Параллельное соединение обмоток стержневого трансформатора: ⚡️Параллельное соединение обмоток трансформатора | radiochipi.ru

⚡️Параллельное соединение обмоток трансформатора | radiochipi.ru


На чтение 3 мин. Опубликовано
Обновлено

Мне часто задают вопрос: “Можно ли соединять параллельно одинаковые вторичные обмотки силовых трансформаторов?” Вопрос, безусловно, правильный, и на него нужно отвечать. Ныне в устаревшей аппаратуре можно найти большое количество готовых силовых трансформаторов заводского изготовления, которые радиолюбители приспосабливают под свои запросы. Очень часто эти трансформаторы не совсем подходят по параметрам, например, по требуемому току нагрузки.

Но если в трансформаторе имеется несколько одинаковых обмоток, возникает мысль увеличить выходной ток, соединив эти обмотки параллельно. Казалось бы, соединяй выводы одинаковых обмоток между собой и все! Но не все так просто. Во- первых, обмотки нужно соединить синфазно. Для проверки синфазности вторичных обмоток соединяем одни из выводов двух обмоток, включаем трансформатор в сеть и измеряем напряжение между оставшимися свободными концами. Если это напряжение близко к нулю, значит, обмотки соединены противофазно последовательно.

Когда на выводах удвоенное напряжение одной из обмоток, они соединены синфазно последовательно. В первом случае свободные концы обмоток можно соединить вместе и получить параллельное включение обмоток. Во втором случае концы одной из обмоток нужно поменять местами. Однако малейшая неидентичность обмоток способна повлиять на параметры силового трансформатора: его габаритная мощность и КПД при этом уменьшаются, а нагрев обмоток увеличивается.

Фактически соединять параллельно можно обмотки таких трансформаторов, при изготовлении которых специально принимаются меры для получения идентичности обмоток. Например, в паспортах на трансформаторы типа ТПП (трансформаторы питания полупроводниковой аппаратуры) указывается на допустимость параллельного соединения одинаковых обмоток.
Чаще всего радиолюбительские конструкции питаются постоянным током, поэтому проблему соединения обмоток параллельно лучше рассматривать в комплексе с выпрямителем.

Возьмем, скажем, унифицированный трансформатор ТН-60 (трансформатор накальный), имеющий 4 одинаковые вторичные обмотки по 6,3 В (две обмотки имеют еще и отводы на 5 В), рассчитанные каждая на ток 6 А. Для получения токов, вчетверо больших, необходимо соединить обмотки так, как показано на рис.1 (включение обмоток с однополупериодным выпрямлением). Поскольку из-за конструктивного разброса параметров обмотки могут иметь немного отличающиеся напряжения, большее потребление тока (при идентичных диодах) будет от той обмотки, напряжение которой выше.

Диоды позволяют развязать обмотки друг от друга, т.е. теперь каждая обмотка работает только на общую нагрузку, а не на другую обмотку. В результате, мы получили выпрямленное напряжение с четырех обмоток с максимальным током нагрузки 24 А (через каждый диод будет проходить только четвертая часть общего тока нагрузки). Схема двухполупериодного выпрямления приведена на рис.2. Такое соединение выводов обмоток также обеспечивает независимое питание нагрузки. В случае параллельного включения нечетного числа обмоток возможно лишь однополупериодное выпрямление.

Для питания различных конструкций часто применяется напряжение 12 В, поэтому соединение обмоток для такого применения можно выполнить согласно рис.3. В этом случае через каждый диод будет проходить половина тока нагрузки. Чтобы получить выходное стабилизированное напряжение около 13,8 В, принятое как стандарт в радиопередающей аппаратуре, необходимо применять стабилизаторы с низким падением напряжения на регулирующем элементе [1, 2].

Минимально необходимый перепад напряжений на регулирующем элементе таких стабилизаторов составляет около 0,5 В. Его устанавливают при максимальном токе нагрузки, подбирая емкость конденсатора фильтра после выпрямителя. Чем больше емкость этого конденсатора, тем больший выходной ток можно “отобрать” от стабилизатора при заданном входном напряжении.

Параллельное соединение обмоток трансформатора для увеличения тока

Параллельное соединение трансформаторов

Соединение обмоток трансформаторов. Часть 1

Давайте попробуем разобраться, как можно соединить между собой обмотки трансформатора. Будем разбираться с обычными, довольно маломощными трансформаторами, которые применяются в электронике.

Если посмотреть на схему трансформатора, то иногда можно заметить точки у некоторых выводов обмоток (пример).

Точки на графическом обозначении у краёв обмоток трансформатора обозначают начала этих обмоток.

Следует отметить, что точка, поставленная у одного из выводов обмотки, характеризуют направление намотки обмотки, от чего зависит полярность мгновенного значения напряжения между выводами данной обмотки (говоря по-научному — фаза выходного напряжения). Выводы, обозначенные точками, условно называются началами обмоток, а противоположные — концами обмоток.

Обозначения одноименных выводов обмоток условно: точки можно перенести на противоположные выводы всех обмоток одного и того же трансформатора — соотношение фаз выходных напряжений обмоток между собой не изменится.

Иногда, для упрощения понимания показываемого соединения обмоток, ставят значки «плюс» и «минус» у выводов обмоток (пример). Эти знаки соответствуют мгновенной полярности выходного (или входного) напряжения на данной обмотке. Все напряжения и токи обмоток — переменные, то есть периодически меняют своё направление (полярность) и величину, но если брать в рассмотрение один, очень короткий момент времени, то можно рассматривать вполне определенную полярность и значение выбранной физической величины.

Значение и направление переменной величины, соответствующее данному моменту времени, называется мгновенным значением переменной величины.

Естественно, что у всех точек у одного трансформатора, в данный момент времени будет «плюс» (или «минус» — по нашему усмотрению), а у противоположного вывода обмотки — «минус» (или, соответственно — «плюс»).

Знание выводов начала и конца обмоток значительно облегчает правильное соединение обмоток между собой или их правильное включение в электрическую схему, когда её работа зависит от взаимной фазировки подводимых напряжений.

Фазы подводимого к трансформатору напряжения (напряжения на первичной обмотке) и напряжений на вторичных обмотках совпадают.

Последовательное соединение первичных обмоток трансформатора.

Наиболее часто последовательное соединение первичных обмоток применяется в трансформаторах, выполненных на П-образном сердечнике с неразветвленным магнитным потоком (например сердечники типа ПЛ), обмотки которых выполнены симметрично на двух катушках (Рис. 1.).

Рис. 1. Внешний вид трансформатора на сердечнике типа ПЛ.

В этом случае обмотки включаются последовательно согласно (синфазно). Рабочее напряжение, подводимое к соединённым подобным образом обмоткам, равно сумме рабочих напряжений каждой из обмоток. Подробно включение обмоток подобных трансформаторов рассматривается далее.

Встречное (противофазное) включение первичных полуобмоток, выполненных на общем сердечнике типа ПЛ — запрещено. Данные полуобмотки, выполненные на двух абсолютно одинаковых катушках, имеют одинаковые параметры. При встречном включении их индуктивности взаимно компенсируются, и общая индуктивность всей первичной обмотки становится равной нулю. Поэтому нагрузкой сети будет являться только активное сопротивление провода этих обмоток, которое составляет доли ома. Результат — выход трансформатора из строя.

Сейчас более тщательно рассмотрим последовательное включение первичных обмоток двух различных трансформаторов (Рис. 2а). Показанная схема приводилась, как рекомендуемая, на одном из форумов. Вопрос стоял так:

«…как соединить два одинаковых трансформатора с первичными обмотками по 110 вольт, если допустимый ток вторичных обмоток — 2А, а для лабораторного двуполярного блока питания нужен ток не менее 3А?»

Рис. 2. Последовательное включение первичных обмоток трансформаторов.

Пока не будем рассматривать соединение вторичных обмоток, а сосредоточимся на соединении первичных. На Рис. 2б приведена эквивалентная схема включения входных цепей двух трансформаторов. RэTV1 — эквивалентное сопротивление трансформатора TV1, RэTV2 — TV2. В режиме холостого хода (без нагрузки) или при одинаковой нагрузке трансформаторов напряжение сети Uсети делится поровну между одинаковыми эквивалентными сопротивлениями и составляет 110 В.

Из схемы видно, что трансформатор TV1 питает цепь только положительного выходного напряжения, а трансформатор TV2 — только отрицательного. Вполне возможен режим работы, когда вся нагрузка подключается только, например, к выходу положительного напряжения, а отрицательный вывод лабораторного БП остается отключенным. Тогда вся нагрузка приложена к трансформатору TV1, а TV2 при этом работает практически в режиме холостого хода.

Соотношение эквивалентных входных сопротивлений трансформаторов изменяется. Эквивалентное входное сопротивление трансформатора TV1 падает, а эквивалентное сопротивление трансформатора TV2 остается неизменным. Поэтому напряжения на первичных обмотках трансформаторов также изменяются — напряжение на входе TV1 — UTV1 уменьшается, а на входе TV2 увеличивается на эту же величину, так как их сумма (напряжение сети) остается неизменной. То есть, это явление может привести к значительной перегрузке трансформаторов по величине входного напряжения и, при длительном её воздействии, даже к выходу их из строя.

Дополнительная нестабильность входного напряжения двух трансформаторов, которая возникает из-за последовательного включения их первичных обмоток, не добавляет популярности подобному включению, поэтому на практике оно применяется крайне редко.

Коротко условия последовательного включения первичных обмоток трансформаторов можно сформулировать следующим образом:

  • последовательно можно включить первичные обмотки двух конструктивно одинаковых трансформаторов с одинаковыми параметрами;
  • нагрузки обоих трансформаторов в процессе работы должны быть равны друг другу при любом режиме работы (от холостого хода до полной нагрузки).

В полной мере этим условиям удовлетворяют только разделенные на две одинаковые катушки обмотки трансформаторов на сердечниках типа ПЛ. Поэтому последовательное включение первичных полуобмоток широко применяется практически только в этих трансформаторах для взаимного соединения одинаковых половин обмоток одного трансформатора.

Параллельное соединение первичных обмоток трансформаторов.

Пример параллельного включения первичных обмоток двух трансформаторов питания приведен на Рис. 3.

Параллельное соединение первичных обмоток трансформаторов применяется каждым из нас практически ежедневно. Каждый день мы включаем в общую сеть ~220 вольт множество электронной аппаратуры, оснащенной силовыми трансформаторами питания. При этом никаких вопросов и сомнений по поводу мощности или фазировки первичных обмоток этих трансформаторов у нас не возникает.

Поэтому можно сделать вывод, что параллельно можно включать первичные обмотки трансформаторов любой мощности и любой конструкции. Взаимная фазировка первичных обмоток имеет смысл только при непосредственном соединении между собой также и вторичных обмоток подключаемых трансформаторов, например, как показано на Рис. 3.

Рис. 3. Параллельное соединение первичных обмоток трансформаторов.

Последовательное соединение вторичных обмоток трансформатора.

Чаще всего применяется последовательное соединение вторичных обмоток трансформаторов. Пример такого соединения приведен на Рис. 4а — согласное (синфазное) соединение, Рис. 4б — встречное (противофазное) соединение.

Рис. 4. Последовательное включение вторичных обмоток трансформатора.

При синфазном соединении конец одной обмотки соединяется с началом другой. Результирующее выходное напряжение такого соединения будет равно сумме выходных напряжений каждой обмотки, так как переменные выходные напряжения обмоток находятся в фазе.

Сложение синфазных величин описано в статье Фаза. Разность фаз. Также, для упрощения, рядом с выводами обмоток на рисунке поставлены знаки «плюс» и «минус», которые указывают полярность мгновенного значения напряжения. При последовательном соединении источников постоянного тока с указанной на Рис. 4а полярностью их выходные напряжения сложаться. Это упрощает понимание и запоминание сложения (или вычитания) переменных величин и нетрудно проверить экспериментально, например, на обычных батарейках.

Максимальная величина тока, получаемого от такой составной обмотки, не должна превышать меньший из максимально допустимых токов у любой из соединяемых обмоток. В противном случае — перегрев более слабой по току обмотки (меньший диаметр провода), выход трансформатора из строя.

Практически все взаимные подключения вторичных обмоток трансформаторов производятся последовательно-синфазно. Этим способом можно соединять обмотки с любым напряжением и максимально-допустимым током.

Если в рассмотренном выше соединении вторичных обмоток трансформатора поменять местами выводы любой из обмоток, то мы получим противофазное соединение (Рис. 4б). При таком соединении начало одной обмотки соединяется с началом другой или конец одной с концом другой. Действительно, выходные напряжения каждой из обмоток находятся в противофазе друг к другу, что подтверждают знаки «плюс» и «минус», поставленные рядом с выводами.

При таком соединении выходное напряжение будет равно разности напряжений обмоток. Подробно сложение противофазных величин описано в статье Фаза. Разность фаз.

Напряжения и максимально-допустимые токи каждой из обмоток могут быть любыми. То есть все особенности этого подключения, как и у последовательно-синфазного способа. И, так-же, максимальная величина тока, получаемого от такой составной обмотки, не должна превышать меньший из максимально допустимых токов у любой из соединяемых обмоток.

Для понимания работы противофазного соединения обмоток одного трансформатора удобно представить их в виде встречно включенных бифилярных обмоток. В такой бифилярной катушке магнитный поток, создаваемый током каждого витка одной обмотки, компенсируется магнитным потоком, создаваемым током через соответствующий виток другой обмотки. Суммарный поток соответствующих витков обеих катушек равен нулю (Рис. 5).

Рис. 5. Бифилярная намотка, не обладающая индуктивностью.

Общий поток суммы компенсирующих друг друга витков также равен нулю, поэтому не оказывает никакого влияния на магнитный поток сердечника и, таким образом, никак не влияет на мощность, потребляемую из сети. Но остаются витки в большей из обмоток, магнитный поток которых не компенсируется витками другой обмотки. Вот только эта избыточная часть витков большей обмотки и будет в полной мере учавствовать в работе трансформатора.

Основной недостаток такого соединения — увеличение сопротивления составной обмотки по сравнению с отдельной обмоткой на это же выходное напряжение (соответственно увеличение расхода меди, увеличение места, занимаемого обмотками, снижение КПД трансформатора).

Совсем другая картина возникает при встречном (противофазном) соединении обмоток разных трансформаторов. В этом случае катушки нельзя рассматривать, как бифилярные — сердечники у трансформаторов разные и магнитные потоки каждой обмотки никак не взаимодействуют друг с другом, потому что сосредоточены каждый в своём сердечнике.

Поэтому мощность, потребляемая от сети больше и равна сумме мощностей каждой отдельной обмотки, в отличие от тех же обмоток на одном трансформаторе, где мощность получаемая от сети примерно равна мощности только нескомпенсированной части большей обмотки. Напряжение составной обмотки всё также равно разности напряжений входящих в неё обмоток.

Последовательно-противофазное включение обмоток применяется очень редко, практически только для экспериментальных целей.

Параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора.

Параллельное соединение вторичных обмоток может применятся, если ток, получаемый от одной обмотки, слишком мал для нормальной работы устройства. В этом случае можно соединить параллельно несколько обмоток с одинаковыми выходными напряжениями. Результирующий выходной ток такого соединения будет равен сумме выходных токов каждой обмотки. Выходное напряжение равно выходному напряжению одной обмотки.

Параллельное соединение вторичных обмоток показано на Рис 6.

Рис. 6. Параллельное включение вторичных обмоток трансформатора.

Рассмотрим требования, предъявляемые к обмоткам при их параллельном соединении.

  • Применяется только синфазное параллельное соединение обмоток (Рис 6а).

При параллельном-синфазном соединении начало одной обмотки соединяется с началом второй, конец первой — с концом второй.

При противофазном параллельном соединении (Рис 6б), начало одной обмотки соединяется с концом другой (получается последовательное синфазное соединение — выходное напряжение равно сумме выходных напряжений каждой обмотки), оставшиеся свободные концы так-же соединяются — получается короткое замыкание общей, объединенной обмотки и выход трансформатора из строя.

Поэтому параллельное противофазное соединение обмоток применять нельзя, что и показано на Рис. 6б.

  • Параметры соединяемых обмоток (выходное напряжение и максимально-допустимый ток) должны быть одинаковы.

Лучше соединять параллельно одинаковые обмотки одного трансформатора. Допускается разброс параметров обмоток до 3%. При увеличении разброса параметров возникают уравнивающие токи между параллельно соединенными обмотками трансформатора, которые никак не попадают в нагрузку и могут достигать значительной величины. Это резко снижает КПД трансформатора, увеличивает его нагрев, может привести к выходу из строя.

А мы рассмотрим специфику соединения обмоток трансформаторов, выполненных на сердечниках типа ПЛ. Основная особенность таких трансформаторов состоит в том, что их обмотки выполняются в виде двух абсолютно одинаковых катушек, располагаемых на двух разных кернах одного сердечника (посмотреть).

Конечно, существуют трансформаторы на стержневых сердечниках, обмотки которых выполнены на одной катушке (пример). Но подключение их обмоток ничем не отличается от описанных в части 1 этой статьи, поэтому сейчас они не рассматриваются.

Все обмотки трансформатора делятся пополам. Каждая полуобмотка наматывается на своей катушке. При включении в схему все полуобмотки одной катушки соединяются с соответствующими полуобмотками другой катушки последовательно-синфазно.

В исключительных случаях допускается параллельное соединение одинаковых полуобмоток одного трансформатора для увеличения отдаваемого тока. Но при этом необходим контроль за изменением режима работы трансформатора, хотя бы по изменению тока холостого хода.

Расположение всех обмоток на двух катушках снижает расход медного провода, улучшает теплоотвод от внутренних витков катушек, дает другие преимущества. Для упрощения и удешевления производства обе катушки наматываются по одной технологической схеме, то есть имеют одинаковое направление намотки. Этот факт немного усложняет правильное взаимное соединение обмоток.

Посмотрим на Рис.1а, где изображена электрическая принципиальная схема трансформатора на сердечнике типа ПЛ с обмотками, расположенными на двух катушках. Номера обмоток и номера выводов одной катушки продублированы и у второй катушки, только со знаком «штрих». Но самое главное, что знаки «точка» (начало обмотки) стоят у выводов с одинаковыми номерами у обеих катушек.

Рис.1. Трансформатор на сердечнике типа ПЛ.

С точки зрения технологии (порядка изготовления катушек) — всё правильно. Намотка обеих катушек начинается, например, от вывода 3 (3’). Теперь посмотрим на Рис.1б, где изображены две одинаковые катушки, с одинаковым направлением намотки на сердечнике. Соединим их между собой, как указано на Рис.1а, то есть конец одной с концом другой.

Также на Рис.1б показано мгновенное направление тока через катушки стрелками зеленого цвета. В скобках около выводов катушек указана мгновенная полярность подводимого переменного напряжения. Теперь определим направление магнитного потока через катушки с помощью правила правой руки для соленоида.

Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Для удобства над каждой катушкой нарисована ладонь правой руки. Направление магнитного поля внутри катушки указано красной стрелкой. Направление магнитного потока Ф0 внутри сердечника совпадает с направлениями магнитных полей катушек, по величине равно сумме магнитных потоков каждой катушки и показано штрих-пунктирной линией красного цвета.

Если поменять местами выводы любой из катушек, то направление магнитного поля этой катушки изменится на противоположное. Поэтому магнитные потоки каждой катушки в сердечнике будут компенсировать друг друга и общий магнитный поток станет равным нулю.

То есть индуктивное сопротивление такого соединения катушек также станет равным нулю. В цепь переменного тока окажется включенным только лишь сумма активных сопротивлений провода катушек, которая очень мала. Такая ситуация грозит «бытовой катастрофой» и очень опасна для первичных обмоток силовых трансформаторов радиоаппаратуры — может привести к выходу их из строя, а также нанести вред сети ~220 В.

Для упрощения понимания всего вышеизложенного мысленно можно произвести следующее действие. Напоминаю, мысленно разрываем и выпрямляем сердечник с катушками в одну прямую линию. И видим, что точка (начало обмотки) у одной из катушек по «электротехническим понятиям» стоит не на месте, то есть по правилам она должна стоять у противоположного конца. А катушки, как указано на принципиальной электрической схеме, соединены правильно — последовательно-синфазно (соединены начало одной обмотки с концом другой).

