Увеличение мощности трансформатора: Как увеличить мощность электронного трансформатора

Как увеличить мощность электронного трансформатора

Бывает, что, собирая то или иное устройство, требуется определиться с выбором источника питания. Это чрезвычайно важно, когда устройствам необходим мощный блок питания. Приобрести железные трансформаторы с необходимыми характеристиками на сегодняшний день не составляет труда. Но они довольно дорогостоящие, а большие размеры и вес являются их главными недостатками. А сборка и наладка хороших импульсных блоков питания весьма сложная процедура. И многие не берутся за это.

Далее, вы узнаете о том, как собрать мощный и при этом несложный блок питания, взяв за основу конструкции электронный трансформатор. По большому счету, разговор пойдет об увеличении мощности таких трансформаторов.

Для переделки был взят 50-ваттный трансформатор.

 50-ваттный трансформатор

Планировалось увеличить его мощность до 300 Вт. Этот трансформатор был приобретен в ближайшем магазине и стоил примерно 100 р.

Стандартная схема трансформатора выглядит следующим образом:

Стандартная схема трансформатора

Трансформатор представляет собой обычный двухтактный полумостовой автогенераторный инвертор. Симметричный динистор является основным компонентом, осуществляющим запуск схемы, поскольку он подает первоначальный импульс.

В схеме задействованы 2 высоковольтных транзистора с обратной проводимостью.

2 высоковольтных транзистора

Схема трансформатора до переделки содержит следующие компоненты:

  1. Транзисторы MJE13003.
  2. Конденсаторы 0,1 мкФ, 400 В.
  3. Трансформатор, имеющий 3 обмотки, две из которых являются задающими и имеют по 3 витка провода сечением 0,5 кв. мм. Еще одна в качестве обратной связи по току.
  4. Входной резистор (1 Ом) используется как предохранитель.
  5. Диодный мост.

Несмотря на отсутствие в этом варианте защиты от КЗ, электронный трансформатор работает без сбоев. Назначение устройства – это работа с пассивной нагрузкой (к примеру, офисные «галогенки»), поэтому стабилизация выходного напряжения отсутствует.

Что касается основного силового трансформатора, то его вторичная обмотка выдает около 12 В.

Теперь взгляните на схему трансформатора с увеличенной мощностью:

трансформатор

В ней стало даже меньше компонентов. Из первоначальной схемы были взяты трансформатор обратной связи, резистор, динистор и конденсатор.

трансформатор

Оставшиеся детали были извлечены из старых компьютерных БП, а это 2 транзистора, диодный мост и силовой трансформатор. Конденсаторы были приобретены отдельно.

Транзисторы не помешает заменить на более мощные (MJE13009 в корпусе TO220).

MJE13009

Диоды были заменены на готовую сборку (4 А, 600 В).

4 А, 600 В

Также годятся и диодные мосты от 3 А, 400 В. Емкость должна составлять 2,2 мкФ, но можно и 1,5 мкФ.

диодные мосты

Силовой трансформатор был изъят из БП формата ATX на 450 Вт. На нем были удалены все штатные обмотки и намотаны новые. Первичная обмотка была намотана тройным проводом 0,5 кв. мм в 3 слоя. Общее количество витков – 55. Необходимо следить за аккуратностью намотки, а также за ее плотностью. Каждый слой изолировался синей изолентой. Расчет трансформатора производился опытным путем, и была найдена золотая середина.

Расчет трансформатор

Вторичная обмотка наматывается из расчета 1 виток – 2 В, но это лишь в том случае если сердечник такой же, как в примере.

При первом включении обязательно использовать страховочную лампу накаливания на 40-60 Вт.

страховочная лампа накаливания

Стоит заметить, что в момент запуска лампа не вспыхнет, поскольку после выпрямителя нет сглаживающих электролитов. На выходе высокая частота, поэтому для того чтобы делать конкретные замеры, необходимо сначала выпрямить напряжение. Для этих целей был использован мощный сдвоенный диодный мост, собранный из диодов КД2997. Мост выдерживает токи до 30 А, если прикрепить к нему радиатор.

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка предполагалась на 15 В, хотя на деле получилось чуть больше.

 

В качестве нагрузки было взято все, что оказалось под рукой. Это мощная лампа от кинопроектора на 400 Вт при напряжении в 30 В и 5 20-ваттных ламп на 12 В. Все нагрузки подключались параллельно.

нагрузкаПервым делом был произведен замер тока, который показал, что токи свыше 20 А.

После этого нужно измерить выходное напряжение под нагрузкой. Расчетное напряжение составляло около 15 В. Реальное значение без нагрузки – 17 В, а под нагрузкой просело до 15,3 В. В итоге легко узнать мощность, которая составляет примерно 300 Вт. Это чистая мощность на выходе.

Прикрепленные файлы: СКАЧАТЬ

Автор: АКА КАСЬЯН


 

cxema.org — Увеличение мощности электронного трансформатора

Увеличение мощности электронного трансформатора

Во время экспериментов с электронным трансформатором кажется, что эта схема резиновая, сколько не нагружай, а ей всё равно. В этой статье я покажу как можно выжать пол киловатта чистой мощности от вот этой простой схемы.

Увеличение мощности электронного трансформатора, внешний вид

На рисунке представлена классическая схема электронного трансформатора. Это полумостовой автогенераторный сетевой импульсный источник питания.

Увеличение мощности электронного трансформатора, схема

В схеме имеется два трансформатора, силовой и трансформатор обратной связи.

Мощность схемы зависит от нескольких компонентов:

  • Входного выпрямителя;
  • Силовых ключей;
  • Ёмкостей полумоста;
  • Силового импульсного трансформатора.

Если заменить их на более мощные, то удастся добиться большой выходной мощности в целом.

Активными компонентами нашей схемы являются транзисторы. Это высоковольтные ключи обратной проводимости. Запуск схемы осуществляет симметричный динистор DB3.

Самые ходовые, бюджетные и мощные высоковольтные транзисторы, которые мне известны, это MJE13009 их и будем использовать, но схема не сияет высоким кпд, и одной пары ключей для наших целей может быть недостаточно, поэтому в схему добавлена вторая пара, в итоге схема приобрела такой вид:

Увеличение мощности электронного трансформатора, принципиальная схема

Мощные резисторы в эмиттерных цепях являются выравнивающими, помогают равномерно нагрузить все транзисторы.

Силовой трансформатор тороидальный — намотан очень давно для какого-то проекта, сердечник крутой от эпкос, марка N87. Габаритная мощность трансформатора более 1000 ватт.

Увеличение мощности электронного трансформатора, тороидальный силовой трансформатор

Увеличение мощности электронного трансформатора, тороидальный силовой трансформатор

Так, как преобразователь автогенераторного типа, а рабочая частота сильно зависит от некоторых параметров и крайне нестабильна, точно рассчитать силовой трансформатор дело нелегкое, но примерный расчет можно сделать по специализированным программам зная начальную частоту преобразователя с небольшой нагрузкой, в моем случае 22 кгц.

В программе расчета выбирается полумостовая топология и указываются остальные данные. Тут наше мобильное приложение для расчета трансформаторов созданное на основе трудов Евгения Москатова.

Намоточные данные моего трансформатора приводить думаю нет смысла, так как у вас наверняка будет другой сердечник и параметры намотки будут иными.

Диодный мост — в виде 10-и амперной диодной сборки с обратным напряжением 1000 Вольт, греется, но не сильно, при долговременной работе стоит установить его на радиатор.

Трансформатор обратной связи — ферритовое колечко размером 18х12х7,5мм.

Увеличение мощности электронного трансформатора, ферритовое колечко размером 18х12х7,5мм

Кольцо я выдрал из блока питания компьютера, но тут просьба быть более внимательным — такие кольца стоят во входной части блока на линии 220 вольт, а не на выходе, желто белые, зелено-синие и прочие кольца, которые стоят на выходе блока питания сделаны из порошкового железа и для наших целей не подойдут, нам нужно именно ферритовое кольцо. Я использовал также и иные ферритовые кольца с проницаемостью от 1500- до 3000 работали без нареканий.

Базовые обмотки идентичны и содержать по 3 витка проводом 0,5 мм, обмотка обратной связи – всего один неполный виток проводом 1,25мм.

У многих возникают вопросы с фазировкой обмоток трансформатора обратной связи, если начало и конец обмоток перепутать, ничего не заработает, я неоднократно рассказывал и показывал как все подключается, но вопросы все ровно возникают, поэтому если кто решит повторить, просто собирайте все по плате из архива,  и внимательно посмотрите на эти фото.

Увеличение мощности электронного трансформатора, трансформатор обратной связиУвеличение мощности электронного трансформатора, трансформатор обратной связи

Увеличение мощности электронного трансформатора, трансформатор обратной связи

Увеличение мощности электронного трансформатора, трансформатор обратной связи

Естественно и на схеме и на плате точками отмечены начала всех обмоток.

Увеличение мощности электронного трансформатора, печатная плата

Силовые транзисторы устанавливают на общий теплоотвод, изолируют их подложки например слюдяной прокладкой или более современным теплопроводящим изолирующим материалом.

