Трансформатор простыми словами: принцип работы, схемы и т.д.

Что такое трансформатор простыми словами

Трансформатор — электрическое устройство, передающее энергию переменного тока от одного контура к другому способом электромагнитного взаимодействия. Большинство трансформаторов состоят из трёх частей: первичная обмотка, вторичная обмотка и сердечник. Трансформатор используется для того, чтобы преобразовывать переменный ток в электропитание для бытовых и промышленных приборов.

Схема трансформатора

Принцип работы трансформатора

Трансформаторы работают по принципу электромагнитного взаимодействия. Чтобы электромагнитное взаимодействие происходило, необходимо присутствие магнитного поля и проводника, между которыми должно происходить относительное движение.

Когда на первичную обмотку трансформатора подаётся переменный ток, вокруг обмотки образуется магнитное поле. Поскольку подаётся переменный ток, меняющий направление каждую половину цикла, ежесекундно происходит многократное расширение и исчезновение магнитного поля. Вторичная обмотка как раз и является тем проводником, который нужен для электромагнитного взаимодействия, а расширение и исчезновение магнитного поля обеспечивает относительное движение. Итак, когда соблюдены все три требования, происходит электромагнитное взаимодействие. В результате, во вторичной обмотке трансформатора индуцируется напряжение.

Источник: www.kipiavp.ru

Устройство и принцип работы трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомство с электронными компонентами и в этой статье рассмотрим устройство и принцип работы трансформатора.

Трансформаторы нашли широкое применение в радио и электротехнике и применяются для передачи и распределения электрической энергии в сетях энергосистем, для питания схем радиоаппаратуры, в преобразовательных устройствах, качестве сварочных трансформаторов и т.п.

Трансформатор предназначен для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

В большинстве случаев трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя катушками (обмотками) электрически не связанных между собой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитного материала, а обмотки мотают медным изолированным проводом и размещают на магнитопроводе.

Одна обмотка подключается к источнику переменного тока и называется первичной (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки и обмотка называется вторичной (II). Схематичное устройство простого трансформатора с двумя обмотками показано на рисунке ниже.

1. Принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС –

е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.

При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1, образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2, создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2, стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.

В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопроводе устанавливается магнитный поток Фo равный разности потоков Ф1 и Ф2 и являющийся частью потока Ф1

, т.е.

Результирующий магнитный поток Фo обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2, под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2. Именно благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2, который будет тем больше, чем больше Фo. Но и в то же время чем больше ток I2, тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo.

Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2, тока I2 и потока Ф2, обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.

Таким образом, разность потоков Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток

Фo, а без него не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2. Следовательно, магнитный поток Ф1, создаваемый первичным током I1, всегда больше магнитного потока Ф2, создаваемого вторичным током I2.

Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.

Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным.

Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим.

Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют

понижающим.

Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получают желаемое выходное напряжение U2. Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.

2. Устройство трансформатора.

2.1. Магнитопровод. Магнитные материалы.

Назначение магнитопровода заключается в создании для магнитного потока замкнутого пути, обладающего минимальным магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы для трансформаторов изготавливают из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях. Материалы должны иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при достаточно больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки.

Магнитные материалы, используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент определенной толщины и ширины и называются электротехническими сталями.
Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки.

Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты.

Для изготовления разнообразных относительно недорогих трансформаторов широко применяются электротехнические стали, имеющие небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. Наибольшее применение нашли холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки.

Сплавы с высокой магнитной проницаемостью применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50 – 100 кГц.

Недостатком таких сплавов является их высокая стоимость. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 – 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра – в 150 раз. Однако в ряде случаев их применение позволяет существенно снизить массу, объем и даже общую стоимость трансформатора.

Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, переменных магнитных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям – удар, давление и т.п.

Из магнитомягких низкочастотных ферритов с высокой начальной проницаемостью изготавливают прессованные магнитопроводы, которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 – 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а недостатком является низкая индукция насыщения (0,4 – 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях.

Выбор магнитных материалов производится исходя из электромагнитных характеристик с учетом условий работы и назначения трансформатора.

2.2. Типы магнитопроводов.

Магнитопроводы трансформаторов разделяются на шихтованные (штампованные) и ленточные (витые), изготавливаемые из листовых материалов и прессованные из ферритов.

Шихтованные магнитопроводы набираются из плоских штампованных пластин соответствующей формы. Причем пластины могут быть изготовлены практически из любых, даже очень хрупких материалов, что является достоинством этих магнитопроводов.

Ленточные магнитопроводы изготавливаются из тонкой ленты, намотанной в виде спирали, витки которой прочно соединены между собой. Достоинством ленточных магнитопроводов является полное использование свойств магнитных материалов, что позволяет уменьшить массу, размеры и стоимость трансформатора.

В зависимости от типа магнитопровода трансформаторы подразделяются на стрежневые, броневые и тороидальные. При этом каждый из этих типов может быть и стрежневым и ленточным.

В магнитопроводах стержневого типа обмотки располагается на двух стержнях (стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки). Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что способствует снижению индуктивности рассеяния, расхода проволоки и увеличивает поверхность охлаждения.

Стержневые магнитопроводы используют в выходных трансформаторах с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под влиянием внешнего магнитного поля в обеих катушках индуцируются напряжения, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Как правило, стержневыми выполняются трансформаторы большой и средней мощности.

В магнитопроводе броневого типа обмотка располагается на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой, а также создает некоторую механическую защиту обмотки. Поэтому такие магнитопроводы получили наибольшее применение.

Некоторым недостатком броневых магнитопроводов является их повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает их малопригодными к использованию в качестве выходных трансформаторов с малым уровнем помех. Чаще всего броневыми выполняются трансформаторы средней мощности и микротрансформаторы.

Тороидальные или кольцевые трансформаторы позволяют полнее использовать магнитные свойства материала, имеют малые потоки рассеивания и создают очень слабое внешнее магнитное поле, что особенно важно в высокочастотных и импульсных трансформаторах. Но из-за сложности изготовления обмоток не получили широкого применения. Чаще всего их делают из феррита.

Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные магнитопроводы набираются из штампованных пластин толщиной 0,35 – 0,5 мм, которые с одной стороны покрывают слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой.

Лента для ленточных магнитопроводов имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм и также покрывается электроизолирующей и одновременно склеивающейся суспензией или оксидной пленкой. И чем тоньше слой изоляции, тем плотнее происходит заполнение сечения магнитопровода магнитным материалом, тем меньше габаритные размеры трансформатора.

За последнее время наряду с рассмотренными «традиционными» типами магнитопроводов находят применение новые формы, к числу которых следует отнести магнитопроводы «кабельного» типа, «обращенный тор», катушечный и др.

На этом пока закончим. Продолжим во второй части.
Удачи!

1. В. А. Волгов – «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.
2. В. Н. Ванин – «Трансформаторы тока», Издательство «Энергия» Москва 1966 Ленинград.
3. И. И. Белопольский – «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.
4. Г. Н. Петров – «Трансформаторы. Том 1. Основы теории», Государственное Энергетическое Издательство, Москва 1934 Ленинград.
5. В. Г. Борисов, – «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г.

Источник: sesaga.ru

Что такое трансформатор тока, принцип работы, типы, схемы

В данной статье мы подробно рассмотрим что такое трансформатор тока, опишем принцип его работы, какие бывают типы, а так же расчеты и схемы трансформатора тока.

Описание и принцип работы

Трансформатор тока представляет собой тип «измерительного трансформатора», который предназначен для производства переменного тока в его вторичной обмотки, которое пропорционально току измеряется в его первичном. Трансформаторы тока уменьшают токи высокого напряжения до гораздо более низкого значения и обеспечивают удобный способ безопасного контроля фактического электрического тока, протекающего в линии электропередачи переменного тока, с использованием стандартного амперметра. Принцип работы основного трансформатора тока немного отличается от обычного трансформатора напряжения.

В отличие от трансформатора напряжения или мощности, рассматриваемого ранее, трансформатор тока состоит из одного или нескольких витков в качестве своей первичной обмотки. Эта первичная обмотка может иметь либо один плоский виток, либо катушку из сверхпрочного провода, намотанного на сердечник, либо просто проводник или шину, расположенную через центральное отверстие, как показано на рисунке.

Из-за такого типа расположения трансформатор тока часто называют также «последовательным трансформатором», поскольку первичная обмотка, которая никогда не имеет более нескольких витков, соединена последовательно с проводником с током, питающим нагрузку.

Однако вторичная обмотка может иметь большое количество витков катушки, намотанных на многослойный сердечник из магнитного материала с малыми потерями. Этот сердечник имеет большую площадь поперечного сечения, так что создаваемая плотность магнитного потока является низкой при использовании провода с меньшей площадью поперечного сечения, в зависимости от того, какой ток должен быть понижен, когда он пытается выдать постоянный ток, независимо от подключенной нагрузки.

Вторичная обмотка будет подавать ток либо на короткое замыкание, в виде амперметра, либо на резистивную нагрузку, пока напряжение, наведенное во вторичной обмотке, не станет достаточно большим, чтобы насытить сердечник или вызвать отказ из-за чрезмерного пробоя напряжения.

В отличие от трансформатора напряжения, первичный ток трансформатора тока не зависит от тока вторичной нагрузки, а контролируется внешней нагрузкой. Вторичный ток обычно оценивается в стандартный 1 Ампер или 5 Ампер для больших значений первичного тока.

Существует три основных типа трансформаторов тока: обмоточный, тороидальный и стержневой.

  • Обмоточный трансформатор тока — первичная обмотка трансформатора физически соединена последовательно с проводником, который несет измеренный ток, протекающий в цепи. Величина вторичного тока зависит от коэффициента оборотов трансформатора.
  • Тороидальный трансформатор тока — они не содержат первичной обмотки. Вместо этого линия, по которой проходит ток, протекающий в сети, проходит через окно или отверстие в тороидальном трансформаторе. Некоторые трансформаторы тока имеют «разделенный сердечник», который позволяет открывать, устанавливать и закрывать его, не отключая цепь, к которой они подключены.
  • Трансформатор тока стержневого типа — в этом типе трансформатора тока используется фактический кабель или шина главной цепи в качестве первичной обмотки, что эквивалентно одному витку. Они полностью изолированы от высокого рабочего напряжения системы и обычно крепятся болтами к токонесущему устройству.

Трансформаторы тока могут снизить или «понизить» уровни тока с тысяч ампер до стандартного выходного сигнала с известным отношением либо к 5 А, либо к 1 А для нормальной работы. Таким образом, небольшие и точные приборы и устройства управления могут использоваться с трансформаторами тока, потому что они изолированы от любых высоковольтных линий электропередач. Существует множество применений для измерения и использования для трансформаторов тока, таких как ваттметры, измерители коэффициента мощности, защитные реле или в качестве катушек отключения в магнитных выключателях или MCB.

Конструкция и схема трансформатора тока

Обычно трансформаторы тока и амперметры используются вместе как согласованная пара, в которой конструкция трансформатора тока такова, чтобы обеспечить максимальный вторичный ток, соответствующий полномасштабному отклонению амперметра. В большинстве трансформаторов тока существует приблизительное соотношение обратных витков между двумя токами в первичной и вторичной обмотках. Вот почему калибровка трансформатора тока обычно для определенного типа амперметра.

Большинство трансформаторов тока имеют стандартную вторичную номинальную мощность 5 А, при этом первичные и вторичные токи выражаются в таком соотношении, как 100/5. Это означает, что ток первичной обмотки в 20 раз больше, чем ток вторичной обмотки, поэтому, когда в первичном проводнике протекает 100 ампер, во вторичной обмотке будет протекать 5 ампер. Трансформатор тока, скажем, 500/5, будет производить 5 А во вторичной обмотке при 500 А в первичной обмотке, что в 100 раз больше.

Увеличивая количество вторичных обмоток Ns, ток вторичной обмотки можно сделать намного меньшим, чем ток в измеряемой первичной цепи, потому что, когда Ns увеличивается, Is уменьшается пропорционально. Другими словами, число витков и ток в первичной и вторичной обмотках связаны обратно пропорционально.

Трансформатор тока, как и любой другой трансформатор, должен удовлетворять уравнению ампер-виток, и мы знаем из нашего учебника по трансформаторам напряжения с двойной обмоткой, что это отношение витков равно:

из которого мы получаем:

Коэффициент тока устанавливает коэффициент витков, и, поскольку первичный обычно состоит из одного или двух витков, тогда как вторичный может иметь несколько сотен витков, соотношение между первичным и вторичным может быть довольно большим. Например, предположим, что номинальный ток первичной обмотки составляет 100А. Вторичная обмотка имеет стандартный рейтинг 5А. Тогда соотношение между первичным и вторичным токами составляет 100А-5А или 20: 1. Другими словами, первичный ток в 20 раз больше вторичного тока.

Однако следует отметить, что трансформатор тока с номиналом 100/5 не совпадает с трансформатором с номиналом 20/1 или подразделениями 100/5. Это связано с тем, что отношение 100/5 выражает «номинальный ток на входе / выходе», а не фактическое соотношение первичных и вторичных токов. Также обратите внимание, что число витков и ток в первичной и вторичной обмотках связаны обратно пропорционально.

Но относительно большие изменения в соотношении витков трансформаторов тока могут быть достигнуты путем изменения первичных витков через окно трансформатора ток, где один первичный виток равен одному проходу, а более одного прохода через окно приводит к изменению электрического соотношения.

Так, например, трансформатор тока с отношением, скажем, 300 / 5А можно преобразовать в другой из 150 / 5А или даже 100 / 5А, пропустив основной первичный проводник через его внутреннее окно два или три раза, как показано ниже. Это позволяет более высокому значению трансформатора тока обеспечивать максимальный выходной ток для амперметра, когда используется на меньших первичных линиях тока.

Пример трансформатора тока

Трансформатор тока стержневого типа, который имеет 1 виток на своей первичной обмотке и 160 витков на своей вторичной обмотке, должен использоваться со стандартным диапазоном амперметров с внутренним сопротивлением 0,2 Ом. Амперметр необходим для полного отклонения шкалы, когда первичный ток составляет 800 А. Рассчитайте максимальный вторичный ток и вторичное напряжение на амперметре.

Напряжение через амперметр:

Выше мы видим, что, поскольку вторичная обмотка трансформатора тока подключена к амперметру с очень малым сопротивлением, падение напряжения на вторичной обмотке составляет всего 1,0 В при полном первичном токе.

Однако, если амперметр был удален, вторичная обмотка фактически разомкнута, и, таким образом, трансформатор действует как повышающий трансформатор. Это частично связано с очень большим увеличением намагничивающего потока во вторичном сердечнике, поскольку реактивное сопротивление вторичной утечки влияет на вторичное индуцированное напряжение, потому что во вторичной обмотке нет противоположного тока, чтобы предотвратить это.

Результатом является очень высокое напряжение, наведенное во вторичной обмотке, равное отношению: Vp (Ns / Np), развиваемое через вторичную обмотку. Например, предположим, что наш трансформатор тока сверху используется на трехфазной линии электропередачи напряжением 480 вольт. Следовательно:

Это высокое напряжение связано с тем, что отношение вольт на витки в первичной и вторичной обмотках практически постоянно, а поскольку Vs = Ns * Vp, значения Ns и Vp являются высокими значениями, поэтому Vs чрезвычайно велико.

По этой причине трансформатор тока никогда не следует оставлять разомкнутым или работать без нагрузки, когда через него протекает основной первичный ток, точно так же, как трансформатор напряжения никогда не должен работать при коротком замыкании. Если амперметр (или нагрузка) должен быть удален, сначала следует установить короткое замыкание на вторичных клеммах, чтобы исключить риск удара током.

Это высокое напряжение объясняется тем, что когда вторичная обмотка разомкнута, железный сердечник трансформатора работает с высокой степенью насыщения и ничто не может его остановить, он создает аномально большое вторичное напряжение, и в нашем простом примере выше это было рассчитано на 76,8 кВ ! Это высокое вторичное напряжение может повредить изоляцию или привести к поражению электрическим током при случайном прикосновении к клеммам трансформатора тока.

Ручные трансформаторы тока

В настоящее время доступно много специализированных типов трансформаторов тока. Популярный и портативный тип, который может быть использован для измерения нагрузки цепи, называется «клещами», как показано на рисунке.

Измерители зажимов открывают и закрывают вокруг проводника с током и измеряют его ток, определяя магнитное поле вокруг него, обеспечивая быстрое считывание результатов измерений, как правило, на цифровом дисплее без отключения или размыкания цепи.

Наряду с ручным зажимом типа трансформатора тока имеются трансформаторы тока с разделенным сердечником, у которых один конец съемный, поэтому нет необходимости отсоединять проводник нагрузки или шину для его установки. Они доступны для измерения токов от 100 до 5000 ампер, с квадратными размерами окна от 1 ″ до более 12 ″ (от 25 до 300 мм).

Подводя итог, можно сказать, что трансформатор тока (ТТ) представляет собой тип измерительного трансформатора, используемого для преобразования первичного тока во вторичный ток через магнитную среду. Его вторичная обмотка обеспечивает значительно уменьшенный ток, который можно использовать для обнаружения условий сверхтока, пониженного тока, пикового или среднего тока.

Первичная катушка трансформатора тока всегда соединена последовательно с главным проводником, в результате чего ее также называют последовательным трансформатором. Номинальный вторичный ток рассчитан на 1А или 5А для простоты измерения. Конструкция может представлять собой один первичный виток, как в типах тороидальных, кольцевых или стержневых, или несколько витков первичной обмотки, как правило, для малых коэффициентов тока.

Трансформаторы тока предназначены для использования в качестве устройств пропорционального тока. Поэтому вторичная обмотка трансформаторов тока никогда не должна эксплуатироваться в разомкнутой цепи, точно так же, как трансформатор напряжения никогда не должен работать при коротком замыкании.

Очень высокое напряжение возникает в результате разомкнутой цепи вторичной цепи трансформатора тока под напряжением, поэтому их клеммы должны быть замкнуты накоротко, если амперметр должен быть удален или когда ТТ не используется перед включением питания системы.

В следующей статье о трансформаторах мы рассмотрим, что происходит, когда мы соединяем вместе три отдельных трансформатора в конфигурации «звезда» или «треугольник», чтобы получить более мощный силовой трансформатор, называемый трехфазным трансформатором, который используется для питания трехфазных источников питания.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Источник: meanders.ru

Основы работы трансформатора простыми словами

Трансформаторы широко используются во всех отраслях электроники. Одно из их наиболее известных применений — в источниках питания, где они используются для преобразования рабочего напряжения из одного значения в другое. Они также служат для изоляции цепи на выходе от прямого подключения к первичной цепи. Таким образом, они передают энергию из одной цепи в другую без прямого подключения.

Очень большие трансформаторы используются в для изменения линейных напряжений между различными требуемыми значениями. Однако для радиолюбители или домашние энтузиасты обычно встречают трансформаторы в источниках питания. Трансформаторы также широко используются в других цепях от аудио до радиочастот, где их свойства широко используются для соединения различных этапов в оборудовании.

Что такое трансформатор?

Базовый трансформатор состоит из двух обмоток. Они известны как первичные и вторичные. В сущности, энергия входит в первичную и выходит во вторичную. Некоторые трансформаторы имеют больше обмоток, но основа работы остается той же.

Есть два основных эффекта, которые используются в трансформаторе, и оба относятся к току и магнитным полям. В первом случае обнаруживается, что ток, протекающий в проводе, создает вокруг него магнитное поле. Величина этого поля пропорциональна току, протекающему в проводе. Также установлено, что если провод намотан на катушку, то магнитное поле увеличивается. Если это электрически сгенерированное магнитное поле находится в существующем поле, то на провод, воздействующий током, будет действовать сила так же, как два неподвижных магнита, расположенных рядом друг с другом, будут либо притягивать, либо отталкивать друг друга. Именно это явление используется в электродвигателях, счетчиках и ряде других электрических агрегатов.

Второй эффект заключается в том, что если магнитное поле вокруг проводника изменяется, то в проводнике будет индуцироваться электрический ток. Одним из примеров этого может быть случай, если магнит расположен близко к проводу или катушке. При этих обстоятельствах электрический ток будет индуцирован, но только если магнит движется.

Комбинация двух эффектов происходит, когда два провода или две катушки размещены вместе. Когда ток изменяет свою величину в первой, это приведет к изменению магнитного потока, и это, в свою очередь, приведет к току, индуцируемому во второй. Это основная концепция трансформатора, из которой видно, что он будет работать только тогда, когда переменный ток проходит через входную или первичную цепь.

Коэффициент трансформации трансформатора

Для протекания тока должна присутствовать ЭДС (электродвижущая сила). Разность потенциалов или напряжение на выходе зависит от соотношения витков в трансформаторе. Обнаружено, что если на первичной обмотке присутствует больше витков, чем на вторичной, то напряжение на входе будет больше, чем на выходе, и наоборот. На самом деле напряжение можно легко рассчитать, исходя из знания соотношения витков:

Где
Ep — первичная ЭДС.
Es — вторичная ЭДС.
np — количество витков на первичной
ns — количество витков на вторичной.

Если отношение витков ns/np больше единицы, то трансформатор будет выдавать более высокое напряжение на выходе, чем на входе, и он называется повышающим трансформатором. Аналогичным образом, если отношение витков меньше единицы, то трансформатор является понижающим.

Соотношения напряжения и тока на трансформаторе

Существует ряд других факторов, которые можно легко рассчитать. Первое — это соотношение входных и выходных токов и напряжений. Поскольку входная мощность равна выходной мощности, можно рассчитать напряжение или ток, если остальные три значения используют простую формулу, показанную ниже. Этот факт не учитывает каких-либо потерь в трансформаторе, которые, к счастью, можно игнорировать в большинстве расчетов.

Vp x Ip = Vs x Is

Где
Vp — напряжение в первичной обмотке
Ip — ток в первичной обмотке
Vs — напряжение во вторичной обмотке
Is — ток во вторичной обмотке

Например, возьмем случай сетевого трансформатора, который выдает 25 вольт на один усилитель. При входном напряжении 250 вольт это означает, что входной ток составляет только одну десятую ампер.

Для некоторых трансформаторов число витков на первичной обмотке будет таким же, как на вторичной обмотке, а ток и напряжение на входе будут такими же, как на выходе. Однако если отношение витков не равно 1: 1, соотношение напряжения и тока будет различным на входе и выходе. Из простого отношения, показанного выше, будет видно, что отношение напряжения к току изменяется между входом и выходом. Например, трансформатор с соотношением витков 2:1 может иметь вход 20 В с током 1 А, тогда как на выходе напряжение будет 10 В при 2 А. Поскольку отношение напряжения и тока определяет полное сопротивление, видно, что трансформатор можно использовать для изменения полного сопротивления между входом и выходом. Фактически импеданс изменяется как квадрат отношения витков, как видно из:

Использование

Трансформаторы широко используются в радио и электронике. Одно из их основных применений — сети электропитания. Здесь трансформатор используется для изменения входного сетевого напряжения (около 240 В во многих странах и 110 В во многих других) на требуемое напряжение для питания оборудования. У большей части современного оборудования, использующего полупроводниковую технологию, требуемые напряжения намного ниже, чем на входящей сети. В дополнение к этому трансформатор изолирует питание вторичной обмотки от сети, тем самым делая эксплуатацию более безопасной. Если бы питание было взято непосредственно из электросети, риск поражения электрическим током был бы гораздо выше.

Силовой трансформатор, подобный используемому в источнике питания, обычно наматывается на железный сердечник. Это используется для концентрации магнитного поля и обеспечивает очень тесную связь между первичной и вторичной обмотками. Таким образом, эффективность поддерживается как можно выше. Однако очень важно убедиться, что этот сердечник не действует как однооборотная обмотка. Для предотвращения этого секции сердечника изолированы друг от друга. Фактически сердечник состоит из нескольких пластин, каждая из которых чередуется, но изолируется друг от друга.

Две обмотки силового трансформатора также хорошо изолированы друг от друга.

Хотя одно из основных применений трансформаторов, с которыми столкнется любитель — это преобразование напряжения питания или сетевого напряжения на новый уровень, у них также есть множество других применений, для которых они могут быть использованы. Ранее, они широко использовались в аудиоустройствах, что позволяло управлять громкоговорителями с низким импедансом от цепей, которые имели относительно высокий выходной импеданс. Тот факт, что они могут изолировать компоненты постоянного тока, выступать в качестве трансформаторов полного сопротивления и в виде настроенных цепей, означает, что они являются жизненно важным элементом во многих цепях.

Трансформатор является бесценным компонентом в современной электронике. Несмотря на то, что интегральные схемы и другие полупроводниковые устройства, кажется, используются всё чаще, ничто не заменит трансформатор. Тот факт, что он способен изолировать и передавать энергию от одной цепи к другой, в то же время изменяя полное сопротивление, гарантирует, что он уникально позиционируется как инструмент для конструкторов электроники.

Источник: zen.yandex.ru

Что такое трансформатор: устройство, принцип работы, схема и назначение

Может быть, кто-то думает, что трансформатор – это что-то среднее между трансформером и терминатором. Данная статья призвана разрушить подобные представления.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного электрического тока одного напряжения и определенной частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.

Работа любого трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, открытой Фарадеем.

Назначение трансформаторов

Разные виды трансформаторов используются практически во всех схемах питания электрических приборов и при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Электростанции вырабатывают ток относительно небольшого напряжения – 220, 380, 660В. Трансформаторы, повышая напряжение до значений порядка тысяч киловольт, позволяют существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а заодно и уменьшить площадь сечения проводов ЛЭП.

Непосредственно перед тем как попасть к потребителю (например, в обычную домашнюю розетку), ток проходит через понижающий трансформатор. Именно так мы получаем привычные нам 220 Вольт.

Самый распространенный вид трансформаторов – силовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования напряжения в электрических цепях. Помимо силовых трансформаторов в различных электронных приборах применяются:

  • импульсные трансформаторы;
  • силовые трансформаторы;
  • трансформаторы тока.

Принцип работы трансформатора

Трансформаторы бывают однофазные и многофазные, с одной, двумя или большим количеством обмоток. Рассмотрим схему и принцип работы трансформатора на примере простейшего однофазного трансформатора.

Кстати, в других статьях можно почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.

Из чего состоит трансформатор? Во простейшем случае из одного металлического сердечника и двух обмоток. Обмотки электрически не связаны одна с другой и представляют собой изолированные провода.

Одна обмотка (ее называют первичной) подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка, называемая вторичной, подключается к конечному потребителю тока.

Когда трансформатор подключен к источнику переменного тока, в витках его первичной обмотки течет переменный ток величиной I1. При этом образуется магнитный поток Ф, который пронизывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС.

Бывает, что вторичная обмотка не находится под нагрузкой. Такой режимы работы трансформатора называется режимом холостого хода. Соответственно, если вторичная обмотка подключена к какому-либо потребителю, по ней течет ток I2, возникающий под действием ЭДС.

Величина ЭДС, возникающей в обмотках, напрямую зависит от числа витков каждой обмотки. Отношение ЭДС, индуцированных в первичной и вторичной обмотках, называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков соответствующих обмоток.

Путем подбора числа витков на обмотках можно увеличивать или уменьшать напряжение на потребителе тока с вторичной обмотки.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором отсутствуют потери энергии. В таком трансформаторе энергия тока в первичной обмотке полностью преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а далее – в энергию вторичной обмотки.

Конечно, такого трансформатора не существует в природе. Тем не менее, в случае, когда теплопотерями можно пренебречь, в расчетах удобно пользоваться формулой для идеального трансформатора, согласно которой мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Потери энергии в трансформаторе

Коэффициент полезного действия трансформаторов достаточно высок. Тем не менее, в обмотке и сердечнике происходят потери энергии, приводящие к тому, что температура при работе трансформатора повышается. Для трансформаторов небольшой мощности это не представляет проблемы, и все тепло уходит в окружающую среду – используется естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.

В более мощных трансформаторах воздушного охлаждения оказывается недостаточно, и применяется охлаждение маслом. В этом случае трансформатор помещается в бак с минеральным маслом, через которое тепло передается стенкам бака и рассеивается в окружающую среду. В трансформаторах высоких мощностей дополнительно применяются выхлопные трубы – если масло закипает, образовавшимся газам нужен выход.

Конечно, трансформаторы не так просты, как может показаться на первый взгляд — ведь мы рассмотрели принцип действия трансформатора кратко. Контрольная по электротехнике с задачами на расчет трансформатора внезапно может стать настоящей проблемой. Специальный студенческий сервис всегда готов оказать помощь в решении любых проблем с учебой! Обращайтесь в Zaochnik и учитесь легко!

Источник: zaochnik-com.ru

Трансформатор увеличивает ток или напряжение 1



Трансформатор простыми словами

Мы привыкли к тому, что напряжение в розетке всегда 220 В. Возможно не все читатели подозревают, что прежде чем поступить к потребителю, выполнялись преобразования электрической энергии. Перед поступлением на провода ЛЭП, напряжение переменного тока увеличивали до десятков, а то и сотен киловольт, а на выходе – понижали, до привычных нам 220 В. Эти преобразования выполнили силовые трансформаторы. В данной статье я расскажу вам, что такое трансформатор простыми словами.

Потребность в преобразования переменного напряжения возникает практически на каждом шагу. Чаще всего мы испытываем необходимость в понижении напряжения, так как большинство узлов современных электронных устройств работает при низких напряжениях. Однако для некоторых цепей высоковольтных узлов требуются значительные напряжения, порядка нескольких тысяч вольт.

Рис. 1. Промышленный трансформатор

Что такое трансформатор?

Если коротко, то это стационарное устройство, используемое для преобразования переменного напряжения с сохранением частоты тока. Действие трансформатора основано на свойствах электромагнитной индукции.

Немного исторических фактов

В основу действия трансформатора легло явление магнитной индукции, открытое М. Фарадеем в 1831 г. Физик, работая с постоянным электрическим током, заметил отклонение стрелки гальванометра, подключенного к одной из двух катушек, намотанных на сердечник. Причем гальванометр реагировал только в моменты коммутации первой катушки.

Поскольку опыты проводились от источника постоянного тока, Фарадей не смог объяснить открытое явление.

Прообраз трансформатора появился лишь в 1848 году. Его изобрел немецкий механик Г. Румкорф, называя устройство индукционной катушкой особой конструкции. Однако Румкорф не заметил трансформации выходных напряжений.Датой рождения первого трансформатора считается день выдачи патента П. Н. Яблочкову на изобретение устройства с разомкнутым сердечником. Это случилось 30.11.1876 года.

Типы аппаратов с замкнутыми сердечниками появились в 1884 году. Их создали англичане Джон и Эдуард Гопкнинсоны.

По большому счету, технический интерес у электромехаников к переменному току возник только благодаря изобретению трансформатора. Идеи российского электротехника М. О. Доливо-Добровольского и всемирно известного Николы Тесла победили в спорах о преимуществах переменных напряжений именно благодаря возможности трансформации тока.

С победой идей этих великих электротехников потребности в трансформаторах резко выросла, что привело к их усовершенствованию и созданию новых типов приборов.

Общее устройство и принцип работы

Рассмотрим конструкцию простого трансформатора, с двумя катушками насаженных на замкнутый магнитопровод (см. Рис. 2). Катушку, на которую поступает ток, будем называть первичной, а выходную катушку – вторичной.

Рисунок 2. Устройство трансформатора

Фактически все типы трансформаторов используют электромагнитную индукцию для преобразования напряжения поступающего в цепь первичной обмотки. При этом выходное напряжение снимается из вторичных обмоток. Они различаются только по форме, материалам магнитопроводов и способам наматывания катушек.

Ферромагнитные сердечники применяются в низкочастотных моделях. Для таких сердечников используются материалы:

  • сталь;
  • пермаллой;
  • феррит.

В некоторых высокочастотных моделях магнитопроводы могут отсутствовать, а в некоторых изделиях применяют материалы из высокочастотного феррита или альсифера.

В связи с тем, что для характеристик ферромагнетиков характерна нелинейность намагничивания, сердечники набирают из листовых материалов, на которые надевают обмотки. Нелинейная индуктивность приводит к гистерезису, для уменьшения которого применяют метод шихтования магнитопроводов.

Форма сердечника может быть Ш-образной или торроидальной.

Рисунок 3. Внешний вид трансформатора

Базовые принципы действия

Когда на выводы первичных обмоток поступает синусоидальный ток, то он во второй катушке создает переменное магнитное поле, пронизывающее магнитопровод. В свою очередь, изменение магнитного потока провоцирует наведение ЭДС в катушках. При этом величина напряжения ЭДС в обмотках находится в пропорциональной зависимости от количества витков и частоты тока. Отношение количества витков в цепи первичной обмотки к числу витков вторичной катушки называется коэффициентом трансформации: k = W1 / W2, где символами W1 и W2 обозначено количество витков в катушках.

Если k > 1, то трансформатор повышающий, а при 0 Виды магнитопроводов

Более широкий спектр охватывает классификация по назначению.

Силовые

Назначения силового трансформатора понятно из названия. Термин силовые применяется к семейству моделей, как правило, большой мощности, используемых для преобразования электрической энергии в сетях ЛЭП и в различных обслуживающих установках.

При трансформации сохраняются частоты переменного тока, поэтому возможно подключение силовых трансформаторов в группы для работы в высоковольтных трехфазных сетях.

Силовые аппараты могут соединяться в группы с различными схемами подключения обмоток: по принципу звездочки, треугольником или зигзагом. Схема звездочка оправдана, если в трехфазных сетях нагрузка симметрическая. В противном случае предпочтения отдают треугольнику. При таком способе подключения токи первичной обмотки подмагничивают по отдельности каждый стержневой магнитопровод.

Тогда однофазное сопротивление приблизится к расчетному, а перекос напряжений будет устранен.

Автотрансформаторы

Группа устройств, в которых первичная и вторичная обмотки за счет их прямого соединения между собой образуют электрическую связь, называется автотрансформаторами. Характерным признаком этой группы является несколько пар выводов, к которым можно подключить нагрузку.

Обмотки автотрансформаторов имеют не только магнитную, но и электрическую связь. Они нашли применение в соединениях заземленных сетей, работающих под напряжением, превышающим 110 кВ, но при низких коэффициентах трансформации – не более 3 – 4.

Можно первичную обмотку подключить последовательно в электрическую цепь с другими устройствами и получить гальваническую развязку. Такие приборы получили названия трансформаторов тока. Первичную цепь таких устройств контролируют путём изменения однофазной нагрузки, а вторичную катушку используют в цепях измерительных приборов или сигнализации. Второе название приборов – измерительные трансформаторы.

Особенностью работы измерительных трансформаторов является особый режим выходной обмотки. Она функционирует в критическом режиме короткого замыкания. При разрыве вторичной цепи возникает резкое повышение напряжения в ней, что может вызвать пробои или повреждение изоляции.

Трансформатор тока

Напряжения

Типичное применение – изоляция логических цепей защиты измерительных приборов от высокого напряжения. Трансформатор напряжения – это понижающий прибор, преобразующий высокое напряжение в более низкое.

Импульсные

В работе современной электронике применяются высокочастотные сигналы, которые часто необходимо отделить от других сигналов.
Задача импульсных трансформаторов – преобразования импульсных сигналов с сохранением формы импульса.

Для высокочастотных импульсных аппаратов выдвигаются требования о максимальном сохранении формы импульса на выходе. Имеет значение именно форма, а не амплитуда и даже не знак.

Сварочные

В работе сварочного аппарата важен большой сварочный ток. При этом, сетевое напряжение понижают до безопасного уровня. Благодаря мощному электрическому току дуговой разряд сварочного аппарата плавит металл.

В сварочном трансформаторе имеется возможность ступенчатого регулирования величины тока во вторичных цепях способом изменения индуктивного сопротивления, либо путем секционирования одной из обмоток.

Фото устройства представлено на рисунке 6. Обратите внимание на наличие коммутирующего переключателя.

Рис. 6. Трансформатор для сварочного полуавтомата на броневом магнитопроводе

В сварочных аппаратах применяют конструкции на основе однофазных трансформаторов, а также с применением трехфазных трансформаторов. Для сварки некоторых металлов, например, нержавейки, сварочный ток выпрямляют.

Разделительные

Устройства, в которых нет электрической связи между обмотками, называют резделительными трансформаторами. Силовые разделительные аппараты применяются для повышения безопасности электросетей. Другая область применения разделительных трансформаторов – обеспечение гальванической развязки между отдельными узлами электрических цепей.

Согласующие

Данные типы аппаратов применяют для согласования сопротивления каскадов электронных схем. Они обеспечивают минимальное искажение формы сигналов, создают гальванические развязки между узлами электронных устройств.

Пик-трансформаторы

Аппараты, преобразующие синусоидальные токи в импульсные напряжения. Полярность выходных напряжений меняется через каждых полпериода.

Воздушные и масляные

Силовые трансформаторы бывают сухими (с воздушным охлаждением) (см. рис. 7) и масляными (см. рис. 8).

Модели сухих силовых трансформаторов чаще всего используют для преобразований сетевых напряжений, в том числе и в схемах трехфазных сетей.

Рисунок 7. Сухой трехфазный трансформатор

При подключении нагрузки происходит нагревание обмоток, что грозит разрушением электрической изоляции. Поэтому в сетях с напряжениями свыше 6 кВ работают приборы с масляным охлаждением. Специальное трансформаторное масло повышает надежность изоляции, что очень важно при больших выходных мощностях.

