Ого-го, почти 2 Ампера.
Вывод: при включении нагрузки происходит просадка напряжения. Напряжение падает тем больше, чем больше силы тока кушает нагрузка. Здесь также играет роль еще один немаловажный фактор – мощность трансформатора. Чем больше мощность трансформатора, тем меньше будет просадка напряжения. Мощность трансформатора зависит от его габаритов. Чем больше габариты, тем больше его размер сердечника. Следовательно, такой трансформатор может выдавать приличную силу тока во вторичной обмотке с минимальной просадкой напряжения.
Как трансформатор понижает или повышает напряжение
Повышающие и понижающие трансформаторы
До сих пор мы с вами рассматривали трансформаторы, у которых первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, давая примерно одинаковые уровни напряжения и тока в обоих цепях. Однако, равенство напряжений и токов между первичной и вторичной обмотками трансформатора не является нормой для всех трансформаторов. Если индуктивности двух обмоток имеют разную величину, происходит нечто интересное:
Обратите внимание на то, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше первичного (0,9962 вольт против 10 вольт), а вторичный ток примерно в десять раз превышает первичный (0,9962 мА против 0,09975 мА). В этом SPICE моделировании описано устройство, которое в десять раз понижает напряжение и в десять раз повышает ток.
Трансформатор — это очень полезное устройство. С его помощью мы легко можем повысить или понизить напряжение и ток в цепях переменного тока. Появление трансформаторов сделало практической реальностью передачу электроэнергии на большие расстояния. Трансформаторы позволяют уменьшить потери на проводах линий электропередач (соединяющих генерирующие станции с нагрузками) путем повышения переменного напряжения и понижения переменного тока. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) трансформаторы понижают уровни напряжения до более безопасных значений и снижают стоимость применяемого оборудования. Трансформатор, который на выходе (во вторичной обмотке) вырабатывает более высокое напряжение, чем приложено на входе (к первичной обмотке), называется повышающим трансформатором (его вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная). И наоборот, понижающий трансформатор вырабатывает на своем выходе меньшее напряжение, чем подается на его вход, поскольку его вторичная обмотка имеет меньшее число витков по сравнению с первичной.
Посмотрите еще раз на фотографию, показанную в предыдущей статье:
На поперечном разрезе трансформатора хорошо видно первичную и вторичную обмотки.
Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое количество витков первичной обмотки и малое число витков вторичной обмотки. Он преобразует высокое напряжение и маленький ток в низкое напряжение и большой ток. Благодаря большому току вторичной обмотки, в ней используется провод большого сечения. Первичная обмотка, ток в которой имеет небольшую величину, может быть выполнена из провода меньшего сечения.
Любой из рассмотренных типов трансформаторов можно использовать по противоположному назначению (подключить вторичную обмотку к источнику переменного напряжения, а первичную обмотку — к нагрузке). В этом случае трансформатор будет выполнять противоположную функцию: понижающий трансформатор будет функционировать как повышающий, и наоборот. Однако, для эффективной работы трансформатора индуктивности каждой из его обмоток должны быть спроектированы под конкретные рабочие диапазоны напряжения и тока (этот вопрос рассматривался в предыдущей статье). Поэтому, при использовании трансформатора по «противоположному» назначению, напряжения и токи его обмоток должны оставаться в исходных конструктивных параметрах. Только в этом случае трансформатор будет эффективен (и не будет поврежден чрезмерным напряжением или током!).
Трансформаторы часто имеют такую конструкцию, что не очевидно, какие провода принадлежат к первичной обмотке, а какие к вторичной. Во избежание путаницы, на многих трансформаторах (в основном импортного производства) используется обозначение «Н» для высоковольтной обмотки (первичная обмотка в понижающем трансформаторе, вторичная обмотка в повышающем трансформаторе), и обозначение «X» для низковольтной обмотки. Поэтому простой силовой трансформатор будет иметь провода с надписью «H1», «H2», «X1» и «X2».
Если вы вспомните, что мощность равна произведению напряжения и тока, то поймете почему напряжение и ток всегда движутся в «противоположных направлениях» (если напряжение увеличивается, то ток уменьшается, и наоборот). Вы так же поймете, что трансформаторы не могут производить энергию, они могут только преобразовывать ее. Любое устройство, которое могло бы произвести больше энергии, чем потребило, нарушило бы Закон сохранения энергии (энергия не может быть создана или уничтожена, она может быть только преобразована).
Практическая значимость вышесказанного становится более очевидной, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов, преобразование уровней напряжения и тока могло быть достигнуто только за счет использования установок, содержащих моторы и генераторы:
Установка мотор/генератор иллюстрирует основной принцип трансформатора
В этой установке мотор механически соединен с генератором. Генератор предназначен для получения желаемых уровней напряжения и тока за счет скорости вращения мотора. В то время, как и мотор и генератор являются достаточно эффективными устройствами, использование их в связке не обладает достаточной эффективностью, так что общий КПД установки находится в диапазоне 90% или менее. Кроме того, движущиеся части данных установок подвержены трению и механическому износу, а это, в свою очередь, влияет как на срок службы, так и на производительность. Трансформаторы же, с другой стороны, способны преобразовывать переменное напряжение и ток с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.
Справедливости ради стоит сказать, что установки мотор/генератор не обязательно являются устаревшими в сравнении с трансформаторами во всех сферах применения. Если трансформаторы явно превосходят моторы/генераторы в преобразовании переменного напряжения и тока, то они не могут преобразовать одну частоту переменного тока в другую, а также преобразовать (сами по себе) постоянное напряжение в переменное или наоборот. Установки мотор/генератор могут все это делать относительно просто, хотя и с некоторыми ограничениями эффективности, описанными выше. Эти установки также обладают уникальным свойством сохранения кинетической энергии: то есть, если по какой-либо причине источник питания мотора мгновенно отключается, его угловой момент (инерция вращательного движения) будет еще некоторое время поддерживать вращение генератора, изолируя тем самым нагрузку (питаемую генератором) от «сбоев» в основной энергосистеме.
При внимательном просмотре цифр в SPICE анализе вы должны увидеть соотношение между коэффициентом трансформации и двумя индуктивностями. Обратите внимание на то, что первичная обмотка (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичная (10000 Гн против 100 Гн), и что напряжение было понижено с 10 В до 1 В (в 10 раз). Обмотка с большей индуктивностью имеет более высокое напряжение и меньший ток. Поскольку обе обмотки трансформатора намотаны вокруг одного и того же сердечника (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на их индуктивность равны, за исключением количества витков в каждой из обмоток. Если мы еще раз взглянем на формулу индуктивности, то увидим, что индуктивность катушки пропорциональна квадрату числа ее витков:
Таким образом, должно быть очевидно, что две обмотки трансформатора в вышеприведенном SPICE моделировании при соотношении их индуктивностей 100 : 1 должны иметь соотношение витков провода 10 : 1, так как 10 в квадрате равно 100. Поскольку соотношение витков соответствует соотношению между первичным и вторичным напряжениями и токами (10 : 1), мы можем сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен соотношению витков провода между первичной и вторичной обмотками.
Повышающее / понижающее действие соотношения витков обмоток в трансформаторе аналогично соотношениям шестеренок в механических редукторных системах, которые преобразуют значения скорости и крутящего момента во многом таким же образом:
Повышающие и понижающие трансформаторы, применяющиеся для распределения электроэнергии, могут иметь гигантские размеры (сопоставимые с размером дома). На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около четырех метров:
Обзор:
