Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Transformator (transformata, transformacja ) jest statycznym urządzeniem elektromagnetycznym zawierającym dwa lub więcej uzwojeń sprzężonych indukcyjnie. Zastosowanie metody indukcji elektromagnetycznej przekształca prąd przemienny w prąd stały. Składa się z izolowanych drutów lub cewek taśmowych (uzwojeń), narażonych na strumień magnetyczny, nawiniętych na rdzeń z miękkiego materiału ferromagnetycznego.
Niewiele o etapach rozwoju
Przez produkcję transformatorów należy korzystać z właściwości materiałów: metalowych, magnetycznych, niemetalicznych. Do produkcji nowoczesnego sprzętu wielu badaczy ostatnich lat zastosowało swoją wiedzę i odkrycia. A. G. Stoletov ujawnił pętlę histerezy i specjalną strukturę stopu ferromagnetycznego. Teoria obwodów elektromagnetycznych została opracowana przez braci Hopkinson.
Indukcja elektromagnetyczna odkryta przez M. Faradaya, zjawisko to jest podstawą działania transformatora. Schemat pierwszego transformatora pojawił się po raz pierwszy w dziełach Henry'ego i Faradaya w 1831 roku. Jednak naukowcy nie uznali urządzenia za konwerter prądu przemiennego.
Francuski mechanik w 1848 r. Opatentował cewkę indukcyjną, która stała się prototypem transformatora. W 1876 roku po raz pierwszy wynalazł transformator Jabłonkow P. P. Urządzenie było prętem z kilkoma uzwojeniami. Transformatory z zamkniętymi rdzeniami zostały zaprojektowane przez braci Hopkins w 1884 roku.
Dzięki chłodzeniu olejem urządzenie zaczęło wykonywać swoje funkcje w sposób bardziej niezawodny. Urządzenie umieszczono w naczyniach ceramicznych z olejem, co doprowadziło do zwiększenia niezawodności uzwojeń. Rosyjski mechanik wynalazca Dolivo-Dobrovolsky M. O. zaprojektował pierwszy trójfazowy silnik typu asynchronicznego, trójfazowy system prądu przemiennego i po raz pierwszy wykonał trójfazowy transformator o mocy 230 kW, pracujący na 5 V.
Transformatory mocy zaczęto produkować w 1928 r. Wraz z otwarciem moskiewskiego zakładu transformatorów. Na początku XX wieku angielski metalurg wykonał pierwszą tonę stali transformatorowej do produkcji rdzeni. I na początku lat 30. XX wieku, pojawienie się nasycenia magnetycznego o 50%, spadek strat histerezy o 4 razy, odnotowano 5-krotny wzrost przenikalności magnetycznej przy łącznym wykorzystaniu ogrzewania i walcowania.
Rodzaje transformatorów
Autotransformator
Jest to wariant transformatora, którego zasadą działania jest bezpośrednie połączenie uzwojeń wtórnych i pierwotnych, w uzwojeniach występuje połączenie elektryczne i elektromagnetyczne. Aby podłączyć i uzyskać inne napięcie w uzwojeniu, przewidziano kilka zacisków. Ten typ sprzętu działa z wysoką wydajnością, ponieważ tylko część mocy jest przekształcana, co jest ważne przy małej różnicy napięcia wejściowego i wyjściowego.
Negatywne cechy obejmują brak izolacji galwanicznej (warstwa izolacji) między obwodem wtórnym i pierwotnym. Używaj autotransformatorów zamiast konwencjonalnych jednostek do łączenia uziemionych obwodów o wskaźnikach napięcia 110 KW, a współczynnik transformacji nie powinien przekraczać odczytu 3-4.
Pozytywny jest niski koszt ze względu na mniejszą wagę rdzenia stalowego, miedzianych drutów, stąd mała waga urządzenia i małe wymiary.
Moc
Zwykłe standardowe urządzenie do przetwarzania energii elektrycznej w sieciach i urządzeniach, które odbierają i wykorzystują energię elektryczną.
Przekładnik prądowy
Zasada działania i urządzenie transformatora polega na zasilaniu ze źródła energii elektrycznej. Najważniejsze jest zastosowanie redukcji podstawowych wskaźników prądu do wartości stosowanych w obwodach pomiarowych i ochronnych, alarmach i sterowaniu. W uzwojeniu wtórnym wskazywane są wskaźniki prądu 5 A lub 1 A. Urządzenia pomiarowe są podłączone do uzwojenia wtórnego, a obwód, w którym mierzony jest prąd, jest podłączony do uzwojenia pierwotnego. Aby obliczyć prąd w drugim uzwojeniu, używane są odczyty w uzwojeniu pierwotnym i podzielone przez współczynnik transformacji.
