Принцип работы и использование понижающего трансформатора

Трансформатором называют
статическое электромагнитное устройство,
имеющее две или большее число индуктивно
связанных обмоток и предназначенное
для преобразования посредством
электромагнитной индукции одной или
нескольких систем переменного тока в
одну или несколько других систем
переменного тока.

Трансформаторы
широко используют для следующих целей.

  1. Для
    передачи и распределения электрической
    энергии. Обычно на электростанциях
    генераторы переменного тока вырабатывают
    электрическую энергию при напряжении
    6—24 кВ. 

  2. Для питания
    различных цепей радио- и телевизионной
    аппаратуры; устройств связи, автоматики
    в телемеханики, электробытовых приборов;
    для разделения электрических цепей
    различных элементов этих устройств;
    для согласования напряжений

  3. Для
    включения электроизмерительных приборов
    и некоторых аппаратов, например реле,
    в электрические цепи высокого напряжения
    или в цепи, по которым проходят большие
    токи, с целью расширения пределов
    измерения и обеспечения электробезопасности.
    Трансформаторы, применяемые для этой
    цели, называют измерительными. Они
    имеют сравнительно небольшую мощность,
    определяемую мощностью, потребляемой
    электроизмерительными приборами, реле
    и др.

Принцип действия трансформатора

Электромагнитная
схема однофазного двухобмоточного
трансформатора состоит из двух обмоток
(рис. 2.1), разме­щенных на замкнутом
магнитопроводе, который выполнен из
ферромагнитного материала
. Применение
ферромагнитного магнитопровода позволяет
усилить электромагнитную связь между
обмотками, т
. е. уменьшить магнитное
сопротивление контура, по которому
проходит магнитный поток машины.
Первичную обмотку 1 подключают к источнику
переменного тока — электрической сети
с напряжением u1. Ко
вторичной обмотке 2 присоединяют
сопротивление нагрузки ZH.

Обмотку
более высокого напряжения называют обмоткой
высшего напряжения
 (ВН),
а низкого напряжения — обмоткой
низшего напряжения
 (НН).
Начала и концы обмотки ВН обозначают
буквами А и X; обмотки
НН — буквами а и х.

При
подключении к сети в первичной обмотке
возникает переменный ток i1 , который
создает переменный магнитный поток Ф,
замыкающийся по магнитопроводу. Поток
Ф индуцирует в обеих обмотках переменные
ЭДС — е1 и е2, пропорциональные,
согласно закону Максвелла, числам витков
w1 и w2 соответствующей
обмотки и скорости изменения потока dФ/dt.

Рис.
2.1. Электромагнитная система  
однофазного   трансфор­матора
1,2
 первичная
и вторичная обмот­ки; 3
 магнитопровод

Таким образом,
мгновенные значения ЭДС, индуцированные
в каждой обмотке,

е1 =
— w1 dФ/dt;     
е2= -w
2dФ/dt.

Следовательно,
отношение мгновенных и действующих ЭДС
в обмотках определяется выражением

E1/E2e1/e2w1/w2.

                                            
(2.1)

Если
пренебречь падениями напряжения в
обмотках тран­сформатора, которые
обычно не превышают 3 — 5% от номи­нальных
значений напряжений U1 и U2, и
считать E1≈U l и Е2≈U2,
то получим

U1/U2≈w1/w2.

                                            
(2.2)

Следовательно,
подбирая соответствующим образом числа
витков обмоток, при заданном напряжении
U
1 можно
получить желаемое напряжение U
2. Если
необходимо повысить вторичное напряжение,
то число витков w2 берут
больше числа w1;
такой трансформатор называют повышающим. Если
требуется уменьшить напряжение U2, то
число витков w2 берут
мень­шим w1;
такой трансформатор называют понижающим,

Отношение
ЭДС ЕВН обмотки
высшего напряжения к ЭДС ЕНН обмотки
низшего напряжения (или отношение их
чисел витков) называют коэффициентом
трансформации

kЕВН/ЕНН = wВН/wНН

                                            
(2.3)

Коэффициент k всегда
больше единицы.

В
системах передачи и распределения
энергии в ряде слу­чаев применяют
трехобмоточные трансформаторы, а в
устрой­ствах радиоэлектроники и
автоматики — многообмоточные
трансформаторы. В таких трансформаторах
на магнитопроводе размещают три или
большее число изолированных друг от
друга обмоток, что дает возможность при
питании одной из обмоток получать два
или большее число различных напряжений (U2,
U
3,
U
4 и
т.д.) для электроснабжения двух или
большего числа групп потребителей. В
трехобмоточных силовых трансформаторах
различают обмотки высшего, низшего и
среднего (СН) напряжений.