Увеличение мощности электронного трансформатора, запуск через лампу

Меры предосторожности:

  • Первый запуск всегда делается через страховочную сетевую лампу 40-60 ватт;
  • Никогда не дотрагивайтесь платы во время работы;
  • Никогда не замыкайте выход электронного трансформатора , он попросту взорвется, так как схема не имеет никаких защит помимо входного предохранителя но тот сгорает только после того как лопнут ключи.

Напряжение на выходе нашего трансформатора переменное, я выпрямил в нечистую постоянку для более менее адекватных замеров, но в выпрямителе естественно у нас будут дополнительные потери.

Увеличение мощности электронного трансформатора, выпрямитель

Сам выпрямитель STTH6003 под корпусом два мощных диода по 30 ампер соединенных катодами, такие применяются в сварочных инверторах. Выпрямитель закрепил на радиатор.

Увеличение мощности электронного трансформатора, STTH6003Увеличение мощности электронного трансформатора, STTH6003

Нагружать будем старыми добрыми и чертовски мощными лампами от кинопроектора, и еще чем нибудь. Так как эти лампы в холодном состоянии имеют очень малое сопротивление нити накала, а следовательно в начальный момент будут потреблять от нашего блока питания токи гораздо больше номинального, ко входу схемы я прицепил мощный термистор, он ограничит ток пока лампы не разогреются.

Максимум, что мне удалось получить с такой нагрузкой это 460Ватт чистой выходной мощности, учитывая потери в ваттметре, а также в выпрямителе и на проводах я думаю, что не у кого не возникнет сомнений, что пол киловатта схема выдаст.

Увеличение мощности электронного трансформатора

Увеличение мощности электронного трансформатора, печатная платаУвеличение мощности электронного трансформатора, печатная плата

Схема очень простая, не самая капризная. Нагрузочная способность на высоте, но повторить ее особенно начинающим не рекомендую, не смотря на то, что такие схематические решения используются в промышленных блоках питания для офисных низковольтных галогенных ламп.

Печатная плата тут 

Возможно ли увеличить мощность, используя трансформатор?
Меню
  • О компании О компании Назад
    • Регионы работ
    • Галерея
    • Отзывы
    • Электрики
    • Сертификаты
  • Услуги Услуги Назад
    • Все услуги Все услуги Назад
      • Замена автомат Замена автомат Назад
        • Замена автомат
        • Замена УЗО
      • Установка розеток Назад
        • Установка розеток
        • Установка телефонных розеток
        • Установка интернет-розетки
        • Установка наружных розеток
        • Установка розеток TV TF
        • Установка внутренних розеток
      • Установка люстры Назад
        • Установка люстры
        • Настенные светильники
        • Установка светодиодных светильников
        • Установка армстронг
        • Установка светильников и люстр
        • Установка светодиодной ленты
        • Установка точечных светильников
      • Монтаж электропроводки Назад
        • Монтаж электропроводки
        • Демонтаж электропроводки
        • Диагностика электропроводки
        • Монтаж наружной проводки в трубах
        • Монтаж проводки под полом
        • Монтаж проводки по потолку
        • Монтаж проводки в штробе
        • Монтаж распределительного щита
        • Монтаж ретро-проводки
        • Прокладка электрокабеля в квартире
        • Прокладка силового кабеля
        • Разводка электрики
        • Ремонт проводки
        • Установка распаечной коробки
        • Внутренний монтаж
        • Замена электропроводки в квартире
      • Перенос розеток
      • Подключение духового шкафа
      • Подключение вытяжки
      • Прокладка кабеля в гофре
      • Прокладка сетевого кабеля
      • Прокладка тв-кабеля
      • Установка бра
      • Установка диммера (реостата)
      • Установка электросчетчиков
      • Установка щитков
      • Установка теплого пола
      • Установка выключателей
      • Установка звонка
      • Замена розеток
      • Прокладка телефонного кабеля
      • Подключение двухклавишного выключателя
      • Установка проходного выключателя
      • Установка наружного (накладного) выключателя
      • Установка внутренних выключателей
    • Электромонтаж в домах Электромонтаж в домах Назад
      • Электромонтаж в домах
      • Электромонтаж в бане
      • Электромонтаж на даче
      • Наружная проводка в деревянном доме
      • Открытая проводка в деревянном доме
      • Скрытая проводка в деревянном доме
      • Электрика в деревянном доме
      • Электромонтаж дома из бруса
      • Монтаж электрики в кирпичном доме
      • Монтаж электропроводки в каркасном доме
      • Электромонтаж в коттедже
      • Электрика в деревянном доме под ключ
      • Электромонтаж в загородном доме
    • Электромонтаж в квартирах Электромонтаж в квартирах Назад
      • Электромонтаж в квартирах
      • Электрика в четырехкомнатной квартире
      • Электромонтаж блока «Туалет-Ванная-Кухня»
      • Электрика в двухкомнатной квартире
      • Электромонтаж на балконе
      • Электромонтаж на кухне
      • Электрика в однокомнатной квартире
      • Прокладка электрики в новостройке под ключ
      • Ремонт электропроводки в квартире в Москве
      • Электрика в трехкомнатной к