Необходимо запомнить, что на принципиальных электрических схемах, при изображении трансформаторов на стержневых сердечниках (например, типа ПЛ) с двумя катушками, точками могут отображаться «технологические начала» обмоток, то есть применяемые при изготовлении (намотке) катушек, которые реально не соответствуют «электротехническим началам» у одной из катушек.

Источник: https://www.elsys.biz/wpblog/?p=1527

Соединение обмоток трансформатора (параллельное, последовательное и смешанное соединение).

Видео по этой теме:

Трансформатор является электротехническим устройством, которое способно преобразовывать электрическую энергию посредством электромагнитных полей. Конструкция классического трансформатора представляет собой магнитопровод, состоящий из пластин (с хорошими ферромагнитными свойствами) и имеющий замкнутый контур (может быть круглым, Ш-образным, П-образным). На этот ферромагнитный сердечник наматываются обмотки медного провода. Обычно это первичная и вторичная обмотка.

Смысл трансформатора заключается в том, что при подачи переменного тока на первичную обмотку вокруг сердечника образуется переменное электромагнитное поле. Это поле порождает во вторичной обмотке ЭДС (электродвижущую силу). Значение тока и напряжения на вторичной намотке будет зависит от пропорциональности количества витков между первичной и вторичной обмоткой. Но и первичная обмотка должна быть рассчитана на свои величины тока и напряжения, поскольку неверное количество витков и сечения провода намоток влияют на КПД трансформатора (коэффициент полезного действия).

Намотки трансформатора можно соединять между собой определенным образом. Соединение обмоток трансформатора бывает параллельным, последовательным и смешанным. Итак, у нас имеется трансформатор, у которого есть две первичные обмотки и две вторичные. Его первичные обмотки рассчитаны на переменное напряжение с величиной 110 вольт. Вторичные по 6 вольт. Если у нас сеть на 220 вольт, то мы должны первичные обмотки соединить последовательно (110 + 110 = 220), после чего смело может на эту объединенную первичную обмотку подавать 220 вольт. Хотя если сеть у нас оказалась на 110 вольт, то подавать это напряжение можно на любую намотку, рассчитанную на 110 вольт.

Итак, на вторичной обмотке у нас на каждой будет переменное напряжение по 6 вольт. Если мы их объединим последовательно, то в итоге получим удвоенное напряжение 12 вольт. Если же мы эти вторичные обмотки соединить параллельно, то в этом случае напряжение останется прежним, а именно 6 вольт, но вот сила тока уже увеличится вдвое. Учтите, что количество витков у трансформатора влияет на напряжение, а сечение провода намотки на его силу тока. Обязательным условием для параллельного соединения должно быть одинаковость намоток по количеству витков. Если этой одинаковости не будет, то напряжение этой разницы станет негативно влиять на работу трансформатора, уменьшая его КПД и вызывая дополнительный нагрев сердечника.

Соединение обмоток трансформатора смешанным типом подразумевает по собой одновременное соединение и параллельными и последовательными способом. В этом случае будет повышаться и сила тока на намотках и напряжение. А что будет если мы будем соединять обмотки трансформатора, имеющие разное сечение? Если это параллельное соединение, то это равносильно тому, что сечение обмоток будет просто суммироваться (будет повышаться сила тока, которое соответствует общему, суммарному сечению провода намоток). Если же это последовательное соединение обмоток трансформатора, то итоговая сила тока будет соответствовать обмотке, у которой наименьший диаметр провода.

P.S. Наиболее практичным соединением намоток трансформатора можно считать вариант, когда за счет последовательного соединения можно подбирать наиболее подходящее напряжение на вторичной обмотке. Мы наматываем вторичную обмотку с отводами, имеющими определенный шаг (к примеру делаем 10 обмоток, на каждой из которых по 3 вольта). В итоге мы имеем возможность получать любое напряжение от нуля до 30 вольт с шагом в 3 вольта. В этом случае мы имеем наибольшую экономию электроэнергии, в отличии от способа, когда имея на выходе только 30 вольт делаем нужное напряжение за счёт схемы стабилизатора (излишек напряжения расходуется просто в нагрев). Учтите, что при соединении обмоток трансформатора имеет значение их направленность (полярность).

как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора

Как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора

Типичный понижающий трансформатор с двумя первичными (Primary) и двумя вторичными (Secondary) обмотками, представлен на изображении.

Темная точка обозначает начало  обмотки (идентичную полярность обмоток в данной точке)

Объединяя обмотки первичные между собой, мы тем самым назначим применение трансформатору либо в сети с напряжением переменного тока — 110 -120 vv, либо в сети переменного тока 220 — 240 vv .

Объединяя   вторичные обмотки трансформатора и в зависимости от схемы объединения, мы тем самым определяем какое схемное решение будет использовать ту или иную схемы объединения вторичных обмоток трансформатора.

Манипулируя способом объединения между собой первичных и между собой вторичных обмоток трансформатора мы можем увеличить или уменьшить выходное напряжение или мощность. А также пределы входного напряжения.

Как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора

Типовое соединение первичных обмоток трансформатора показано на изображении с лева.

При параллельным (Parallel) соединении, напряжение питания параллельно соединенных первичных обмоток трансформатора останется неизменным в нашем примере 120 v.

В случае же последовательного (Series) соединения, напряжение питания удвоится. При таком соединении мы сможем подать, теперь уже на одну обмотку общую 240v напряжения.

Типовое соединение вторичных обмоток трансформатора.

1.Первый вариант — это когда используем как есть . Каждая вторичная обмотка трансформатора запитывает свою нагрузку.

2. Второй вариант — это последовательное соединение вторичных обмоток трансформатора.

В итоге мы получим удвоенное напряжение на выходе 2*12.

Мы получим выходное напряжение 24v при тех же токах, что и в схеме независимой работы вторичных обмоток.

3. Третий вариант — это схема со средней точкой. Этот вариант применим в схемах  с двуполярным питанием.

4. Четвертый вариант — это параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора. Такая схема увеличивает в двое выходной ток. Увеличивает выходную мощность , напряжение остается прежним.

Как соединить две первичные и две вторичные обмотки трансформатора. Трансформаторы с двойными обмотками перевичными и двойными обмотками вторичными, имеют хорошую универсальность, что дает возможность их использования в различных схемных решениях.

Один из таких трансформаторов, с двумя первичными обмотками на напряжение 115 v (2*115v) и двумя вторичными обмотками на напряжение 12 v (2*12v)  номинальной мощностью 8va , предназначенный для использования в цепях переменного тока 50-60gz — Трансформатор 2x115V 2x12V 8VA 50-60hz, смотреть Здесь.



Post Views:
23 457

Как соединить две вторичные обмотки трансформатора

кондёр » 13 апр 2009, 09:50

Re: Параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора?

ASD » 13 апр 2009, 14:51

Можно только в том случае, если трансформаторы и их обмотки абсолютно одинаковы.
Проверить можно так. Соедините первичные обмотки трансформаторов параллельно, а у двух вторичных соедините два одноименных вывода (например, начала). Включите трансформаторы в сеть и измерьте напряжение между оставшимися свободными выводами соединенных вторичных обмоток. Если оно близко к удвоенному напряжению одной обмотки, необходимо одну (любую) из обмоток «перевернуть», т. е . поменять местами ее выводы. При напряжении между свободными выводами вторичных обмоток близком к нулю (чем меньше, тем лучше), эти выводы можно попробовать соединить. Если при этом не произойдет ничего плохого (не проскочит огромная искра, провода не начнут греться, а трансформаторы сильно гудеть), то обмотки можно соединить «намертво». В противном случае – увы.

Соединять параллельно выпрямители можно тоже лишь в случае полной идентичности и трансформаторов и самих выпрямителей. Иначе один из них (тот, что дает большее напряжение) окажется сильно перегруженным, а тот, напряжение на выходе которого было меньше – недогруженным или вообще не станет работать, так как его диоды перестанут открываться.

Re: Параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора?

Sergey » 13 апр 2009, 14:58

Re: Параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора?

ASD » 13 апр 2009, 15:54

Re: Параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора?

Designer » 15 апр 2009, 16:25

Re: Параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора?

кондёр » 17 апр 2009, 04:11

Re: Параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора?

Designer » 17 апр 2009, 06:05

Давайте попробуем разобраться, как можно соединить между собой обмотки трансформатора. Будем разбираться с обычными, довольно маломощными трансформаторами, которые применяются в электронике.

Если посмотреть на схему трансформатора, то иногда можно заметить точки у некоторых выводов обмоток (пример).

Точки на графическом обозначении у краёв обмоток трансформатора обозначают начала этих обмоток.

Следует отметить, что точка, поставленная у одного из выводов обмотки, характеризуют направление намотки обмотки, от чего зависит полярность мгновенного значения напряжения между выводами данной обмотки (говоря по-научному — фаза выходного напряжения). Выводы, обозначенные точками, условно называются началами обмоток, а противоположные — концами обмоток.

Обозначения одноименных выводов обмоток условно: точки можно перенести на противоположные выводы всех обмоток одного и того же трансформатора — соотношение фаз выходных напряжений обмоток между собой не изменится.

Иногда, для упрощения понимания показываемого соединения обмоток, ставят значки «плюс» и «минус» у выводов обмоток (пример). Эти знаки соответствуют мгновенной полярности выходного (или входного) напряжения на данной обмотке. Все напряжения и токи обмоток — переменные, то есть периодически меняют своё направление (полярность) и величину, но если брать в рассмотрение один, очень короткий момент времени, то можно рассматривать вполне определенную полярность и значение выбранной физической величины.

Значение и направление переменной величины, соответствующее данному моменту времени, называется мгновенным значением переменной величины.

Естественно, что у всех точек у одного трансформатора, в данный момент времени будет «плюс» (или «минус» — по нашему усмотрению), а у противоположного вывода обмотки — «минус» (или, соответственно — «плюс»).

Знание выводов начала и конца обмоток значительно облегчает правильное соединение обмоток между собой или их правильное включение в электрическую схему, когда её работа зависит от взаимной фазировки подводимых напряжений.

Фазы подводимого к трансформатору напряжения (напряжения на первичной обмотке) и напряжений на вторичных обмотках совпадают.

Последовательное соединение первичных обмоток трансформатора.

Наиболее часто последовательное соединение первичных обмоток применяется в трансформаторах, выполненных на П-образном сердечнике с неразветвленным магнитным потоком (например сердечники типа ПЛ), обмотки которых выполнены симметрично на двух катушках (Рис. 1.).

Рис. 1. Внешний вид трансформатора на сердечнике типа ПЛ.

В этом случае обмотки включаются последовательно согласно (синфазно). Рабочее напряжение, подводимое к соединённым подобным образом обмоткам, равно сумме рабочих напряжений каждой из обмоток. Подробно включение обмоток подобных трансформаторов рассматривается далее.

Встречное (противофазное) включение первичных полуобмоток, выполненных на общем сердечнике типа ПЛ — запрещено. Данные полуобмотки, выполненные на двух абсолютно одинаковых катушках, имеют одинаковые параметры. При встречном включении их индуктивности взаимно компенсируются, и общая индуктивность всей первичной обмотки становится равной нулю. Поэтому нагрузкой сети будет являться только активное сопротивление провода этих обмоток, которое составляет доли ома. Результат — выход трансформатора из строя.

Сейчас более тщательно рассмотрим последовательное включение первичных обмоток двух различных трансформаторов (Рис. 2а). Показанная схема приводилась, как рекомендуемая, на одном из форумов. Вопрос стоял так:

«…как соединить два одинаковых трансформатора с первичными обмотками по 110 вольт, если допустимый ток вторичных обмоток — 2А, а для лабораторного двуполярного блока питания нужен ток не менее 3А?»

Рис. 2. Последовательное включение первичных обмоток трансформаторов.

Пока не будем рассматривать соединение вторичных обмоток, а сосредоточимся на соединении первичных. На Рис. 2б приведена эквивалентная схема включения входных цепей двух трансформаторов. RэTV1 — эквивалентное сопротивление трансформатора TV1, RэTV2 — TV2. В режиме холостого хода (без нагрузки) или при одинаковой нагрузке трансформаторов напряжение сети Uсети делится поровну между одинаковыми эквивалентными сопротивлениями и составляет 110 В.

Из схемы видно, что трансформатор TV1 питает цепь только положительного выходного напряжения, а трансформатор TV2 — только отрицательного. Вполне возможен режим работы, когда вся нагрузка подключается только, например, к выходу положительного напряжения, а отрицательный вывод лабораторного БП остается отключенным. Тогда вся нагрузка приложена к трансформатору TV1, а TV2 при этом работает практически в режиме холостого хода.

Соотношение эквивалентных входных сопротивлений трансформаторов изменяется. Эквивалентное входное сопротивление трансформатора TV1 падает, а эквивалентное сопротивление трансформатора TV2 остается неизменным. Поэтому напряжения на первичных обмотках трансформаторов также изменяются — напряжение на входе TV1 — UTV1 уменьшается, а на входе TV2 увеличивается на эту же величину, так как их сумма (напряжение сети) остается неизменной. То есть, это явление может привести к значительной перегрузке трансформаторов по величине входного напряжения и, при длительном её воздействии, даже к выходу их из строя.

Дополнительная нестабильность входного напряжения двух трансформаторов, которая возникает из-за последовательного включения их первичных обмоток, не добавляет популярности подобному включению, поэтому на практике оно применяется крайне редко.

Коротко условия последовательного включения первичных обмоток трансформаторов можно сформулировать следующим образом:

  • последовательно можно включить первичные обмотки двух конструктивно одинаковых трансформаторов с одинаковыми параметрами;
  • нагрузки обоих трансформаторов в процессе работы должны быть равны друг другу при любом режиме работы (от холостого хода до полной нагрузки).

В полной мере этим условиям удовлетворяют только разделенные на две одинаковые катушки обмотки трансформаторов на сердечниках типа ПЛ. Поэтому последовательное включение первичных полуобмоток широко применяется практически только в этих трансформаторах для взаимного соединения одинаковых половин обмоток одного трансформатора.

Параллельное соединение первичных обмоток трансформаторов.

Пример параллельного включения первичных обмоток двух трансформаторов питания приведен на Рис. 3.

Параллельное соединение первичных обмоток трансформаторов применяется каждым из нас практически ежедневно. Каждый день мы включаем в общую сеть

220 вольт множество электронной аппаратуры, оснащенной силовыми трансформаторами питания. При этом никаких вопросов и сомнений по поводу мощности или фазировки первичных обмоток этих трансформаторов у нас не возникает.

Поэтому можно сделать вывод, что параллельно можно включать первичные обмотки трансформаторов любой мощности и любой конструкции. Взаимная фазировка первичных обмоток имеет смысл только при непосредственном соединении между собой также и вторичных обмоток подключаемых трансформаторов, например, как показано на Рис. 3.

Рис. 3. Параллельное соединение первичных обмоток трансформаторов.

Последовательное соединение вторичных обмоток трансформатора.

Чаще всего применяется последовательное соединение вторичных обмоток трансформаторов. Пример такого соединения приведен на Рис. 4а — согласное (синфазное) соединение, Рис. 4б — встречное (противофазное) соединение.

Рис. 4. Последовательное включение вторичных обмоток трансформатора.

При синфазном соединении конец одной обмотки соединяется с началом другой. Результирующее выходное напряжение такого соединения будет равно сумме выходных напряжений каждой обмотки, так как переменные выходные напряжения обмоток находятся в фазе.

Сложение синфазных величин описано в статье Фаза. Разность фаз. Также, для упрощения, рядом с выводами обмоток на рисунке поставлены знаки «плюс» и «минус», которые указывают полярность мгновенного значения напряжения. При последовательном соединении источников постоянного тока с указанной на Рис. 4а полярностью их выходные напряжения сложаться. Это упрощает понимание и запоминание сложения (или вычитания) переменных величин и нетрудно проверить экспериментально, например, на обычных батарейках.

Максимальная величина тока, получаемого от такой составной обмотки, не должна превышать меньший из максимально допустимых токов у любой из соединяемых обмоток. В противном случае — перегрев более слабой по току обмотки (меньший диаметр провода), выход трансформатора из строя.

Практически все взаимные подключения вторичных обмоток трансформаторов производятся последовательно-синфазно. Этим способом можно соединять обмотки с любым напряжением и максимально-допустимым током.

Если в рассмотренном выше соединении вторичных обмоток трансформатора поменять местами выводы любой из обмоток, то мы получим противофазное соединение (Рис. 4б). При таком соединении начало одной обмотки соединяется с началом другой или конец одной с концом другой. Действительно, выходные напряжения каждой из обмоток находятся в противофазе друг к другу, что подтверждают знаки «плюс» и «минус», поставленные рядом с выводами.

При таком соединении выходное напряжение будет равно разности напряжений обмоток. Подробно сложение противофазных величин описано в статье Фаза. Разность фаз.

Напряжения и максимально-допустимые токи каждой из обмоток могут быть любыми. То есть все особенности этого подключения, как и у последовательно-синфазного способа. И, так-же, максимальная величина тока, получаемого от такой составной обмотки, не должна превышать меньший из максимально допустимых токов у любой из соединяемых обмоток.

Для понимания работы противофазного соединения обмоток одного трансформатора удобно представить их в виде встречно включенных бифилярных обмоток. В такой бифилярной катушке магнитный поток, создаваемый током каждого витка одной обмотки, компенсируется магнитным потоком, создаваемым током через соответствующий виток другой обмотки. Суммарный поток соответствующих витков обеих катушек равен нулю (Рис. 5).

Рис. 5. Бифилярная намотка, не обладающая индуктивностью.

Общий поток суммы компенсирующих друг друга витков также равен нулю, поэтому не оказывает никакого влияния на магнитный поток сердечника и, таким образом, никак не влияет на мощность, потребляемую из сети. Но остаются витки в большей из обмоток, магнитный поток которых не компенсируется витками другой обмотки. Вот только эта избыточная часть витков большей обмотки и будет в полной мере учавствовать в работе трансформатора.

Основной недостаток такого соединения — увеличение сопротивления составной обмотки по сравнению с отдельной обмоткой на это же выходное напряжение (соответственно увеличение расхода меди, увеличение места, занимаемого обмотками, снижение КПД трансформатора).

Совсем другая картина возникает при встречном (противофазном) соединении обмоток разных трансформаторов. В этом случае катушки нельзя рассматривать, как бифилярные — сердечники у трансформаторов разные и магнитные потоки каждой обмотки никак не взаимодействуют друг с другом, потому что сосредоточены каждый в своём сердечнике.

Поэтому мощность, потребляемая от сети больше и равна сумме мощностей каждой отдельной обмотки, в отличие от тех же обмоток на одном трансформаторе, где мощность получаемая от сети примерно равна мощности только нескомпенсированной части большей обмотки. Напряжение составной обмотки всё также равно разности напряжений входящих в неё обмоток.

Последовательно-противофазное включение обмоток применяется очень редко, практически только для экспериментальных целей.

Параллельное соединение вторичных обмоток трансформатора.

Параллельное соединение вторичных обмоток может применятся, если ток, получаемый от одной обмотки, слишком мал для нормальной работы устройства. В этом случае можно соединить параллельно несколько обмоток с одинаковыми выходными напряжениями. Результирующий выходной ток такого соединения будет равен сумме выходных токов каждой обмотки. Выходное напряжение равно выходному напряжению одной обмотки.

Параллельное соединение вторичных обмоток показано на Рис 6.

Рис. 6. Параллельное включение вторичных обмоток трансформатора.

Рассмотрим требования, предъявляемые к обмоткам при их параллельном соединении.

  • Применяется только синфазное параллельное соединение обмоток (Рис 6а).

При параллельном-синфазном соединении начало одной обмотки соединяется с началом второй, конец первой — с концом второй.

При противофазном параллельном соединении (Рис 6б), начало одной обмотки соединяется с концом другой (получается последовательное синфазное соединение — выходное напряжение равно сумме выходных напряжений каждой обмотки), оставшиеся свободные концы так-же соединяются — получается короткое замыкание общей, объединенной обмотки и выход трансформатора из строя.

Поэтому параллельное противофазное соединение обмоток применять нельзя, что и показано на Рис. 6б.

  • Параметры соединяемых обмоток (выходное напряжение и максимально-допустимый ток) должны быть одинаковы.