Рис. 8. Строение промышленного трансформатора с масляным охлаждением

Сдвоенный дроссель

Конструктивно такой аппарат является трансформатором с одинаковыми катушками. Катушки одинаковой мощности образуют встречный индуктивный фильтр. Эффективность аппарата выше, чем у дросселя (при одинаковых размерах).

Вращающиеся

Применяются для обмена сигналами с вращающимися барабанами. Конструктивно состоят из двух половинок магнитопровода с катушками. Эти части вращаются относительно друг друга. Обмен сигналами происходит при больших скоростях вращения.

Обозначение на схемах

Трансформаторы наглядно изображаются на электрических схемах. Символически изображаются обмотки, которые разделены магнитопроводом в виде жирной или тонкой линии (см. рис. 9).

Пример обозначения

На схемах трехфазных трансформаторов обмотки начинаются со стороны сердечника.

Области применения

Кроме преобразования напряжений в электрических сетях, трансформаторы часто применяются в блоках питания радиоэлектронных устройств. Преимущественно это автотрансформаторы, которые одновременно выдают несколько напряжений для различных узлов.

Сегодня все чаще используют бестрансформаторные блоки питания. Однако там где требуется питание мощным переменным током, без электромагнитных устройств не обойтись.

Источник

Трансформатор

Слово “трансформатор” образуется от английского слова “transform” – преобразовывать, изменяться. Но дело в том, что сам трансформатор не может как-либо измениться либо поменять форму и так далее. Он обладает еще более удивительный свойством – преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Ну разве это не чудо? В этой статье мы будем рассматривать именно трансформаторы напряжения.

Трансформатор напряжения


Трансформатор напряжения можно отнести больше к электротехнике, чем к электронике. Самый обыкновенный однофазный трансформатор напряжения выглядит вот так.

Если откинуть верхнюю защиту трансформатора, то мы можем четко увидеть, то он состоит из какого-то железного каркаса, который собран из металлических пластин, а также из двух катушек, которые намотаны на этот железный каркас. Здесь мы видим, что из одной катушки выходит два черных провода

а с другой катушки два красных провода

Эти обе катушки одеваются на сердечник трансформатора. То есть в результате мы получаем что-то типа этого

Ничего сложного, правда ведь?

Но дальше самое интересное. Если подать на одну из этих катушек переменное напряжение, то в другой катушке тоже появляется переменное напряжение. Но как же так возможно? Ведь эти обмотки абсолютно не касаются друг друга и они изолированы друг от друга. Во чудеса! Все дело, в так называемой электромагнитной индукции.

Если объяснить простым языком, то когда на первичную обмотку подают переменное напряжение, то в сердечнике возникнет переменное магнитное поле с такой же частой. Вторая катушка улавливает это переменное магнитное поле и уже выдает переменное напряжение на своих концах.

Обмотки трансформатора

Эти самые катушки с проводом в трансформаторе называются обмотками. В основном обмотки состоят из медного лакированного провода. Такой провод находится в лаковой изоляции, поэтому, провод в обмотке не коротит друг с другом. Выглядит такой обмоточный трансформаторный провод примерно вот так.

Он может быть разного диаметра. Все зависит от того, на какую нагрузку рассчитан тот или иной трансформатор.

У самого простого однофазного трансформатора можно увидеть две такие обмотки.

Обмотка, на которую подают напряжение называется первичной. В народе ее еще называют “первичка”. Обмотка, с которой уже снимают напряжение называется вторичной или “вторичка”.

Для того, чтобы узнать, где первичная обмотка, а где вторичная, достаточно посмотреть на шильдик трансформатора.

I/P: 220М50Hz (RED-RED) – это говорит нам о том, что два красных провода – это первичная обмотка трансформатора, на которую мы подаем сетевое напряжение 220 Вольт. Почему я думаю, что это первичка? I/P – значит InPut, что в переводе “входной”.

O/P: 12V 0,4A (BLACK, BLACK) – вторичная обмотка трансформатора с выходным напряжением в 12 Вольт (OutPut). Максимальная сила тока, которую может выдать в нагрузку этот трансформатор – это 0,4 Ампера или 400 мА.

Как работает трансформатор

Чтобы разобраться с принципом работы, давайте рассмотрим рисунок.

Здесь мы видим простую модель трансформатора. Подавая на вход переменное напряжение U1 в первичной обмотке возникает ток I1 . Так как первичная обмотка намотана на замкнутый магнитопровод, то в нем начинает возникать магнитный поток, который возбуждает во вторичной обмотке напряжение U2 и ток I2 . Как вы можете заметить, между первичной и вторичной обмотками трансформатора нет электрического контакта. В электронике это называется гальванически развязаны.

Формула трансформатора

Главная формула трансформатора выглядит так.

U2 – напряжение на вторичной обмотке

U1 – напряжение на первичной обмотке

N1 – количество витков первичной обмотки

N2 – количество витков вторичной обмотки

k – коэффициент трансформации

В трансформаторе соблюдается также закон сохранения энергии, то есть какая мощность заходит в трансформатор, такая мощность выходит из трансформатора:

Эта формула справедлива для идеального трансформатора. Реальный же трансформатор будет выдавать на выходе чуть меньше мощности, чем на его входе. КПД трансформаторов очень высок и порой составляет даже 98%.

Типы трансформаторов по конструкции

Однофазные трансформаторы

Это трансформаторы, которые преобразуют однофазное переменное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение другого значения.

В основном однофазные трансформаторы имеют две обмотки, первичную и вторичную. На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а со вторичной снимают нужное нам напряжение. Чаще всего в повседневной жизни можно увидеть так называемые сетевые трансформаторы, у которых первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение, то есть 220 В.

На схемах однофазный трансформатор обозначается так:

Первичная обмотка слева, а вторичная – справа.

Иногда требуется множество различных напряжений для питания различных приборов. Зачем ставить на каждый прибор свой трансформатор, если можно с одного трансформатора получить сразу несколько напряжений? Поэтому, иногда вторичных обмоток бывает несколько пар, а иногда даже некоторые обмотки выводят прямо из имеющихся вторичных обмоток. Такой трансформатор называется трансформатором со множеством вторичных обмоток. На схемах можно увидеть что-то подобное:

Трехфазные трансформаторы

Эти трансформаторы в основном используются в промышленности и чаще всего превосходят по габаритам простые однофазные трансформаторы. Почти все трехфазные трансформаторы считаются силовыми. То есть они используются в цепях, где нужно питать мощные нагрузки. Это могут быть станки ЧПУ и другое промышленное оборудование.

На схемах трехфазные трансформаторы обозначаются вот так:

Первичные обмотки обозначаются заглавными буквами, а вторичные обмотки – маленькими буквами.

Здесь мы видим три типа соединения обмоток (слева-направо)

  • звезда-звезда
  • звезда-треугольник
  • треугольник-звезда

В 90% случаев используется именно звезда-звезда.

Типы трансформаторов по напряжению

Понижающий трансформатор

Это трансформатор, которые понижает напряжение. Допустим, на первичную обмотку мы подаем 220 Вольт, а снимаем 12 Вольт. В этом случае коэффициент трансформации (k) будет больше 1.

Повышающий трансформатор

Это трансформатор, который повышает напряжение. Допустим, на первичную обмотку мы подаем 10 Вольт, а со вторичной снимаем уже 110 В. То есть мы повысили наше напряжение 11 раз. У повышающих трансформаторов коэффициент трансформации меньше 1.

Разделительный или развязывающий трансформатор

Такой трансформатор используется в целях электробезопасности. В основном это трансформатор с одинаковым числом обмоток на входе и выходе, то есть его напряжение на первичной обмотке будет равняться напряжению на вторичной обмотке. Нулевой вывод вторичной обмотки такого трансформатора не заземлен. Поэтому, при касании фазы на таком трансформаторе вас не ударит электрическим током. Про его использование можете прочесть в статье про ЛАТР. У развязывающих трансформаторов коэффициент трансформации равен 1.

Согласующий трансформатор

Такой трансформатор используется для согласования входного и выходного сопротивления между каскадами схем.

Работа понижающего трансформатора на практике

Понижающий трансформатор – это такой трансформатор, который выдает на выходе напряжение меньше, чем на входе. Коэффициент трансформации (k) у таких трансформаторов больше 1 . Понижающие трансформаторы – это самый распространенный класс трансформаторов в электротехнике и электронике. Давайте же рассмотрим, как он работает на примере трансформатора 220 В —> 12 В .

Итак, имеем простой однофазный понижающий трансформатор.

Именно на нем мы будем проводить различные опыты.

Подключаем красную первичную обмотку к сети 220 Вольт и замеряем напряжение на вторичной обмотке трансформатора без нагрузки. 13, 21 Вольт, хотя на трансформаторе написано, что он должен выдавать 12 Вольт.

Теперь подключаем нагрузку на вторичную обмотку и видим, что напряжение просело.

Интересно, какую силу тока кушает наша лампа накаливания? Вставляем мультиметр в разрыв цепи и замеряем.

Если судить по шильдику, то на нем написано, что он может выдать в нагрузку 400 мА и напряжение будет 12 Вольт, но как вы видите, при нагрузку близкой к 400 мА у нас напряжение просело почти до 11 Вольт. Вот тебе и китайский трансформатор. Нагружать более, чем 400 мА его не следует. В этом случае напряжение просядет еще больше, и трансформатор будет греться, как утюг.

Как проверить трансформатор

Как проверить на короткое замыкание обмоток


Хотя обмотки прилегают очень плотно к друг другу, их разделяет лаковый диэлектрик, которым покрываются и первичная и вторичная обмотка. Если где-то возникло короткое замыкание между проводами, то трансформатор будет сильно греться или издавать сильный гул при работе. Также он будет пахнуть горелым лаком. В этом случае стоит замерить напряжение на вторичной обмотке и сравнить, чтобы оно совпадало с паспортным значением.

Проверка на обрыв обмоток


При обрыве все намного проще. Для этого с помощью мультиметра мы проверяем целостность первичной и вторичной обмотки. Итак, сопротивление первичной обмотки нашего трансформатора чуть более 1 КОм. Значит обмотка целая.

Таким же образом проверяем и вторичную обмотку.

Отсюда делаем вывод, что наш трансформатор жив и здоров.

Похожие статьи по теме “трансформатор”

Источник

Повышающий и понижающий трансформатор

В быту и на производстве используется огромное количество различных электронных устройств, приборов и оборудования. Довольно часто для их нормальной эксплуатации требуется повышающий и понижающий трансформатор. Каждый из них работает на основе самоиндукции, позволяющей изменять ток в ту или иную сторону. Само название трансформатора означает изменение или преобразование. Они применяются в основном совместно с электроникой зарубежного производства, рассчитанной на токи, отличающиеся от отечественных стандартов. Кроме того, трансформаторы обеспечивают защиту электрооборудования и оптимизируют его питание, делая работу максимально эффективной.

  1. Функции и работа трансформаторов
  2. Какой трансформатор называют повышающим, а какой понижающим, и какая между ними разница
  3. Можно ли понижающий трансформатор использовать как повышающий
  4. Как определить принадлежность той или иной обмотки
  5. Общее устройство и функционирование трансформаторов понижающего типа
  6. Особенности повышающего трансформатора

Функции и работа трансформаторов

В электронике трансформаторы являются незаменимыми устройствами. Однако, для их наиболее эффективной работы, необходимо хорошо представлять себе, что понижает или повышает трансформатор. В зависимости от потребностей, они повышают или, наоборот, понижают величину потенциала в цепочках с переменным током.

С появлением отличающихся трансформаторных устройств стала возможной доставка электричества на значительные дистанции. Заметно снижаются потери на проводах ЛЭП, когда переменное напряжение повышается, а ток – понижается. Это происходит на всей протяженности проводников, соединяющих электростанцию с подключенными потребителями. На каждом конце таких линий напряжения снижаются до безопасного уровня, облегчая работу используемого оборудования.

Какой трансформатор называют повышающим, а какой понижающим, и какая между ними разница

Если отвечать коротко, то прибор выдающий более высокий потенциал, в сравнении со входом, считается повышающим. Если же происходит обратный процесс, и потенциал на выходе меньше, чем на входе, такое устройство будет понижающим. В первом случае вторичная обмотка обладает большим количеством витков, чем на первичная, а во втором, наоборот, в работе применяется вторичная обмотка с меньшим количеством витков. Этим они кардинально отличаются друг от друга.

Можно ли понижающий трансформатор использовать как повышающий

Да, можно. Поскольку для перемены функций достаточно изменить схему соединения обмоток с источником потенциала и нагрузкой. Соответственно, изменится и функциональность понижающего трансформатора.

На практике, с целью повышения эффективности устройства, индуктивность всех обмоток рассчитывается для точных рабочих значений тока и напряжения. Эти показатели должны обязательно сохраняться в исходном состоянии, когда повышающий и понижающий трансформатор изменяют свои функции на противоположные.

Как определить принадлежность той или иной обмотки

Конструктивно, трансформаторы выполнены по такому принципу, что невозможно сразу определить их различия, то есть, какие провода называется и фактически являются первичной, а которые из них – вторичной обмоткой. Поэтому, чтобы не запутаться, применяется маркировка. Для высоковольтной обмотки предусмотрен символ «Н», в понижающих устройствах она служит первичной, а в повышающих – вторичной обмоткой. Обмотка с низким вольтажом маркируется символом «Х».

Для того чтобы понять особенности, отличие и принцип действия каждого из этих устройств, их следует рассмотреть более подробно.

Общее устройство и функционирование трансформаторов понижающего типа

Трансформаторы выполняют преобразование более высокого входящего напряжения в низкую характеристику напряжения на выходе, то есть позволяют понизить большие токи до требуемых значений. При необходимости такой прибор может использоваться как повышающий.

Принцип действия этих приборов определяется законом электромагнитной индукции. Стандартная конструкция состоит из двух обмоток и сердечника. Первичная обмотка соединяется с источником питания, после чего вокруг сердечника происходит генерация магнитного поля. Под его воздействием во вторичной обмотке возникает электрический ток с определенными заданными параметрами напряжения.

Выходная мощность определяется по количественному соотношению витков в каждой катушке. Изменяя этот показатель можно управлять характеристиками выходного напряжения и получать требуемый ток для бытового и промышленного оборудования.

С помощью лишь одних трансформаторов невозможно изменить частоту электрического тока. Для этого конструкция понижающего аппарата дополняется выпрямителем, изменяющим частоту тока в диапазоне требуемых значений. Современные приборы дополняются полупроводниками и интегральными схемами с конденсаторами, резисторами, микросхемами и другими компонентами. В результате, получается устройство с незначительными размерами и массой, но достаточно высоким уровнем КПД, работающее на понижение напряжения.

Такие трансформаторы функционируют очень тихо и не подвержены сильному нагреву. Мощность выходного тока может выставляться путем регулировок и отличаться в каждом случае. Все устройства нового типа оборудованы защитой от коротких замыканий.

Понижающий трансформатор отличается простой и надежной схемой, широко применяются на подстанциях между отрезками линий электропередачи. Они выполняют понижение сетевого тока с 380 до 220 вольт. Подобные устройства относятся к промышленным. Используемые в быту, отличаются более низкими мощностями. Принимая на первичную обмотку входа 220 В, они затем выдают пониженное напряжение от 12 до 42 вольт в соответствии с подключенными потребителями. Коэффициент трансформации понижающих устройств всегда ниже единицы. Для того чтобы его определить, нужно знать соотношение между количеством витков в первичной и вторичной обмотке.

Особенности повышающего трансформатора

Повышающие трансформаторные устройства, как их называют специалисты, также используются в быту и на производстве. В основном их назначение – работа по своему профилю на проходных электростанциях. Они должны повысить ток в соответствии с нормативными показателями, поскольку в процессе транспортировки происходит постепенное снижение высокого напряжения в ЛЭП. В конце пути следования электростанция с помощью повышающего трансформатора напряжение поднимается до нормативных 220 В и поставляется в бытовые сети, а 380 В – в промышленные.

Работа трансформатора повышающего типа осуществляется по следующей схеме, включающей в себя несколько этапов:

  • Вначале на электростанции производится электрический ток напряжением 12 киловольт (кВ).
  • Далее по ЛЭП оно поступает на повышающую подстанцию и попадает в повышающий трансформатор, преобразующий это напряжение до 400 кВ. Отсюда ток поступает в высоковольтную ЛЭП и уже по ней приходит на понижающую подстанцию, где его напряжение вновь становится 12 кВ.
  • На последнем этапе ток оказывается в низковольтной линии, в конце которой установлен еще один трансформатор понижающего действия. Здесь напряжение окончательно принимает рабочее значение 220 или 380 В и в таком виде поступает в бытовую или промышленную сеть.

Принцип работы повышающего трансформатора также основан на электромагнитной индукции. Основная конструкция состоит их двух катушек с разным количеством витков и изолированного сердечника.

Низкое переменное напряжение поступает в первичную обмотку и вызывает появление магнитного поля, возрастающего при оптимально подобранном соотношении обмоток. Под его влиянием во вторичной обмотке образуется электрический ток с повышенными показателями – 220 В и более. В случае необходимости изменения частоты, в цепочку дополнительно устанавливается преобразователь, способный выдавать постоянный ток для определенных видов оборудования.

В процессе работы трансформаторы нагреваются, поэтому им требуется использовать охлаждение, которое может быть масляным или сухим. Трансформаторные масла относятся к пожароопасным веществам, поэтому такие системы оборудуются дополнительной защитой. Сухие трансформаторы заполняются специальными негорючими веществами. Они безопасны в эксплуатации, но стоят значительно дороже.

Понижающий трансформатор в электротехнике

Понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт

Коэффициент трансформации трансформатора

Как работает трансформатор

Подключение трансформатора для преобразования тока

Источник

Устройство повышающего трансформатора напряжения

Открытие в далёком 1831 году великим учёным Фарадеем принципа электромагнитной индукции позволило по-новому взглянуть на многие законы электротехники. Именно основываясь на взаимодействие электромагнитных полей, через 45 лет после этого великий русский учёный П. Н. Яблочков получил патент на изобретение трансформатора. Классическое определение звучит так: трансформатор — это электрическое устройство, преобразующее ток первичной обмотки одного напряжения, в ток вторичной обмотки с другим напряжением.

  • Устройство и принцип работы
  • Достоинства и недостатки сердечников
  • Технические характеристики
  • Типы устройств
  • Обслуживание и ремонт

Индукционный эффект образуется при изменении электромагнитного поля, поэтому для работы трансформатора необходимо наличие напряжения с переменным током. Трансформация (передача) осуществляется преобразованием электрической энергии первичной обмотки в магнитное поле, а затем, во вторичной обмотке происходит обратное преобразование магнитного поля в электрическую энергию. В случае если количество витков вторичной обмотки будет превышать число витков первичной обмотки, то устройство будет называться повышающим трансформатором. При подключении обмоток в обратном порядке, получается понижающее устройство.