Как повысить мощность трансформатора

  • Создано: admin
  • Опубликовано: 03.06.2017, 22:17
  • комментариев: 0

Как повысить КПД трансформатора?

Многим известно, что практически ни одно мощное радиоэлектронное устройство не обходится без использования трансформаторов. Трансформатор представляет собой магнитопровод, состоящий из ферромагнитного материала, с намотанными поверх него медными обмотками. Как правило, трансформатор имеет две обмотки, причём первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, а ко вторичной обмотке подключена нагрузка. И именно путём регулировки нагрузочного сопротивления устанавливают необходимый эксплуатационный режим.

Трансформаторы используют для преобразования энергии, в частности, для изменения значения тока, напряжения или мощности в цепи. Это позволяет включать в сеть с напряжением 220 вольт приборы, работающие во много меньшем диапазоне напряжений.

Недостаток рассматриваемого устройства – высокие электромагнитные потери, связанные с особенностями строения трансформатора. Поэтому необходимо искать пути решения данной проблемы. С физической точки зрения постараемся разобраться, как увеличить КПД трансформатора.

Потери бывают двух видов: потери «в стали», или потери в магнитопроводе (сердечнике) трансформатора, и потери «в меди», или потери в обмотках. Мощность, расходуемая на вышеперечисленные потери, снижает КПД. КПД рассчитывается следующим образом: КПД = Р2/Р1 = Р2/(Р2 + Рст + Рм), где:
Р2 – мощность в нагрузке,
Рст – мощность потерь «в стали»,
Рм – мощность потерь «в меди».

Таким образом, для повышения эффективности работы трансформатора необходимо снизить потери в сердечнике и в обмотках.

Рассмотрим потери «в меди». Они создаются из-за естественного наличия электрического сопротивления металлического проводника – медной обмотки. Значит, необходимо по возможности максимально увеличить проводимость или, другими словами, уменьшить сопротивление. R = р*l/S, где:
р – удельное электрическое сопротивление,
l – длина проводника,
S – площадь поперечного сечения проводника.

И что мы имеем? Для уменьшения сопротивления нужно уменьшить удельное сопротивление или длину проводника либо увеличить площадь поперечного сечения.

Самое низкое удельное сопротивление у алюминия и затем у меди. Но алюминий является драгоценным металлом, что сравнительно сильно увеличивает себестоимость трансформатора. Поэтому выгоднее использовать медь. Но это мы и так имеем. В промышленном производстве трансформаторов обмотки всегда делают медными.

Уменьшение длины обмотки также не является решением. Дело в том, что, уменьшая длину, мы уменьшаем и число витков обмотки, тем самым изменяя коэффициент трансформации, и, следовательно, ту цель, ради которой мы используем трансформатор. Данным образом мы не получим необходимое нам преобразование.

Остаётся одно: увеличить площадь поперечного сечения. При этом у нас увеличивается толщина обмотки. Очевидно, что бесконечно это делать невозможно, тем более что мы должны следить за габаритами. Так мы можем снизить потери «в меди».

Перейдём к потерям «в стали». К ним относятся потери на гистерезисе сердечника и потери на вихревые токи.

Петля гистерезиса – это магнитная характеристика магнитопровода трансформатора, показывающая зависимость магнитной индукции от напряжённости магнитного поля B = f(H). Известно, что чем больше площадь петли гистерезиса, тем больше потери. Соответственно, чтобы снизить потери на гистерезисе, необходимо в качестве сердечника использовать стальной магнитопровод с узкой петлёй гистерезиса.

Другой вид потерь «в стали» связан с наличием вихревых токов. Решение – в качестве сердечника трансформаторов использовать не сплошной магнитопровод, а магнитную систему из числа тоненьких пластин, покрытых изолирующим лаком.

Таким образом, всеми вышеперечисленными способами мы можем значительно повысить КПД трансформатора.

Иногда приходится самостоятельно изготовлять силовой трансформатор для выпрямителя. В этом случае простейший расчет силовых трансформаторов мощностью до 100—200 Вт проводится следующим образом.