Лучше соединять параллельно одинаковые обмотки одного трансформатора. Допускается разброс параметров обмоток до 3%. При увеличении разброса параметров возникают уравнивающие токи между параллельно соединенными обмотками трансформатора, которые никак не попадают в нагрузку и могут достигать значительной величины. Это резко снижает КПД трансформатора, увеличивает его нагрев, может привести к выходу из строя.

А мы рассмотрим специфику соединения обмоток трансформаторов, выполненных на сердечниках типа ПЛ. Основная особенность таких трансформаторов состоит в том, что их обмотки выполняются в виде двух абсолютно одинаковых катушек, располагаемых на двух разных кернах одного сердечника (посмотреть).

Конечно, существуют трансформаторы на стержневых сердечниках, обмотки которых выполнены на одной катушке (пример). Но подключение их обмоток ничем не отличается от описанных в части 1 этой статьи, поэтому сейчас они не рассматриваются.

Все обмотки трансформатора делятся пополам. Каждая полуобмотка наматывается на своей катушке. При включении в схему все полуобмотки одной катушки соединяются с соответствующими полуобмотками другой катушки последовательно-синфазно.

В исключительных случаях допускается параллельное соединение одинаковых полуобмоток одного трансформатора для увеличения отдаваемого тока. Но при этом необходим контроль за изменением режима работы трансформатора, хотя бы по изменению тока холостого хода.

Расположение всех обмоток на двух катушках снижает расход медного провода, улучшает теплоотвод от внутренних витков катушек, дает другие преимущества. Для упрощения и удешевления производства обе катушки наматываются по одной технологической схеме, то есть имеют одинаковое направление намотки. Этот факт немного усложняет правильное взаимное соединение обмоток.

Посмотрим на Рис.1а, где изображена электрическая принципиальная схема трансформатора на сердечнике типа ПЛ с обмотками, расположенными на двух катушках. Номера обмоток и номера выводов одной катушки продублированы и у второй катушки, только со знаком «штрих». Но самое главное, что знаки «точка» (начало обмотки) стоят у выводов с одинаковыми номерами у обеих катушек.

Рис.1. Трансформатор на сердечнике типа ПЛ.

С точки зрения технологии (порядка изготовления катушек) — всё правильно. Намотка обеих катушек начинается, например, от вывода 3 (3’). Теперь посмотрим на Рис.1б, где изображены две одинаковые катушки, с одинаковым направлением намотки на сердечнике. Соединим их между собой, как указано на Рис.1а, то есть конец одной с концом другой.

Также на Рис.1б показано мгновенное направление тока через катушки стрелками зеленого цвета. В скобках около выводов катушек указана мгновенная полярность подводимого переменного напряжения. Теперь определим направление магнитного потока через катушки с помощью правила правой руки для соленоида.

Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Для удобства над каждой катушкой нарисована ладонь правой руки. Направление магнитного поля внутри катушки указано красной стрелкой. Направление магнитного потока Ф внутри сердечника совпадает с направлениями магнитных полей катушек, по величине равно сумме магнитных потоков каждой катушки и показано штрих-пунктирной линией красного цвета.

Если поменять местами выводы любой из катушек, то направление магнитного поля этой катушки изменится на противоположное. Поэтому магнитные потоки каждой катушки в сердечнике будут компенсировать друг друга и общий магнитный поток станет равным нулю.

То есть индуктивное сопротивление такого соединения катушек также станет равным нулю. В цепь переменного тока окажется включенным только лишь сумма активных сопротивлений провода катушек, которая очень мала. Такая ситуация грозит «бытовой катастрофой» и очень опасна для первичных обмоток силовых трансформаторов радиоаппаратуры — может привести к выходу их из строя, а также нанести вред сети

Для упрощения понимания всего вышеизложенного мысленно можно произвести следующее действие. Напоминаю, мысленно разрываем и выпрямляем сердечник с катушками в одну прямую линию. И видим, что точка (начало обмотки) у одной из катушек по «электротехническим понятиям» стоит не на месте, то есть по правилам она должна стоять у противоположного конца. А катушки, как указано на принципиальной электрической схеме, соединены правильно — последовательно-синфазно (соединены начало одной обмотки с концом другой).

Необходимо запомнить, что на принципиальных электрических схемах, при изображении трансформаторов на стержневых сердечниках (например, типа ПЛ) с двумя катушками, точками могут отображаться «технологические начала» обмоток, то есть применяемые при изготовлении (намотке) катушек, которые реально не соответствуют «электротехническим началам» у одной из катушек.

Здравствуйте, уважаемые. Помогите в одном вопросе. Есть две лампы-прожектора для бассейна на 300 ватт каждая и напряжение 12 вольт. Есть трансформаторы 220/12 вольт на 250 ватт (других нет). Как подключить трансформаторы, чтоб всё работало?

Параллельно, тогда напряжение остается 12 в, а мощность повышается. При параллельном соединении нужно соблюсти порядок фаз на выходе, двумя словами фаза А соединяется с А2, фаза В с фазой В2.

2leonard Только если у трансформаторов одинаковые выходные напряжения и выходные сопротивления, а иначе один из них будет перегреваться

А разделения первичной обмотки (и вторичной) 110+110 случайно нет?

2oKELA там может и электронный быть.

Спасибо за ответы. Трансформаторы тороидальные, без сердечников. Четыре вывода – два потоньше (понятно – 220 в) и два большого сечения – 12 вольт.

Параллельно, тогда напряжение остается 12 в, а мощность повышается. При параллельном соединении нужно соблюсти порядок фаз на выходе, двумя словами фаза А соединяется с А2, фаза В с фазой В2.

Обьясните, плз, на пальцах, как это?

2alian Без сердечников быть не могут, сгорят. Сердечник – железный тор, на котором обмотки и намотаны.

Понятно, буду знать.

Только если у трансформаторов одинаковые выходные напряжения и выходные сопротивления, а иначе один из них будет перегреваться

То есть, если купить одинаковые по характеристикам на шильдиках трансформаторы, то совсем не обязательно они нормально оба будут работать в параллель? А можно это както исправить?

Возможен при параллельном включении нагрев транса из-за неодинаковости характеристик и витков.
У торов это явление в несколько меньшей степени. Т.к. колличество витков обычно более точное.

alian написал :
То есть, если купить одинаковые по характеристикам на шильдиках трансформаторы, то совсем не обязательно они нормально оба будут работать в параллель? А можно это както исправить?

Лучше всего взять из одной партии, отобрать под номинальной нагрузкой с макс близким выходным напряжением. А вообще в отечественных всегда некоторый запас был – попробуйте погонять 300Вт лампу содним трансом – будет транс греться сильно, тогда ставьте пару.
Выходы параллельно соединенных трансов надо фазировать – иначе сгорят нафиг из-за замыкания выхода одного на другой.

2alian А не проще купить один на 630Вт?

oKELA написал :
У торов это явление в несколько меньшей степени. Т.к. колличество витков обычно более точное.

Еще зависит от площади сечения меди выходной обмотки, намотали в одном 15х0.7, а в другом 15х0.65 ( ну кончился 0.7 , бывает )

Простите, пытаюсь разобраться. У двух трансформаторов выходы можно запараллелить только двумя различными способами. (Либо так, либо наоборот ) Неужели они не равнозначны и правильный только один из них?

А не проще купить один на 630Вт?

Проще конечно, но нету!

Это , мдс и другое я обозвал разнением характеристик

iale написал :
попробуйте погонять 300Вт лампу содним трансом – будет транс греться сильно,

Трансформаторы допускают перегрузку до получаса, а так (из практики) лучше их эксплуатировать на 0,9 мощности.

alian написал :
Неужели они не равнозначны и правильный только один из них?

При подключеных первичных обмотках – только один из них

alian написал :
Проще конечно, но нету!

oKELA написал :
При подключеных первичных обмотках – только один из них

Понятно. Ну и последний вопрос, как определить, какой правильный. Есть тестер, отвёртка-индикатор.

oKELA написал :
Трансформаторы допускают перегрузку до получаса, а так (из практики) лучше их эксплуатировать на 0,9 мощности.

Да как сказать, у меня монтажники умудряются из 600 Вт транса 750-800 паяльниками выжать. Говорю- сожжете, они – не все нормально, немного горячий и всё, в 2 смены уж полгода так.

alian написал :
Обьясните, плз, на пальцах, как это?

На выходе транса два провода, один А второй В, во втором трансе А1 и В1. соединяем А с А1, В с В1. Если соединить иначе будет замыкание.

leonard написал :
На выходе транса два провода, один А второй В, во втором трансе А1 и В1. соединяем А с А1, В с В1. Если соединить иначе будет замыкание.

Класс , осталось только у них спросить – «ты А , или В»

alian написал :
Понятно. Ну и последний вопрос, как определить, какой правильный. Есть тестер, отвёртка-индикатор.

Берем 2 транса. Соединяем первички параллельно. У вторичек содиняем вместе по одному проводу.
Вторые провода разводим в воздухе. Включаем в сеть. К разведенным проводам касаемся лампочкой на 12-24В, если вспыхнула – фазировка неправильная, не горит – правильная и эти провода можно соединить. Теперь в фазе и между спаренными проводами 12В.

Спасибо большое за консультации. Завтра попробую, отпишусь о результатах.

iale написал :
из 600 Вт транса 750-800 паяльниками выжать.

Условия охлаждения разные, у ребят все на виду, с ветерком, а здесь в шкафчик придется прятать.

oKELA написал :
а здесь в шкафчик придется прятать.

Да такой же шкафчик, транс в шкафчике, сбоку тумблер с неонкой, предохранитель и клеммы на изоляционной пластинке для паяльников.

Для себя, порой на многое глаза закрываем, а когда заказчику – то по-другому смотрим

2oKELA часто бывает и наоборот – для себя все самое лучшее, а другому и так сойдет.

Бывает, а бывает и так, что официант включил масляный радиатор (более КилоВатта) в своей каюте через трансформатор 400Вт и подпалил кораблик – кажется – Колхиду, уже не помню на нем ли это произошло, это было в годы когда Власов МВД возглавлял.

трансы паралелить не лучшая идея
я бы воткнул первички последовательно и вторички последовательно
только на рабочем токе перекос поменять по трансам

А вот в Непале не заморачиваются, транс один, а к нему куча проводов –
» >
Хотел бы я быть электриком в этом районе Катманду

Do Home Yourself написал :
я бы воткнул первички последовательно и вторички последовательно
только на рабочем токе перекос поменять по трансам

Железу в трансе жизнь бы облегчилась, безусловно, но – выходная обмотка рассчитана на определенный ток, для 250Вт – 12В,20А. Для последовательного включения на выходе одного транса будет 6В, но нагружать обмотку можно теми же 20А ( на такой ток сечение расчитано ). Для 300 Вт нужно уже 25А выходного тока, т.е. выделение тепла в обмотке увеличится в 1.5 раза ( хотя надо смотреть сечение выходной обмотки реального транса – при запасе по сечению меди может и такой вариант прокатить).

Естественно речь пойдет о классических трансформаторах , т.е. состоящих из обмоток и сердечника))

Еще в советские времена параллельное включение трансформаторов вовсю практиковалось на больших заводах. Причина самая банальная – трас должен быть таких габаритов, чтобы его можно было перевезти по железной дороге. Мощность одиночного трасформатора при таких габаритных ограничениях порой была ниже требуемой в 1.5-6 раз. Вот и включали их параллельно. Причем даже от разных производителей.

Условия параллельного включения трансформаторов:

  1. Одинаковые значения номинальных напряжений на первичных и вторичных обмотках.
  2. Одинаковые чередования фаз (для 3-х фазных трансформаторов).
  3. Одинаковые напряжения короткого замыкания.

Если все условия выполнены, то распределение передаваемой мощности будет пропорционально номинальной мощности каждого трансформатора. Т.е. включив в параллель 3 транса мощностями 300, 150 и 180 Вт (итого 630 Вт) и передавая общую мощность 420Вт (0.667 от сумм. номинальной)через 1-й будет передаваться 200 Вт, через 2-й 100 и 120 через 3-й. Если напряжения к.з. разные, то бОльшая перегрузка будет приходится на транс с меньшим напряжением.

Напряжение короткого замыкания – значение напряжения, поданного на первичную обмотку так, что при закороченной накоротко вторичной обмотке ток в первичной обмотке трансформатора был равен номинальному.

Это теория. Теперь что бы я сделал в данном случае.
Если невозможно экспериментально определить напряжение короткого замыкания, то:

  1. Проверить параллельную работу на холостом ходу (с предохранителем в сетевом шнуре ). Померить токи холостого хода для каждого траса. (должны быть не более нескольких милиампер)
  2. Нагрузить вашу конструкцию где-то ватт на 150-200 (включить 2 лампы последовательно или использовать лампы дальнего света из машины).
  3. Посмотреть разброс токов в первичных обмотках. Если токи примерно одинаковы, то можете смело подключать полную нагрзку. Если различаются в несколкьо раз (более 5 ), то при ваших мощностях один из трансов будет работать с перегрузкой и от такого извращения следует отказаться.

ТПП 319-220-50 Трансформатор стержневой конструкции 200 Ватт, трансформаторы питания, код ТПП319-220-50, цена 2 163,00 ₽

Здравствуйте! Вы попали на доску объявлений. Сотрудники Promelectrica.ru разместили тут товары, которые Вам могут быть интересны. Информация о наличии по телефонам (495) 640-04-53 и (495) 640-04-53

Подробное описание

ТПП-319-220-50 Трансформатор стержневой конструкции

Трансформаторы ТПП319 на 220 Вольт выпускались с 1979 года, у трансформаторов этой серии одна первичная обмотка, а нумерация контактов, как у трансформаторов на 127/220 Вольт (ТПП319-127/220-50).

Электрические параметры, вес и габариты трансформаторов ТПП319 на 220 Вольт, как у ТПП319 на 127/220 Вольт.

Технические характеристики трансформатора ТПП 319-220-50:

Сердечник трансформатора: ПЛМ27х40х58

Вес: 3.85 кг

Мощность трансформатора 200 Ватт

Ток первичной обмотки трансформатора: 2.03/1.15 Ампер

— между контактами 1 и 2: 7 Вольт,

— между контактами 6 и 7: 7 Вольт,

— между контактами 2 и 3: 100 Вольт,

— между контактами 7 и 8: 100 Вольт,

— между контактами 3 и 4: 20 Вольт,

— между контактами 8 и 9: 20 Вольт,

— между контактами 4 и 5: 11 Вольт,

— между контактами 9 и 10: 11 Вольт.

Выводы вторичных обмоток, напряжение и допустимый ток:

11-12: 2.5 Вольт 8 Ампер,

13-14: 2.5 Вольт 8 Ампер,

15-16: 10 Вольт 8 Ампер,

17-18: 10 Вольт 8 Ампер,

19-20: 0.63 Вольт 8 Ампер,

21-22: 0.63 Вольт 8 Ампер.

В трансформаторах ТПП319 возможны следующие варианты соединений:

— последовательное включение разных вторичных обмоток позволит подобрать необходимое Вам выходное напряжение

— параллельное соединение вторичных обмоток позволит Вам повысить мощность на выходных обмотках.

При последовательном включении обмоток с различными допустимыми токами, ток, проходящий через обмотки, не должен превышать минимально допустимого.

Параллельное соединение допускается только для тех обмоток, напряжение на зажимах которых одинаковы.

Максимальные отклонения напряжения вторичных обмоток трансформаторов ТПП319:

— при нормальных климатических условиях: ±5%,

— при предельно допустимых, повышенная температура +85°С и пониженная –60°С: 6—9%.

Сопротивление изоляции трансформаторов ТПП319 при максимально допустимой температуре +85°С: 20 МОм.

Сопротивление изоляции трансформаторов ТПП319 при кратковременном воздействии в течение 10 суток повышенной влажности воздуха при +40°С: 50 МОм и выше, для трансформаторов группы УХЛ: 20 МОм и выше.

Трансформаторы — ООО «ПРОМЭНЕРГО-НН»

Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод(сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкогоматериала.

Трансформатор силовой ОСМ 0,16 — Однофазный Сухой Многоцелевого назначения мощностью 0,16 кВА

Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора.1 — первичная обмотка,2 — вторичная

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

  1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
  2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемуюпервичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменныймагнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производноймагнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Форма напряжения во вторичной обмотке связана с формой напряжения в первичной обмотке довольно сложным образом. Благодаря этой сложности удалось создать целый ряд специальных трансформаторов, которые могут выполнять роль усилителей тока, умножителей частоты, генераторов сигналов и т. д.

Исключение — силовой трансформатор. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П.Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

В случае силового трансформатора, работающего в схеме Преобразователя Мотовилова по патенту России № 2016483, он преобразует постоянный силовой ток первичной обмотки в постоянный силовой ток вторичной обмотки при прямоугольном переменном напряжении на обеих обмотках. Последнее выпрямляется в постоянное напряжение так, что на входе и выходе схемы Мотовилова действуют постоянные токи при постоянном напряжении.

Режимы работы трансформатора

1.Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. По первичной обмотке протекает ток холостого хода, главной составляющей которого является реактивный ток намагничивания. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике (т. н. «потери в стали»).

2. Режим нагрузки. Этот режим характеризуется работой трансформатора с подключенным источником в первичной, и нагрузкой во вторичной цепи трансформатора. Во вторичной обмотке протекает ток нагрузки, а в первичной — ток, который можно представить как сумму тока нагрузки (пересчитанного из соотношения числа витков обмоток и вторичного тока) и ток холостого хода. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

3.Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. Это разновидность режима нагрузки, при котором сопротивление вторичной обмотки является единственной нагрузкой. С помощью опыта короткого замыкания можно определить потери на нагрев обмоток в цепи трансформатора («потери в меди»). Это явление учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Виды трансформаторов

Трансформатор

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор переменного тока — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Слово «силовой» отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями. Необходимость применения силовых трансформаторов обусловлена различной величиной рабочих напряжений ЛЭП(35-750 кВ), городских электросетей (как правило 6,10 кВ), напряжения, подаваемого конечным потребителям (0,4 кВ, они же 380/220 В) и напряжения, требуемого для работы электромашин и электроприборов (самые различные от единиц вольт до сотен киловольт).

Силовой трансформатор постоянного токаиспользуется для непосредственного преобразования напряжения в цепях постоянного тока. Термин «силовой» показывает отличие таких трансформаторов от измерительных устройств класса «Трансформатор постоянного тока».

Автотрансформатор

Автотрансформа?тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно.

Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4. Существенным достоинством является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Трансформатор тока

Трансформа?тор то?ка — трансформатор, первичная обмотка которого питается от источника тока. Типичное применение — для снижения тока первичной обмотки до удобной величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации, кроме того, трансформатор тока осуществляетгальваническую развязку (в отличие от шунтовых схем измерения тока). Обычно номинальное значение тока вторичной обмотки распространённых трансформаторов 1 А или 5 А. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с нагрузкой, переменный ток в которой необходимо контролировать, а во вторичную обмотку включаются измерительные приборы или исполнительные и индикаторные устройства, например, реле.

Вторичная обмотка токового трансформатора должна работать в режиме, близком к режиму короткого замыкания. При случайном или умышленном разрыве цепи вторичной обмотки на ней наводится очень высокое напряжение, которое может вызвать пробой изоляции, повреждение подключённых устройств.

При работе вторичной обмотки в режиме короткого замыкания отношение токов обмоток близко к (в идеальном случае равно) коэффициенту трансформации.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепяхРЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокойскважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Разделительный трансформатор

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

Согласующий трансформатор

Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей (каскадов) электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между участками схем.

Пик-трансформатор

Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Сдвоенный дроссель

Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.

Основные части конструкции трансформатора

Стержневой тип трёхфазных трансформаторов

Броневой тип трёхфазных трансформаторов

Основными частями конструкции трансформатора являются:

  • магнитопровод
  • обмотки
  • каркас для обмоток
  • изоляция
  • система охлаждения
  • прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты трансформатора и т. п.)

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

  • Стержневой
  • Броневой
  • Тороидальный

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т. e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Магнитная система (магнитопровод)

Магнитная система (магнитопровод) трансформаторавыполняется из электротехнической стали,пермаллоя, феррита или другого ферромагнитного материала в определённой геометрической форме. Предназначается для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитопровод в зависимости от материала и конструкции может набираться из пластин, прессоваться, навиваться из тонкой ленты, собираться из 2-х, 4-х и более «подков». Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называетсяостовом трансформатора.

