Transformator AC: definicja, urządzenie, rodzaje konstrukcji i oznaczenie na schemacie

Większość początkujących radioamatorów i tylko ci, którzy lubią inżynierię radiową, są zainteresowani pytaniami o to, czym jest transformator, jak działa i do czego służy. W rzeczywistości wszystko jest bardzo proste: transformator służy do konwersji prądu przemiennego z jednej wartości o określonej częstotliwości (parametr) na inną o identycznym parametrze.

Urządzenie transformatorowe

Zgodnie z GOST 16110−82 definicja transformatora jest następująca: transformator jest urządzeniem elektromagnetycznym typu statystycznego, które jest wyposażone w dwa lub więcej uzwojeń sprzężonych indukcyjnie do przetwarzania jednego lub więcej systemów prądu przemiennego na jeden lub więcej innych; systemy.

Ten produkt elektromagnetyczny ma prostą konstrukcję, składającą się z następujących elementów: (układ magnetyczny), uzwojenia, ramy uzwojenia, izolacja (nie we wszystkich transformatorach), układ chłodzenia. dodatkowe elementy.

W praktyce producenci stosują jedną z trzech podstawowych koncepcji wykonania transformatorów:

1. Pręt. Uzwojenia są nawinięte na skrajnych prętach.
2. Zbroja. Ściany boczne są pozostawione bez uzwojeń.
3. Toroidalny. Ma kształt pierścienia o równomiernym nawinięciu na całym obwodzie.

Należy zauważyć, że wybór konkretnej koncepcji nie wpływa na końcowe parametry transformatora i nie ma wpływu wpływa na niezawodność operacyjną, niemniej jednak znacznie różni się technologią wytwarzania.

System magnetyczny

Rdzenie magnetyczne transformatora mają określony kształt geometryczny i są wykonane z wielu materiałów, aby w tym stal elektrotechniczna, permalloy, ferryt lub inny materiał o właściwościach ferromagnetycznych nieruchomości. W zależności od materiału i konstrukcji obwód magnetyczny można zbierać z płyt, prasować, nawijać z cienkiej taśmy, składać z dwóch, czterech lub więcej „podków”.

Pręty pełnią funkcję ramy do umieszczenia głównych uzwojeń. Mogą mieć różne układy przestrzenne, w zależności od tego, jakie typy systemów są wyróżnione.

1. Płaski układ magnetyczny z podłużnymi osiami prętów i jarzm umieszczonymi w tej samej płaszczyźnie.
2. Układ przestrzenny, w którym osie podłużne prętów znajdują się w różnych płaszczyznach.
3. System symetryczny, wyposażony w identyczne pręty, które mają takie samo położenie względem jarzm.
4. Asymetryczny system składający się z prętów, z których niektóre mogą różnić się kształtem, konstrukcją i rozmiarem, z różnymi pozycjami względnymi w stosunku do jarzm.

Projekt uzwojenia

Uzwojenie jest głównym elementem transformatora. Jest to konstrukcja wielozwojowa wykonana z jednego lub kilku drutów miedzianych (rzadziej aluminiowych) o różnych średnicach. Zazwyczaj transformatory mocy wykorzystują przewody kwadratowe, które umożliwiają efektywniejsze wykorzystanie dostępnej przestrzeni, a tym samym zwiększenie współczynnika wypełnienia (DO).

Każde uzwojenie jest izolowane, aby zapobiec zwarciom. Jako materiał izolacyjny można użyć specjalnego papieru lub lakieru emaliowego. Nawiasem mówiąc, jeśli do produkcji uzwojenia zastosowano dwa oddzielnie izolowane i połączone równolegle przewody, można je wyposażyć we wspólną izolację papierową.

Zbiornik paliwa

Kadź jest jednym z najważniejszych elementów dodatkowych transformatora.. Jest to pojemnik przeznaczony do przechowywania oleju transformatorowego, a także do fizycznej ochrony składnika aktywnego. Dodatkowo korpus zbiornika przeznaczony jest do montażu wyposażenia pomocniczego oraz urządzenia sterującego.

Jednym z wewnętrznych elementów zbiornika jest rezonator wysokoprądowy. Jest podatny na szybkie i częste przegrzewanie się przy wzroście mocy znamionowej i prądów transformatora. Aby zmniejszyć ryzyko przegrzania, wokół rezonatorów montuje się wkładki niemagnetyczne.

Wewnętrzna wyściółka zbiornika wykonana jest z przewodzących ekranów, które nie przepuszczają strumienia magnetycznego przez ściany zbiornika. Czasami pojawia się powłoka wykonana z materiału o niskiej odporności magnetycznej. Ten rodzaj powłoki pochłania przepływy wewnętrzne przed dotarciem do ścian zbiornika.

Przed zmianą paliwa ze zbiornika wypompowywane jest powietrze, aby zapobiec spadkowi wytrzymałości dielektrycznej izolacji transformatora. Na tej podstawie obserwuje się dodatkowe przeznaczenie zbiornika, którym jest wytrzymywanie ciśnienia atmosferycznego przy minimalnym odkształceniu.

Zasada działania

Transformatory działają w oparciu o dwie zasady: elektromagnetyzm - tworzenie zmiennego w czasie strumienia magnetycznego pod wpływem prądu elektrycznego prąd, który również się zmienia, oraz indukcja elektromagnetyczna - indukcja pola elektromagnetycznego (siła elektromotoryczna), ze względu na zmianę przepływającego strumienia magnetycznego meandrowy.

Transformator włącza się po przyłożeniu napięcia do uzwojenia pierwotnego. Wraz z napięciem do uzwojenia dostarczany jest prąd przemienny, który uczestniczy w tworzeniu przemiennego strumienia magnetycznego w obwodzie magnetycznym. Powoduje to powstawanie pola elektromagnetycznego we wszystkich uzwojeniach urządzenia.

Napięcie wyjściowe (uzwojenie wtórne) jest w kompleksowy sposób związane z kształtem napięcia wejściowego. Te zawiłości doprowadziły do ​​powstania linii nowych transformatorów, które zaczęto wykorzystywać do rozwiązywania alternatywnych zadań, na przykład wzmacniania prądu, mnożenia częstotliwości i generowania sygnałów.

Tryby funkcjonalne

Transformatory mogą pracować w trzech trybach: bezczynności (XX) - 1, obciążenia - 2 i zwarcia - 3.

Tryb 1: XX. Cechą tego trybu jest to, że obwód wtórny transformatora jest w stanie otwartym, więc nie przepływa przez niego prąd. W tej pozycji obwodu potencjał prądu wynosi zero, co powoduje powstanie prądu jałowego w obwodzie pierwotnym, który ma składową reaktywną i aktywną. Ten EMF jest w stanie w pełni skompensować napięcie zasilania. Ten tryb służy do określania wydajności i poziomu strat rdzenia.

Tryb 2: obciążenia. W tym trybie znane uzwojenie transformatora jest zasilane z zewnętrznego źródła zasilania, a obciążenie jest podłączone do obwodu wtórnego. Po podłączeniu obciążenia przez obwód wtórny zaczyna płynąć prąd, który wytwarza strumień magnetyczny skierowany w kierunku przeciwnym do przepływu uzwojenia pierwotnego. Powoduje to nierówność między dwiema siłami - indukcją i zasilaniem, co zwiększa prąd, który przepływa przez uzwojenie pierwotne, aż strumień magnetyczny powróci do pierwotnego oznaczający. Ten tryb jest głównym trybem pracy transformatorów.

Tryb 3: zwarcie. Aby uzyskać ten tryb, obwód wtórny transformatora jest zwarty, a do uzwojenia pierwotnego podawane jest niskie napięcie prądu przemiennego. Wartość napięcia wejściowego dobiera się tak, aby prąd zwarciowy był równy prądowi nominalnemu. Ten tryb służy do określania strat na nagrzewanie uzwojeń w obwodzie transformatora.

Rodzaje produktów

Od 30 listopada 1876 roku, który uważany jest za datę powstania pierwszego transformatora, minęło dużo czasu. W tym okresie urządzenia uległy znacznym zmianom zarówno pod względem wzornictwa, jak i właściwości. Obecnie istnieją następujące rodzaje transformatorów:

• Transformator prądu przemiennego. Takie transformatory są stosowane w sieciach zasilających i instalacjach elektrycznych, które są przeznaczone do odbioru i użytkowania energii elektrycznej. Transformatory te są stosowane ze względu na to, że na całej długości trasy występują różne napięcia robocze, na przykład na liniach elektroenergetycznych (liniach elektroenergetycznych) może wahać się od 0,035 do 0,75 MV (megawolt), a w podstacjach transformatorowych wynosi 400 V, które są następnie przekształcane na zwykłe 220/380 V.
• Autotransformator. Wariant transformatora z bezpośrednim połączeniem uzwojenia pierwotnego i wtórnego, który wytwarza nie tylko indukcję elektromagnetyczną, ale także elektryczną. Autotransformatory wyposażone są w uzwojenia wielowyjściowe, których minimalna liczba to trzy. Stosowane są jako element łączący skutecznie uziemione sieci o napięciu 0,11 MV i przełożeniu 3 do 4. Autotransformatory mają dwie kluczowe zalety i jedną niewielką wadę. Te pierwsze to oszczędność (ze względu na niższe koszty zakupu miedzi na uzwojenia i stali na rdzeń) oraz wysoka sprawność – ze względu na częściową konwersję mocy wejściowej. Wadą jest brak izolacji galwanicznej - izolacja elektryczna między obwodami pierwotnym i wtórnym.
• Przekładnik prądowy. Urządzenie z uzwojeniem pierwotnym zasilane z zewnętrznego źródła prądu, a obwód wtórny stara się wykonać w taki sposób, aby działał w trybie zbliżonym do zwarcia. Uzwojenie pierwotne jest połączone szeregowo z obwodem obciążenia. W tym obwodzie płynie prąd przemienny, który musi być kontrolowany. Aby zbliżyć się do trybu zwarcia, woltomierze lub wskaźniki, na przykład przekaźnik lub dioda LED, są podłączone do obwodu wtórnego. Obecność dodatkowych elementów w obwodzie wtórnym doprowadziła do jednego z obszarów zastosowania takich transformatorów, który składa się z: w redukcji prądów pierwotnych do wartości, które można wykorzystać do celów pomiarowych, zabezpieczających, kontrolnych i sygnalizacyjnych.
• Transformator spawalniczy. Jest instalowany w spawarkach i służy do konwersji napięcia sieciowego 220/380 woltów na niższe wartości, a także do zwiększenia poziomu prądu. Prąd można regulować, zmieniając rezystancję indukcyjną lub napięcie wtórne XX. Odbywa się to poprzez podział liczby zwojów odpowiednio uzwojenia pierwotnego lub drugiego.
• Transformator izolacyjny. Różni się od innych urządzeń tego typu brakiem połączenia elektrycznego między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym. Urządzenia separujące są stosowane w sieciach elektroenergetycznych w celu zapewnienia bezpieczeństwa ludzi w przypadku zerwania linii lub inne sytuacje awaryjne, które mogą być szkodliwe, a także w celu zapewnienia galwanizacji węzły przesiadkowe.

Oznaczenie na schematach

Transformator na schemacie jest oznaczony w następujący sposób: w środku narysowana jest gruba linia, która reprezentuje rdzeń, na lewo od niego w płaszczyźnie pionowej przedstawiona jest cewka (zwraca się do rdzenia) - uzwojenie pierwotne, a po prawej jedna lub więcej cewek - uzwojenia wtórne.

Ogólnie rzecz biorąc, schematyczne przedstawienie linii oznaczającej rdzeń powinno odpowiadać grubości pokazanych zwojów cewek. Jeśli konieczne jest podkreślenie cech materiałowych lub konstrukcyjnych rdzenia, linia środkowa jest nieznacznie modyfikowana na schemacie. Tak więc klasyczny rdzeń ferrytowy jest oznaczony ciągłą pogrubioną linią, a rdzeń ze szczeliną magnetyczną jest oznaczony cienką linią z przerwą pośrodku. Rdzenie magneto-dielektryczne pokazano cienką przerywaną linią.