В трансформаторе
преобразуются только напряжения и токи.
Мощность же остается приблизительно
постоянной (она несколько уменьшается
из-за внутренних потерь энергии в
трансформаторе). Следовательно,

I1/I2≈ U2/U1≈ w2/w1.

                                            
(2.4)

При
увеличении вторичного напряжения
трансформатора в k раз
по сравнению с первичным, ток i2 во
вторичной обмотке соответственно
уменьшается в k раз.

Трансформатор
может работать только в цепях переменного
тока.
 Если
первичную обмотку трансформатора
под­ключить к источнику постоянного
тока, то в его магнито-проводе образуется
магнитный поток, постоянный во времени
по величине и направлению. Поэтому в
первичной и вторичной обмотках в
установившемся режиме не индуцируются
ЭДС, а следовательно, не передается
электрическая энергия из первичной
цепи во вторичную. Такой режим опасен
для трансформатора, так как из-за
отсутствия ЭДС E1 первич­ной
обмотке ток I1 =U1R1 весьма
большой.

Важным
свойством трансформатора, используемым
в устройствах автоматики и радиоэлектроники,
является способность его преобразовывать
нагрузочное сопротивление. Если к
источнику переменного тока подключить
сопротивление R через
трансформатор с коэффициентом
трансформации к, то
для цепи источника

R’ P1/I12≈ P2/I12
I
22R/I12≈ k2R

                                       
(2.5)

где Р1—
мощность, потребляемая трансформатором
от источ­ника переменного тока,
Вт;
Р2 =
I22R≈ P1 —
мощность, по­требляемая сопротивлением R от
трансформатора.

Таким
образом, трансформатор
изменяет значение сопро­тивления R в
k
2 раз. Это
свойство широко используют при разработке
различных электрических схем для
согласования сопротивлений нагрузки
с внутренним сопротивлением источ­ников
электрической энергии.

В расширенной электрической цепи обязательно используют трансформатор понижающий, чтобы на выходе потребители получали нужный импульс и могли безопасно эксплуатировать бытовую технику, запускать агрегаты, заводское оборудование на длительный срок. С правильно подобранными параметрами трансформатор понижающий просто необходим, чтобы обеспечить нормальную работоспособность магистрали без сбоев и энергетических потерь.

Что такое понижающий трансформатор: точное и развернутое определение агрегата

Современное оборудование, нацеленное на понижение напряжения в сети до заданных параметров, называется понижающим трансформатором. При этом устройство данного агрегата очень простое, достаточно для его бесперебойного функционирования специальный сердечник с двумя катушками или обмотками. При этом одна из обмоток по схеме подключается к сети переменного тока. И данное «гнездо» считается нормальным источником питания энергетического оборудования, а используемая обмотка за свой функционал получает точное название – «первичная обмотка». В устройстве, как вы помните, имеется и вторая обмотка, которая подключается непосредственно к электроприбору, получая при этом название – вторичная.

Важно знать! В устройстве понижающего трансформатора предусматривается две катушки, имеющие разность в напряжении. Обеспечивается разность показателей напряжения числом витков внутри системы.

Два основным принципа работы понижающего энергооборудования

Принципы работы пониженного трансформатора очень просты, спокойно объясняются стандартными законами физики, трактующими особенности появления магнитного поля, и звучат они следующим образом:

  • Наличие в системе магнитного поля переменного типа. Напомним, что магнитное поле переменного типа формируется вокруг стержня, как следствие функционирования первичной обмотки, на которую по схеме подается ток. Движение импульса направленное, а не хаотичное.
  • Поле магнитное создает ток во вторичной обмотке. При этом получаемая величина тока на выходе будет целиком и полностью зависеть от количества витков и в первой, и второй обмотке.

Таким образом, работа электрических агрегатов, работающих на повышение или понижение импульса, зависит от магнитного поля, возникающего внутри и приводящего в действие трансформатор.

Где и для чего используют понижающие трансформаторы

  • трансформатор пониженного напряжения используют для питания рабочих инструментов;
  • понижающие агрегаты используют обязательно в основной магистрали, если необходимо оборудовать цеха или предприятия с различной автоматикой;
  • электрооборудование с понижающим потенциалом обязательно используют, если заново оборудуется низковольтная сеть освещения;
  • понижающий трансформатор 12 вольт задействуют для питания электроники.

Ассортимент трансформаторов огромен, и выбор агрегата в пользование всецело зависит от вольтажа вторичной обмотки. И не обойтись без понижающей подстанции ни в строительной сфере, ни в бытовой, то есть там, где идет применение инструментов от простых электрических шуруповертов до массивных крановых двигателей.

Какие выгоды имеют электронные трансформаторы понижающего типа и почему они вытесняют старые модели трансформаторов?