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называетсястержень.
Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыканиямагнитной цепи, называется ярмо.

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

  1. Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости
  2. Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях
  3. Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней
  4. Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня

Обмотки]

Транспонированный кабель, применяемый в обмотке трансформатора

Дисковая обмотка

Основным элементом обмотки являетсявиток —электрический проводник, или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.

Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Сечение проводника обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства (для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При увеличении площади сечения проводника он может быть разделён на два и более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы называется жилой.

Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем.

Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный кабель. Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с постоянным шагом и применения общей внешней изоляции.

Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения требуемой общей толщины.

Обмотки разделяют по:

  1. Назначению
    • Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.
    • Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
    • Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третьей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.
  2. Исполнению
    • Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
    • Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.
    • Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.
    • Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.


    • Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов(не закончена, в работе)
      Схема соединения обмотокДиаграмма векторов напряжения
      холостого ходаПрим.1
      Условное
      обозначение
      ВННН
      У/Д-11

      Примечание: на диаграммезелёным цветомобозначены векторы обмотки «Звезда»,синим — «Треугольник»,красным — смещение вектора AB.

      В железнодорожных трансформаторах также встречается группа соединений «разомкнутый треугольник — неполная звезда».

      Варианты исполнения

      Конструкция бака допускает температурно-зависимое расширение масла. Исходя из этого трансформаторные баки делятся по конструктивному исполнению:

      1. Трансформаторы с гладким баком без расширителя (такая конструкция применяется для мощностей вплоть до 10кВА), выводы смонтированы на крышке. Температурная компенсация расширения масла производится за счёт неполного заполнения бака и создания в верхней части воздушной подушки.
      2. Трансформаторы с расширительным баком (вплоть до 63 кВА), выводы расположены на крышке.
      3. Трансформаторы с расширительным баком и радиаторами, выводы расположены на крышке. В старых конструкциях радиаторы выполнялись в виде гнутых труб, приваренных к баку — т. н. «трубчатый бак».
      4. Трансформаторы с расширительным баком, радиаторами и выводами на стенках бака на специальных фланцах (фланцевое крепление). Этот тип трансформатора имеет в обозначении литеру «Ф» и предназначается для непосредственной установки в производственном помещении («цеховое исполнение»).
      5. Трансформаторы с радиаторами, без расширителя, фланцевого крепления. Компенсация температурного расширения масла производится созданием в верхней части газовой подушки из инертного газа — азота (для исключения окисления масла воздухом). Такие трансформаторы также относятся к типу цеховых и имеют в обозначении литеру «З» — защищённое исполнение. Аварийный сброс давления производится специальным клапаном.
      6. Трансформаторы без расширителя, без радиаторов с гофробаком. Наиболее современная конструкция. Компенсация температурного изменения объёма масла происходит с помощью специальной конструкции бака с гофрированными стенками из тонкой стали (гофробак). Расширение масла сопровождается раздвиганием гофр бака. Аварийный сброс давления масла (например при внутренних повреждениях) производится специальным клапаном. Такие трансформаторы имеют в обозначении литеру «Г» — герметичное исполнение.

        Обозначение на схемах[

        На схемах трансформатор обозначается следующим образом:

        Центральная толстая линия соответствует сердечнику,1 — первичная обмотка (обычно слева),2и3 — вторичные обмотки. Число полуокружностей в очень грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности).

        При обозначении трансформатора жирной точкой около вывода могут быть указаны начала катушек (не менее чем на двух катушках, знаки мгновенно действующей ЭДС на этих выводах одинаковы). Применяется при обозначении промежуточных трансформаторов в усилительных (преобразовательных) каскадах для подчёркивания син- или противофазности, а также в случае нескольких (первичных или вторичных) обмоток, если соблюдение «полярности» их подключения необходимо для работы остальной части схемы. Если начала обмоток не указаны явно, то предполагается, что все они направлены в одну сторону (после конца одной обмотки — начало следующей).

        В схемах трёхфазных трансформаторов «обмотки» располагают перпендикулярно «сердечнику» (Ш-образно, вторичные обмотки напротив соответствующих первичных), начала всех обмоток направлены в сторону «сердечника».

        Применение трансформаторов

        Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетяхи в источниках питанияразличных приборов.


        Применение в электросетях

        Поскольку потери на нагревание проводапропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют силовые трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

        Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

        Несмотря на высокий КПД трансформатора (для трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности.

        Применение в источниках электропитания

        Компактный сетевой трансформатор

        Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины, содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до нескольких киловольт (для питания анода кинескопа черезумножитель напряжения).

        В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц.

        В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств (например в блоках питания персональных компьютеров) широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В импульсных блоках питанияпеременное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют при помощиинверторав высокочастотные импульсы. Система управления с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение.

        В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому современные импульсные блоки питания при одинаковой мощности значительно легче.

        Трансформаторы 50-60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в тех случаях, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например при высококачественном звуковоспроизведении.

        Другие применения трансформатора

        • Разделительные трансформаторы(трансформаторная гальваническая развязка). Нейтральный провод электросети может иметь контакт с «землёй», поэтому при одновременном касании человеком фазового провода (а также корпуса прибора с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же прибор включён в сеть через трансформатор, касание прибора одной рукой вполне безопасно, поскольку вторичная цепь трансформатора никакого контакта с землёй не имеет.
        • Импульсные трансформаторы(ИТ). Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ, заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.
        • Измерительные трансформаторы. Применяют для измерения очень больших или очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях РЗиА.
        • Измерительный трансформатор постоянного тока. На самом деле представляет собой магнитный усилитель, при помощи постоянного тока малой мощности управляющий мощным переменным током. При использовании выпрямителя ток выхода будет постоянным и зависеть от величины входного сигнала.
        • Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют широкое применение в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до мегаватта), например, в дизель-генераторах. Такой трансформатор представляет собой измерительный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор — трёхфазный, обязательно применяется и трёхфазный трансформатор). Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора — чем больше нагрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и наоборот.
        • Согласующие трансформаторы. Из законов преобразования напряжения и тока для первичной и вторичной обмоткивидно, что со стороны цепи первичной обмотки всякое сопротивление во вторичной обмотке выглядит враз больше. Поэтому согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадамэлектронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление. Например, высоким выходным сопротивлением может обладать выходной каскад усилителя звуковой частоты, особенно, если он собран налампах, в то время как динамики имеют очень низкое сопротивление. Согласующие трансформаторы также исключительно полезны ввысокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.

        Фазоинвертирующие и согласующие трансформаторы в выходном каскаде усилителя звуковой частоты с транзисторами одного типа проводимости. Транзистор в такой схеме усиливает только половину периода выходного сигнала. Чтобы усилить оба полупериода, нужно подать сигнал на два транзистора в противофазе. Это и обеспечивает трансформаторT1. ТрансформаторT2суммирует выходные импульсыVT1иVT2в противофазе и согласует выходной каскад с низкоомным динамиком

Что такое параллельная работа трансформатора? — Причина и необходимое условие

Считается, что трансформатор работает в параллельном режиме, когда его первичная обмотка подключена к общему источнику напряжения, а вторичная обмотка подключена к общей нагрузке.

Схема подключения при параллельной работе трансформатора показана на рисунке ниже.

Параллельная работа трансформатора имеет некоторые преимущества, например, увеличивает эффективность системы, делает ее более гибкой и надежной.Но это увеличивает ток короткого замыкания трансформаторов.

В комплекте:

Причины параллельной работы

Параллельная работа трансформатора необходима по следующим причинам:

  • Наличие одного большого трансформатора для больших и больших нагрузок непрактично и неэкономично. Следовательно, будет разумным решением подключить несколько трансформаторов параллельно.
  • На подстанциях полная требуемая нагрузка может обеспечиваться соответствующим количеством трансформаторов стандартного размера.В результате уменьшается резервная мощность подстанции.
  • Если трансформаторы подключены параллельно, значит, в будущем будет возможность расширения подстанции для обеспечения нагрузки, превышающей мощность уже установленного трансформатора.
  • В случае выхода из строя трансформатора в системе трансформаторов, соединенных параллельно, не будет прерывания подачи электроэнергии для основных служб.
  • Если какой-либо трансформатор в системе будет выведен из эксплуатации для его технического обслуживания и осмотра, непрерывность подачи питания не будет нарушена.

    Необходимые условия для параллельной работы

    Для удовлетворительной параллельной работы трансформатора необходимы два основных условия. Во-первых, полярности трансформаторов должны быть одинаковыми. Другое условие — коэффициент трансформации трансформатора должен быть одинаковым.

    Два других желательных условия заключаются в следующем: —

  • Напряжение при полной нагрузке на внутреннем импедансе трансформатора должно быть одинаковым.
  • Отношение сопротивлений обмоток к реактивным сопротивлениям должно быть одинаковым для обоих трансформаторов.Это условие гарантирует, что оба трансформатора работают с одинаковым коэффициентом мощности, тем самым разделяя их активную мощность и реактивную мощность вольт-ампер в соответствии с их номинальными параметрами.

Это все про параллельную работу трансформатора.

Принципы параллельного подключения трансформаторов (2)

Принципы параллельного подключения трансформаторов (часть 2)

Продолжение первой части — Принципы параллельного подключения трансформаторов (1)

Другое необходимое условие для параллельной работы

  1. Все параллельно блоки должны питаться от одной сети.
  2. Вторичные кабели от трансформаторов до точки параллельности имеют примерно одинаковую длину и характеристики.
  3. Разница напряжений между соответствующими фазами не должна превышать 0,4%.
  4. При параллельной работе трансформаторов ток короткого замыкания на вторичной стороне будет очень высоким. Предположим, что процентное сопротивление одного трансформатора составляет, скажем, 6,25%, МВА короткого замыкания будет 25,6 МВА, а ток короткого замыкания — 35 кА.
  5. Если трансформаторы имеют одинаковый номинал и одинаковое процентное сопротивление, то выходной ток короткого замыкания будет в 3 раза (поскольку 3 трансформатора включены параллельно) примерно 105 кА.Это означает, что все устройства, такие как автоматические выключатели, автоматические выключатели, распределительные щиты, должны выдерживать ток короткого замыкания 105 кА. Это максимальный ток. Этот ток будет уменьшаться в зависимости от расположения коммутационных панелей, кабелей, длины кабеля и т. Д. Однако этот аспект следует принимать во внимание.
  6. На вторичной обмотке трансформаторов должны быть направленные реле.
  7. Полное сопротивление одного трансформатора должно составлять от 92,5% до 107,5% другого трансформатора. В противном случае циркулирующие токи между двумя трансформаторами будут чрезмерными.

Обзор параллельной работы трансформатора

Да

Типы параллельного подключения трансформатора Равная нагрузка Неравная нагрузка Ток перегрузки Циркуляционный ток Рекоменд. соединение
Равное сопротивление и коэффициент, одинаковые кВА Да Нет Нет Нет Да
Равное сопротивление и соотношение, но разные, кВА Нет Да Нет Нет Да
Неравное сопротивление, но такое же соотношение и кВА Нет Да Да

Нет

Нет
Неравные импеданс и кВА, но такое же соотношение Нет Да Нет Нет
Неравные импеданс и соотношение, но одинаковые кВА Да Нет Да Да Нет
Неравные импеданс и соотношение и разные кВА Нет Нет Да Да Нет

Комбинации, которые будут работать в номинальной allel

Параллельно будет работать группа Transformer за следующим вектором.

Оперативная параллельная работа
Старший номер Трансформатор-1 Трансформатор-2
1 ∆∆ ∆∆ или Yy
2 Yy Yy или ∆∆
3 ∆y ∆y или Y∆
4 Y∆ Y∆ или ∆y
Подключения
  • Однофазные трансформаторы могут быть подключенными для формирования 3-фазных трансформаторных батарей для 3-фазных энергосистем.
  • Четыре распространенных метода подключения трех трансформаторов для трехфазных цепей — это соединения Δ-Δ, Y-Y, Y-Δ и Δ-Y.
  • Преимущество соединения Δ-Δ заключается в том, что если один из трансформаторов выходит из строя или удаляется из цепи, оставшиеся два могут работать в разомкнутом Δ или V-соединении. Таким образом, банк по-прежнему подает трехфазные токи и напряжения с правильным соотношением фаз. Однако емкость банка снижена до 57,7% (1 3) от первоначальной стоимости.
  • В соединении Y-Y всего 57.На каждую обмотку подается 7% сетевого напряжения, но полный линейный ток течет в каждой обмотке. Соединение Y-Y используется редко.
  • Соединение Δ-Y используется для повышения напряжения, так как напряжение увеличивается на коэффициент трансформатора, умноженный на 3.

Комбинации, которые не будут работать параллельно

Группа трансформатора со следующим вектором не будет работать параллельно :

Параллельная работа в нерабочем состоянии
Sr.№ Трансформатор-1 Трансформатор-2
1 ∆∆ ∆y
2 ∆y ∆∆
3 Y∆ Yy
4 Yy Y∆

Чтобы проверить синхронизацию трансформаторов

Синхронизацию трансформатора можно проверить одним из следующих шагов:

Проверяется синхронизирующим реле и синхронизацией.Если вторичная обмотка трансформатора не является низковольтной, тогда мы должны использовать реле проверки синхронизации и должным образом ввести систему в эксплуатацию. После подключения реле. Реле необходимо зарядить только от одного источника питания и проверить правильность работы реле.

Следует проверить синхронизацию обоих напряжений питания. Это можно проверить непосредственно с помощью миллиметра между фазами L1 трансформатора 1 и фазой L1 трансформатора 2. Затем фаза L2 трансформатора 1 и фаза L2 трансформатора 2. Затем фаза L3 трансформатора 1 и фаза L3 трансформатора 2.Во всех случаях MultiMate теоретически должен показывать нулевое напряжение. Эти проверки должны выполняться только на синхронизирующих выключателях. Мы также должны проверить, что выходные клеммы выключателя подключены таким образом, чтобы клеммы L1 обоих выключателей приходили на одну и ту же главную шину панели. То же самое для L2 и L3.

Лучший способ проверить синхронизацию на LT — зарядить полную панель от 1 источника до выходных клемм другого входящего терминала выключателя. Затем просто измерьте разность напряжений на входных и выходных клеммах входящего выключателя.Оно должно быть близко к 0.

Чтобы проверить циркулирующий ток, синхронизируйте оба трансформатора без исходящей нагрузки. Затем проверьте ток. Это даст вам циркулирующий ток.

Преимущества параллельной работы трансформатора

1) Максимальное повышение эффективности электрической системы:

Обычно силовой трансформатор обеспечивает максимальный КПД при полной нагрузке. Если мы запустим несколько трансформаторов параллельно, мы сможем включить только те трансформаторы, которые будут обеспечивать общую потребность, приближаясь к своей полной номинальной нагрузке на это время.При увеличении нагрузки мы не можем переключать никого с помощью другого трансформатора, подключенного параллельно, чтобы удовлетворить общую потребность. Таким образом мы можем запустить систему с максимальной эффективностью.

2) Максимальное увеличение доступности электрической системы:

Если несколько трансформаторов работают параллельно, мы можем отключить любой из них для технического обслуживания. Другие параллельные трансформаторы в системе будут обслуживать нагрузку без полного отключения электроэнергии.

3) Максимальное повышение надежности энергосистемы:

Если какой-либо из трансформаторов, работающих параллельно, отключится из-за неисправности, другие параллельные трансформаторы будут разделять нагрузку, поэтому подача питания не может быть прервана, если общие нагрузки не сделать другие трансформаторы перегруженными.

4) Максимизируйте гибкость электрической системы:

Существует вероятность увеличения или уменьшения спроса на энергосистему в будущем. Если прогнозируется, что спрос на мощность будет увеличиваться в будущем, необходимо обеспечить параллельное подключение трансформаторов в системе, чтобы удовлетворить дополнительный спрос, потому что с точки зрения бизнеса неэкономично устанавливать одиночный трансформатор с большей номинальной мощностью путем прогнозирования повышенный спрос в будущем, поскольку это ненужное вложение денег.

Опять же, если будущий спрос снизится, трансформаторы, работающие параллельно, могут быть удалены из системы, чтобы сбалансировать капитальные вложения и их возврат.

Недостатки параллельной работы трансформатора

  • Увеличение токов короткого замыкания, которые увеличивают необходимую мощность выключателя.
  • Риск циркуляции токов от одного трансформатора к другому трансформатору. Циркуляционные токи, снижающие нагрузочную способность и повышающие потери.
  • Рейтинг автобусов может быть слишком высоким.
  • Параллельные трансформаторы значительно снижают импеданс трансформатора, т.е. параллельные трансформаторы могут иметь очень низкий импеданс, что создает высокие токи короткого замыкания.
    Следовательно, необходимы ограничители тока, например реакторы, предохранители, шины с высоким сопротивлением и т. д.
  • Управление и защита трех параллельно включенных блоков более сложны.
  • Это не обычная практика в этой отрасли, так как Main-tie-Main очень распространена в этой отрасли.

Выводы

Вопросы нагрузки для параллельных трансформаторов просты, если только кВА, импедансы в процентах или соотношения не отличаются.Когда коэффициент трансформации параллельного трансформатора и процентное сопротивление одинаковы, на каждом трансформаторе будет одинаковое разделение нагрузки. Если номинальные значения кВА трансформатора, подключенного параллельно, одинаковы, но процентное полное сопротивление разное, произойдет неравное разделение нагрузки.

То же самое верно для неравных процентных сопротивлений и неравных кВА. Циркуляционные токи существуют только в том случае, если передаточные числа витков не совпадают на каждом трансформаторе. Величина циркулирующих токов также будет зависеть от отношения X / R трансформаторов.

Параллельное соединение трансформатора треугольником и треугольником не должно выполняться.

Список литературы
  • Say, M.G. Производительность и конструкция машин переменного тока.
  • Руководство по применению, Нагрузка трансформатора, Нэшвилл, Теннесси, США.
  • Торо, В.Д. Принципы электротехники.
  • Стивенсон, У. Д. Элементы анализа энергосистемы.
  • MIT Press, Магнитные цепи и трансформаторы, John Wiley and Sons.

Трансформаторы — Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

  • Объясните, почему электростанции передают электроэнергию при высоком напряжении и малом токе и как они это делают
  • Разработать взаимосвязь между током, напряжением и количеством обмоток в повышающих и понижающих трансформаторах

Хотя электроэнергия переменного тока вырабатывается при относительно низком напряжении, она передается по линиям передачи с очень высоким напряжением (до 500 кВ).Одна и та же мощность может передаваться при разных напряжениях, потому что мощность — это продукт (для простоты мы игнорируем фазовый коэффициент. Таким образом, конкретная потребность в мощности может быть удовлетворена при низком напряжении и высоком токе или при высоком напряжении и низком токе. Преимущество выбора высокого напряжения / низкого тока заключается в том, что он приводит к более низким омическим потерям в линиях передачи, которые могут быть значительными в линиях длиной много километров ((Рисунок)).

Среднеквадратичное значение напряжения электростанции в конечном итоге необходимо понизить с 12 кВ до 240 В, чтобы его можно было безопасно ввести в дом.Линия передачи высокого напряжения позволяет передавать слабый ток через подстанцию ​​на большие расстояния.

Обычно переменные ЭДС, производимые на электростанциях, «повышаются» до очень высоких напряжений перед передачей по линиям электропередачи; затем они должны быть «понижены» до относительно безопасных значений (110 или 220 В, действующее значение), прежде чем они будут введены в дома. Устройство, которое преобразует напряжение из одного значения в другое с помощью индукции, — это трансформатор ((рисунок)).

Трансформаторы используются для понижения высокого напряжения в линиях электропередачи до 110–220 В, используемых в домах. (кредит: модификация работы «Fortyseven» / Flickr)

Как показано на рисунке, трансформатор в основном состоит из двух отдельных катушек или обмоток, намотанных вокруг сердечника из мягкого железа. Первичная обмотка имеет петли или витки и подключена к переменному напряжению. Вторичная обмотка имеет витки и подключена к нагрузочному резистору. Мы предполагаем идеальный случай, когда все силовые линии магнитного поля ограничены сердечником, так что одинаковый магнитный поток проникает в каждый виток как первичной, так и вторичной обмоток.Мы также пренебрегаем потерями энергии на магнитный гистерезис, на омический нагрев в обмотках и на омический нагрев индуцированных вихревых токов в сердечнике. У хорошего трансформатора потери могут составлять всего 1% от передаваемой мощности, так что это неплохое предположение.