Устройство и принцип работы

Конструктивно повышающее устройство трансформации напряжения состоит из сердечника и двух обмоток. Сердечник собран из пластин электротехнической листовой стали. На него намотаны первичная и вторичная обмотки, из медного провода, различного диаметра. Толщина провода намотки трансформатора напрямую зависит от его выходной мощности.

Сердечник устройства может быть стержневым или броневым. При использовании изделия в сетях низкочастотного напряжения чаще всего применяются стержневые магнит проводы, которые по форме могут быть:

  • П-образные.
  • Ш-образные.
  • Тороидальные.

Изготавливаются сердечники из трансформаторного специального железа, от качественных характеристик которого и зависят многие общие параметры устройства. Набирается сердечник из тонких железных пластин, которые изолированы друг от друга лаком или слоем окиси, для уменьшения потерь за счёт вихревых токов. Могут применяться и готовые половинки, которые сделаны из сплошных железных лент.

Достоинства и недостатки сердечников

  • Наборные чаще применяются для устройства магнитопроводов с произвольным сечением, ограничивающимся только шириной пластин. Лучшие параметры имеют устройства трансформации напряжения с квадратным сечением. Недостатком такого типа сердечника считается необходимость плотного стягивания пластин, малый коэффициент заполнения пространства катушки, а также повышенное рассеивание магнитного поля устройства.
  • Витые сердечники намного проще наборных в сборке. Весь сердечник Ш-образного типа состоит из четырёх частей, а П-образный тип имеет только две части в своей конструкции. Технические характеристики такого трансформатора гораздо лучше, нежели чем наборного. К недостаткам можно отнести необходимость минимального зазора между частями. При физическом воздействии пластины частей могут отслаиваться, и, в дальнейшем очень трудно добиться плотного их прилегания.
  • Тороидальные сердечники имеют форму кольца, которое свито из трансформаторной железной ленты. Такие сердечники имеют самые лучшие технические характеристики и практически полное исключение рассеивания магнитного поля. Недостатком считается сложность намотки, особенно проводов с большим сечением.

В трансформаторах Ш-образного типа все обмотки обычно делаются на центральном стержне. В П-образном устройстве вторичная обмотка может наматываться на один стержень, а первичная — на другой. Особенно часто, встречаются конструктивные решения, когда разделённые пополам обмотки наматываются на оба стержня, а после соединяются между собой последовательно. При этом существенно сокращается расход провода для трансформатора, и улучшаются технические характеристики прибора.

Технические характеристики

Основными характеристиками при эксплуатации трансформатора считаются:

  • Напряжение входное.
  • Величина напряжения на выходе.
  • Мощность прибора.
  • Ток и напряжение холостого хода.

Величина отношения напряжений на входе и выходе устройства называется коэффициентом трансформации. Это соотношение зависит только от количества витков в обмотках и остаётся неизменным при любом режиме функционирования устройства.

От диаметра проводов и от типа сердечника напрямую зависит мощность трансформатора, которая со стороны первичной намотки равна сумме мощностей вторичных обмоток, за исключением потерь.

Напряжение, получаемое на выходной обмотке устройства, без подключения нагрузки, называется напряжением холостого хода. Разница между этим показателем и напряжением с нагрузкой указывает на величину потерь за счёт разного сопротивления проводов обмотки.

От качественных показателей сердечника трансформатора полностью зависит величина тока холостого хода. В идеальном случае, ток первичной обмотки создаёт в сердечнике устройства магнитное поле переменного значения, по величине электродвижущая сила которого равна току холостого хода и противоположна по направлению. Но вот в реальности величина электродвижущей силы всегда меньше напряжения на входе, за счёт возможных потерь в сердечнике.

Именно поэтому для уменьшения величины тока холостого хода, требуется материал высокого качества при изготовлении сердечника и минимальный зазор между его пластинами. Таким условиям в большей мере соответствуют тороидальные сердечники.

Типы устройств

В зависимости от мощности, конструкции и сферы их применения, существуют такие виды трансформаторов:

  • Автотрансформатор конструктивно выполнен как одна обмотка с двумя концевыми клеммами, а также в промежуточных точках устройства имеются несколько терминалов, в которых располагаются первичные и вторичные катушки.
  • Трансформатор тока включает в себя первичную и вторичную обмотку, сердечник из магнитного материала, а также оптические датчики, специальные резисторы, позволяющие ускорять способы регулировки напряжения.
  • Силовой трансформатор — это устройство, передающее ток, при помощи индукции электромагнитного поля, между двумя контурами. Такие трансформаторы могут быть повышающими или понижающими, сухими или масляными.
  • Антирезонансные трансформаторы могут быть как однофазными, так и трёхфазными. Принцип работы такого устройства мало чем отличается от трансформаторов силового типа. Конструктивно представляет собой устройство литого типа с хорошей теплозащитой и полузакрытой структурой. Трансформаторы антирезонансного типа применяются при передаче сигнала на большие расстояния и в условиях больших нагрузок. Идеально подходят для работы в любых климатических условиях.
  • Заземляемые трансформаторы (догрузочные). Особенностью этого типа является расположение обмоток в форме звезды или зигзага. Часто заземляемые приборы применяют для подключения счётчика электрической энергии.
  • Пик — трансформаторы используются в устройствах радиосвязи и технологиях компьютерного производства, по принципу отделения постоянного и переменного тока. Конструкция такого трансформатора является упрощённой: обмотка с определённым количеством витков расположена вокруг сердечника из ферромагнитного материала.
  • Разделительный домашний трансформатор применяется при передаче энергии переменного тока к другому устройству или оборудованию, блокируя при этом способности источника энергии. В бытовых условиях такие приборы обеспечивают регулирование напряжения и гальваническую развязку. Чаще всего применяются для подавления электрических помех в чувствительных приборах и защиты от вредного воздействия электрического тока.

Обслуживание и ремонт

Желательно человеку, не знающему принцип действия электротехнических приборов, не заниматься ремонтными работами этого оборудования, из-за возможности поражения электрическим током. При ремонте и обслуживании трансформаторных устройств, единственное, что можно исправить, без недопустимых последствий, это перемотка трансформатора.

Перед началом любых ремонтных работ необходимо произвести проверку трансформатора:

  • Первым делом необходимо оценить состояние прибора при помощи визуального осмотра, так как порой, потемневшие и вздувшиеся участки, прямо указывают на неисправность обмотки трансформатора.
  • Определение правильности подключения устройства. Электрический контур, генерирующий магнитное поле обязательно должен быть подключён к первичной обмотке прибора. А вот вторая схема, потребляющая энергию трансформатора, должна быть включена в обмотку выходного напряжения.
  • Фильтрация выходного сигнала фазы определяется как для диодов и конденсаторов на вторичной обмотке устройства.
  • Следующим шагом нужно подготовить прибор к контрольному измерению параметров, т. е. снять защитные панели и крышки, чтобы получить свободный доступ к элементам схемы. С помощью тестера нужно в дальнейшем произвести измерение напряжения трансформатора.
  • Для проведения измерений, нужно подать питание на схему устройства. Измерение параметров первичной обмотки проводится тестером в режиме переменного тока. Если полученное значение меньше чем на 80% от ожидаемого, то неисправность может быть как в самом трансформаторе, так и в схеме всего устройства.
  • Проверку выходной обмотки осуществляют при помощи тестера. При этом проверяем обмотку как на возможность появления короткозамкнутых витков, так и на обрыв провода намотки катушки, по принципу измерения сопротивления (если сопротивление мало — то есть вероятность короткозамкнутых витков, а в случае когда сопротивление обмотки велико — обрыв).

После перемотки повышающего трансформатора напряжения, в случае неисправности обмотки, нужно собрать его в обратной последовательности, при этом особое внимание необходимо уделить наиболее плотному прилеганию пластин сердечника.

Самостоятельное изготовление или ремонт устройства предоставляется процессом очень сложным и трудоёмким. Для выполнения таких работ потребуется наличие необходимых материалов, а также умение производить некоторые специальные расчёты. В частности, нужно будет точно рассчитать количество витков в обмотке трансформатора, диаметр проводов для обмотки, а также сечение и тип сердечника устройства.

Поэтому лучше обратиться для проведения этих операций к квалифицированному человеку, знакомому с основными понятиями и свойствами электротехники и расчётами по необходимым формулам.

Источник

Автотрансформаторы | Устройство и принцип действия

Автотрансформатор — это устройство для изменения напряжения переменного тока при сохранении его частоты, основанное на эффекте электромагнитной индукции, которое имеет одну общую обмотку на магнитопроводе и не менее трёх выводов от неё.

Если простыми словами, то автотрансформаторы – это разновидность обычных трансформаторов напряжения, в которых есть всего одна обмотка, часть витков которой выполняют функцию первичной обмотки, а часть вторичной.

Для лучшего понимания, давайте рассмотрим устройство наиболее распространенного типа автотрансформаторов.

 

Устройство автотрансформатора

 

Чаще всего стандартный автотрансформатор представляет собой тороидальный магнитопровод – сердечник, сделанный из электротехнической стали в виде кольца, на который намотана медная проволока – называемая обмоткой.

Кроме того, чтобы эта конструкция служила именно автотрансформатором, у неё есть дополнительная «отпайка» — отвод от этой обмотки, всего контактов получается, как минимум три.

Устройство автотрансформатора достаточно наглядно показано на изображении ниже:

В данном примере, вы можете видеть автотрансформатор, к крайним контактам которого подключается источник напряжения переменного тока, к A – фаза, к X – ноль. Все витки проволоки между этими точками считаются первичной обмоткой.

Нагрузка, какой-нибудь электроприбор, которому для работы требуется меньшее напряжение, чем поступает из сети, подключается к выводам a2 и X – витки между этими контактами – это уже вторичная обмотка.

Как видите, у автотрансформатора есть всего одна обмотка, но при этом напряжение, если замерять в различных точках подключения, будет разным, почему оно меняется и как определить насколько (коэффициент трансформации) мы рассмотрим ниже.

 

Обозначение автотрансформатора на схемах

 

Кстати, вы довольно легко на любой схеме определите автотрансформатор и отличите его от обычного трансформатора, чаще всего он обозначается вот так:

Как видите, схематически у автотрансформатора показаны все его основные элементы: прямая линия — это стальной сердечник, с одной стороны которого расположена единственная обмотка – в виде волнистой линии, от которой идёт несколько отводов.

Перепутать с обычным трансформатором не получится, ведь у него на схеме будет как минимум две обмотки по сторонам от сердечника.

Более подробно о принципиальных различиях автотрансформатора и обычного трансформатора напряжения, я расскажу во второй части этой статьи.

 

Принцип работы автотрансформатора

 

А сейчас, для лучшего понимания основного принципа работы автотрансформаторов, рассмотрим процессы, которые в них происходят.

В качестве примера, мы возьмем автотрансформатор, который может как повышать напряжение на выходе, так и уменьшать его, относительно начального. Общее количество витков медного провода у него, для удобства расчетов, равно 20, выглядит он следующим образом:

Как видите, у такой модели, есть уже четыре точки подключения к общей обмотке: A1, a2, a3 и X.

К контактам A1 и N – подключается источник переменного электрического тока, например, питание стандартной городской электросети, с напряжением(U1), в нашем случае это стандартные 220В. Всего между этими точками 18 витков медной проволоки, этот участок спирали обозначен как W1, он считается первичной обмоткой автотрансформатора.

 

Что происходит при подаче напряжения на автотрансформатор

 

При протекании переменного тока по обмотке, в сердечнике (магнитопроводе) автотрансформатора, образуется переменный магнитный поток, который циркулирует по замкнутому магнитному сердечнику, пронизывая ВСЕ витки обмотки.

Проще говоря, при подключении тока к первичной обмотке – в нашем примере к 18 виткам, магнитный поток протекая по сердечнику пронизывает всю обмотку, все 20 витков. Напряжение же на первичной обмотке (в точках подключения A1 и X) остаётся 220В или, если распределить на каждый виток 220/18 = 12.222… Вольта на каждый.

Теперь, чтобы узнать какое напряжение образуется на всех 20 витках, к точкам a2 и X, подключим нагрузку, какой-нибудь электроприбор – это будет вторичная обмотка автотрансформатора. На схеме условно обозначим нагрузку, некий электроприбор подключеный к этой обмотке, напряжение U2, а число витков между контактами W2 = 20.

 

Зависимость между обмотками у автотрансформатора, выражается следующей формулой:

U1/w1 = U2/w2, где U1 напряжение на первой обмотке, U2 напряжение на второй обмотке, w1 число витков первой обмотки, w2 число витков второй обмотки.

Из этой формулы следует что напряжение на вторичной обмотке изменяется относительно напряжения первичной обмотки, пропорционально разнице витков. В нашем примере на один виток первичной обмотки приходится 12.22.. Вольт, у вторичной же обмотки витков больше на 2, соответственно общее напряжение обмотки выше на 24.44..Вольта.

Это доказывает нехитрый расcчет:

U1/w1 = U2/w2,

220 Вольт/18 Витков=U2/20 Витков,

U2 = 220*20/18 = 244.44В

Автотрансформатор, у которого на вторичной обмотке напряжение увеличивается называется повышающий.

Зная зависимость между обмотками, мы можем вычислить коэффициент трансформации, величину, которая позволяет легко определять, изменение входящих параметров (напряжения, сопротивления, силы тока) на вторичной обмотке.

 

Коэффициент трансформации вычисляется по следующей формуле: U1/U2=w1/w2

 

В нашем случае получается 220/244,44=18/20=0,9

 

Теперь давайте посмотрим, как изменится напряжения на оставшихся контактах.

Подключаем нагрузку к контактам a3 и X нашего автотрансформатора, число витков w3 у этой обмотки равно 16, напряжение обозначим как U3.

Следуя той же формуле, рассчитываем напряжение:

U1/w1 = U3/w3 = 220/18=U3/16, от сюда следует, что U3 =220*16/18 = 195,55.. Вольт, а коэффициент трансформации U1/U3=w1/w3=220/195,55=18/16=1,125 , эта обмотка понижающая.

Автотрансформатор, у которого на вторичной обмотке напряжение уменьшается называется понижающий.

Теперь, зная коэффициенты трансформации на всех выводах автотрансформатора мы легко сможем определять, например, какое будет напряжение на вторичной обмотке, если изменится напряжение источника электрического тока:

Так, например, при напряжении источника переменного тока на первичной обмотке 200В, у этого трансформатора:

— на контактах a2 и X, при коэффициенте трансформации k1=0,9 напряжением будет U2=200В/0,9= 222,22 В

— на контактах a3 и X, при коэффициенте трансформации k2=1,125 напряжение равняется U3=200/1,125=177,77 В

 

ПРАВИЛО: Если коэффициент трансформации k>1 – то трансформатор понижающий, если же k1, то повышающий.

 

Чаще всего стандартный автотрансформатор имеет большее количество выводов, чем в нашем примере, большее количество ступеней для регулировки входящего напряжения или тока.

Логическим развитием автотрансформаторов, стало появление так называемых РЕГУЛИРУЕМЫХ АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ, у которых нет множество дополнительных отпаек с разным коэфициентом трансформации, а количество витков вторичной обмотки, изменяется путем перемещения подвижного контакта по ней — подробнее об этом читайте ТУТ.

 

Изменение силы тока в автотрансформаторе

По силе тока есть простое правило — ток в обмотке более высокого напряжения меньше, чем ток в обмотке с более низким напряжением.

Другими словами, если используется понижающий отвод от первичной обмотки автотрансформатора – то ток на вторичной обмотке будет больше, а напряжение ниже и наоборот, если используется повышающий отвод – то ток на вторичной обмотке будет ниже, а напряжение выше.

Мощности же на обеих обмотках примерно одинаковы, поэтому, согласно закону ОМА:

I1U1 = I2U2, где I1 – ток в первичной обмотке, I2 – ток во вторичной обмотке, U1- напряжение в первичной обмотке, U2 – Напряжение во вторичной обмотке.

Соответственно ток, например, в первичной обмотке рассчитывается так: I1 = U2*I2/U1

Зная, как изменяется ток, можно заранее правильно подобрать кабели питания и защитную автоматику.

Теперь, когда вы знакомы с принципом работы автотрансформатора и знаете его конструкцию, давайте рассмотрим какие они бывают, их назначение и места применения, какие у них плюсы и минусы и чем принципиально отличаются от обычных трансформаторов. Всё это и многое другое читайте во второй части этой статьи. Подписывайтесь на нашу группу вконтакте, следите за выходом новых материалов!

Заземление и зануление, в чем разница?

Понятия заземление и зануление наверняка многим знакомы. Однако не все четко понимают, что и как работает. Некоторые считают, что заземление и зануление — это одно и тоже. Другие делают акцент, что зануление — это только перемычка между PE и N в старом жилом фонде с системой TN-C. Второе утверждение уже имеет долю правды, а ошибка лишь в приравнивании «двухпроводки» к системе TN-C. Поэтому постараемся наглядно и понятно разобраться с заземлением и занулением.

Распределительный трансформатор — фаза, ноль (нейтраль)

Для начала стоит кратко ознакомиться с путем и способами подачи напряжения в розетки вашего дома. Последнее промежуточное звено, от которого к вам в дом поступает электроэнергия — это распределительный трансформатор.

Получив три фазы от генераторов на электростанции, трансформатор понижает напряжения и со вторичной обмотки отдает мощность потребителю через фазный и совмещенный рабочий и защитный нулевой (PEN) проводник.

Ноль выполняет роль нейтрали, начала и служит исходной точкой для измерения характеристик напряжения. В ней соединяются фазные обмотки при схеме подключения «звезда». Потенциал в этой точке равен нулю. А разность потенциалов между фазой и нейтралью соответствует фазному напряжению 230 Вольт.

Что такое зануление

Теперь можно перейти непосредственно к понятию зануления. Для начала ознакомимся с определением из ПУЭ. Пункт 1.7.31. Защитное зануление в электроустановках напряжением до 1 кВ — это преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

То есть простыми словами зануление электроустановки (для примера стиральной машины) — это соединение ее корпуса (проводящей части) с нейтралью (нулевой точкой) трансформатора для того, чтобы в случае контакта при повреждении фазы с корпусом в цепи образовался ток короткого замыкания или дифференциальный ток для защитного автоматического отключения поврежденного участка (стиральной машины).

Автоматическое отключение питания производится с использованием автоматических выключателей, УЗО или дифференциальных автоматов.

Что такое заземление

Теперь перейдем к заземлению и рассмотрим пункт 1.7.78. При выполнении автоматического отключения питания в электроустановках напряжением до 1 кВ все открытые проводящие части должны быть присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания, если применена система TN, и заземлены, если применены системы IT или TT.

То есть, когда речь идет о системах TN-C, TN-S, TN-C-S, то для электробезопасности здесь в основном применяется зануление. А вот когда у вас система TT, то здесь зануления нет и для электробезопасности используется защитное заземление.

Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

В данном случае присутствует понятие земля:

  • Пункт ПУЭ 1.7.20. Зона нулевого потенциала (относительная земля) — часть земли, находящаяся вне зоны влияния какого-либо заземлителя, электрический потенциал которой принимается равным нулю.
  • Пункт ПУЭ 1.7.21. Зона растекания (локальная земля) — зона земли между заземлителем и зоной нулевого потенциала. Термин земля, используемый в главе ПУЭ, следует понимать как земля в зоне растекания.

Может показаться, что определения земли противоречивые. Особенно если ознакомиться с еще одним определением из ПУЭ, таким как напряжение на заземляющем устройстве. Это напряжение, возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в заземлитель и зоной нулевого потенциала. И здесь встает логический вопрос — зона нулевого потенциала независима от какого заземлителя? Ведь, если не соединить ноль трансформатора с землей через заземлитель, никакого напряжения на любом другом заземлителе при замыкании на землю не будет. Единственное логическое объяснение — глухозаземленная нейтраль трансформатора это неотъемлемая часть системы, а заземлители необходимо рассматривать не относящиеся непосредственно к нейтрали.

С землей определились. Перейдем непосредственно к заземлению и разберемся, как оно работает при появлении фазы (выносе потенциала) на корпусе заземленной электроустановки. Здесь уже связь с нейтралью осуществляется через ваше заземление TT, землю (как проводник) и заземление нейтрали трансформатора. В данном случае, в отличие от зануления в системе TN, за счет появления в цепи значительного сопротивления токи короткого замыкания могут быть недостаточными для отработки автоматических выключателей. Поэтому в системе TT для защиты при косвенном прикосновении должно быть выполнено автоматическое отключение питания с обязательным применением УЗО.

Чем отличается заземление от зануления?

Рассмотрев процессы заземления и зануления, можно отметить, что они имеют общие защитные функции, но организованы по-разному.

И заземление и зануление организуют связь с нулевой точкой трансформатора:

  • В первом случае эта связь происходит через проводимость земли с большим сопротивлением.
  • Во втором случае — через PEN проводник со значительно меньшим сопротивлением.

Видео по теме заземления и зануления

Подводя итог, можно отметить, что более надежный способ для обеспечения электробезопасности — зануление. Это обусловлено низким сопротивлением связи PE с нейтралью трансформатора. Если же условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены, то используется заземление при помощи заземлителя, не присоединенного к нейтрали.

Как понизить напряжение на трансформаторе без перемотки

Простыми словами о ремонте телевизоров и домашней бытовой техники своими руками

Как уменьшить вольтаж на трансформаторе.

В этой статье я расскажу вам, как из трансформатора с выходом 32 В, сделать трансформатор с выходом 12 В. Иными словами — уменьшить вольтаж трансформатора.

Для примера, возьму транс от китайского ч/б телевизора «Jinlipu».

Я думаю, очень многие встречались с ним или подобным.

Итак, для начала нам нужно определить первичную и вторичные обмотки. Чтобы это сделать, нужен обычный омметр. Замеряем сопротивление на выводах трансформатора. На первичной обмотке сопротивление больше, чем на вторичной и составляет, обычно, не менее 85 Ом.
После того, как мы определили эти обмотки, можно приступать к разбору трансформатора . Нужно отделить друг от друга Ш-образные пластины. Для этого нам понадобятся некоторые инструменты, а именно: круглогубцы, плоскогубцы, маленькая отвёрточка для «подцепа» пластин, кусачки, нож.

Чтобы вытащить самую первую пластинку, придётся потрудиться, но потом остальные пойдут, как «по маслу». Работать нужно очень осторожно, так как легко можно порезаться о пластины. Конкретно на этом трансформаторе нам известно, что на выходе у него 32 В. В случае, когда мы этого не знаем, нужно перед разбором обязательно замерить напряжение , чтобы в дальнейшем мы смогли вычислить, сколько витков идёт на 1 В.

Итак, приступим к разбору. Ножом нужно отклеить пластины друг от друга и, при помощи кусачек и круглогубцев, вытаскиваем их из трансформатора. Вот так это выглядит:

После того, как пластины были извлечены, нужно снять с обмоток пластмассовый корпус. Делаем это смело, так как на работу трансформатора это никак не повлияет.

Затем находим на вторичной обмотке доступный для размотки контакт и кусачками «откусываем» его от места спайки. Далее начинаем разматывать обмотку, при этом обязательно считаем количество витков. Чтобы проволока не мешала, её можно наматывать на линейку или что-то подобное. Так как на этом трансформаторе на вторичной обмотке 3 вывода (два крайних и один средний), то логично предположить, что напряжение на среднем выводе равняется 16В, ровно половина от 32В. Разматываем обмотку до среднего контакта, т.е. до половины, и подсчитываем количество витков, которое мы размотали. (Если у трансформатора два вывода на вторичной обмотке, то разматываем «на глаз» до половины, считаем витки при этом, затем отрезаем размотанную проволоку, зачищаем её конец, припаиваем назад к контакту и собираем трансформатор , делая всё то же, что при разборке, только в обратном порядке. После этого нужно опять замерить напряжение, которое у нас получилось после уменьшения витков и высчитываем сколько витков приходится на 1В. Высчитываем так: допустим у вас был трансформатор с напряжением 35В. После того, как вы размотали примерно половину и собрали трансформатор обратно, у вас стало напряжение 18В. Количество витков, которое вы размотали, равняется 105. Значит 105 витков приходится на 17В (35В-18В=17В). Отсюда следует, что на 1В приходится примерно 6,1 витков (105/17=6,176). Теперь, чтобы нам убавить напряжение ещё на 6В (18В-12В=6В), вам нужно размотать примерно 36,6 витков (6,1*6=36,6). Можно округлить эту цифру до 37. Для этого вам нужно опять разобрать трансформатор и проделать эту «процедуру».). В нашем случае, дойдя до половины обмотки, у нас получилось 106 витков. Значит эти 106 витков приходятся на 16В. Вычисляем сколько витков приходится на 1В (106/16=6,625) и отматываем ещё примерно 26,5 витков (16В-12В=4В; 4В*6,625витков=26,5 витков). Затем «откусываем» отмотанную проволоку, зачищаем от лака её конец, залуживаем и припаиваем к контакту на трансформаторе, от которого он был «откусан».

Теперь собираем трансформатор так же, как и разбирали, только в обратном порядке. Не переживайте, если у вас останется одна-две пластинки, главное чтобы они очень плотно «сидели» .Вот что должно получиться:

Остаётся замерить напряжение, которое у нас получилось:

Поздравляю вас, коллеги, всё получилось отлично!

Если что-то не получилось с первого раза, не расстраивайтесь и не сдавайтесь. Только проявляя упорство и терпение, можно чему-то научиться. Если возникнут какие-то вопросы, оставляйте их в комментариях и я обязательно отвечу.

В следующей статье я расскажу, как из этого трансформатора сделать блок питания постоянного тока на 12В.

Простыми словами о ремонте телевизоров и домашней бытовой техники своими руками

Как уменьшить вольтаж на трансформаторе.

В этой статье я расскажу вам, как из трансформатора с выходом 32 В, сделать трансформатор с выходом 12 В. Иными словами — уменьшить вольтаж трансформатора.

Для примера, возьму транс от китайского ч/б телевизора «Jinlipu».

Я думаю, очень многие встречались с ним или подобным.

Итак, для начала нам нужно определить первичную и вторичные обмотки. Чтобы это сделать, нужен обычный омметр. Замеряем сопротивление на выводах трансформатора. На первичной обмотке сопротивление больше, чем на вторичной и составляет, обычно, не менее 85 Ом.
После того, как мы определили эти обмотки, можно приступать к разбору трансформатора . Нужно отделить друг от друга Ш-образные пластины. Для этого нам понадобятся некоторые инструменты, а именно: круглогубцы, плоскогубцы, маленькая отвёрточка для «подцепа» пластин, кусачки, нож.

Чтобы вытащить самую первую пластинку, придётся потрудиться, но потом остальные пойдут, как «по маслу». Работать нужно очень осторожно, так как легко можно порезаться о пластины. Конкретно на этом трансформаторе нам известно, что на выходе у него 32 В. В случае, когда мы этого не знаем, нужно перед разбором обязательно замерить напряжение , чтобы в дальнейшем мы смогли вычислить, сколько витков идёт на 1 В.

Итак, приступим к разбору. Ножом нужно отклеить пластины друг от друга и, при помощи кусачек и круглогубцев, вытаскиваем их из трансформатора. Вот так это выглядит:

После того, как пластины были извлечены, нужно снять с обмоток пластмассовый корпус. Делаем это смело, так как на работу трансформатора это никак не повлияет.

Затем находим на вторичной обмотке доступный для размотки контакт и кусачками «откусываем» его от места спайки. Далее начинаем разматывать обмотку, при этом обязательно считаем количество витков. Чтобы проволока не мешала, её можно наматывать на линейку или что-то подобное. Так как на этом трансформаторе на вторичной обмотке 3 вывода (два крайних и один средний), то логично предположить, что напряжение на среднем выводе равняется 16В, ровно половина от 32В. Разматываем обмотку до среднего контакта, т.е. до половины, и подсчитываем количество витков, которое мы размотали. (Если у трансформатора два вывода на вторичной обмотке, то разматываем «на глаз» до половины, считаем витки при этом, затем отрезаем размотанную проволоку, зачищаем её конец, припаиваем назад к контакту и собираем трансформатор , делая всё то же, что при разборке, только в обратном порядке. После этого нужно опять замерить напряжение, которое у нас получилось после уменьшения витков и высчитываем сколько витков приходится на 1В. Высчитываем так: допустим у вас был трансформатор с напряжением 35В. После того, как вы размотали примерно половину и собрали трансформатор обратно, у вас стало напряжение 18В. Количество витков, которое вы размотали, равняется 105. Значит 105 витков приходится на 17В (35В-18В=17В). Отсюда следует, что на 1В приходится примерно 6,1 витков (105/17=6,176). Теперь, чтобы нам убавить напряжение ещё на 6В (18В-12В=6В), вам нужно размотать примерно 36,6 витков (6,1*6=36,6). Можно округлить эту цифру до 37. Для этого вам нужно опять разобрать трансформатор и проделать эту «процедуру».). В нашем случае, дойдя до половины обмотки, у нас получилось 106 витков. Значит эти 106 витков приходятся на 16В. Вычисляем сколько витков приходится на 1В (106/16=6,625) и отматываем ещё примерно 26,5 витков (16В-12В=4В; 4В*6,625витков=26,5 витков). Затем «откусываем» отмотанную проволоку, зачищаем от лака её конец, залуживаем и припаиваем к контакту на трансформаторе, от которого он был «откусан».

Теперь собираем трансформатор так же, как и разбирали, только в обратном порядке. Не переживайте, если у вас останется одна-две пластинки, главное чтобы они очень плотно «сидели» .Вот что должно получиться:

Остаётся замерить напряжение, которое у нас получилось:

Поздравляю вас, коллеги, всё получилось отлично!

Если что-то не получилось с первого раза, не расстраивайтесь и не сдавайтесь. Только проявляя упорство и терпение, можно чему-то научиться. Если возникнут какие-то вопросы, оставляйте их в комментариях и я обязательно отвечу.

В следующей статье я расскажу, как из этого трансформатора сделать блок питания постоянного тока на 12В.

В данной статье поговорим про бестрансформаторное электропитание.

В радиолюбительской практике, да и в промышленной аппаратуре источником электрического тока обычно являются гальванические элементы, аккумуляторы, или промышленная сеть 220 вольт. Если радиоприбор переносной (мобильный), то использование батарей питания себя оправдывает такой необходимостью. Но если радиоприбор используется стационарно, имеет большой ток потребления, эксплуатируется в условиях наличия бытовой электрической сети, то питание его от батарей практически и экономически не выгодно. Для питания различных устройств низковольтным напряжением от бытовой сети 220 вольт существуют различные виды и типы преобразователей напряжения бытовой сети 220 вольт в пониженное. Как правило, это схемы трансформаторного преобразования.

Схемы трансформаторного питания строятся по двум вариантам

1. «Трансформатор – выпрямитель — стабилизатор» — классическая схема питания, обладающая простотой построения, но большими габаритными размерами;

2. «Выпрямитель — импульсный генератор – трансформатор – выпрямитель – стабилизатор» — схема импульсного источника питания, обладающая малыми габаритными размерами, но имеющая более сложную схему построения.

Самое главное достоинство указанных схем питания – наличие гальванической развязки первичной и вторичной цепи питания. Это снижает опасность поражения человека электрическим током, и предотвращает выход аппаратуры из строя по причине возможного замыкания токоведущих частей устройства на «ноль». Но иногда, возникает потребность в простой, малогабаритной схеме питания, в которой наличие гальванической развязки не важно. И тогда мы можем собрать простую конденсаторную схему питания. Принцип её работы заключается в «поглощении лишнего напряжения» на конденсаторе. Для того, чтобы разобраться в том, как это поглощение происходит, рассмотрим работу простейшего делителя напряжения на резисторах.

Делитель напряжения состоит из двух резисторов R1 и R2. Резистор R1 – ограничительный, или по другому называется добавочный. Резистор R2 – нагрузочный (), он же является внутренним сопротивлением нагрузки.

Предположим, что нам необходимо из напряжения 220 вольт получить напряжение 12 вольт. Указанные U2 = 12 вольт должны падать на сопротивлении нагрузки R2. Это означает, что остальное напряжение U1 = 220 – 12 = 208 вольт должно падать на сопротивлении R1.

Допустим, что в качестве сопротивления нагрузки мы используем обмотку электромагнитного реле, а активное сопротивление обмотки реле R2 = 80 Ом. Тогда по закону Ома, ток, протекающий через обмотку реле, будет равен: Iцепи = U2/R2 = 12/80 = 0,15 ампер. Указанный ток должен течь и через резистор R1. Зная, что на этом резисторе должно падать напряжение U1 = 208 вольт, по закону Ома определяем его сопротивление:

R1 = UR1 / Iцепи = 208/0,15 = 1 387 Ом.

Определим мощность резистора R1: Р = UR1 * Iцепи = 208 * 0,15 = 31,2 Вт.

Для того, чтобы этот резистор не грелся от рассеиваемой на нём мощности, реальное значение его мощности необходимо увеличить в раза два, это приблизительно составит 60 Вт. Размеры такого резистора довольно внушительны. И вот здесь нам пригодится конденсатор!

Мы знаем, что любой конденсатор в цепи переменного тока обладает таким параметром, как «реактивное сопротивление» — сопротивление радиоэлемента изменяющееся в зависимости от частоты переменного тока. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по формуле:

где п – число ПИ = 3,14, f – частота (Гц), С – ёмкость конденсатора (фарад).

Заменив резистор R1 на бумажный конденсатор С, мы «забудем» что такое резистор внушительных размеров.

Реактивное сопротивление конденсатора С должно приблизительно равняться ранее рассчитанному значению R1 = Хс = 1 387 Ом.

Преобразовав формулу заменив местами величины С и Хс, мы определим значение ёмкости конденсатора:


С1 = 1 / (2*3,14*50*1387) = 2,3*10 -6 Ф = 2,3 мкФ

Это может быть несколько конденсаторов с требуемой общей ёмкостью, включенных параллельно, или последовательно.

Схема бестрансформаторного (конденсаторного) питания будет выглядеть следующим образом:

Но изображённая схема работать будет, но не так как мы планировали! Заменив массивный резистор R1 на один, или два малогабаритных конденсатора, мы выиграли в размерах, но не учли одно — конденсатор должен работать в цепи переменного тока, а обмотка реле – в цепи постоянного тока. На выходе нашего делителя переменное напряжение, и его необходимо преобразовать в постоянное. Это достигается вводом в схему диодного выпрямителя разделяющего входную и выходную цепь, а так же элементов сглаживающих пульсацию переменного напряжения в выходной цепи.

Окончательно, схема бестрансформаторного (конденсаторного) питания будет выглядеть следующим образом:

Конденсатор С2 — сглаживающий пульсации. Для исключения опасности поражения электрическим током от накопленного напряжения в конденсаторе С1, в схему введен резистор R1, который шунтирует конденсатор своим сопротивлением. При работе схемы он своим большим сопротивлением не мешает, а после отключения схемы от сети, в течение времени, определяемого секундами, через резистор R1 происходит разряд конденсатора. Время разряда определяется обыкновенной формулой:

Для того, чтобы следующий раз не делать все вышеперечисленные расчёты, выведем окончательную формулу расчёта ёмкости конденсатора схемы бестрансформаторного (конденсаторного) питания. При известных значениях входного и выходного напряжения, а также сопротивления R2 (оно же — сопротивление нагрузки ), значение сопротивления R1 находится в соответствии с пунктом 3 статьи «Делитель напряжения«:

Объединив две формулы, находим конечную формулу расчета ёмкости конденсатора схемы бестрансформаторного питания:

где – сопротивление нагрузки, в нашем случае это – сопротивление обмотки реле Р1.

Учитывая, что при работе в переменном напряжении в конденсаторе происходят перезарядные процессы, а также сдвиг фазы тока по отношению к фазе напряжения, необходимо брать конденсатор на напряжение в 1,5…2 раза больше того напряжения, которое подаётся в цепь питания. При сети 220 вольт, конденсатор должен быть рассчитан на рабочее напряжение не менее 400 вольт.

По указанной выше формуле можно рассчитать значение ёмкости схемы бестрансформаторного питания для любого устройства, работающего в режиме постоянной нагрузки. Для работы в условиях переменной нагрузки, меняется также ток и напряжение выходной цепи. Для стабилизации выходного напряжения обычно применяют стабилитроны, или эквивалентные транзисторные схемы, ограничивающие выходное напряжение на необходимом уровне. Одна из таких схем показана на рисунке ниже.

Вся схема включена в сеть 220 вольт постоянно, а реле Р1 включается в цепь и выключается с помощью выключателя S1. В качестве выключателя может быть и полупроводниковый прибор, например транзистор. Транзисторный каскад VT1 включен параллельно нагрузке, он исключает увеличение напряжения во вторичной цепи. Когда нагрузка отключена, ток течёт через транзисторный каскад. Если бы этого каскада не было, то при отключении S1 и отсутствии другой нагрузки, на выводах конденсатора С2 напряжение могло бы достигнуть максимального сетевого – 315 вольт.

Стоит отметить, что при расчёте схем автоматики с реле, необходимо учитывать, что напряжение срабатывания реле, как правило, равно его номинальному (паспортному) значению, а напряжение удержания реле во включенном состоянии приблизительно в 1,5 раза меньше номинального. Поэтому, рассчитывая схему, изображённую выше, оптимально вести расчёт конденсатора для режима удержания, а напряжение стабилизации сделать равным номинальному (или чуть выше номинального). Это позволит работать всей схеме в режиме меньших токов, что повышает надёжность. Таким образом, для расчета емкости конденсатора С1 в схеме с коммутируемой нагрузкой, параметр Uвх мы берём равным не 12 вольт, а в полтора раза меньше – 8 вольт, а для расчёта ограничительного (стабилизирующего) транзисторного каскада – номинальное 12 вольт.