Уже несколько лет как в продажу поступили электронные трансформаторы понижающего типа. Внутри современных агрегатов нет тех привычных катушек и сердечников, потому что уже используются точные микросхемы, специальные конденсаторы, все необходимые резисторы, а также всевозможные и положенные по регламенту электронные элементы. И сразу возникает вопрос: чем он лучше предыдущим и привычных образцов.

В чем же его преимущество перед классическим вариантом? – Постараемся разобраться.

Во-первых, ящик с понижающим трансформатором ятп уже не такой громоздкий, не занимает много места. Его в большей степени характеризуют, как мобильное оборудование, не громоздкое, которое своей небольшой массой не доставляет проблем при монтаже и дальнейшей эксплуатации. Согласитесь, что многие пожелают приобрести прибор небольшой массы и приемлемых для транспортировки и установки на место использования габаритов.

Во-вторых, размеры трансформатора понижающего 110 не преуменьшают КПД оборудования. Наладчики такого электрического агрегата вообще хвалят его за высокий коэффициент полезного действия.

В виду массы преимуществ электронных трансформаторов понижающего типа их задействуют на многих предприятиях, офисных комплексах, торговых площадках, да еще и потому что они не продуцируют надоедливый шум, раздражающий и угнетающий рабочих и посетителей. Работают трансформаторы практически бесшумно, не издавая ранее привычный гул.

Не стоит забывать еще об одном положительном качестве электронных трансформаторов понижающего типа. И оно проявляется в чрезмерной работоспособности агрегата без сбоев и проблем в процессе наладок, профилактических осмотров и непосредственной эксплуатации. И самое главное, в момент такой интенсивной работы, понижающее импульс оборудование не нагревается, его поверхности остаются безопасными и комфортными для окружающих.

Для пассивных пользователей еще одно положительное качество покажется малоэффективным, так как обыватели в основном привыкли только пользоваться энергосистемой, даже не задумываясь, а как же она функционирует, за счет чего вырабатывает свой потенциал. Но вот специалисты и электрики-наладчики хвалят понижающие трансформаторы 36в за возможность проводить регулировку выходного напряжения, таким образом, расширяя границы сферы применения данного эффективного современного образца техники.

Во главу угла можно поставить также очень важное преимущество электронных трансформаторов понижающего типа. Это – безопасность. А как же без нее! Ведь вводится в эксплуатацию сложная электрическая магистраль, рассчитанная на большое количество пользователей, на подачу сигнала к отдаленным от основной подстанции участкам. И чтобы обезопасить от сбоев сеть, в схеме понижающего прибора обязательно предусматривается встраиваемая защитная система от короткого замыкания.

Таким образом, можно найти массу преимуществ электронных трансформаторов понижающего типа. Они, конечно же, конкурентно способны, но все равно не считаются единственно вариантом, избираемым для создания современных энергетических сетей.

Любопытный вариант – понижающий трансформатор серии ЯТП

Представим ситуацию, что выполняются ремонтные работы на отдаленных участках от цивилизации или же просто нет возможности подключится к общей магистрали, тогда стоит рассмотреть любопытный вариант оборудования – понижающий трансформатор серии ЯТП. Его рекомендуют использовать на территории маломощных цехов, на небольших и временных строительных площадках, когда, например, надо провести временное освещение для выполнения ремонтных работ или же создать дополнительное освещение, подключая переносные светильники. ЯТП в корпусном исполнении выглядит как обычный переносной малогабаритный ящик с удобной ручкой. Внутри короба находится однофазный трансформатор, дополнительно имеющий автоматический выключатель и штепсельную розетку.

Перед самым моментом эксплуатации понижающий трансформатор 380 размещают на кронштейнах или подготовленных полках, опорах около стен.

Как правильно выбрать трансформатор понижающий: на что обратить внимание

  1. Данные о входном напряжении. Для быта лучше избирать агрегаты с показателем – 220 В, а для более мощных цехов допустимо и 380 В.
  2. Данные о выходном напряжении. Все зависит от электроприборов, которые будут применяться на участке. Обычно спекут расширен от 220 до 12 В.
  3. Мощность. Цифровой показатель мощности у трансформатора хотя бы должен быть на 20 процентов больше, чем импульс уже подаваемый потребителям. Только при таком условии работа системы будет нормально налажена.

Таким образом, трансформатор понижающий используется для создания мощной магистрали, когда от к основной подстанции подключается и трансформатор повышающий, импульсы которого надо снижать к допустимым нормам. Эту роль и выполняет трансформатор понижающий. Выбирать агрегат надо тщательно, чтобы запросы потребителей совпадали с возможностями электрического оборудования.