Повышающий трансформатор (во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной). Две обмотки намотаны на сердечник из мягкого железа.

Для анализа схемы трансформатора сначала рассмотрим первичную обмотку.Входное напряжение равно разности потенциалов, индуцированной на первичной обмотке. Согласно закону Фарадея, индуцированная разность потенциалов равна потоку, проходящему через один виток первичной обмотки. Таким образом,

Точно так же выходное напряжение, подаваемое на нагрузочный резистор, должно равняться разности потенциалов, индуцированной во вторичной обмотке. Поскольку трансформатор идеален, магнитный поток на каждом витке вторичной обмотки также составляет

Объединяя последние два уравнения, получаем

Следовательно, при соответствующих значениях входного напряжения можно «повышать» или «понижать» () до выходного напряжения.Это часто сокращенно называют уравнением трансформатора,

.

, который показывает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках. Для повышающего трансформатора, который увеличивает напряжение и уменьшает ток, это отношение больше единицы; для понижающего трансформатора, который снижает напряжение и увеличивает ток, это отношение меньше единицы.

Согласно закону сохранения энергии, мощность, вводимая в первичную обмотку в любой момент, должна быть равна мощности, рассеиваемой в резисторе вторичной цепи; таким образом,

В сочетании с (Рисунок) это дает

Если напряжение повышается, ток понижается, и наоборот.

Наконец, мы можем использовать вместе с (Рисунок) и (Рисунок), чтобы получить

, который говорит нам, что входное напряжение «видит» не сопротивление, а сопротивление.

Наш анализ основан на мгновенных значениях напряжения и тока. Однако полученные уравнения не ограничиваются мгновенными значениями; они справедливы также для максимальных и среднеквадратичных значений.

Проверьте свое понимание Трансформатор понижает линейное напряжение от 110 до 9,0 В, так что ток равен 0.50 А можно подать на дверной звонок. а) Каково соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток? (б) Какой ток в первичной обмотке? (c) Какое сопротивление видит источник 110 В?

а. 12: 1; б. 0,042 А; c.

Сводка

  • Электростанции передают высокое напряжение при малых токах для достижения более низких омических потерь на многокилометровых линиях передачи.
  • Трансформаторы

  • используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
  • Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной катушках или обмотках связаны уравнением трансформатора.
  • Токи в первичной и вторичной обмотках связаны количеством первичных и вторичных петель или витков в обмотках трансформатора.
  • Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и снижает ток, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Концептуальные вопросы

Почему линии передачи работают при очень высоком напряжении, в то время как бытовые цепи работают при довольно низком напряжении?

Тепловые потери меньше, если линии передачи работают при низких токах и высоких напряжениях.

Как отличить первичную обмотку от вторичной в повышающем трансформаторе?

Аккумуляторы в некоторых электронных устройствах заряжаются с помощью адаптера, подключенного к сетевой розетке. Подумайте о назначении адаптера.

В адаптере есть понижающий трансформатор, обеспечивающий более низкое напряжение и, возможно, более высокий ток, при котором устройство может работать.

Будет ли работать трансформатор, если на входе постоянное напряжение?

Почему первичная и вторичная обмотки трансформатора намотаны на один и тот же замкнутый железный контур?

, поэтому каждый контур может испытывать одинаковое изменение магнитного потока

Проблемы

Повышающий трансформатор спроектирован таким образом, что выход его вторичной обмотки составляет 2000 В (действующее значение), когда первичная обмотка подключена к линейному напряжению 110 В (среднеквадратичное значение).(а) Если в первичной обмотке 100 витков, сколько витков во вторичной обмотке? (b) Если резистор, подключенный ко вторичной обмотке, потребляет действующий ток 0,75 А, каков ток в первичной обмотке?

Повышающий трансформатор, подключенный к линии 110 В, используется для питания водородно-газовой газоразрядной трубки с напряжением 5,0 кВ (действующее значение). Трубка рассеивает мощность 75 Вт. (а) Каково отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки? (b) Каковы среднеквадратичные токи в первичной и вторичной обмотках? (c) Какое эффективное сопротивление видит источник 110 В?

а.45: 1; б. 0,68 А, 0,015 А; c.

Источник ЭДС переменного тока выдает мощность 5,0 мВт при действующем токе 2,0 мА, когда он подключен к первичной обмотке трансформатора. Среднеквадратичное значение напряжения на вторичной обмотке составляет 20 В. (a) Какое напряжение на первичной обмотке и ток через вторичную обмотку? (б) Какое отношение витков вторичной обмотки к первичной у трансформатора?

Трансформатор используется для понижения напряжения 110 В от настенной розетки до 9,0 В для радио. (а) Если у первичной обмотки 500 витков, сколько витков у вторичной обмотки? (b) Если радиостанция работает при токе 500 мА, каков ток через первичную обмотку?

Трансформатор используется для питания поезда модели на 12 В от сетевой розетки на 110 В.Поезд работает при мощности 50 Вт. (а) Каков среднеквадратичный ток во вторичной обмотке трансформатора? (b) Каков среднеквадратичный ток в первичной обмотке? (c) Каково соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток? (d) Какое сопротивление поезда? (e) Какое сопротивление видит источник 110 В?

Дополнительные проблемы

Конденсатор емкостью 700 пФ подключен к источнику переменного тока с амплитудой напряжения 160 В и частотой 20 кГц. (а) Определите емкостное сопротивление конденсатора и амплитуду выходного тока источника.(b) Если частота изменяется на 60 Гц при сохранении амплитуды напряжения 160 В, каковы емкостное реактивное сопротивление и амплитуда тока?

Катушка индуктивности 20 мГн подключена к источнику переменного тока с переменной частотой и амплитудой постоянного напряжения 9,0 В. (a) Определите реактивное сопротивление цепи и максимальный ток через катушку индуктивности, когда частота установлена ​​на 20 кГц. . (b) Проделайте те же вычисления для частоты 60 Гц.

а. ; б.

Конденсатор подключен к источнику переменного тока частотой 60 Гц с амплитудой напряжения 50 В.а) Каков максимальный заряд конденсатора? (б) Каков максимальный ток в конденсаторе? (c) Каково соотношение фаз между зарядом конденсатора и током в цепи?

Катушка индуктивности 7,0 мГн подключена к источнику переменного тока частотой 60 Гц, амплитуда напряжения которого составляет 50 В. (a) Каков максимальный ток через катушку индуктивности? (b) Каково соотношение фаз между сквозным током и разностью потенциалов в катушке индуктивности?

а. 19 А; б. индуктор выводов по

Каков импеданс последовательной цепи RLC на резонансной частоте?

Какое сопротивление R в цепи, показанной ниже, если амплитуда переменного тока, проходящего через катушку индуктивности, равна 4?24 А?

Источник переменного тока с амплитудой напряжения 100 В и частотой 1,0 кГц управляет последовательной цепью RLC с, и. (а) Определите среднеквадратичное значение тока в цепи. (б) Каковы среднеквадратичные значения напряжения на трех элементах? (c) Каков фазовый угол между ЭДС и током? (d) Какова выходная мощность источника? (e) Какая мощность рассеивается на резисторе?

Генератор электростанции вырабатывает 100 А при 15 кВ (действующее значение). Трансформатор используется для повышения напряжения в линии электропередачи до 150 кВ (действующее значение).(а) Какой действующий ток в линии передачи? (b) Если сопротивление на единицу длины линии равно потерям мощности на метр в линии? (c) Каковы были бы потери мощности на метр, если бы линейное напряжение составляло 15 кВ (действующее значение)?

Рассмотрим электростанцию, расположенную в 25 км от города, поставляющую в город 50 МВт электроэнергии. Линии электропередачи выполнены из алюминиевых кабелей с поперечным сечением. Найдите потерю мощности в линиях передачи, если она передается при (a) 200 кВ (среднеквадратичное значение) и (b) 120 В (среднеквадратичное значение).

а. ; б.

Для работы неоновых вывесок требуется напряжение 12 кВ. Трансформатор используется для изменения напряжения с 220 В (среднеквадратичное) переменного тока на 12 кВ (среднеквадратичное) переменного тока. Какое должно быть соотношение витков вторичной обмотки к виткам первичной обмотки? (b) Какой максимальный среднеквадратичный ток могут потреблять неоновые лампы, если предохранитель в первичной обмотке сработает при 0,5 А? (c) Сколько энергии потребляет неоновая вывеска, когда она потребляет максимальный ток, допустимый предохранителем в первичной обмотке?

Проблемы с вызовом

Электроэнергия переменного тока напряжением 335 кВ от ЛЭП подается в первичную обмотку трансформатора.Отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки составляет. (а) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка ответственны?

а. 335 МВ; б. результат получается слишком высоким, намного превышающим напряжение пробоя воздуха на разумных расстояниях; c. входное напряжение слишком высокое

Резистор и индуктивность 30 мГн соединены последовательно, как показано ниже, через источник переменного тока напряжением 120 В (среднеквадратичное значение), колеблющийся с частотой 60 Гц.(а) Найдите ток в цепи. (б) Найдите падение напряжения на резисторе и катушке индуктивности. (c) Найдите полное сопротивление цепи. (d) Найдите мощность, рассеиваемую на резисторе. (e) Найдите мощность, рассеиваемую в катушке индуктивности. (f) Найдите мощность, производимую источником.

Найдите реактивные сопротивления следующих конденсаторов и катушек индуктивности в цепях переменного тока с заданными частотами в каждом случае: (а) индуктивность 2 мГн с частотой цепи переменного тока 60 Гц; (б) индуктор 2 мГн с частотой 600 Гц цепи переменного тока; (c) индуктор 20 мГн с частотой цепи переменного тока 6 Гц; (d) индуктор 20 мГн с частотой 60 Гц цепи переменного тока; д) конденсатор емкостью 2 мФ с частотой цепи переменного тока 60 Гц; и (е) конденсатор емкостью 2 мФ с частотой 600 Гц цепи переменного тока.

Выходной импеданс аудиоусилителя имеет импеданс, равный и не соответствует низкоомному громкоговорителю. Вас попросят вставить соответствующий трансформатор, соответствующий импедансу. Какое передаточное число вы будете использовать и почему? Используйте упрощенную схему, показанную ниже.

Покажите, что единицей СИ для емкостного реактивного сопротивления является ом. Покажите, что единицей СИ для индуктивного сопротивления также является ом.

Единицы измерения индуктивного реактивного сопротивления (рисунок) указаны ниже.Радианы можно игнорировать при модульном анализе. Генри можно определить как. Их объединение дает единицу реактивного сопротивления.

Катушка с самоиндуктивностью 16 мГн и сопротивлением подключена к источнику переменного тока, частоту которого можно изменять. На какой частоте напряжение на катушке будет вести ток через катушку на

?

Последовательная цепь RLC состоит из резистора, конденсатора и катушки индуктивности 120 мГн, сопротивление катушки которой составляет 0,9 кГц. Источник для схемы имеет среднеквадратичное значение ЭДС 240 В на частоте 60 Гц.Рассчитайте среднеквадратичные значения напряжения на резисторе (а), конденсаторе (б) и катушке индуктивности (в).

а. 156 В; б. 42 В; c. 154 В

Последовательная цепь RLC состоит из резистора, конденсатора и катушки индуктивности 50 мГн. Источник переменного напряжения 110 В (среднеквадратичное значение) подключается к комбинации. Какова выходная мощность источника, если его частота установлена ​​на половину резонансной частоты контура?

Глоссарий

понижающий трансформатор
трансформатор, понижающий напряжение и увеличивающий ток
повышающий трансформатор
трансформатор, повышающий напряжение и понижающий ток
трансформатор
устройство, которое преобразует напряжения из одного значения в другое с помощью индукции
уравнение трансформатора

Уравнение

, показывающее, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках

▷ Преимущества параллельных трансформаторов

Я хочу представить здесь преимущества использования и эксплуатации параллельных трансформаторов среднего / низкого напряжения в распределительных сетях.Имея такой опыт, мне будет интересно получить отзывы от других инженеров.

Распределительная сеть с двумя параллельными трансформаторами СН / НН

За весь свой опыт я ни разу не встречал работающей электроустановки, где использовалась бы работа параллельных трансформаторов. Когда-то мы использовали это решение при проектировании сварочного цеха, в основном для уменьшения падения напряжения в сети и поддержания стабильного уровня тока короткого замыкания. Но заказчик остановил проект, и идея пропала.Ниже представлен список преимуществ такого решения, как это видно. Было бы здорово, если бы заинтересованные инженеры прокомментировали и делились опытом по этому поводу.

В целом применение параллельных трансформаторов позволяет получить следующие преимущества:

1) Уменьшение общей мощности электрических трансформаторов (по сравнению с раздельной их работой). Достигнуто снижение общей установленной мощности:

  • за счет снижения общей нагрузки до множества нагрузок, подключенных к различным трансформаторам
  • за счет использования более высокой нагрузки параллельных трансформаторов
  • меньше необходимого резервного питания на случай отказа электрического трансформатора

2) Снижение потерь электроэнергии в электрических трансформаторах из-за возможного отключения ненагруженных трансформаторов

3) Повышение качества электроэнергии за счет стабильного уровня тока короткого замыкания во всей сети

4) Повышение надежности срабатывания защитных устройств при коротких замыканиях фазы на землю в сети.

5) Возможность ввода электротрансформаторов в поэтапную работу

Допускаются параллельные трансформаторы при условии, что ни одна из обмоток не будет нагружена током, превышающим допустимый для этой обмотки.

Конечно, существуют ограничения на использование параллельно подключенных электрических трансформаторов. Например, «Правила технического обслуживания потребителей электроэнергии» РФ допускают работу параллельных трансформаторов при следующих условиях:

  • соединения обмоток трансформаторов имеют одинаковые векторные группы
  • соотношение мощностей трансформаторов менее 1.3
  • скорости трансформации различаются не более чем на +/- 0,5%
  • напряжения короткого замыкания не изменяются более чем на +/- 10%
  • Трансформаторы

  • имеют одинаковую полярность фаз

Артем Кропачев

Соединения обмоток трехфазного трансформатора

Первичная и вторичная обмотки трехфазного трансформатора могут быть подключены в различной конфигурации, чтобы удовлетворить практически любые требования к напряжению.

Трехфазный трансформатор может быть сконструирован либо путем соединения трех однофазных трансформаторов вместе (образующих батарею трехфазных трансформаторов), либо путем использования одного трехфазного трансформатора, состоящего из трех однофазных обмоток, установленных на одном ламинированном сердечнике.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора могут быть подключены в различных конфигурациях, чтобы удовлетворить практически любые требования к напряжению. В зависимости от того, как эти наборы обмоток соединены между собой, определяется, является ли соединение конфигурацией треугольника или звезды (звезды).

Соединение треугольником

  1. Угловое смещение: 30 °
  2. Самое популярное трансформаторное подключение в мире.
  3. Вторичный обеспечивает нейтральную точку для подачи питания между фазой и нейтралью.
  4. Подходит как для незаземленных, так и для эффективно заземленных источников.
  5. Подходит для трехпроводной сети или четырехпроводной заземленной сети с заземленным XO.
  6. При заземлении XO трансформатор действует как источник заземления для вторичной системы.
  7. Токи нулевой последовательности основной и гармонической частот во вторичных линиях, питаемые трансформатором, не протекают в первичных линиях. Вместо этого в первичных обмотках замкнутого треугольника циркулируют токи нулевой последовательности.
  8. Если вторичная обмотка трансформатора подает большое количество несимметричных нагрузок, то треугольник первичной обмотки обеспечивает лучший баланс тока для первичного источника.

Соединение треугольник-треугольник

  1. Угловое смещение: 30 °
  2. Подходит как для незаземленных, так и для эффективно заземленных источников.
  3. Подходит для трехпроводной сети или четырехпроводной схемы «треугольник» со средним отводом.
  4. Заземление нейтрали первичной обмотки этого соединения создаст источник заземления для первичной системы.Это может привести к серьезной перегрузке трансформатора во время нарушения в первичной системе или несимметрии нагрузки.
  5. Часто устанавливается с заземлением посередине ответвления на одной ноге при питании комбинированной трехфазной и однофазной нагрузки, когда трехфазная нагрузка намного больше, чем однофазная нагрузка.
  6. При использовании в трехфазных четырехпроводных системах первичной обмотки 25 и 35 кВ может возникнуть феррорезонанс при включении или выключении трансформатора с помощью однополюсных переключателей, расположенных на выводах первичной обмотки.С трансформаторами меньшей кВА вероятность феррорезонанса выше.

Соединение треугольником

  1. Угловое смещение: 0 °
  2. Подходит как для незаземленных, так и для эффективно заземленных источников.
  3. Подходит для трех- или четырехпроводной сети с заземлением между ответвлениями.

Соединение треугольником с ответвителем

  1. Угловое смещение: 0 °
  2. Подходит как для незаземленных, так и для эффективно заземленных источников.
  3. Подходит для трех- или четырехпроводной сети с заземлением между ответвлениями.
  4. При использовании ответвителя для однофазных цепей однофазная нагрузка кВА не должна превышать 5% номинальной трехфазной кВА трансформатора. Трехфазный номинал трансформатора также существенно снижен.

Соединение WYE-WYE

  1. Угловое смещение: 0 °
  2. Подходит как для незаземленных, так и для эффективно заземленных источников.
  3. Подходит только для трехпроводного подключения, даже если XO заземлен.
  4. Это соединение не может обеспечить стабилизированную нейтраль, и его использование может привести к перенапряжению между фазой и нейтралью (смещению нейтрали) в результате несимметричной нагрузки между фазой и нейтралью.
  5. Если трехфазный блок построен на трехполюсном сердечнике, нейтральная точка первичных обмоток практически заблокирована потенциалом земли.

ЗАЗЕМЛЕННОЕ соединение WYE-WYE

  1. Угловое смещение: 0 °
  2. Подходит только для четырехпроводного источника с эффективным заземлением.
  3. Подходит для трехпроводной сети или четырехпроводной заземленной сети с заземленным XO.
  4. Трехфазные трансформаторы с этим подключением могут испытывать паразитный нагрев резервуара флюса во время определенных внешних дисбалансов системы, если только используемая конфигурация сердечника (четырех- или пятиполюсная) не обеспечивает обратный путь для флюса.
  5. Токи нулевой последовательности основной гармоники и частоты гармоник во вторичных линиях, питаемые трансформатором, также протекают в первичных линиях (и в нейтральном проводе первичной обмотки).
  6. Реле заземления для первичной системы может обнаруживать дисбаланс нагрузки и замыкания на землю во вторичной системе. Это необходимо учитывать при согласовании устройств защиты от сверхтоков.
  7. Трехфазные трансформаторы с нейтральными точками обмоток высокого и низкого напряжения, соединенными внутри вместе и выведенными через ввод HOXO, не должны эксплуатироваться с незаземленным вводом HOXO (плавающим). Это может привести к очень высоким напряжениям во вторичных системах.

Примечания по подключению трехфазного трансформатора

  • Когда обмотки соединены звездой, напряжение между любыми двумя линиями будет в 1,732 раза больше фазного напряжения, а линейный ток будет таким же, как фазный ток.
  • Когда трансформаторы соединены треугольником, линейный ток будет в 1,732 раза больше фазного тока, а напряжение между любыми двумя будет таким же, как и фазное напряжение.
  • Для соединений треугольник-треугольник и звезда-звезда соответствующие напряжения на сторонах высокого и низкого напряжения совпадают по фазе.Это называется смещением нулевой фазы (угловым). Поскольку смещение одинаковое, их можно проводить параллельно.
  • Для соединений треугольник-звезда и звезда-треугольник каждая фаза низкого напряжения отстает от соответствующей фазы высокого напряжения на 30 градусов. Поскольку задержка одинакова для обоих трансформаторов, их можно подключать параллельно.
  • Трансформатор треугольник-звезда, звезда-звезда или банк (оба с нулевым смещением) не могут быть соединены параллельно с треугольником-треугольником или звездой-треугольником с 30-градусным смещением.Это приведет к опасному короткому замыканию.