С1 = 1 / ( 2 * 3,14 * 50 * ( (220 * 80) / 8 – 80 ) ) = 1,5 мкФ
В качестве стабилизирующего элемента при малых токах можно использовать стабилитрон. При больших токах стабилитрон не годится – слишком малая у него рассеиваемая мощность. Поэтому в таком случае оптимально использовать транзисторную схему стабилизации напряжения. Расчёт стабилизирующего транзисторного каскада основан на использовании порога открытия биполярного транзистора, при достижении напряжения база-эмиттер 0,65 вольта (на кристалле кремния). Но учтите, что для разных транзисторов это напряжение колеблется в пределах 0,1 вольта, не только по типам, но и по экземплярам транзисторов. Поэтому напряжение стабилизации на практике может немного отличаться от рассчитанного значения.
Расчёт делителя смещения каскада стабилизации проводится всё по тем же формулам делителя напряжения, при известных Uвх.дел. = 12 вольт, Uвых.дел. = 0,65 вольт и токе транзисторного делителя, который должен быть приблизительно в двадцать раз меньше тока протекающего через ёмкость С1. Этот ток легко найти:

Iдел. = Uвх.дел. / (20*Rн) = 12 / (20 * 80) = 0,0075 ампер,
где – сопротивление нагрузки, в нашем случае это – сопротивление обмотки реле Р1, равное 80 Ом.

Номиналы резисторов R1 и R2 определяются по формулам, ранее опубликованным в статье «Делитель напряжения«:

где Rобщ – общее сопротивление резисторов делителя смещения транзистора VT1, которое находится по закону Ома:

Итак: Rобщ = 12 / 0,0075 = 1600 Ом ;

R3 = 0,65 * 1600 / 12 = 86,6 Ом , по номинальному ряду, ближайший номинал – 82 Ом;

R2 = 1600 – 86,6 = 1513,4 Ом , по номинальному ряду, ближайший номинал – 1,5 кОм.

Зная падение напряжения на резисторах и ток делителя, не забудьте рассчитать их габаритную мощность. С запасом, габаритную мощность R2 выбираем в 0,25 Вт, а R3 – в 0,125 Вт. Вообще, вместо резистора R2 лучше поставить стабилитрон, в данном случае это может быть Д814Г, КС211(с любым индексом), Д815Д, или КС212(с любым индексом). Я научил вас рассчитывать резистор намеренно.

Транзистор выбирается также с запасом падающей на его переходе мощности. Как выбирать транзистор в подобных стабилизирующих каскадах, хорошо описано в статье «Компенсационный стабилизатор напряжения«. Для лучшей стабилизации, возможно использование схемы «составного транзистора».

Думаю, что статья своей цели достигла, «разжёвано» всё до каждой мелочи.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Общее применение — простые трансформаторы

adafactor_beta1 плавающий 0 Коэффициент, используемый для вычисления скользящих средних значений градиента.
адафактор_клип_порог плавающий 1,0 Порог среднеквадратичного значения окончательного обновления градиента.
adafactor_decay_rate плавающий -0,8 Коэффициент, используемый для вычисления скользящих средних квадратов.
adafactor_eps кортеж (1е-30, 1е-3) Константы регуляризации для квадратного градиента и шкалы параметров соответственно.
adafactor_relative_step логический Правда Если True, скорость обучения, зависящая от времени, вычисляется вместо внешней скорости обучения.
adafactor_scale_parameter логический Правда Если True, скорость обучения масштабируется по среднеквадратичному значению.
adafactor_warmup_init логический Правда Расчет скорости обучения в зависимости от времени зависит от того, используется ли инициализация прогрева.
адам_эпсилон плавающий 1е-8 Гиперпараметр Epsilon, используемый в AdamOptimizer.
best_model_dir ул выхода/лучшая_модель Каталог, в котором будет сохранена лучшая модель (контрольные точки модели) (на основе eval_during_training)
cache_dir ул cache_dir Каталог, в котором будут сохраняться кэшированные файлы.
конфигурация дикт {} Словарь, содержащий параметры конфигурации, которые следует переопределить в конфигурации модели.
cosine_schedule_num_cycles плавающий 0,5 Количество волн в косинусном расписании, если используется cosine_schedule_With_warmup . Количество жестких перезапусков, если используется cosine_with_hard_restarts_schedule_with_warmup .
dataloader_num_workers интервал cpu_count() — 2, если cpu_count() > 2, иначе 1 Количество рабочих процессов, обработанных для использования с загрузчиком данных Pytorch.
do_lower_case логический Ложь Установите значение True при использовании моделей без корпуса.
динамическое_квантование логический Ложь Установите значение True, чтобы использовать динамическое квантование.
Early_stopping_consider_epochs логический Ложь Если True, оценка конца эпохи будет учитываться для досрочной остановки.
ранняя_остановка_дельта плавающий 0 Улучшение по сравнению с best_eval_loss, необходимое для того, чтобы считаться лучшей контрольной точкой.
ранняя_остановка_метрика ул eval_loss Метрика, которую следует использовать при ранней остановке.(Должно быть вычислено во время eval_during_training).
Early_stopping_metric_minimize логический Правда Следует ли минимизировать (или максимизировать) Early_stopping_metric.
ранняя_остановка_терпения интервал 3 Прервать обучение после такого количества оценок без улучшения метрики оценки выше, чем Early_stopping_delta.
кодировка ул Нет Укажите кодировку, которая будет использоваться при чтении текстовых файлов.
eval_batch_size интервал 8 Размер оценочного пакета.
оценка_во время обучения логический Ложь Установите значение True, чтобы выполнять оценку во время обучения моделей. Убедитесь, что данные eval передаются методу обучения, если он включен.
оценка_during_training_steps интервал 2000 Выполнять оценку через каждое заданное количество шагов. Модель контрольной точки и результаты оценки будут сохранены.
Assessment_during_training_verbose логический Ложь Печать результатов оценки во время обучения.
fp16 логический Правда Следует ли использовать режим fp16.Требуется библиотека NVidia Apex.
градиент_накопления_шагов интервал 1 Количество шагов обучения, которые нужно выполнить перед выполнением optimizer.step(). Эффективно увеличивает размер пакета обучения, жертвуя временем обучения, чтобы снизить потребление памяти.
скорость_обучения плавающий 4e-5 Скорость обучения для обучения.
logging_steps интервал 50 Регистрировать потери и обучения при обучении для каждого заданного количества шагов.
manual_seed интервал Нет Установите начальное значение вручную, если это необходимо для воспроизводимых результатов.
макс_град_норма плавающий 1,0 Максимальное отсечение градиента.
max_seq_length интервал 128 Максимальная длина последовательности, поддерживаемая моделью.
multiprocessing_chunksize интервал -1 Количество примеров, отправляемых на ядро ​​ЦП за раз при использовании многопроцессорной обработки.Если установлено значение -1 , размер фрагмента будет рассчитываться динамически как max(len(data) // (args.process_count * 2), 500)
n_gpu интервал 1 Количество используемых графических процессоров.
нет_кеша логический Ложь Кэшировать объекты на диск.
без сохранения логический Ложь Если True , модели не будут сохраняться на диск.
не_сохраненные_аргументы список () model_args , который не следует сохранять при сохранении модели. Если какие-либо model_args не являются сериализуемыми JSON, эти имена аргументов должны быть указаны здесь.
num_train_epochs интервал 1 Количество эпох, для которых будет обучаться модель.
оптимизатор ул «АдамВ» Должен быть одним из (AdamW, Adafactor)
output_dir ул «выходы/» Каталог, в котором будут храниться все выходные данные.Это включает контрольные точки модели и результаты оценки.
перезапись_выходного_каталога логический Ложь Если True, обученная модель будет сохранена в ouput_dir и перезапишет существующие сохраненные модели в том же каталоге.
polynomial_decay_schedule_lr_end плавающий 1е-7 Конечная скорость обучения.
polynomial_decay_schedule_power плавающий 1.0 Коэффициент мощности.
число_процессов интервал cpu_count() — 2, если cpu_count() > 2, иначе 1 Количество ядер ЦП (процессов), которые следует использовать при преобразовании примеров в функции. По умолчанию (количество ядер — 2) или 1, если (количество ядер <= 2)
квантованная_модель логический Ложь Установите значение True при загрузке квантованной модели.Обратите внимание, что для этого автоматически будет установлено значение True, если dynamic_quantize включен.
reprocess_input_data логический Правда Если True, входные данные будут повторно обработаны, даже если кэшированный файл входных данных существует в cache_dir.
save_eval_checkpoints логический Правда Сохраняйте контрольную точку модели для каждой выполненной оценки.
save_model_every_epoch логический Правда Сохранять контрольную точку модели в конце каждой эпохи.
save_optimizer_and_scheduler логический Правда Сохраняйте оптимизатор и планировщик всякий раз, когда они доступны.
save_steps интервал 2000 Сохранять контрольную точку модели через каждое заданное количество шагов.Установите на -1, чтобы отключить.
планировщик ул «linear_schedule_with_warmup» Планировщик для использования при обучении. Должен быть одним из (constant_schedule, Constant_schedule_with_warmup, linear_schedule_with_warmup, cosine_schedule_with_warmup, cosine_with_hard_restarts_schedule_with_warmup, polynomial_decay_schedule_with_warmup)
бесшумный логический Ложь Отключает индикаторы выполнения.
tensorboard_dir ул Нет Каталог, в котором будут храниться события Tensorboard во время обучения. По умолчанию события Tensorboard будут сохраняться в подпапке внутри runs/like runs/Dec02_09-32-58_36d9e58955b0/.
train_batch_size интервал 8 Размер обучающей партии.
use_cached_eval_features логический Ложь Оценка во время обучения использует кэшированные функции.Если установить для этого параметра значение False, функции будут пересчитываться на каждом этапе оценки.
use_early_stopping логический Ложь Использовать раннюю остановку, чтобы остановить тренировку, когда Early_stopping_metric не улучшается (на основе Early_stopping_patience и Early_stopping_delta)
использование_мультипроцессинга логический Правда Если True, при преобразовании данных в объекты будет использоваться многопроцессорность.Включение может ускорить обработку, но в некоторых случаях может работать нестабильно. По умолчанию Истина.
use_multiprocessing_for_evaluation логический Ложь Если True, при преобразовании данных оценки в функции будет использоваться многопроцессорность. Включение этого может иногда вызывать проблемы при оценке во время обучения. По умолчанию имеет значение Ложь.
wandb_kwargs дикт {} Словарь аргументов ключевого слова для передачи в проект W&B.
wandb_project ул Нет Название проекта W&B. При этом будут регистрироваться все значения гиперпараметров, потери при обучении и метрики оценки для данного проекта.
коэффициент прогрева плавающий 0,06 Отношение общего количества шагов обучения, при котором скорость обучения будет «разогреваться». Переопределяется, если указано значение warmup_steps .
шаг_прогрева интервал 0 Количество шагов обучения, на которых скорость обучения будет «разогреваться».Переопределяет warmup_ratio .
вес_распад интервал 0 Добавляет штраф L2.

Модели классификации — Simple Transformers

Существуют две модели классификации Simple Transformers для конкретных задач: ClassificationModel и MultiLabelClassificationModel . Они в основном идентичны, за исключением конкретного варианта использования и нескольких других незначительных отличий, подробно описанных ниже.

КлассификацияМодель

Класс ClassificationModel используется для всех задач классификации текста, кроме классификации с несколькими метками.

Чтобы создать ClassificationModel , необходимо указать model_type и model_name .

  • model_type должен быть одним из типов поддерживаемых моделей (например, bert, electro, xlnet)
  • имя_модели указывает точную архитектуру и обученные веса для использования.Это может быть предварительно обученная модель, совместимая с Hugging Face Transformers, модель сообщества или путь к каталогу, содержащему файлы модели.

    Примечание: Список стандартных предварительно обученных моделей см. здесь.

    Примечание: Список моделей сообщества см. здесь.

    Вы можете использовать любую из этих моделей при условии, что model_type поддерживается.

  
 1
2
3
4
5
6
 
 от простых трансформаторов.импорт классификации ClassificationModel


модель = ClassificationModel(
    "Роберта", "Роберта-Бейс"
)
 

Примечание: Дополнительные сведения о работе с моделями Simple Transformers см. в разделе «Общее использование».

Класс КлассификацияМодель

simpletransformers.classification.ClassificationModel (self, model_type, model_name, num_labels=None, weight=None, args=None, use_cuda=True, cuda_device=-1, **kwargs,)

Инициализирует модель ClassificationModel.

Параметры

  • model_type ( str ) — Тип используемой модели (типы моделей)

  • имя_модели ( str ) — Точная архитектура и обученные веса для использования. Это может быть предварительно обученная модель, совместимая с Hugging Face Transformers, модель сообщества или путь к каталогу, содержащему файлы модели.

  • num_labels ( int , необязательно) — количество меток или классов в наборе данных.(см. здесь)

  • вес ( список , необязательный) — список длины num_labels, содержащий веса, присваиваемые каждой метке для расчета потерь. (см. здесь)

  • args ( dict , необязательно) — если этот параметр не указан, будут использоваться аргументы по умолчанию. Если он предоставлен, это должен быть словарь, содержащий аргументы, которые следует изменить в аргументах по умолчанию.

  • use_cuda ( bool , необязательный) — использовать графический процессор, если он доступен.Установка значения False заставит модель использовать только ЦП. (см. здесь)

  • cuda_device ( int , необязательно) — Конкретный графический процессор, который следует использовать. По умолчанию будет использоваться первый доступный графический процессор. (см. здесь)

  • kwargs (необязательно) — для предоставления прокси, force_download, резюме_загрузки, cache_dir и других параметров, специфичных для реализации from_pretrained, где это будет предоставлено.(см. здесь)

Возвращает

Указание количества классов/меток

По умолчанию ClassificationModel ведет себя как двоичный классификатор. Вы можете указать количество классов/меток, чтобы использовать его в качестве классификатора с несколькими классами или в качестве регрессионной модели.

Бинарная классификация
  
 1
2
3
 
 модель = ClassificationModel(
    "Роберта", "Роберта-Бейс"
)
 
Многоклассовая классификация
  
 1
2
3
 
 модель = ClassificationModel(
    "Роберта", "роберта-база", num_labels=4
)
 
Регрессия
  
 1
2
3
4
5
6
7
8
 
 модель = ClassificationModel(
    "Роберта",
    "Роберта-Бейс",
    число_меток=1,
    аргументы={
        "регрессия": Верно
    }
)
 

Примечание: При выполнении регрессии необходимо настроить args dict модели и установить регрессия на True в дополнение к указанию num_labels=1 .

Установка весов классов

Обычно используемая тактика для работы с несбалансированными наборами данных заключается в присвоении веса каждой метке. Это можно сделать, передав список весов. Список должен содержать значение веса для каждой метки.

  
 1
2
3
4
5
6
 
 модель = ClassificationModel(
    "Роберта",
    "Роберта-Бейс",
    число_меток=4,
    вес=[1, 0,5, 1, 2]
)
 

Настройка модели классификации

ClassificationModel имеет следующие параметры конфигурации для конкретных задач.

Аргумент Тип По умолчанию Описание
ленивый_разделитель ул Разделитель, используемый для разделения столбцов в файле, содержащем набор данных отложенной загрузки
ленивая_загрузка_start_line интервал 1 Номер строки, с которой начинается набор данных ( 1 означает, что строка заголовка пропущена)
lazy_labels_column интервал 0 Столбец (на основе разделителя), содержащий метки для отложенной загрузки наборов данных с одним предложением
ленивый_текст_а_столбец интервал Нет Столбец (на основе разделителя), содержащий первое предложение (text_a) для ленивой загрузки наборов данных пар предложений
ленивый_текст_b_column интервал Нет Столбец (на основе разделителя), содержащий второе предложение (text_a) для отложенной загрузки наборов данных пар предложений
ленивый_текст_столбец интервал 0 Столбец (на основе разделителя), содержащий текст для ленивой загрузки наборов данных с одним предложением
регресс интервал Ложь Установите True при выполнении регрессии.Параметр num_labels в модели также должен быть установлен равным 1 .
раздвижное_окно логический Ложь Использовать ли метод скользящего окна для предотвращения усечения более длинных последовательностей
special_tokens_list список [] Список специальных токенов для добавления в токенизатор модели
шаг число с плавающей запятой 0.8 Расстояние для перемещения окна при создании подпоследовательностей с использованием скользящего окна. Может быть частью max_seq_length ИЛИ количеством токенов
tie_value интервал 1 Значение tie_value будет использоваться в качестве метки предсказания для любых выборок, в которых предсказания скользящего окна связаны
  
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
 
 от простых трансформаторов.импорт классификации ClassificationModel, ClassificationArgs


model_args = ClassificationArgs (sliding_window = True)

модель = ClassificationModel(
    "Роберта",
    "Роберта-Бейс",
    аргументы = модель_аргументы,
)
 

Примечание: Параметры конфигурации, общие для всех моделей Simple Transformers, см. в разделе «Настройка модели Simple Transformers».

MultiLabelClassificationModel

Модель MultiLabelClassificationModel используется для задач классификации с несколькими метками.

Чтобы создать MultiLabelClassificationModel , необходимо указать model_type и model_name .

  • model_type должен быть одним из типов поддерживаемых моделей (например, bert, electro, xlnet)
  • имя_модели указывает точную архитектуру и обученные веса для использования. Это может быть предварительно обученная модель, совместимая с Hugging Face Transformers, модель сообщества или путь к каталогу, содержащему файлы модели.

    Примечание: Список стандартных предварительно обученных моделей см. здесь.

    Примечание: Список моделей сообщества см. здесь.

    Вы можете использовать любую из этих моделей при условии, что model_type поддерживается.

  
 1
2
3
4
5
6
 
 из simpletransformers.classification import MultiLabelClassificationModel


модель = MultiLabelClassificationModel(
    "Роберта", "Роберта-Бейс"
)
 

Примечание: Дополнительные сведения о работе с моделями Simple Transformers см. в разделе «Общее использование».

Класс MultiLabelClassificationModel

simpletransformers.classification.MultiLabelClassificationModel (self, model_type, model_name, num_labels=None, pos_weight=None, args=None, use_cuda=True, cuda_device=-1, **kwargs,)

Инициализирует модель MultiLabelClassification.

Параметры

  • model_type ( str ) — Тип используемой модели (типы моделей)

  • имя_модели ( str ) — Точная архитектура и обученные веса для использования.Это может быть предварительно обученная модель, совместимая с Hugging Face Transformers, модель сообщества или путь к каталогу, содержащему файлы модели.

  • num_labels ( int , необязательно) — количество меток или классов в наборе данных. (см. здесь)

  • pos_weight ( список , необязательный) — Список длины num_labels, содержащий весовые коэффициенты для присвоения каждой метке для расчета потерь.(см. здесь)

  • args ( dict , необязательно) — если этот параметр не указан, будут использоваться аргументы по умолчанию. Если он предоставлен, это должен быть словарь, содержащий аргументы, которые следует изменить в аргументах по умолчанию.