Transformator napięcia
Jest to urządzenie do konwersji dużych wskaźników napięcia na niskie wartości w standardowych obwodach, liniach pomiarowych i obwodach zabezpieczających przekaźniki. Urządzenie jest zasilane ze źródła napięcia elektrycznego, izoluje logiczne obwody zabezpieczające i obwody pomiarowe od obwodu z wskaźnikami wysokiego napięcia.
Impulsowa akcja
Urządzenie służy do konwersji sygnałów impulsowych z minimalnym zniekształceniem kształtu i czasem trwania do kilkudziesięciu mikrosekund. Służy głównie do przesyłania impulsu typu prostokątnego (najbardziej strome cięcie i przód, w przybliżeniu oscylacja o stałej amplitudzie). Służy on do przekształcania stale powtarzanych krótkich impulsów wideo, a głównym zadaniem jest przesyłanie transformowalnych impulsów w ich oryginalnej i niezniekształconej formie. Na wyjściu uzwojeń wymagane jest uzyskanie tego samego kształtu impulsu napięcia, ale czasami zmienia się polaryzacja lub amplituda.
Typ separacji
To urządzenie nie ma uzwojenia pierwotnego i wtórnego. Transformator służy do zwiększenia bezpiecznego połączenia z sieciami elektrycznymi, w przypadku jednoczesnego kontaktu z częściami pod napięciem i ziemią. Chroni przed równoczesnym kontaktem z częściami, które nie są pod działaniem prądu, ale może znajdować się pod nim w wyniku awarii izolacji. Jednostki są zaprojektowane do zapewnienia izolacji galwanicznej (izolacji) obwodów elektrycznych.
Transformator szczytowy
Służy do zamiany prądu sinusoidalnego na impulsowe napięcie o polaryzacji zmieniającej się co pół okresu.
Podwójny dławik
Indukcyjny filtr zliczający lub podwójny dławik jest rodzajem urządzenia wykorzystującego dwa uzwojenia. Ze względu na wzajemną indukcję cewki, działa bardziej wydajnie niż pojedynczy dławik. Używany jako urządzenie filtrujące wejściowe przed zasilaczami, w obwodach różnicowych sygnału oraz w inżynierii z dźwiękiem.
Trójfazowy pancerny
Tworzą dwa różne podstawowe projekty:
- pręt;
- opancerzony.
Oba projekty nie zmieniają wydajności i niezawodności urządzenia, ale w produkcji występują znaczne różnice:
- typ rdzenia obejmuje rdzeń i uzwojenia, a patrząc na strukturę rdzeń jest ukryty za uzwojeniami, widać tylko niższe i górne jarzmo, oś uzwojeń ma układ pionowy;
- typ pancerza urządzenia zawiera rdzeń w postaci uzwojeń, podczas gdy można zauważyć, że rdzeń ukrywa część uzwojenia transformatora, oś uzwojeń może być umieszczona w pozycji pionowej lub poziomej.
Główne elementy
W ich jakości pojawiają się:
- układ magnetyczny (rdzeń, magnetyczny);
- uzwojenia;
- system chłodzenia.
Układ magnetyczny
Składa się z elementów zestawu, najczęściej używanych płyt z materiału ferromagnetycznego lub stali elektrycznych, które są montowane w określonym kształcie geometrycznym. Jego wybór zależy od lokalizacji w nim pola magnetycznego głównego transformatora. System efektów magnetycznych jednocześnie ze wszystkimi węzłami, elementami i częściami do łączenia części we wspólną strukturę, nazywany jest rdzeniem transformatora.
Część układu magnetycznego, która obejmuje główne uzwojenia, nazywana jest prętem. Inna część zestawu magnetycznego, na którym nie ma uzwojeń roboczych i służy do połączenia obwodu magnetycznego, ma nazwę jarzmo. W zależności od położenia prętów, dziel się:
- płaski system, w którym podłużne pręty i jarzmo znajdują się w tej samej płaszczyźnie;
- układ przestrzenny obejmuje wielopłaszczyznowy układ rdzeni i jarzm;
- system symetryczny wyróżnia się tym samym kształtem i długością prętów, a ich rozmieszczenie względem jarzm jest standardowe dla wszystkich elementów;
- system asymetryczny, w którym wszystkie pręty różnią się kształtem i rozmiarem, a ich położenie nie jest symetryczne i różni się od innych elementów.