Список литературы

Разница между треугольником и звездой

Трансформаторы
Трансформаторы используются по всей сети для достижения различных
цели. Трансформаторы контролируют обратную зависимость между
напряжение и
сила тока. Поднимите напряжение, и сила тока упадет. Ниже
напряжение и сила тока повышаются.
Для
Например, провода, покидающие электростанцию, могут быть на 500 000 вольт.В
высокое напряжение означает низкий ток и низкое нагревание провода, что позволяет
экономичная передача электроэнергии на большие расстояния. Пока
высокая
напряжение хорошее для передачи, распределительное устройство и проводка необходимы для
500000 вольт — это слишком много, дорого и опасно для обычного использования
внутри дома или здания.
Используя трансформаторы, энергокомпания может
изменить соотношение вольт-ампер. В результате дома и здания получают
низкое напряжение, высокая мощность усилителя. Это прекрасно работает, потому что 120-240-208-277-480
мощность вольт может безопасно контролироваться небольшими переключателями, реле, ячейкой
зарядные устройства для телефонов и т. д., находящиеся в стальном и пластиковом корпусе, в то время как
сила тока (тепло) контролируется автоматическими выключателями, а затем
распределены по розеткам, выключателям, двигателям, лампам и т.
размер провода должен соответствовать номинальному току выключателя.

WYE и
Конфигурация разводки треугольником — один из способов
использование трансформатора для достижения цели в вольт-ампер.

Прежде чем идти дальше, это
важно описать, как работает трансформатор. Трансформаторы
работают на основном принципе магнитной индукции, где
приложение электричества к одной катушке провода создает магнитный поток, который
запитает другую катушку провода электричеством. Как трансформеры
work pdf
Внутри трансформатора находятся две катушки с проволокой, которые называются первичной и
вторичные катушки.Каждая катушка намотана на многослойный железный сердечник или
более эффективный сердечник из аморфного металла. Металлический сердечник разделяют оба
катушки, но обе катушки провода «изолированы» друг от друга. Они есть
электрически разделены. Между катушками нет общего провода,
используется только металлический сердечник.

Имея разное количество витков провода или изменяя соотношение витков,
на каждой катушке будет повышаться или понижаться напряжение. Могут быть разные напряжения
достигается во всей сети за счет изменения количества оборотов на
первичная и вторичная катушки.

Энергокомпания подключает 4500-7200 вольт от распределительных линий.
к
основной
катушка. Это создает напряжение на вторичной обмотке.
катушка. В зависимости от напряжения подбираются разные трансформаторы.
указывается для конечного пользователя. Провода конечного пользователя подключены к вторичной катушке и
питание подается на главный выключатель.

На рисунке показано электрическое соединение WYE-WYE
Первичная сторона трансформаторов подключена по WYE
Вторичная или потребительская сторона трансформаторов подключена по WYE
Это типично для WYE, 4-проводной, 3-фазной сети
Общие напряжения включают: 120 -208 и 277-480
120 и 277 — это фазные напряжения, измеренные между 1 фазным напряжением и нейтралью
208 и 480 — линейные напряжения, измеренные между двумя горячими проводами
На рисунке показано электрическое обслуживание WYE-Delta.
Первичная сторона трансформаторов подключена по схеме WYE.
Вторичная сторона трансформаторов или сторона заказчика подключена по схеме треугольника.
Это типично для четырехпроводной трехфазной сети с высоким напряжением и треугольником. иногда 240-418-480
120-208 — это фазные напряжения, измеренные между 1 фазным напряжением и нейтралью
240 — линейное напряжение, измеренное между двумя горячими проводами
Рисунки 1-1 и 1-2 выше
изображение проводки для WYE и Delta на вторичной стороне трех трансформаторов.
Типичный
Трехфазная сеть имеет 3 вторичные катушки. Есть варианты (не показаны
на этой странице), называемые Open WYE и Open Delta и т. д., которые имеют 2 катушки.
г.
фактический вид проводки отличается от представленного
выше. Например, катушки трансформатора фактически не касаются каждого
Другие. Вместо этого они связаны проводом.

Рисунок
1-1 WYE представляет каждую катушку трансформатора зигзагообразной линией.
WYE
(звезда) катушки (обмотки) трансформатора соединены между собой
сформировать нейтральный провод.Есть 1
общая точка, общая для каждой из 3 катушек провода, как показано на рисунке
1-1. Общая точка дает начало нейтральному проводу. Другой конец
каждая катушка дает начало 3 горячим проводам.
Измерение напряжения от
от центра к концу любой катушки называется фазным напряжением. Это может
на рис. 1-1 — 120 вольт. Другие сервисы WYE могут иметь разные
напряжения в зависимости от коэффициента трансформации, выбранного для данной услуги.
Напряжение, измеренное между любыми 2-мя горячими
провода известны как линейное напряжение или просто как линия
Напряжение.Это можно увидеть на рис. 1-1 как 208 вольт.

В звезду
подключенная система, напряжение линии от горячего провода до горячего провода выше, чем
фазное напряжение, умноженное на квадратный корень из 3 (1,732). Итак, 120
вольт x 1,732 = 208 вольт.
В системе, соединенной звездой, фазные усилители (ток) и линейный усилитель являются
одно и тоже.

Рис 1-2
Дельта представляет каждый трансформатор с помощью четырех uuuu.
> Дельта
Катушки трансформатора соединены встык. Нейтральный провод
если присутствует, достигается путем постукивания по центру 1 катушки.
‘Линия
напряжение и фазное напряжение такие же, как у Delta. Если вы измеряете Hot
провод к проводу под напряжением, вы получите такое же напряжение, как при измерении обоих концов одного
катушка. Однако сила тока варьируется в зависимости от линейного и фазного напряжения.
В отличие от звездочки, где фаза и линейное напряжение остаются неизменными, с треугольником
линейный ток выше, чем фазный. Если фазная сила тока
Измерение на одной катушке составляет 10 ампер. Линейная сила тока, измеренная через
два Горячий провод составляет 10 ампер x квадратный корень 3 или 1,732 = 17,32 ампер.
По мере того, как генератор вращается, и напряжение на каждом проводе растет и падает, каждый
Катушка Delta находится под напряжением в разное время.В любой момент времени два из
в
три катушки находятся под напряжением. Это добавляет дополнительный ток при измерении
между горячими проводами.
Delta имеет меньший ток / меньше тепла.
Например, многие блоки трансформаторов подключены по схеме Delta к компании Power.
или первичные катушки, и звезда на заказчике или вторичных катушках. В
Причина этого: напряжение распределения, подключенное к первичной стороне, может
быть 4500-7900 вольт, а использование дельта-конфигурации означает более низкие амперы
Это означает, что производитель может использовать провода меньшего размера на первичной стороне.
катушки и сэкономить деньги, но при этом обеспечить потребителю полную мощность.
Материалы, используемые для электросети, представляют собой баланс стоимости, безопасности и
функция.
Звезда-треугольник (WYE-треугольник) также используется для пускателя двигателя.
таймеры, такие как таймер звезда-треугольник. С двигателями они потребляют больше
сила тока для запуска. Для уменьшения расхода и тепла запускается мотор.
с конфигурацией звезды или звезды, и после запуска двигателя
Схема переключена на треугольник для повышения эффективности.

Зачем нужны трехфазные двигатели
«Номинальная мощность трехфазных двигателей примерно на 150% больше, чем
для однофазных двигателей с аналогичным размером корпуса.Доставленная мощность
от однофазной системы пульсирует, и мощность падает до нуля три
раз в течение каждого цикла. Мощность, передаваемая трехфазной цепью
тоже пульсирует, но никогда не падает до нуля. В трехфазной системе
мощность, передаваемая на нагрузку, одинакова в любой момент. Это производит
превосходные рабочие характеристики для трехфазных двигателей. «*
* Трехфазные цепи с основными математическими расчетами .pdf
Как
для определения проводки трансформатора
Что такое 3-фазный
Как подключить 3-фазный
3-фазный таймер

Почему они используют комбинацию звездочки
а конфигурации Дельта?
«Четыре наиболее распространенных конфигурации трехфазного трансформатора:
Конфигурации звезда-звезда, дельта-дельта, звезда-треугольник и треугольник-звезда.Каждая конфигурация имеет разные характеристики.
WYE-WYE или Delta-Delta конфигурация, напряжение, ток,
и фаза
отношения между первичным и вторичным идентичны
отношения, найденные в обычном однофазном питании
трансформатор. Это означает, что значения линейных напряжений и
токи на вторичной обмотке равны линейным напряжениям и
токи на первичной обмотке. »
WYE первичный треугольник вторичный:
Соотношение линейного напряжения √3: 1
Линейный ток (ампер) 1: √3
Фазовый сдвиг 30 запаздывание

Дельта первичный WYE вторичный:
Соотношение линейного напряжения 1: √3
Соотношение линейного тока (А) √3: 1
Фазовый сдвиг 30 провод

ТРАНСФОРМАТОРЫ — прикладное промышленное электричество

Что такое повышающие и понижающие трансформаторы

Это действительно очень полезное устройство.С его помощью мы можем легко умножить или разделить напряжение и ток в цепях переменного тока. Действительно, трансформатор сделал передачу электроэнергии на большие расстояния реальностью, поскольку напряжение переменного тока может быть «повышено», а ток «понижен» для снижения потерь мощности сопротивления проводов вдоль линий электропередач, соединяющих генерирующие станции с нагрузками. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) уровни напряжения снижаются трансформаторами для более безопасной работы и менее дорогого оборудования.

Трансформатор, который увеличивает напряжение от первичной обмотки к вторичной (больше витков вторичной обмотки, чем витков первичной обмотки), называется повышающим трансформатором.

Напротив, трансформатор, предназначенный для работы с точностью до наоборот, называется понижающим трансформатором.

Давайте еще раз рассмотрим фотографию, показанную в предыдущем разделе:

Рис. 8.1. Поперечное сечение трансформатора, показывающее первичную и вторичную обмотки, имеет высоту несколько дюймов (приблизительно 10 см).

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое число витков первичной обмотки и низкое число витков вторичной обмотки. В качестве понижающего блока этот трансформатор преобразует низковольтную слаботочную мощность в низковольтную сильноточную мощность.Провод большего сечения, используемый во вторичной обмотке, необходим из-за увеличения тока. Первичная обмотка, которая не должна проводить такой большой ток, может быть изготовлена ​​из провода меньшего сечения.

Обратимость работы трансформатора

Если вам интересно, можно использовать любой из этих типов трансформатора в обратном направлении (питание вторичной обмотки от источника переменного тока и передача питания первичной обмотке нагрузки) для выполнения противоположной функции: повышающий может функционировать как понижение и виза-наоборот.

Однако, как мы видели в первом разделе этой главы, эффективная работа трансформатора требует, чтобы индуктивности отдельных обмоток были спроектированы для определенных рабочих диапазонов напряжения и тока, поэтому, если трансформатор должен использоваться «в обратном направлении», как этот, должны использоваться в пределах исходных проектных параметров напряжения и тока для каждой обмотки, чтобы они не оказались неэффективными (или чтобы они не были повреждены чрезмерным напряжением или током!).

Строительные этикетки трансформатора

Трансформаторы

часто конструируются таким образом, что не очевидно, какие провода ведут к первичной обмотке, а какие — к вторичной.В электроэнергетике, чтобы избежать путаницы, в электроэнергетике используется обозначение «H» для обмотки более высокого напряжения (первичная обмотка в понижающем блоке; вторичная обмотка в повышающем) и «X». обозначения низковольтной обмотки. Следовательно, у простого силового трансформатора будут провода с маркировкой «H 1 », «H 2 », «X 1 » и «X 2 ». Обычно это имеет значение для нумерации проводов (H 1 по сравнению с H 2 и т. Д.), который мы рассмотрим немного позже в этой главе.

Практическое значение повышающих и понижающих трансформаторов

Тот факт, что напряжение и ток «скачкообразно изменяются» в противоположных направлениях (одно вверх, другое вниз), имеет смысл, если вспомнить, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, и понять, что трансформаторы не могут производить мощность, а только преобразуют ее. Любое устройство, которое может выдавать больше энергии, чем потребляет, нарушит закон сохранения энергии в физике, а именно, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована.Как и в случае с первым рассмотренным нами примером трансформатора, эффективность передачи мощности от первичной к вторичной стороне устройства очень хорошая.

Практическое значение этого становится более очевидным, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов преобразование уровня напряжения / тока могло быть достигнуто только за счет использования двигателей / генераторных установок. Чертеж двигателя / генераторной установки показывает основной принцип: (рисунок ниже)

Рисунок 8.2 Мотор-генератор иллюстрирует основной принцип работы трансформатора.

В такой машине двигатель механически соединен с генератором, при этом генератор предназначен для выработки требуемых уровней напряжения и тока при скорости вращения двигателя. Хотя и двигатели, и генераторы являются довольно эффективными устройствами, использование обоих таким образом усугубляет их неэффективность, так что общий КПД находится в диапазоне 90% или меньше. Кроме того, поскольку для двигателей / генераторных установок явно требуются движущиеся части, механический износ и балансировка являются факторами, влияющими как на срок службы, так и на производительность.С другой стороны, трансформаторы способны преобразовывать уровни переменного напряжения и тока с очень высоким КПД без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради следует отметить, что двигатели / генераторные установки не обязательно заменяются трансформаторами для всех применений. Хотя трансформаторы явно превосходят мотор-генераторные установки для преобразования переменного напряжения и уровня тока, они не могут преобразовывать одну частоту переменного тока в другую или (сами по себе) преобразовывать постоянный ток в переменный или наоборот.Электродвигатели / генераторные установки могут выполнять все эти задачи с относительной простотой, хотя и с уже описанными ограничениями эффективности и механических факторов.

Электродвигатели / генераторные установки также обладают уникальным свойством аккумулирования кинетической энергии: то есть, если подача питания двигателя на мгновение прерывается по какой-либо причине, его угловой момент (инерция этой вращающейся массы) будет поддерживать вращение генератора на короткое время. продолжительность, таким образом изолируя любые нагрузки, питаемые от генератора, от «сбоев» в основной энергосистеме.

Анализ работы повышающего и понижающего трансформатора

Обмотка с большей индуктивностью имеет более высокое напряжение и меньший ток, чем другая. Поскольку две катушки индуктивности намотаны вокруг одного и того же материала сердечника в трансформаторе (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на индуктивность для двух катушек, равны, за исключением количества витков в каждой катушке. 2µA} {I} [/ латекс]

Где,

[латекс] L = \ text {индуктивность катушки Генри} [/ латекс]

[латекс] N = \ text {Количество витков в катушке провода (прямой провод = 1)} [/ латекс]

[латекс] \ mu = \ text {Проницаемость основных материалов (абсолютная, а не относительная)} [/ латекс]

[латекс] A = \ text {Площадь рулона в квадратных метрах} [/ латекс]

[латекс] I = \ text {Среднее значение рулона в метрах} [/ латекс]

Итак, должно быть очевидно, что наши две катушки индуктивности должны иметь отношение витков катушки 10: 1, поскольку 10 в квадрате равняется 100.Это похоже на то же соотношение, которое мы обнаружили между первичным и вторичным напряжениями и токами (10: 1), поэтому мы можем, как правило, сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен отношению витков обмотки между первичной и вторичной обмотками.

Рисунок 8.3 Пример понижающего трансформатора.

Понижающий трансформатор: (много витков: несколько витков).

Эффект повышения / понижения передаточных чисел катушки в трансформаторе аналогичен передаточным числам зубчатых колес в механических зубчатых передачах, преобразуя значения скорости и крутящего момента почти таким же образом:

Рисунок 8.4 Редукторная передача снижает крутящий момент, одновременно увеличивая скорость.

Повышающие и понижающие трансформаторы для целей распределения энергии могут быть гигантскими по сравнению с показанными ранее силовыми трансформаторами, причем некоторые блоки имеют высоту дома. На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около двенадцати футов:

Рисунок 8.5 Трансформатор подстанции.

Существуют приложения, в которых необходима гальваническая развязка между двумя цепями переменного тока без какого-либо преобразования уровней напряжения или тока.В этих случаях используются трансформаторы, называемые изолирующими трансформаторами, с коэффициентом трансформации 1: 1. Настольный изолирующий трансформатор показан на рисунке ниже.

Рисунок 8.6 Разделительный трансформатор изолирует питание от линии питания.

Поскольку трансформаторы по сути являются устройствами переменного тока, нам необходимо знать фазовые соотношения между первичной и вторичной цепями. Мы можем построить кривые для первичной и вторичной цепей и увидеть фазовые соотношения.

Рисунок 8.7 Вторичное напряжение V (3,5) синфазно с первичным напряжением V (2) и понижено в десять раз.

Вторичное напряжение V (3,5) синфазно с первичным напряжением V (2) и понижено в десять раз.

При переходе от первичной обмотки, В (2) к вторичной, В (3,5), напряжение снижалось в десять раз, а ток увеличивался в десять раз. Формы сигналов как тока, так и напряжения являются синфазно при переходе от первичного к вторичному.

Рисунок 8.8 Первичный и вторичный токи синфазны.Вторичный ток увеличивается в десять раз.

Обозначения трансформатора

Похоже, что и напряжение, и ток для двух обмоток трансформатора синфазны друг с другом, по крайней мере, для нашей резистивной нагрузки. Это достаточно просто, но было бы неплохо узнать, каким образом мы должны подключить трансформатор, чтобы обеспечить правильное соотношение фаз. В конце концов, трансформатор — это не что иное, как набор индукторов с магнитной связью, а на индукторах обычно нет какой-либо маркировки полярности.Если бы мы посмотрели на немаркированный трансформатор, у нас не было бы возможности узнать, как подключить его к цепи, чтобы получить синфазное (или не синфазное на 180 °) напряжение и ток:

Рисунок 8.9 На практике полярность трансформатора может быть неоднозначной.

Поскольку это практическая проблема, производители трансформаторов разработали своего рода стандарт маркировки полярности для обозначения фазовых соотношений. Это называется условным обозначением точек и представляет собой не что иное, как точку, помещенную рядом с каждой соответствующей ножкой обмотки трансформатора:

Рисунок 8.10 Пара точек указывает полярность.

Обычно трансформатор поставляется с какой-то схематической диаграммой, на которой отмечены выводы проводов для первичной и вторичной обмоток. На схеме будет пара точек, похожая на то, что видно выше. Иногда точки будут опускаться, но когда метки «H» и «X» используются для обозначения проводов обмотки трансформатора, предполагается, что нижние индексы обозначают полярность обмотки. Провода «1» (H 1 и X 1 ) показывают, где обычно размещаются точки маркировки полярности.

Подобное расположение этих точек рядом с верхними концами первичной и вторичной обмоток говорит нам о том, что любая мгновенная полярность напряжения, наблюдаемая на первичной обмотке, будет такой же, как и на вторичной обмотке. Другими словами, фазовый сдвиг от первичного к вторичному будет равен нулю градусов.

С другой стороны, если точки на каждой обмотке трансформатора не совпадают, фазовый сдвиг между первичной и вторичной обмотками будет 180 °, например:

Рисунок 8.11 Не в фазе: основной красный — точка, дополнительный черный — точка.

Конечно, условное обозначение точек только говорит вам, какой конец каждой обмотки является каким относительно другой обмотки (ов). Если вы хотите самостоятельно изменить соотношение фаз, все, что вам нужно сделать, это поменять местами соединения обмотки следующим образом:

Рисунок 8.12 В фазе: основной красный — точка, дополнительный красный — точка.

Трансформаторы «повышают» или «понижают» напряжение в соответствии с соотношением витков первичной и вторичной обмоток.

[латекс] \ text {Коэффициент передачи напряжения} = \ frac {N_ {вторичный}} {N_ {первичный}} [/ latex]

[латекс] \ text {Текущий коэффициент передачи} = \ frac {N_ {первичный}} {N_ {вторичный}} [/ latex]

Где,

[латекс] N = \ text {Количество витков в обмотке} [/ латекс]

  • Трансформатор, предназначенный для увеличения напряжения от первичной до вторичной, называется повышающим трансформатором.Трансформатор, предназначенный для понижения напряжения с первичной на вторичную, называется понижающим трансформатором.
  • Коэффициент трансформации трансформатора будет равен квадратному корню из отношения его первичной индуктивности к вторичной индуктивности (L).