  • use_cuda ( bool , необязательный) — использовать графический процессор, если он доступен. Установка значения False заставит модель использовать только ЦП. (см. здесь)

  • cuda_device ( int , необязательно) — Конкретный графический процессор, который следует использовать.По умолчанию будет использоваться первый доступный графический процессор. (см. здесь)

  • kwargs (необязательно) — для предоставления прокси, force_download, резюме_загрузки, cache_dir и других параметров, специфичных для реализации from_pretrained, где это будет предоставлено. (см. здесь)

Возвращает

Указание количества этикеток

Количество меток по умолчанию в MultiLabelClassificationModel равно 2 .Это можно изменить, передав количество значений в num_labels .

  
 1
2
3
 
 модель = MultiLabelClassificationModel(
    "Роберта", "роберта-база", num_labels=4
)
 

Установка весов классов

Установка весов классов в модели MultiLabelClassificationModel выполняется с помощью параметра pos_weight .

  
 1
2
3
4
5
6
 
 модель = MultiLabelClassificationModel(
    "Роберта",
    "Роберта-Бейс",
    число_меток=4,
    pos_weight=[1, 0.5, 1, 2]
)
 

Настройка модели классификации с несколькими метками

MultiLabelClassificationModel имеет следующие параметры конфигурации для конкретных задач.

Аргумент Тип По умолчанию Описание
порог плавающий 0,5 Порог — это значение, при котором данная метка переключается с 0 на 1 при прогнозировании.Порог может быть одним значением или списком значений с той же длиной, что и количество меток. Это позволяет использовать отдельные пороговые значения для каждой метки.
  
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
 
 model_args = {
    «порог»: 0,8
}

модель = MultiLabelClassificationModel(
    "Роберта",
    "Роберта-Бейс",
    аргументы = модель_аргументы,
)
 

Примечание: Параметры конфигурации, общие для всех моделей Simple Transformers, см. в разделе «Настройка модели Simple Transformers».

Обучение модели классификации

Метод train_model() используется для обучения модели. Метод train_model() идентичен для ClassificationModel и MultiLabelClassificationModel , за исключением того, что аргумент multi_label по умолчанию равен True для последнего.

  
 1
 
 модель.train_model(train_df)
 

простые трансформаторы.classification.ClassificationModel.train_model (self, train_df, multi_label=False, output_dir=Нет, show_running_loss=Истина, args=Нет, eval_df=Нет, verbose=Истина, **kwargs)

Обучает модель, используя «train_df»

Параметры

  • train_df — Pandas DataFrame, содержащий данные поезда. См. Формат данных.

  • output_dir ( str , необязательный) — Каталог, в котором будут сохранены файлы модели.Если не указано, будет использоваться self.args['output_dir'] .

  • show_running_loss ( bool , необязательный) — если True, текущие потери (потеря обучения на текущем шаге) будут записываться в консоль.

  • args ( dict , необязательный) — список параметров конфигурации для ClassificationModel . Любые внесенные изменения сохранятся в модели.

  • eval_df ( кадр данных , необязательный) — кадр данных, для которого будет выполняться оценка, когда включена оценка во время обучения.Требуется, если включена функция Assessment_during_training.

  • kwargs (необязательно) — Дополнительные показатели, которые необходимо рассчитать. Передать метрики в качестве аргументов ключевого слова (имя метрики: функция для расчета метрики) . Обратитесь к разделу дополнительных показателей. Например. f1=sklearn.metrics.f1_score . Метрическая функция должна принимать два параметра. Первым параметром будут истинные метки, а вторым параметром будут предсказания.

Возвращает

Примечание: Дополнительные сведения об обучающих моделях с помощью Simple Transformers см. в разделе «Советы и рекомендации».

Оценка модели классификации

Метод eval_model() используется для оценки модели. Метод eval_model() идентичен для ClassificationModel и MultiLabelClassificationModel , за исключением того, что аргумент multi_label по умолчанию равен True для последнего.

Следующие показатели будут рассчитываться по умолчанию:

  • Бинарная классификация
    • mcc — Коэффициент корреляции Мэтьюза
    • tp — Истинные положительные результаты
    • tn — Истинные отрицательные значения
    • fp — Ложные срабатывания
    • фн — Ложноотрицательные результаты
    • eval_loss — Потери перекрестной энтропии для eval_df
  • Многоклассовая классификация
  • Регрессия
    • eval_loss — Потери перекрестной энтропии для eval_df
  • Многоуровневая классификация
  
 1
 
 результат, модель_выходов, неправильное_предсказание = модель.eval_model (eval_df)
 

simpletransformers.classification.ClassificationModel.eval_model (self, eval_df, multi_label=False, output_dir=Нет, подробный=Истина, молчание=Ложь, **kwargs)

Оценивает модель с помощью eval_df

Параметры

  • eval_df — Pandas DataFrame, содержащий данные оценки. См. Формат данных.

  • output_dir ( str , необязательный) — Каталог, в котором будут сохранены файлы модели.Если не указано, будет использоваться self.args['output_dir'] .

  • verbose ( bool , необязательный) — если многословно, результаты будут выведены на консоль по завершении оценки.

  • тихий ( bool , необязательный) — Если тихий, индикаторы выполнения tqdm будут скрыты.

  • kwargs (необязательно) — Дополнительные показатели, которые необходимо рассчитать.Передать метрики в качестве аргументов ключевого слова (имя метрики: функция для расчета метрики) . Обратитесь к дополнительным показателям. Например. раздел f1=sklearn.metrics.f1_score . Метрическая функция должна принимать два параметра. Первым параметром будут истинные метки, а вторым параметром будут предсказания.

Возвращает

  • result ( dict ) — Словарь, содержащий результаты оценки.

  • model_outputs ( list ) — Список выходных данных модели для каждой строки в eval_df

  • неправильно_предс ( list ) — Список объектов InputExample, соответствующих каждому неверному прогнозу модели

Примечание: Дополнительные сведения об оценке моделей с помощью простых трансформаторов см. в разделе «Советы и рекомендации».

Создание прогнозов с помощью модели классификации

Метод Predict() используется для прогнозирования модели.Метод predict() идентичен для ClassificationModel и MultiLabelClassificationModel , за исключением того, что аргумент multi_label по умолчанию равен True для последнего.

  
 1
 
 предсказания, raw_outputs = model.predict(["Пример предложения 1", "Пример предложения 2"])
 

Примечание: Ввод должен быть списком , даже если имеется только одно предложение.

simpletransformers.classification.ClassificationModel.predict (to_predict, multi_label=False)

Выполняет прогнозы в списке текста to_predict .

Параметры

  • to_predict — Список текста Python (str), который будет отправлен в модель для прогнозирования.

Возвращает

  • preds ( list ) — Список предсказаний Python (0 или 1) для каждого текста.
  • model_outputs ( список ) — Список необработанных выходных данных модели для каждого текста в Python.

Совет: Вы также можете делать прогнозы с помощью веб-приложения Simple Viewer. Пожалуйста, обратитесь к разделу Простое средство просмотра.

Simple Transformers — Распознавание именованных объектов с помощью моделей Transformer | by Thilina Rajapakse

Simple Transformers — это библиотека Transformer, которая «просто работает». Используйте модели Transformer для распознавания именованных объектов, написав всего 3 строки кода.Да, действительно.

Фото Брэнди Редд на Unsplash

Библиотека Simple Transformers была задумана, чтобы упростить использование моделей трансформеров. Трансформеры — это невероятно мощные (не говоря уже об огромных) модели глубокого обучения, которые очень успешно справляются с широким спектром задач обработки естественного языка. Simple Transformers позволяет применять модели Transformer к задачам классификации последовательностей (первоначально бинарная классификация, но вскоре после этого была добавлена ​​многоклассовая классификация) всего с тремя строками кода.

Я рад сообщить, что Simple Transformers теперь поддерживает распознавание именованных объектов, еще одну распространенную задачу НЛП, наряду с классификацией последовательностей.

Ссылки на другие возможности:

Библиотека Simple Transformers создана на основе превосходной библиотеки Transformers от Hugging Face. Библиотека Hugging Face Transformers — это библиотека для исследователей и других людей, которым необходим полный контроль над тем, как что-то делается. Это также лучший выбор, когда вам нужно отклониться от проторенной дорожки, сделать что-то по-другому или вообще заняться чем-то новым.Простые трансформеры намного проще.

Вы хотите опробовать эту блестящую идею, вы хотите засучить рукава и приступить к работе, но тысячи строк кода, полных загадочных (но классных) вещей, могут напугать даже опытного исследователя НЛП. Основная идея Simple Transformers заключается в том, что использование Transformers не должно быть сложным (или разочаровывающим).

Simple Transformers позволяет абстрагироваться от всего сложного кода настройки, сохраняя при этом гибкость и пространство для настройки, насколько это возможно.Модель Transformer можно использовать всего в трех строках кода: одна строка для инициализации, одна для обучения и одна для оценки.

В этом посте показано, как выполнить NER с помощью Simple Transformers.

Весь исходный код доступен в репозитории Github . Если у вас есть какие-либо проблемы или вопросы, это место для их решения. Пожалуйста, проверьте это!

  1. Установите диспетчер пакетов Anaconda или Miniconda отсюда
  2. Создайте новую виртуальную среду и установите необходимые пакеты.
    CORDA CREATE -N Трансформаторы Python Pandas TQDM
    Conda Activate Transformers
    При использовании CUDA:
    Conda Установить Pytorch Cudatoolkit = 10,0 -C Pytorch
    Else:
    Conda Установка Pytorch CPUONLY -C PYTORCH
    install -c anaconda scipy
    41796 Conda Установка -C AnaConda Scikit-Neart
    PIP Установка трансформаторов
    PIP Установка TensorboardX
    PIP Установка Seqeval
  3. Установите SimpleTransformers .
    pip install simpletransformers

Чтобы продемонстрировать распознавание именованных объектов, мы будем использовать набор данных CoNLL. Получить этот набор данных может быть немного сложно, но я нашел его версию на Kaggle, которая подходит для нашей цели.

Подготовка данных

  1. Загрузите набор данных с Kaggle.
  2. Извлеките текстовые файлы в каталог data/. (Он должен содержать 3 текстовых файла train.txt, valid.txt, test.txt .Мы будем использовать файлы train и test . Вы можете использовать допустимый файл для выполнения настройки гиперпараметров для повышения производительности модели. Модель NER

Simple Transformers может использоваться либо с файлами .txt , либо с пандами DataFrames . Пример использования с DataFrames см. в минимальном примере запуска для NER в документах репозитория .

При использовании собственных наборов данных входные текстовые файлы должны соответствовать формату CoNLL. Каждая строка в файле должна содержать одно слово и связанные с ним теги, разделенные одним пробелом. Simple Transformers предполагает, что первое «слово» в строке — это фактическое слово, а последнее «слово» в строке — назначенная ему метка. Для обозначения нового предложения между последним словом предыдущего предложения и первым словом следующего предложения добавляется пустая строка. Однако может быть проще использовать подход DataFrame при использовании пользовательских наборов данных.

NERModel

Мы создаем NERModel , которую можно использовать для обучения, оценки и прогнозирования в задачах NER. Полный список параметров для объекта NERModel приведен ниже.

  • model_type : Тип модели (bert, roberta)
  • model_name : Имя модели Transformer по умолчанию или путь к каталогу, содержащему файл модели Transformer (pytorch_nodel.bin).
  • метки (необязательно): список всех меток именованных объектов.Если не указано, ["O", "B-MISC", "I-MISC", "B-PER", "I-PER", "B-ORG", "I-ORG", "B-LOC" , «I-LOC»].
  • аргументы (необязательно): аргументы по умолчанию будут использоваться, если этот параметр не указан. Если он предоставлен, это должен быть словарь, содержащий аргументы, которые следует изменить в аргументах по умолчанию.
  • use_cuda (необязательно): использовать графический процессор, если он доступен. Установка значения False заставит модель использовать только ЦП.

Чтобы загрузить ранее сохраненную модель вместо модели по умолчанию, вы можете изменить имя_модели на путь к каталогу, содержащему сохраненную модель.

 model = NERModel(‘bert’, ‘path_to_model/’) 

NERModel содержит python dict args со многими атрибутами, обеспечивающими контроль над гиперпараметрами. Подробное описание каждого из них приведено в репозитории. Значения по умолчанию показаны ниже.

Любой из этих атрибутов можно изменить при создании NERModel или при вызове его метода train_model , просто передав dict , содержащий пары ключ-значение, которые необходимо обновить.Пример приведен ниже.

Обучение модели

Как и было обещано, обучение можно выполнить с помощью одной строки кода.

Метод train_model создаст контрольную точку (сохранение) модели на каждом n-м шаге, где n равно self.args['save_steps'] . По завершении обучения окончательная модель будет сохранена в self.args['output_dir'] .

Загрузка сохраненной модели показана ниже.

Оценка модели

Опять же, оценка — это всего лишь одна строка кода.

Здесь три возвращаемых значения:

  • результат : Словарь, содержащий результаты оценки. (eval_loss, точность, отзыв, f1_score)
  • model_outputs : Список необработанных выходных данных модели
  • preds_list : Список предсказанных тегов

Полученные мной результаты оценки приведены здесь для справки.

 {'eval_loss': 0,106847955669, 'точность': 0,80786026201, 'отзыв': 0,829194, 'f1_score': 0.
70525112148} 

Неплохо для одного запуска со значениями гиперпараметров по умолчанию!

Собираем все вместе

Прогнозирование и тестирование

В реальных приложениях мы часто не знаем, какими должны быть истинные метки. Чтобы выполнить прогнозы на произвольных примерах, вы можете использовать метод прогнозирования . Этот метод очень похож на метод eval_model , за исключением того, что он принимает список текста и возвращает список прогнозов и список выходных данных модели.

 прогнозы, raw_outputs = model.predict(["Некоторое произвольное предложение"]) 

Simple Transformers обеспечивает быстрый и простой способ выполнения распознавания именованных объектов (и других задач классификации на уровне токенов). Чтобы украсть реплику у человека, стоящего за самим BERT, «Простые трансформеры» «концептуально просты и эмпирически сильны».

Теория трансформаторов стала проще | Альтиум

Марк Харрис

|  Создано: 28 января 2022 г.  |  Обновлено: 23 февраля 2022 г.

Трансформаторы

могут обеспечить очень эффективную изоляцию сигналов и используются для управления уровнями напряжения и тока переменного тока.Они могут достичь всего этого с эффективностью энергопотребления более 95%, поэтому мы часто видим, что они используются в настольных источниках питания, аудиоаппаратуре, компьютерах, кухонной технике и настенных панелях. Трансформаторы, используемые для преобразования мощности 50/60 Гц, должны быть физически больше, чем те, которые используются в настенных панелях, и, надеюсь, после прочтения этой статьи вы поймете, почему. Однако теория трансформаторов может быть неинтуитивной, и часто задают такие вопросы:

  • Насыщается ли сердечник, когда вторичная нагрузка потребляет больше тока?
  • Почему мой трансформатор не работает при частоте 1 Гц или постоянном токе?
  • Почему мой силовой трансформатор не работает на частоте 10 кГц?
  • Почему трансформатор нагревается без нагрузки?

Идеализированный трансформатор

Эта статья задумана как курс повышения квалификации по теории трансформаторов, поэтому начнем с идеализированного трансформатора , состоящего из двух обмоток, намотанных на общий сердечник.Обе обмотки (красная и синяя) имеют одинаковое число витков, т. е. соотношение витков 1:1:


Это идеализированный трансформатор. Для реального трансформатора, если бы мы применили ступенчатое увеличение на 1 вольт к первичной обмотке, вторичная обмотка произвела бы 1 вольт, но только в течение ограниченного периода времени. Это связано с тем, что трансформаторы являются устройствами переменного тока, и они не очень хорошо справляются с низкими частотами.

Однако, поскольку это введение и речь идет об идеализированном трансформаторе, оправдано несколько небольших вольностей.Позже появится более реалистичная картина. Пока мы рассматриваем только идеализированную модель.

Синяя обмотка называется первичной обмоткой, а красная обмотка называется вторичной обмоткой. Когда мы подаем 1 вольт на первичную (синюю) обмотку, мы видим, что 1 вольт появляется на вторичной (красной) обмотке. Чтобы понять, почему так происходит, нужно проанализировать ток, который течет в первичную обмотку:

Когда мы подаем 1 вольт, первичный ток начинается с 0 ампер и увеличивается линейно со временем.Если бы входное напряжение 1 вольт поддерживалось на первичной обмотке, ток продолжал бы расти, но вскоре достиг бы значения, которое не мог бы выдержать «реальный» источник питания, поскольку обмотка представляет собой короткое замыкание для постоянного тока. Однако в данный момент речь идет об идеализированном трансформаторе .

Первичный ток будет изменяться (Δi) со временем (Δt) со скоростью, определяемой по этой формуле:

  • — это просто способ сказать «изменение чего-либо»
  • Δi означает «изменение тока»
  • Δt означает «изменение во времени» и, следовательно:
  • Δi / Δt означает «скорость изменения тока во времени»
  •  В - приложенное напряжение
  • L - индуктивность первичной обмотки

Обычно мы видим, что приведенная выше формула немного переставляется, где символ дельты «» заменяется на «d»:

 

Формула просто говорит нам, что если мы приложим 1 вольт к катушке индуктивности в 1 генри, мы можем ожидать, что ток будет расти со скоростью 1 ампер в секунду.Точно так же, если мы приложим 1 вольт к катушке индуктивности 1 мГн, мы увидим рост тока до 1000 ампер в секунду (явно проблематично более чем на несколько миллисекунд)!

На это соотношение не влияет вторичная (красная) обмотка; он не играет никакой роли в этой формуле. Фактически, мы могли бы отказаться от вторичной обмотки, оставив нам обычную катушку индуктивности. Другими словами, формула применима только к первичной обмотке.

Мы называем это током намагничивания , потому что именно это он и делает; он создает магнитное поле внутри и вокруг обмоток трансформатора.Магнитное поле увеличивается и уменьшается по мере увеличения и уменьшения тока намагничивания . Именно это изменяющееся магнитное поле индуцирует напряжение на клеммах разомкнутой цепи вторичной обмотки Н витков:

В= -NᐧdΦdt

  •  В — индуцированное вторичное напряжение
  •  N — количество витков (такое же, как и в первичной обмотке, поскольку мы рассматриваем трансформатор 1:1)
  • 𝛷 называется магнитным потоком (пропорциональным току намагничивания )

А как насчет отрицательного знака? На приведенных выше схемах вторичное напряжение положительное, т.е.т. е. оно имеет ту же полярность, что и первичное напряжение, так что же означает отрицательный знак?