Uzwojenia
Głównym elementem konstrukcyjnym uzwojenia jest cewka, która jest szeregiem połączonych równolegle przewodników (w wariancie wielodrutowym rdzenia), pokrywających niegdyś część rdzenia magnetycznego. Prąd cewki wraz z prądem innych cewek, przewodów i części transformatora wytwarza pole transformatora magnetycznego, w którym siła napędzająca prąd jest indukowana przez pole magnetyczne.
Uzwojenie to całkowita liczba zwojów tworzących obwód elektryczny do sumowania EMF na zwojach. Trójfazowy transformator ma w swoim zestawie uzwojenia trzech faz roboczych. Przewód ma zwykle przekrój kwadratowy, aby zwiększyć jego powierzchnię do dwóch lub więcej prętów przewodzących. Ta technika pomaga zredukować prądy wirowe i ułatwia pracę uzwojenia. Kwadratowy przewodnik nazywany jest mieszkalnym. Transponowany kabel jest używany jako uzwojenie.
Izolacja wykonywana jest z nawijania papieru lub lakieru na bazie emalii. Dwa równoległe przewody można wykonać w jednej izolacji, taki zestaw nazywa się kablem. Aby zrozumieć, jak działa transformator, musisz znać separację uzwojeń według typu. W zależności od przeznaczenia kręte są:
- główne to te, które akceptują przekształconą energię lub zmieniają prąd zmienny;
- regulacja zapewnia normalizację współczynnika napięcia dla małych wskazań prądu w uzwojeniach;
- Pomocnicze przeznaczone są do zasilania elektrycznego potrzeb własnych o niższej mocy niż nominalna moc transformatora, magnesowanie układu magnetycznego prądem stałym.
W zależności od wersji uzwojenia jest podzielone:
- zwykłe - cewki są wykonywane wzdłuż całej długości w kierunku osi, kolejne cewki są nawinięte ściśle, bez przerw;
- śruba - mają wielowarstwową nakładkę, istnieją odległości między zwojami lub uzwojeniami;
- uzwojenia dysku zawierają dyski połączone szeregowo, z nawiniętym spiralnie uzwojeniem pośrodku każdego z nich;
- widok nawijania folii wykonany jest z arkusza aluminium lub miedzi o różnej grubości.
Zbiornik chłodzący
Jest to zbiornik oleju, chroni składnik aktywny i służy jako wsparcie dla urządzeń sterujących i urządzeń pomocniczych. Przed dodaniem oleju do zbiornika, powietrze jest wypompowywane dla bezpiecznej wytrzymałości dielektrycznej izolacji. Przy wytwarzaniu częstotliwości dźwięku z rdzenia transformatora iz elementów zbiornika powinno być takie samo.
Konstrukcja zapewnia dodatkowe parametry rozszerzania oleju w warunkach ogrzewania, czasami jest to dodatkowe naczynie wzbiorcze. Jeśli moc znamionowa transformatora wzrasta, wówczas prądy wewnątrz i na zewnątrz prowadzą do przegrzania konstrukcji. Magnetyczny rozproszony strumień wewnątrz zbiornika działa podobnie. Aby zmniejszyć negatywny wpływ, wkładki są wykonane z materiałów niemagnetycznych, otaczających je izolatorami wysokoprądowymi.
Aplikacja transformatora
Ponieważ straty w ogrzewaniu drutu są proporcjonalne do natężenia prądu na kwadracie, które biegnie wzdłuż tego drutu, podczas przesyłania energii elektrycznej na duże odległości, należy użyć wysokiego napięcia o niskim natężeniu. Ze względu na bezpieczeństwo w środowisku domowym nie należy stosować zbyt wysokiego napięcia. Aby dostosować napięcie w sieci, stosuje się transformatory, które zwiększają napięcie przed transmisją za pośrednictwem linii wysokiego napięcia, a następnie zmniejszają wydajność przed użyciem przez konsumentów.
Do zasilania różnych węzłów odbioru mocy wymagane są różne wskaźniki napięcia (w telewizorze, komputerze). W minionych okresach transformator był ciężki i nieporęczny, ale wraz ze wzrostem częstotliwości prądu przemiennego można zmniejszyć wymiary urządzenia. Dlatego w nowoczesnych urządzeniach prąd elektryczny jest najpierw prostowany, a następnie przetwarzany na impulsy z wysoką częstotliwością. Ostatnie prądy trafiają do transformatora impulsowego, aby przekształcić się w odpowiednie napięcie.