[латекс] \ text {Коэффициент передачи напряжения} = \ sqrt {\ frac {L_ {вторичный}} {L_ {первичный}}} [/ латекс]

  • Имея возможность передавать мощность от одной цепи к другой без использования соединительных проводов между двумя цепями, трансформаторы обеспечивают полезную функцию гальванической развязки.
  • Трансформаторы, предназначенные для обеспечения гальванической развязки без скачков напряжения и тока вверх или вниз, называются изолирующими трансформаторами.
  • Фазовое соотношение для напряжения и тока между первичной и вторичной цепями трансформатора прямое: в идеале нулевой сдвиг фазы.
  • Точечное обозначение — это тип маркировки полярности обмоток трансформатора, показывающий, какой конец обмотки является каким относительно других обмоток.

Трансформаторы с несколькими вторичными обмотками

Трансформаторы — очень универсальные устройства.Базовая концепция передачи энергии между взаимными индукторами достаточно полезна между одной первичной и одной вторичной обмотками, но трансформаторы не обязательно должны быть сделаны с двумя наборами обмоток. Рассмотрим схему трансформатора:

Рисунок 8.13. Трансформатор с несколькими вторичными обмотками обеспечивает несколько выходных напряжений.

Здесь три катушки индуктивности имеют общий магнитный сердечник, магнитно «связывая» или «связывая» их вместе. Связь между коэффициентами витков обмотки и отношениями напряжений, наблюдаемая с одной парой взаимных индукторов, все еще сохраняется здесь для нескольких пар катушек.

Вполне возможно собрать трансформатор, подобный приведенному выше (одна первичная обмотка, две вторичные обмотки), в котором одна вторичная обмотка является понижающей, а другая — повышающей. Фактически, такая конструкция трансформатора была довольно распространена в схемах питания электронных ламп, которые требовались для подачи низкого напряжения на нити ламп (обычно 6 или 12 вольт) и высокого напряжения для пластин ламп (несколько сотен вольт) от источника питания. номинальное первичное напряжение 110 вольт переменного тока.

С таким трансформатором возможны не только напряжения и токи совершенно разных величин, но все цепи электрически изолированы друг от друга.

Рисунок 8.14 Фотография многообмоточного трансформатора с шестью обмотками, первичной и пятью вторичными обмотками.

Трансформатор на рисунке выше предназначен для обеспечения как высокого, так и низкого напряжения, необходимого в электронной системе с использованием электронных ламп. Низкое напряжение требуется для питания нитей вакуумных трубок, в то время как высокое напряжение требуется для создания разности потенциалов между пластиной и катодными элементами каждой трубки.Одного трансформатора с несколькими обмотками достаточно, чтобы обеспечить все необходимые уровни напряжения от одного источника 115 В. Провода для этого трансформатора (их 15!) На фотографии не показаны, они скрыты от глаз.

Если электрическая изоляция между вторичными цепями не имеет большого значения, аналогичный эффект может быть получен путем «постукивания» одной вторичной обмотки в нескольких точках по ее длине, как показано на рисунке ниже.

Рис. 8.15. Вторичная обмотка с одним ответвлением обеспечивает несколько напряжений.

Многополюсный коммутирующий трансформатор

Ответвитель — это не что иное, как соединение проводов, сделанное в некоторой точке обмотки между концами. Неудивительно, что соотношение витков обмотки / величины напряжения обычного трансформатора сохраняется для всех сегментов обмотки с ответвлениями. Этот факт можно использовать для производства трансформатора с несколькими передаточными числами:

Рис. 8.16. Вторичная обмотка с ответвлениями, использующая переключатель для выбора одного из многих возможных напряжений.

Переменный трансформатор

Продолжая концепцию отводов обмотки, мы получаем «регулируемый трансформатор», в котором скользящий контакт перемещается по длине открытой вторичной обмотки и может соединяться с ней в любой точке по ее длине.Эффект эквивалентен наличию отвода обмотки на каждом витке обмотки и переключателя с полюсами на каждом положении отвода:

Рисунок 8.17 Скользящий контакт на вторичной обмотке непрерывно изменяет вторичное напряжение.

Одно из применений переменного трансформатора для потребителей — это регуляторы скорости для модельных поездов, особенно поездов 1950-х и 1960-х годов. Эти трансформаторы были по существу понижающими блоками, причем максимальное напряжение, получаемое от вторичной обмотки, было существенно меньше, чем первичное напряжение от 110 до 120 вольт переменного тока.Контакт с регулируемой разверткой обеспечивает простое средство управления напряжением с небольшими потерями энергии, намного более эффективное, чем управление с использованием переменного резистора!

Подвижно-скользящие контакты слишком непрактичны для использования в крупных промышленных силовых трансформаторах, но многополюсные переключатели и отводы обмотки являются обычным явлением для регулировки напряжения. В энергосистемах необходимо периодически производить регулировку, чтобы приспособиться к изменениям нагрузки в течение месяцев или лет во времени, и эти схемы переключения обеспечивают удобное средство.Как правило, такие «переключатели ответвлений» не предназначены для работы с током полной нагрузки, а должны срабатывать только тогда, когда трансформатор обесточен (отсутствует питание).

Автотрансформатор

Учитывая, как мы можем отвести любую обмотку трансформатора, чтобы получить эквивалент нескольких обмоток (хотя и с потерей гальванической развязки между ними), имеет смысл полностью отказаться от гальванической развязки и построить трансформатор из одной обмотки. Действительно, это возможно, и получившееся устройство называется автотрансформатором:

Рисунок 8.18 Этот автотрансформатор повышает напряжение с помощью одинарной ответвленной обмотки, экономя медь и жертвуя изоляцией.

Автотрансформатор, изображенный выше, выполняет функцию повышения напряжения. Понижающий автотрансформатор будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 8.19. Этот автотрансформатор понижает напряжение с помощью одной обмотки с ответвлениями, экономящей медь. Автотрансформаторы

находят широкое применение в приложениях, требующих небольшого повышения или понижения напряжения на нагрузке. Альтернативой обычному (изолированному) трансформатору было бы либо иметь правильное соотношение первичной / вторичной обмоток, предназначенное для работы, либо использовать понижающую конфигурацию с вторичной обмоткой, подключенной последовательно («повышающий») или последовательно. противодействующая («вздрагивающая») мода.Для иллюстрации того, как это будет работать, приведены первичные, вторичные напряжения и напряжения нагрузки.

Конфигурации автотрансформатора

Во-первых, «повышающая» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую складывается с первичным напряжением.

Рисунок 8.20. Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для повышения сетевого напряжения.

Далее, «раскладывающаяся» конфигурация. На рисунке ниже полярность вторичной катушки ориентирована так, что ее напряжение напрямую вычитается из первичного напряжения:

Рисунок 8.21 Обычный трансформатор, подключенный как автотрансформатор для понижения напряжения в сети.

Основным преимуществом автотрансформатора является то, что та же функция повышения или понижения достигается только с одной обмоткой, что делает его более дешевым и легким в производстве, чем обычный (изолирующий) трансформатор, имеющий как первичную, так и вторичную обмотки.

Автотрансформатор с вариатором

Подобно обычным трансформаторам, обмотки автотрансформатора могут иметь ответвления для изменения передаточного числа.Кроме того, их можно сделать бесступенчато регулируемыми с помощью скользящего контакта, чтобы постучать по обмотке в любой точке по ее длине. Последняя конфигурация достаточно популярна, чтобы заслужить собственное имя: Variac. (рисунок ниже)

Рис. 8.22. Вариак — это автотрансформатор со скользящим ответвлением.

Маленькие вариаторы для настольного использования — это популярное оборудование для экспериментаторов в области электроники. Они могут понижать (а иногда и повышать) напряжение переменного тока в быту с широким и точным диапазоном регулировки простым поворотом ручки.

  • Трансформаторы могут быть оснащены более чем одной парой первичной и одной вторичной обмоток. Это позволяет использовать несколько коэффициентов повышения и / или понижения в одном устройстве.
  • Обмотки трансформатора также могут иметь «ответвления»: то есть пересекаться во многих точках для разделения одной обмотки на секции.
  • Переменные трансформаторы могут быть изготовлены с помощью подвижного плеча, который перемещается по длине обмотки, контактируя с обмоткой в ​​любой точке по ее длине.Обмотка, разумеется, должна быть оголенной (без изоляции) в области движения плеча.
  • Автотрансформатор — это одинарная катушка индуктивности с ответвлениями, используемая для повышения или понижения напряжения, как трансформатор, за исключением гальванической развязки.
  • Variac — это регулируемый автотрансформатор.

Поскольку трехфазные сети так часто используются в системах распределения электроэнергии, вполне логично, что нам потребуются трехфазные трансформаторы, чтобы иметь возможность повышать или понижать напряжение.Это верно лишь отчасти, поскольку обычные однофазные трансформаторы могут быть объединены вместе для преобразования мощности между двумя трехфазными системами в различных конфигурациях, устраняя необходимость в специальном трехфазном трансформаторе. Однако для этих задач созданы специальные трехфазные трансформаторы, которые могут работать с меньшими требованиями к материалам, меньшими размерами и меньшим весом, чем их модульные аналоги.

Обмотки и соединения трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор состоит из трех наборов первичной и вторичной обмоток, каждый набор намотан на одну ногу узла железного сердечника.По сути, это выглядит как три однофазных трансформатора, совместно использующих объединенный сердечник, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 8.23 ​​Сердечник трехфазного трансформатора имеет три набора обмоток.

Эти наборы первичной и вторичной обмоток будут соединены в конфигурации Δ или Y, чтобы сформировать единый блок. Различные комбинации способов, которыми эти обмотки могут быть соединены вместе, будут в центре внимания этого раздела.

Независимо от того, используются ли комплекты обмоток с общим сердечником или каждая пара обмоток представляет собой отдельный трансформатор, варианты соединения обмоток одинаковы:

Начальное — Среднее

  • Y — Y
  • Y — Δ
  • Δ — Y
  • Δ — Δ

Причины выбора конфигурации Y или Δ для соединений обмоток трансформатора такие же, как и для любого другого трехфазного приложения: соединения Y обеспечивают возможность нескольких напряжений, в то время как соединения Δ имеют более высокий уровень надежности (если одна обмотка выходит из строя в открытом состоянии, два других могут поддерживать полное линейное напряжение нагрузки).

Вероятно, наиболее важным аспектом соединения трех наборов первичной и вторичной обмоток для формирования трехфазного трансформатора является уделение внимания правильному фазированию обмоток (точки, используемые для обозначения «полярности» обмоток). Помните правильное соотношение фаз между фазными обмотками Δ и Y: (рисунок ниже)

Рисунок 8.24 (Y) Центральная точка «Y» должна связывать либо все «-», либо все «+» точки намотки вместе. (Δ) Полярности обмоток должны складываться вместе (от + до -).

Правильная синхронизация фаз, когда обмотки не показаны в стандартной конфигурации Y или Δ, может быть непростой задачей. Позвольте мне проиллюстрировать это, начиная с рисунка ниже.

Рисунок 8.23. Входы A1, A2, A3 могут быть подключены к «Δ» или «Y», как и выходы B1, B2, B3.

Разводка фаз для трансформатора «Y-Y»

Три отдельных трансформатора должны быть соединены вместе для преобразования энергии из одной трехфазной системы в другую. Сначала я покажу электрические соединения для конфигурации Y-Y:

Рисунок 8.25 Разводка фаз для трансформатора «Y-Y».

Обратите внимание на рисунок выше, как все концы обмотки, отмеченные точками, подключены к своим соответствующим фазам A, B и C, в то время как концы без точек соединены вместе, образуя центры каждой «Y». Соединение первичной и вторичной обмоток по схеме «Y» позволяет использовать нейтральные проводники (N 1 и N 2 ) в каждой энергосистеме.

Фазовая разводка трансформатора «Y-Δ»

Теперь посмотрим на конфигурацию Y-Δ:

Рисунок 8.26 Подключение фаз для трансформатора «Y-Δ».

Обратите внимание на то, как вторичные обмотки (нижний набор, рисунок выше) соединены в цепочку, причем сторона с «точкой» одной обмотки соединена со стороной «без точки» следующей, образуя петлю Δ. В каждой точке соединения между парами обмоток выполняется подключение к линии второй энергосистемы (A, B и C).

Фазовая проводка для трансформатора «Δ-Y»

Теперь давайте рассмотрим систему Δ-Y на рисунке ниже.

Рисунок 8.27. Подключение фаз для трансформатора «Δ-Y».

Такая конфигурация (рисунок выше) позволит обеспечить несколько напряжений (между фазой или между фазой и нейтралью) во второй энергосистеме от исходной энергосистемы, не имеющей нейтрали.

Фазовая проводка для трансформатора «Δ-Δ»

И, наконец, перейдем к конфигурации Δ-Δ:

Рисунок 8.28. Схема подключения фаз для трансформатора «Δ-Δ».

Когда нет необходимости в нейтральном проводе во вторичной энергосистеме, предпочтительны схемы подключения Δ-Δ (рисунок выше) из-за присущей надежности конфигурации Δ.

Фазовая проводка для трансформатора «V» или «открытый Δ»

Учитывая, что Δ-конфигурация может удовлетворительно работать без одной обмотки, некоторые разработчики энергосистем предпочитают создавать батарею трехфазных трансформаторов только с двумя трансформаторами, представляя конфигурацию Δ-Δ с отсутствующей обмоткой как на первичной, так и на вторичной стороне:

Рисунок 8.29 «V» или «разомкнутый Δ» обеспечивает питание 2 φ только с двумя трансформаторами.

Эта конфигурация называется «V» или «Open-Δ». Конечно, каждый из двух трансформаторов должен быть большего размера, чтобы выдерживать такое же количество мощности, как три в стандартной Δ-конфигурации, но общие размеры, вес и стоимость часто того стоят.Однако следует иметь в виду, что при отсутствии одного набора обмоток в форме Δ эта система больше не обеспечивает отказоустойчивость нормальной системы Δ-Δ. Если один из двух трансформаторов выйдет из строя, это определенно повлияет на напряжение и ток нагрузки.

Пример из реальной жизни

На следующей фотографии (рисунок ниже) показана группа повышающих трансформаторов на плотине гидроэлектростанции Гранд-Кули в штате Вашингтон. С этой точки зрения можно увидеть несколько трансформаторов (зеленого цвета), которые сгруппированы по три: по три трансформатора на гидроэлектрический генератор, соединенные вместе проводом в той или иной форме трехфазной конфигурации.

На фотографии не показаны соединения первичной обмотки, но похоже, что вторичные обмотки соединены по Y-образной схеме, так как из каждого трансформатора выступает только один большой высоковольтный изолятор. Это говорит о том, что другая сторона вторичной обмотки каждого трансформатора имеет потенциал земли или близок к нему, что может быть верно только в системе Y. В здании слева находится электростанция, в которой размещены генераторы и турбины. Справа наклонная бетонная стена — нижняя поверхность плотины:

Рисунок 8.Плотина гидроэлектростанции Гранд Кули 30

Мощность

Как уже отмечалось, трансформаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы обеспечить приемлемую связь по мощности, точное регулирование напряжения и низкие искажения тока возбуждения. Кроме того, трансформаторы должны быть спроектированы так, чтобы без проблем передавать ожидаемые значения тока первичной и вторичной обмоток. Это означает, что проводники обмотки должны быть изготовлены из проволоки соответствующего калибра, чтобы избежать проблем с нагревом.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор должен иметь идеальную связь (без индуктивности рассеяния), идеальное регулирование напряжения, идеально синусоидальный ток возбуждения, отсутствие гистерезиса или потерь на вихревые токи и достаточно толстый провод, чтобы выдерживать любой ток.К сожалению, для достижения этих проектных целей идеальный трансформатор должен быть бесконечно большим и тяжелым. Таким образом, в деле практического проектирования трансформаторов необходимо идти на компромиссы.

Кроме того, изоляция проводов обмотки является проблемой там, где встречаются высокие напряжения, как это часто бывает в повышающих и понижающих распределительных трансформаторах. Обмотки должны быть не только хорошо изолированы от стального сердечника, но и каждая обмотка должна быть достаточно изолирована от другой, чтобы поддерживать электрическую изоляцию между обмотками.

Номинальные характеристики трансформатора

С учетом этих ограничений трансформаторы рассчитаны на определенные уровни напряжения и тока первичной и вторичной обмоток, хотя номинальный ток обычно выводится из номинального значения вольт-ампер (ВА), присвоенного трансформатору. Например, возьмите понижающий трансформатор с номинальным напряжением первичной обмотки 120 В, номинальным напряжением вторичной обмотки 48 В и номинальной мощностью 1 кВА (1000 ВА) в ВА. Максимальные токи обмотки можно определить как таковые: кВА (1000 ВА).Максимальные токи обмоток можно определить как таковые:

[латекс] \ text {Максимальный ток обмотки} [/ латекс]

[латекс] \ tag {8.1} I_ {Max} = \ frac {S} {E} [/ latex]

Иногда обмотки имеют номинальный ток в амперах, но это обычно наблюдается на небольших трансформаторах. Большие трансформаторы почти всегда имеют номинальное напряжение на обмотке и

ВА или кВА.

Потери энергии

Трансформаторы передают мощность с минимальными потерями.Как было сказано ранее, КПД современных силовых трансформаторов обычно превышает 95%. Однако хорошо знать, куда уходит часть этой утраченной силы и что вызывает ее потерю.

Конечно, возможны потери мощности из-за сопротивления обмоток проводов. Если не используются сверхпроводящие провода, всегда будет рассеиваться мощность в виде тепла через сопротивление проводников с током. Поскольку трансформаторы требуют таких длинных проводов, эти потери могут быть существенным фактором.Увеличение диаметра обмоточного провода — один из способов минимизировать эти потери, но только при значительном увеличении стоимости, размера и веса.

Вихретоковые потери

Помимо резистивных потерь, большая часть потерь мощности трансформатора связана с магнитными эффектами в сердечнике. Возможно, наиболее существенной из этих «потерь в сердечнике» являются потери на вихревые токи, которые представляют собой рассеяние резистивной мощности из-за прохождения индуцированных токов через железо сердечника. Поскольку железо является проводником электричества, а также отличным «проводником» магнитного потока, в железе будут индуцироваться токи, точно так же, как есть токи, индуцированные во вторичных обмотках из переменного магнитного поля.Эти индуцированные токи — как описано в пункте закона Фарадея о перпендикулярности — стремятся проходить через поперечное сечение сердечника перпендикулярно виткам первичной обмотки. Их круговое движение дало им необычное название: как водовороты в потоке воды, которые циркулируют, а не движутся по прямым линиям.

Железо является хорошим проводником электричества, но не так хорошо, как медь или алюминий, из которых обычно делаются проволочные обмотки. Следовательно, эти «вихревые токи» должны преодолевать значительное электрическое сопротивление, поскольку они циркулируют по сердечнику.Преодолевая сопротивление утюга, они рассеивают энергию в виде тепла. Следовательно, у нас есть источник неэффективности трансформатора, который трудно устранить.

Индукционный нагрев

Это явление настолько ярко выражено, что его часто используют как средство нагрева черных (железосодержащих) материалов. На фотографии ниже показан блок «индукционного нагрева», повышающий температуру большого участка трубы. Петли провода, покрытые высокотемпературной изоляцией, опоясывают окружность трубы, вызывая вихревые токи внутри стенки трубы за счет электромагнитной индукции.Чтобы максимизировать эффект вихревых токов, используется высокочастотный переменный ток, а не частота линии электропередачи (60 Гц). Блоки в правой части изображения вырабатывают высокочастотный переменный ток и регулируют величину тока в проводах, чтобы стабилизировать температуру трубы на предварительно определенном «заданном значении».

Рисунок 8.31 Индукционный нагрев: Первичная изолированная обмотка наводит ток во вторичную железную трубу с потерями.

Снижение вихревых токов

Основная стратегия уменьшения этих расточительных вихревых токов в сердечниках трансформаторов состоит в том, чтобы сформировать железный сердечник в виде листов, каждый из которых покрыт изолирующим лаком, чтобы сердечник был разделен на тонкие пластинки.В результате ширина сердечника очень мала для циркуляции вихревых токов:

Рисунок 8.32 Разделение стального сердечника на тонкие изолированные пластинки сводит к минимуму потери на вихревые токи.