Если мы приложим напряжение к катушке индуктивности, мы получим внутреннюю противо-ЭДС. По соглашению мы говорим, что противо-ЭДС находится в оппозиции к приложенному напряжению; следовательно, он «получает» отрицательный знак. И вторичное напряжение, и противо-ЭДС создаются одним и тем же механизмом (изменением магнитного потока), поэтому вторичное напряжение также «наследует» отрицательный знак.

Резюме

В этом идеализированном трансформаторе, когда мы прикладываем +1 вольт к первичной обмотке, мы получаем вторичное напряжение +1 вольт. Вторичное напряжение «индуцируется» возрастающим магнитным потоком в обмотках. Возрастающий магнитный поток вызван возрастающим током намагничивания в первичной обмотке. Ток намагничивания возрастает линейно (в идеальной ситуации), потому что первичная обмотка представляет собой идеализированную катушку индуктивности. Это процесс индукции трансформатора.

Ток вторичной нагрузки

Теперь рассмотрим, что происходит, когда вторичная обмотка нагружена резистором 1 Ом:

В тот момент, когда на первичную обмотку подается 1 вольт, первичный ток становится равным 1 ампер.Это происходит из-за индуцированного 1 вольта на вторичной обмотке, которая подает 1 ампер на ее нагрузку 1 Ом: из закона Ома и закона сохранения энергии.

Мы также видим, что с течением времени первичный ток увеличивается. Это ничем не отличается от случая, когда вторичная обмотка была разгружена, за исключением того, что первичный ток теперь имеет смещение в 1 ампер из-за вторичного тока в 1 ампер. Таким образом, ток намагничивания нарастает с той же скоростью, что и ранее, и эта скорость по-прежнему определяется формулой индуктора:

V = Лэддт

Мы говорим, что первичный ток (I P ) имеет две составляющие; вторичный ток (относительно первичного) и ток намагничивания.Мы используем слова «относится к основному» в случае, если соотношение витков не равно 1:1.

Немного о соотношении оборотов

Ранее мы рассматривали трансформатор 1:1 с нагрузкой 1 Ом, но если бы соотношение витков было, скажем, 2:1, ток вторичной обмотки, «отнесенный к первичной», составил бы 0,25 ампер. Это связано с тем, что соотношение 2: 1 будет индуцировать только 0,5 вольта на вторичной обмотке, вызывая вторичный ток 0,5 ампер.

Поскольку мы знаем (для этой идеализированной ситуации), что вся мощность нагрузки должна быть получена от основного источника питания, первичный приведенный ток нагрузки должен быть равен 0.25 ампер. Это связано с тем, что она соответствует мощности 0,25 Вт, рассеиваемой на вторичном нагрузочном резисторе (0,5 В x 0,5 А).

Ток намагничивания остается прежним

Однако ток намагничивания остается прежним; оно полностью определяется первичным приложенным напряжением и первичной индуктивностью. Это отдельный объект по отношению к первичному приведенному току нагрузки, и мы должны рассматривать его как отдельный объект при анализе трансформаторов. И есть еще одна причина...

Если мы посмотрим на полярности I P и I S , мы увидим, что I P втекает в первичку, а I S течет от вторичной. Следовательно, если мы проигнорируем ток намагничивания (на мгновение), то в одну обмотку будет втекать ток в 1 ампер, а из другой идентичной обмотки - ток в 1 ампер.

Следовательно, поскольку каждая обмотка идентична, два магнитных потока компенсируют друг друга.

И для этого не обязательно должен быть трансформатор 1:1, потому что ток, умноженный на количество витков, определяет напряженность магнитного поля.Следовательно, в трансформаторе 10:1, если вторичная обмотка потребляет 10 ампер, то это проецируется обратно на первичный ток нагрузки 1 ампер, т. е. «ампер-витки» на обеих обмотках одинаковы, но имеют противоположную полярность.

Это означает, что единственным источником намагничивания является ток намагничивания. Следствием этого является то, что токи нагрузки не влияют на магнетизм сердечника. В начале этой статьи я задал этот вопрос:

Насыщается ли сердечник, когда вторичная нагрузка потребляет больше тока?

А теперь должно быть понятно, почему это нет.Я тоже задавал этот вопрос:

Почему мой трансформатор не работает при частоте 1 Гц или постоянном токе?

Ответ заключается в том, что первичная обмотка представляет собой катушку индуктивности. Как было показано ранее, если вы приложите к катушке индуктивности постоянное напряжение, ток будет увеличиваться до тех пор, пока сигнал или источник питания больше не смогут поддерживать этот нарастающий ток. Вот почему мы используем трансформаторы с переменным током, а также поэтому низкочастотные трансформаторы требуют гораздо большей геометрии сердечника, чем те, которые работают на более высоких частотах.Чтобы предотвратить протекание большого тока намагничивания, мы строим низкочастотные трансформаторы с обмотками с высокой индуктивностью, а это требует гораздо большего количества витков провода и гораздо более крупных магнитных частей.

Индуктивность рассеяния

Ранее мы обсуждали идеализированный трансформатор 1:1 , но теперь нам нужно подумать о такой вещи, как индуктивность рассеяния. Не весь магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, «парится» на вторичную обмотку. Это можно рассматривать как разделение нескольких витков первичной обмотки, чтобы сформировать отдельный дополнительный компонент.Эти несколько витков по-прежнему будут создавать «локализованный» магнитный поток, но он не будет «связываться» со вторичной обмоткой. Эти несколько витков также имеют индуктивность, поэтому мы можем начать думать о трансформаторе следующим образом:

 

То, что мы видим выше, представляет собой идеальный трансформатор, окруженный индуктивными компонентами, которые делают его далеко не идеальным. L M внутри фиолетовой рамки — это базовая индуктивность намагничивания, которую мы рассмотрели ранее; он создает магнитный поток сердечника.Были добавлены две индуктивности, L P и L S , обозначающие первичную индуктивность рассеяния и вторичную индуктивность рассеяния.

Если пренебречь индуктивностью намагничивания и рассматривать «идеальный трансформатор 1:1» как идеальный силовой трансформатор 1:1, мы можем просто заменить его проводами и перерисовать схему следующим образом:

 

Теперь мы можем видеть, что L P и L S включены последовательно между первичным напряжением и любой вторичной нагрузкой.Типичный трансформатор переменного тока может иметь общую индуктивность рассеяния 3% по сравнению с индуктивностью намагничивания, поэтому, если общая первичная индуктивность составляет 1 генри, индуктивность рассеяния будет около 30 мГн.

Индуктивность 30 мГн при частоте 50 или 60 Гц соответствует реактивному сопротивлению около 10 Ом и не вызывает особых опасений. Однако если мы будем работать с трансформатором на частоте 10 кГц, то реактивное сопротивление рассеяния возрастет до 2000 Ом, и это значительно ухудшит способность трансформатора передавать мощность на вторичную нагрузку. Итак, третий заданный вопрос был таким:

Почему мой силовой трансформатор не работает на частоте 10 кГц?

Теперь ответ должен быть ясен.Последний вопрос, заданный в начале, был таким:

.

Почему трансформатор нагревается без нагрузки?

И, чтобы ответить на этот вопрос, нужно учесть потери мощности внутри трансформатора.

Потери трансформатора

Более реалистичная эквивалентная схема трансформатора для нашего трансформатора выглядит следующим образом:

 

 

На схему добавлены три резистора (R P , R S, и R C ).R P и R S - потери в обмотке, т. е. сопротивление медных проводов, используемых в трансформаторе. Если вы используете больше витков (для увеличения индуктивности намагничивания), это увеличивает последовательное сопротивление.

Это компромисс; мы хотим сделать индуктивность намагничивания высокой, чтобы поддерживать низкие токи намагничивания, но, увеличивая L M , нам нужно больше витков обмотки, что означает больше потерь на последовательном сопротивлении. С другой стороны, чтобы сохранить последовательное сопротивление (R P , R S ) низким, мы должны были бы допустить более высокие уровни тока намагничивания.К сожалению, за это также приходится платить, поскольку более высокий ток намагничивания означает более высокие потери в сердечнике (представленные R C ). Потери в сердечнике могут привести к сильному нагреву трансформатора, потому что эти потери мощности обусловлены приложенным первичным напряжением, а не током нагрузки (потери в меди). Следовательно, трансформатор все равно будет нагреваться, когда нет тока нагрузки.

Если вы хотите узнать больше, почему бы не просмотреть нашу страницу продукта для более подробного описания функций или не позвонить эксперту в Altium.

Работа простого трансформатора.

Работа простого трансформатора.


Что такое Трансформер?

Трансформатор представляет собой стационарное электрическое устройство или машину. Трансформатор не может преобразовывать электрическую энергию в другую энергию, он только преобразует электрическую энергию из одной цепи в другую цепь с одного уровня напряжения на другой уровень напряжения. Вот почему он называется Трансформер. Очевидно, что работа трансформатора в переменном токе не может работать в постоянном токе.Трансформатор не меняет частоту и мощность. Трансформатор не имеет вращающейся части, поэтому его называют стационарным устройством или машиной.


Конструкция простого трансформатора:

Трансформатор имеет две стационарные электрические цепи или обмотку или катушки, которые связаны магнитно. Между ними нет электрического контакта. Первичная и вторичная катушки намотаны на ферромагнитный материал, который называется сердечником. Сердечник передает изменяющийся магнитный поток от первичной обмотки или катушки ко вторичной обмотке или катушке.Каждая обмотка или катушки трансформатора не имеют витков в соответствии с требуемым уровнем напряжения.


Принцип работы трансформатора:

Трансформатор работает по принципу взаимной индукции. Источник переменного тока подается на одну из двух катушек, которые называются первичной обмоткой, а другая обмотка, подключенная к нагрузке, называется вторичной обмоткой. Таким образом, когда переменный ток течет в первичных катушках, создается изменяющийся магнитный поток, который связан как с первичной, так и со вторичной катушкой через сердечник.Согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС. Эта наведенная ЭДС вызывает ток, если к вторичной обмотке подключена нагрузка. Величину выходного напряжения можно регулировать соотношением №. первичной обмотки и вторичной обмотки. Самоиндукция также наблюдается в первичной обмотке трансформатора, которая ограничивает протекание тока в первичной обмотке.


Почему трансформатор не может работать в постоянном токе?

Если питание постоянного тока подается на трансформатор, создаваемый поток остается постоянным и не изменяется, поэтому ЭДС не будет индуцироваться.Поскольку в первичной обмотке не возникает самоиндукции, через первичную обмотку будет протекать огромное количество тока (поскольку обмотки трансформатора имеют низкое сопротивление), поэтому обмотка повреждается. По этой причине трансформатор не может работать в постоянном токе.


Классификация трансформатора:

По конструкции:
1. Раковина Тип
2. Основной тип
3. Тип ягоды
На основе выходного напряжения:
1. Повышающий трансформатор
2. Понижающий трансформатор
На основании заявки:
1.Силовой трансформатор
2. Распределительный трансформатор
По количеству фаз:
1. Однофазный трансформатор
2. Трехфазный трансформатор

Подробнее:


Благодарим Вас за посещение веб-сайта. продолжайте посещать для получения дополнительных обновлений.

Создание простого активного трансформатора

Возможно, вам время от времени приходилось сопоставлять импедансы и уровни. Возможно, вы хотите подключить звуковую карту потребительского компьютера к своей консоли; или вам нужно понизить уровень балансного выхода, чтобы подавать несбалансированный аудиовход этого компьютера.Возможно, у вас есть микшер с несимметричным выходом, который вы хотите использовать на своей радиостанции, или вам нужен дополнительный микрофонный предусилитель.

Традиционно у вас было два варианта: использовать согласующий трансформатор или купить коммерческий продукт. У обоих есть проблемы в том, что они могут быть дорогими, а в случае с трансформатором обычно есть потери вместо усиления.

Вот схема, которая будет согласовывать уровни и импедансы. Это очень просто — всего лишь ИС с двумя операционными усилителями, четырьмя конденсаторами и семью резисторами — и все же универсально.Его коэффициент усиления может варьироваться от 1 до 1000 с помощью одного резистора, не нарушая сбалансированного характера схемы, и он воспроизводит звук очень высокого качества. Он работает на биполярном (+/-) напряжении от 2,5 до 22 вольт (с операционным усилителем 5532 — рекомендуемым — хотя вы также можете использовать TLO-82 до 18 вольт, и они доступны в Radio Shack). Конечно, чем выше напряжение, тем выше выходная мощность (для выхода +4 dBu вам понадобится как минимум +/- 6 вольт, а +/- 15 будет еще лучше).

Я использовал эту схему для всего, от микрофонного предусилителя до композитного линейного удлинителя (я измерил ее ровно в диапазоне от 10 Гц до 150 кГц, используя 1000 футов одной пары в кабеле Cat-5 с правильной оконечной нагрузкой). Он имеет исчезающе низкий уровень искажений, частотную характеристику, намного превосходящую лучшие доступные трансформаторы, и превосходную прямоугольную характеристику (необходимую для музыкальности и переходной характеристики).

У большинства из нас есть доступ к биполярному источнику питания, но если у вас его нет, я также покажу вам, как сделать его, используя одну микросхему и любой сетевой блок питания постоянного тока до 20 вольт.

ОПИСАНИЕ ЦЕПИ

Схема работает с широким номиналом резисторов. Вы используете следующую формулу для определения его усиления:

Коэффициент усиления = 1 + значение резистора обратной связи в омах, деленное на значение шунтирующего резистора в омах. Резисторы обратной связи подключены между контактами 1 и 2 интегральной схемы операционных усилителей и контактами 7 и 6, а шунтирующий резистор подключен между двумя отрицательными входами операционных усилителей, контактами 2 и 6.

Используя в качестве примера реальные номиналы резисторов, для коэффициента усиления 10 можно использовать резисторы обратной связи на 10 000 Ом и один резистор на 890 Ом между контактами 2 и 6 или резисторы на 4700 Ом и один резистор на 560 Ом.Пока отношения сохраняются, все будет хорошо. Важно, чтобы два резистора, используемых в качестве резисторов обратной связи, были как можно ближе друг к другу, поэтому возьмите несколько и сравните их на цифровом вольтметре. Помните, что их конечное значение не так важно, как совпадение и между ними. См. схему на рис. 1.

Рис. 1: Показана схема активного трансформатора с защитными диодами на выходе для использования в качестве драйвера линии.

Входное сопротивление схемы определяется номиналом двух резисторов, подключенных между положительными входами двух операционных усилителей (контакты 3 и 5) и землей.В большинстве случаев вам понадобятся резисторы достаточно высокой мощности (10 000 Ом и более). Исключение будет, если вы действительно хотите что-то сопоставить. Например, динамический микрофон любит нагрузку около 1000 Ом, поэтому два резистора по 560 Ом хорошо подойдут для микрофонного предусилителя.

Одно предостережение — если вы планируете подключить эту схему к несбалансированному выходу, такому как компьютер, упомянутый выше, вы в конечном итоге заземлите один из входов по определению, и это приведет к тому, что входное сопротивление схемы будет равно на Ом. два входных резистора.

Эти входные резисторы также должны быть максимально точно подобраны.

Согласование двух последовательно соединенных резисторов с выходами операционных усилителей обычно не так необходимо, если только вы не выполняете согласование с определенной вещью, следующей за ним. Например, в приложении составного драйвера линии желательно управлять и нагружать кабельную пару Cat-5 с ее фактическим импедансом (приблизительно 100 Ом), поэтому вы можете использовать на выходе два согласованных резистора на 47 Ом. Если вы собираетесь использовать эту схему для управления несимметричным входом, вам придется соединить один из выходных проводов с землей; используйте резисторы не менее 150 Ом на выходе и операционный усилитель, такой как NJM 4560, с более высоким выходным током.

Вы можете построить эту схему на макетной плате. Кроме предлагаемой микросхемы NE 5532, Radio Shack продает все необходимые детали, а также пластиковые корпуса с выступами для установки платы внутри корпуса. Если коробка поставляется с металлической крышкой, я обычно привязываю ее к земле. В условиях высокой радиочастоты я бы предложил использовать металлический корпус. В этом случае вы можете использовать длинные винты с тремя гайками в качестве стоек для крепления печатной платы. Если вы собираетесь использовать внешний источник питания, убедитесь, что вы поставили 220 мкф (и 0.1 обойти) конденсаторы в точке, где питание поступает на плату извне, а затем убедитесь, что ваши провода от них к клеммам питания микросхемы (ам) усилителя как можно короче. Вы также должны использовать либо одноточечное заземление, либо шинное заземление с одножильным проводом не менее #18 для шины. Я обычно делаю стерео версию этого трансформатора, которая представляет собой две схемы, расположенные рядом.

МОЩНОСТЬ

Если у вас нет доступа к биполярному источнику питания, вот его легко сделать.Найдите сетевой трансформатор, рассчитанный на напряжение не менее 12 вольт (до 20 вольт — чем выше, тем лучше). Имейте в виду, что многие нерегулируемые 12-вольтовые источники постоянного тока выдают гораздо больше, чем 12 вольт без нагрузки — я нашел один, который выдавал более 19 вольт. Radio Shack продает микросхему под названием LM386 за 1,99 доллара. Они прекрасно работают в качестве разветвителя питания/драйвера активного заземления. Просто подключите плюс настенного трансформатора к контакту 6, минус к контакту 4 и используйте контакт 5 для заземления цепи. Оставьте все остальные выводы на чипе плавающими.См. рис. 2.

Рис. 2: простой биполярный (+/−) источник питания с активным заземлением для использования со схемой драйвера линии.

Вы также подключите плюсовой провод трансформаторной стены к контакту 8 вашего операционного усилителя с двойной ИС, а его минус к контакту 4. Эта схема известна как схема «виртуального заземления» и обеспечивает превосходную точность воспроизведения звука. Чтобы отдать должное, я впервые обнаружил, что он используется для звука в блоке питания Straight Wire Audio PS-2 Билла Сакса. Единственным правилом является то, что источник питания должен быть плавающим (питание от трансформаторной розетки, аккумуляторов и т. д.).удовлетворить это требование). Когда я собираю эти устройства, я обычно помещаю LM386 в середину проектной платы, а левый и правый сдвоенные операционные усилители на ИС с обеих сторон.

ЗАЩИТИТЬ ОТ ВРЕДА

Еще одно: если вы планируете использовать эту схему для подачи или приема звука извне, вы должны установить пару встречных 12–15-вольтовых стабилитронов между входами (при приеме) или выходами (при отправке). ) для молниезащиты. Они не повлияют на звук и даже могут выйти за пределы корпуса.

Я надеюсь, что эта схема вам пригодится — я собирал их для разных целей и всегда был доволен их работой. На прошлой неделе я построил стереопару, чтобы заменить две повторные катушки 111C, подключенные 150/600 на конце сухой стереопары Cat-5, проходящей между студией WGLS-FM и их STL-площадкой на расстоянии 800 футов.

0 comments on “Трансформатор простыми словами: принцип работы, схемы и т.д.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.