Ламинированные сердечники, подобные показанному здесь, входят в стандартную комплектацию почти всех низкочастотных трансформаторов. Напомним, что на фотографии трансформатора, разрезанного пополам, железный сердечник состоял из множества тонких листов, а не из одной цельной детали. Потери на вихревые токи увеличиваются с увеличением частоты, поэтому трансформаторы, предназначенные для работы от высокочастотной энергии (например, 400 Гц, используемой во многих военных и авиационных приложениях), должны использовать более тонкие пластины, чтобы снизить потери до приемлемого минимума.Это имеет нежелательный эффект увеличения стоимости изготовления трансформатора.

Другой аналогичный метод минимизации потерь на вихревые токи, который лучше подходит для высокочастотных приложений, — это изготовление сердечника из железного порошка, а не из тонких листов железа. Подобно ламинированным листам, эти гранулы железа по отдельности покрыты электроизоляционным материалом, который делает сердечник непроводящим, за исключением ширины каждой гранулы. Сердечники из порошкового железа часто используются в трансформаторах, работающих с радиочастотными токами.

Магнитный гистерезис

Еще одна «потеря в сердечнике» — это магнитный гистерезис. Все ферромагнитные материалы имеют тенденцию сохранять некоторую степень намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля. Эта тенденция оставаться намагниченным называется «гистерезисом», и требуются определенные затраты энергии, чтобы преодолеть это противодействие, изменяющееся каждый раз, когда магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, меняет полярность (дважды за цикл переменного тока).

Этот тип потерь может быть уменьшен за счет правильного выбора материала сердечника (выбор сплава сердечника с низким гистерезисом, о чем свидетельствует «тонкая» гистерезисная кривая B / H) и проектирования сердечника с минимальной магнитной индукцией (большая площадь поперечного сечения ).

Скин-эффект на высоких частотах

Потери энергии в трансформаторе увеличиваются с увеличением частоты. Скин-эффект внутри проводников обмотки уменьшает доступную площадь поперечного сечения для потока электрического заряда, тем самым увеличивая эффективное сопротивление при повышении частоты и создавая большие потери мощности из-за резистивной диссипации. Потери в магнитном сердечнике также увеличиваются из-за более высоких частот, вихревых токов и эффектов гистерезиса. По этой причине трансформаторы значительных размеров предназначены для эффективной работы в ограниченном диапазоне частот.

В большинстве систем распределения электроэнергии, где частота сети очень стабильна, можно подумать, что чрезмерная частота никогда не будет проблемой. К сожалению, это происходит в виде гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.

Как мы видели в предыдущих главах, несинусоидальные сигналы эквивалентны аддитивным сериям множества синусоидальных сигналов с разными амплитудами и частотами. В энергосистемах эти другие частоты являются целыми числами, кратными основной (линейной) частоте, что означает, что они всегда будут выше, а не ниже проектной частоты трансформатора.В значительной степени они могут вызвать серьезный перегрев трансформатора. Силовые трансформаторы могут быть спроектированы для обработки определенных уровней гармоник энергосистемы, и эта способность иногда обозначается рейтингом «K-фактор».

Паразитная емкость и индуктивность

Помимо номинальной мощности и потерь мощности, трансформаторы часто имеют другие нежелательные ограничения, о которых следует знать разработчикам схем. Как и их более простые аналоги — индукторы — трансформаторы обладают емкостью из-за изоляционного диэлектрика между проводниками: от обмотки к обмотке, от витка к витку (в одной обмотке) и от обмотки к сердечнику.

Частота резонанса трансформатора

Обычно эта емкость не имеет значения в силовых приложениях, но приложения с малым сигналом (особенно высокочастотные) могут плохо переносить эту причуду. Кроме того, эффект наличия емкости наряду с расчетной индуктивностью обмоток дает трансформаторам возможность резонировать на определенной частоте, что определенно является проблемой проектирования в сигнальных приложениях, где приложенная частота может достигать этой точки (обычно резонансная частота силового трансформатора равна далеко за пределами частоты переменного тока, для которой он был разработан).

Удерживание флюса

Сдерживание потока (обеспечение того, чтобы магнитный поток трансформатора не ускользнул, чтобы создать помехи другому устройству, и убедиться, что магнитный поток других устройств экранирован от сердечника трансформатора) — еще одна проблема, которую разделяют как индукторы, так и трансформаторы.

Индуктивность утечки

Индуктивность рассеяния тесно связана с проблемой удержания потока. Поскольку индуктивность рассеяния эквивалентна индуктивности, последовательно соединенной с обмоткой трансформатора, она проявляется как последовательное сопротивление с нагрузкой.Таким образом, чем больше ток потребляет нагрузка, тем меньше напряжения на выводах вторичной обмотки. Обычно при проектировании трансформатора требуется хорошее регулирование напряжения, но существуют и исключительные области применения. Как указывалось ранее, для схем разрядного освещения требуется повышающий трансформатор с «слабым» (плохим) регулированием напряжения для обеспечения пониженного напряжения после возникновения дуги в лампе. Один из способов выполнить этот критерий проектирования — спроектировать трансформатор с путями рассеяния магнитного потока в обход вторичной (ых) обмотки (ов).Результирующий поток рассеяния будет создавать индуктивность рассеяния, которая, в свою очередь, приведет к плохому регулированию, необходимому для разрядного освещения.

Насыщенность ядра

Трансформаторы

также ограничены в своей работе из-за ограничений магнитного потока сердечника. Для трансформаторов с ферромагнитным сердечником необходимо учитывать пределы насыщения сердечника. Помните, что ферромагнитные материалы не могут поддерживать бесконечную плотность магнитного потока: они имеют тенденцию «насыщаться» на определенном уровне (продиктованном материалом и размерами сердечника), а это означает, что дальнейшее увеличение силы магнитного поля (ммс) не приводит к пропорциональному увеличению магнитного поля. поток поля (Φ).

Когда первичная обмотка трансформатора перегружается из-за чрезмерного приложенного напряжения, магнитный поток сердечника может достигать уровней насыщения в пиковые моменты цикла синусоидальной волны переменного тока. Если это произойдет, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, больше не будет соответствовать форме волны, как напряжение, питающее первичную катушку. Другими словами, перегруженный трансформатор будет искажать форму волны от первичной до вторичной обмоток, создавая гармоники на выходе вторичной обмотки. Как мы обсуждали ранее, содержание гармоник в энергосистемах переменного тока обычно вызывает проблемы.

Пиковые трансформаторы

Специальные трансформаторы, известные как трансформаторы с пиковым напряжением, используют этот принцип для создания коротких импульсов напряжения вблизи пиков формы волны напряжения источника. Ядро рассчитано на быстрое и резкое насыщение при уровнях напряжения значительно ниже пикового. Это приводит к сильно обрезанной форме волны синусоидального потока и импульсы вторичного напряжения только при изменении потока (ниже уровней насыщения):

Рис. 8.33. Осциллограммы напряжения и магнитного потока для пикового трансформатора.

Работа на частотах ниже нормы

Другой причиной ненормального насыщения сердечника трансформатора является работа на частотах ниже нормы. Например, если силовой трансформатор, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, вынужден работать на частоте 50 Гц, поток должен достигать более высоких пиковых уровней, чем раньше, чтобы создать такое же противоположное напряжение, необходимое для балансировки с напряжением источника. Это верно, даже если напряжение источника такое же, как и раньше.

Рисунок 8.34. Магнитный поток выше в сердечнике трансформатора, работающем на 50 Гц, по сравнению с 60 Гц для того же напряжения.

Поскольку мгновенное напряжение обмотки пропорционально мгновенной скорости изменения магнитного потока в трансформаторе, форма волны напряжения, достигающая того же пикового значения, но требующая больше времени для завершения каждого полупериода, требует, чтобы магнитный поток сохранял ту же скорость. изменений, как и раньше, но на более длительные периоды времени. Таким образом, если поток должен расти с той же скоростью, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени, он поднимется до более высокого пикового значения.

Математически это еще один пример исчисления в действии.Поскольку напряжение пропорционально скорости изменения магнитного потока, мы говорим, что форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, причем «производная» представляет собой операцию вычисления, определяющую одну математическую функцию (форму волны) с точки зрения скорости изменения. смена другого. Однако, если мы возьмем противоположную точку зрения и свяжем исходную форму волны с ее производной, мы можем назвать исходную форму волны интегралом производной формы волны. В этом случае форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.

Интеграл любой математической функции пропорционален площади, накопленной под кривой этой функции. Поскольку каждый полупериод сигнала 50 Гц накапливает большую площадь между ним и нулевой линией графика, чем будет форма сигнала 60 Гц — а мы знаем, что магнитный поток является интегралом напряжения, — поток будет достигать более высоких значений в рисунок ниже.

Рис. 8.35. Изменение потока с той же скоростью возрастает до более высокого уровня при 50 Гц, чем при 60 Гц.

Еще одна причина насыщения трансформатора — наличие постоянного тока в первичной обмотке.Любая величина постоянного напряжения, падающего на первичную обмотку трансформатора, вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. Это дополнительное «смещение» или «смещение» потока будет подталкивать форму волны переменного магнитного потока ближе к насыщению в одном полупериоде, чем в другом.

Рис. 8.36. Постоянный ток в первичной обмотке смещает пики формы сигнала в сторону верхнего предела насыщения.

Для большинства трансформаторов насыщение сердечника является очень нежелательным эффектом, и его можно избежать за счет хорошей конструкции: спроектировав обмотки и сердечник так, чтобы плотности магнитного потока оставались значительно ниже уровней насыщения.Это гарантирует, что соотношение между mmf и Φ будет более линейным на протяжении всего цикла потока, что хорошо, поскольку способствует меньшим искажениям в форме волны тока намагничивания. Кроме того, проектирование сердечника для низких плотностей магнитного потока обеспечивает безопасный запас между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения сердечника, чтобы приспособиться к случайным, ненормальным условиям, таким как изменение частоты и смещение постоянного тока.

Пусковой ток

Когда трансформатор изначально подключен к источнику переменного напряжения, может возникнуть значительный скачок тока через первичную обмотку, называемый пусковым током.Это аналогично пусковому току, проявляемому электродвигателем, который запускается при внезапном подключении к источнику питания, хотя бросок тока трансформатора вызван другим явлением.

Мы знаем, что скорость изменения мгновенного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке. Или, как указывалось ранее, форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.В непрерывно работающем трансформаторе эти две формы сигнала сдвинуты по фазе на 90 °. Поскольку поток (Φ) пропорционален магнитодвижущей силе (mmf) в сердечнике, а mmf пропорционален току обмотки, форма волны тока будет синфазной с формой волны магнитного потока, и оба будут отстать от формы волны напряжения на 90 °:

Рисунок 8.37. Непрерывный установившийся режим: магнитный поток, как и ток, отстает от приложенного напряжения на 90 °.

Предположим, что первичная обмотка трансформатора внезапно подключается к источнику переменного напряжения в точный момент времени, когда мгновенное напряжение достигает своего положительного пикового значения.Чтобы трансформатор создавал противоположное падение напряжения, чтобы уравновеситься с этим приложенным напряжением источника, должен создаваться магнитный поток быстро возрастающей величины. В результате ток в обмотке увеличивается быстро, но на самом деле не быстрее, чем при нормальных условиях:

Рисунок 8.38. Подключение трансформатора к сети при пиковом напряжении переменного тока: поток быстро увеличивается от нуля, как и в установившемся режиме.

И магнитный поток сердечника, и ток катушки начинаются с нуля и достигают тех же пиковых значений, которые наблюдаются при непрерывной работе.Таким образом, в этом сценарии нет «всплеска», «броска тока» или «тока».

В качестве альтернативы, давайте рассмотрим, что произойдет, если подключение трансформатора к источнику переменного напряжения произойдет в точный момент времени, когда мгновенное напряжение равно нулю. Во время непрерывной работы (когда трансформатор находится под напряжением в течение некоторого времени) это момент времени, когда и магнитный поток, и ток обмотки находятся на своих отрицательных пиках, испытывая нулевую скорость изменения (dΦ / dt = 0 и di / dt = 0). По мере того, как напряжение достигает своего положительного пика, формы волны магнитного потока и тока нарастают до своих максимальных положительных скоростей изменения и повышаются до своих положительных пиков по мере того, как напряжение опускается до нулевого уровня:

Рисунок 8.39 Запуск при e = 0 В — это не то же самое, что непрерывный запуск на рисунке выше. Эти ожидаемые формы сигналов неверны — Φ и i должны начинаться с нуля.

Однако существует значительная разница между работой в непрерывном режиме и условием внезапного пуска, предполагаемым в этом сценарии: во время непрерывной работы уровни магнитного потока и тока были на своих отрицательных пиках, когда напряжение было в нулевых точках; Однако в трансформаторе, который простаивает, и магнитный поток, и ток обмотки должны начинаться с нуля.

Когда магнитный поток увеличивается в ответ на возрастающее напряжение, он будет увеличиваться от нуля вверх, а не из ранее отрицательного (намагниченного) состояния, как это обычно бывает в трансформаторе, который какое-то время находится под напряжением. Таким образом, в трансформаторе, который только что «запускается», магнитный поток будет примерно в два раза больше обычного пикового значения, поскольку он «интегрирует» область под первым полупериодом формы волны напряжения:

Рис. 8.40. Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального состояния Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, если предположить, что это не насыщает активную зону.

Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального условия Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, при условии, что это не насыщает сердечник.

В идеальном трансформаторе ток намагничивания также увеличился бы примерно в два раза по сравнению с нормальным пиковым значением, генерируя необходимый mmf для создания этого потока, превышающего нормальный. Однако большинство трансформаторов не спроектированы с достаточным запасом между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения, чтобы избежать насыщения в таких условиях, и поэтому сердечник почти наверняка будет насыщаться в течение этого первого полупериода напряжения.Во время насыщения для генерации магнитного потока необходимо непропорционально большое количество ммс. Это означает, что ток обмотки, который создает МДС, вызывающую магнитный поток в сердечнике, непропорционально возрастет до значения, легко превышающего в два раза свой нормальный пик:

Рисунок 8.41 Начиная с e = 0 В, ток также увеличивается в два раза по сравнению с нормальным значением для ненасыщенного сердечника или значительно выше в случае (рассчитанном на) насыщение.

Это механизм, вызывающий пусковой ток в первичной обмотке трансформатора при подключении к источнику переменного напряжения.Как видите, величина пускового тока сильно зависит от точного времени, когда электрическое подключение к источнику выполнено. Если трансформатор имеет некоторый остаточный магнетизм в его сердечнике в момент подключения к источнику, бросок тока может быть еще более серьезным. Из-за этого устройства максимальной токовой защиты трансформатора обычно относятся к категории «медленно действующих», чтобы выдерживать такие скачки тока без размыкания цепи.

Тепло и шум

Помимо нежелательных электрических эффектов, трансформаторы могут также проявлять нежелательные физические эффекты, наиболее заметными из которых являются выделение тепла и шума.Шум — это в первую очередь неприятный эффект, но нагрев является потенциально серьезной проблемой, поскольку изоляция обмотки будет повреждена, если будет допущен перегрев. Нагрев можно свести к минимуму за счет хорошей конструкции, гарантирующей, что сердечник не приближается к уровням насыщения, что вихревые токи сведены к минимуму, и что обмотки не будут перегружены или работают слишком близко к максимальной допустимой нагрузке.

Силовые трансформаторы большой мощности имеют сердечник и обмотки, погруженные в масляную ванну для передачи тепла и глушения шума, а также для вытеснения влаги, которая в противном случае нарушила бы целостность изоляции обмотки.Теплоотводящие «радиаторные» трубки на внешней стороне корпуса трансформатора обеспечивают конвективный путь потока масла для передачи тепла от сердечника трансформатора к окружающему воздуху:

Рисунок 8.42. Большие силовые трансформаторы погружены в теплоизолирующее масло.

Безмасляные или «сухие» трансформаторы часто оцениваются с точки зрения «повышения» максимальной рабочей температуры (превышения температуры окружающей среды) в соответствии с системой буквенных классов: A, B, F или H. Эти буквенные коды: расположены в порядке от наименьшей термостойкости к высшей:

  • Класс A: Повышение температуры обмотки не более чем на 55 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
  • Класс B: Повышение температуры обмотки не более чем на 80 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
  • Класс F: Повышение температуры обмотки не более 115 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
  • Класс H: Повышение температуры обмотки не более чем на 150 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).

Звуковой шум — это эффект, в первую очередь возникающий из явления магнитострикции: небольшое изменение длины ферромагнитного объекта при намагничивании.Знакомый «гул», слышимый вокруг больших силовых трансформаторов, — это звук расширения и сжатия железного сердечника с частотой 120 Гц (в два раза выше частоты системы, которая в США составляет 60 Гц) — один цикл сжатия и расширения сердечника для каждого пика напряжения. форма волны магнитного потока плюс шум, создаваемый механическими силами между первичной и вторичной обмотками. Опять же, поддержание низких уровней магнитного потока в сердечнике является ключом к минимизации этого эффекта, что объясняет, почему феррорезонансные трансформаторы, которые должны работать в режиме насыщения для большей части формы волны тока, работают как в горячем состоянии, так и с шумом.

Потери из-за наматывающих магнитных сил

Еще одно шумовое явление в силовых трансформаторах — это физическая сила реакции между первичной и вторичной обмотками при большой нагрузке. Если вторичная обмотка разомкнута, через нее не будет тока и, следовательно, не будет создаваемой ею магнитодвижущей силы (ммс). Однако, когда вторичная обмотка «загружена» (в настоящее время подается на нагрузку), обмотка генерирует МДС, которой противодействует «отраженная» МДС в первичной обмотке, чтобы предотвратить изменение уровней магнитного потока сердечника.Эти противоположные МДС, возникающие между первичной и вторичной обмотками в результате вторичного (нагрузочного) тока, создают физическую силу отталкивания между обмотками, которая заставляет их вибрировать. Конструкторы трансформаторов должны учитывать эти физические силы при конструкции катушек обмотки, чтобы обеспечить адекватную механическую опору для выдерживания напряжений. Однако в условиях большой нагрузки (высокого тока) эти напряжения могут быть достаточно большими, чтобы вызвать слышимый шум, исходящий от трансформатора.

  • Силовые трансформаторы ограничены по мощности, которую они могут передавать от первичной обмотки (обмоток) ко вторичной. Большие блоки обычно имеют номинальные значения в ВА (вольт-амперы) или кВА (киловольт-амперы).
  • Сопротивление в обмотках трансформатора снижает эффективность, поскольку ток рассеивает тепло, тратя энергию.
  • Магнитные эффекты в железном сердечнике трансформатора также способствуют снижению эффективности. Среди эффектов — вихревые токи (циркулирующие индукционные токи в железном сердечнике) и гистерезис (потеря мощности из-за преодоления тенденции железа к намагничиванию в определенном направлении).
  • Повышенная частота приводит к увеличению потерь мощности в силовом трансформаторе. Присутствие гармоник в энергосистеме является источником частот, значительно превышающих нормальные, что может вызвать перегрев больших трансформаторов.
  • И трансформаторы, и катушки индуктивности обладают определенной неизбежной емкостью из-за изоляции проводов (диэлектрика), отделяющей витки обмотки от стального сердечника и друг от друга. Эта емкость может быть достаточно значительной, чтобы дать трансформатору собственную резонансную частоту, что может быть проблематичным в сигнальных приложениях.
  • Индуктивность утечки возникает из-за того, что магнитный поток не на 100% связан между обмотками трансформатора. Любой поток, не связанный с передачей энергии от одной обмотки к другой, будет накапливать и выделять энергию, как и работает (само) индуктивность. Индуктивность утечки имеет тенденцию ухудшать регулировку напряжения трансформатора (вторичное напряжение «проседает» больше при заданной величине тока нагрузки).
  • Магнитное насыщение сердечника трансформатора может быть вызвано чрезмерным первичным напряжением, работой на слишком низкой частоте и / или наличием постоянного тока в любой из обмоток.Насыщение можно минимизировать или избежать с помощью консервативной конструкции, которая обеспечивает достаточный запас прочности между пиковыми значениями плотности магнитного потока и пределами насыщения сердечника.