Зная напряжение и наибольший ток, который должна давать вторичная обмотка (U2 и I2), находим мощность вторичной цепи: При наличии нескольких вторичных обмоток мощность подсчитывают путем сложения мощностей отдельных обмоток.

Далее, принимая КПД трансформатора небольшой мощности, равным около 80 %, определяем первичную мощность:

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в сердечнике. Поэтому от значения мощности Р1 зависит площадь поперечного сечения сердечника S, которая возрастает при увеличении мощности. Для сердечника из нормальной трансформаторной стали можно рассчитать S по формуле:

где s — в квадратных сантиметрах, а Р1 — в ваттах.

По значению S определяется число витков w’ на один вольт. При использовании трансформаторной стали

Если приходится делать сердечник из стали худшего качества, например из жести, кровельного железа, стальной или железной проволоки (их надо предварительно отжечь, чтобы они стали мягкими), то следует увеличить S и w’ на 20—30 %.

Теперь можно рассчитать число витков обмоток

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на сопротивлении вторичных обмоток. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5—10 % больше рассчитанного.

Ток первичной обмотки

Диаметры проводов обмоток определяются по значениям токов и исходя из допустимой плотности тока, которая для трансформаторов принимается в среднем 2 А/мм2. При такой плотности тока диаметр провода без изоляции любой обмотки в миллиметрах определяется по табл. 1 или вычисляется по формуле:

Когда нет провода нужного диаметра, то можно взять несколько соединенных параллельно более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу. Площадь поперечного сечения провода определяется по табл. 1 или рассчитывается по формуле:

Для обмоток низкого напряжения, имеющих небольшое число витков толстого провода и расположенных поверх других обмоток, плотность тока можно увеличить до 2,5 и даже 3 А/мм2, так как эти обмотки имеют лучшее охлаждение. Тогда в формуле для диаметра провода постоянный коэффициент вместо 0,8 должен быть соответственно 0,7 или 0,65.

В заключение следует проверить размещение обмоток в окне сердечника. Общая площадь сечения витков каждой обмотки находится (умножением числа витков w на площадь сечения провода, равную 0,8d2из, где dиз — диаметр провода в изоляции. Его можно определить по табл. 1, в которой также указана масса провода. Площади сечения всех обмоток складываются. Чтобы учесть ориентировочно неплотность намотки, влияние каркаса изоляционных прокладок между обмотками и их слоями, нужно найденную площадь увеличить в 2—3 раза. Площадь окна сердечника не должна быть меньше значения, полученного из расчета.

В качестве примера рассчитаем силовой трансформатор для выпрямителя, питающего некоторое устройство с электронными лампами. Пусть трансформатор должен иметь обмотку высокого напряжения, рассчитанную на напряжение 600 В и ток 50 мА, а также обмотку для накала ламп, имеющую U = 6,3 В и I = 3 А. Сетевое напряжение 220 В.

Определяем общую мощность вторичных обмоток:

Мощность первичной цепи

Находим площадь сечения сердечника из трансформаторной стали:

Число витков на один вольт

Ток первичной обмотки

Число витков и диаметр проводов обмоток равны:

• для первичной обмотки

• для повышающей обмотки

• для обмотки накала ламп

Предположим, что окно сердечника имеет площадь сечения 5×3 = 15 см2 или 1500 мм2, а у выбранных проводов диаметры с изоляцией следующие: d1из = 0,44 мм; d2из = 0,2 мм; d3из = 1,2 мм.

Проверим размещение обмоток в окне сердечника. Находим площади сечения обмоток:

• для первичной обмотки

• для повышающей обмотки

• для обмотки накала ламп

Общая площадь сечения обмоток составляет примерно 430 мм2.

Как видно, она в три с лишним раза меньше площади окна и, следовательно, обмотки разместятся.

Расчет автотрансформатора имеет некоторые особенности. Его сердечник надо рассчитывать не на полную вторичную мощность Р2, а только на ту ее часть, которая передается магнитным потоком и может быть названа трансформируемой мощностью Рт.

Эта мощность определяется по формулам:

— для повышающего автотрансформатора

— для понижающего автотрансформатора, причем

Если автотрансформатор имеет отводы и будет работать при различных значениях n, то в расчете надо брать значение п, наиболее отличающееся от единицы, так как в этом случае значение Рт будет наибольшее и надо, чтобы сердечник мог передать такую мощность.

Затем определяется расчетная мощность Р, которая может быть принята равной 1,15•Рт. Множитель 1,15 здесь учитывает КПД автотрансформатора, который обычно несколько выше, чем у трансформатора. Д

алее применяются формулы расчета площади сечения сердечника (по мощности Р), числа витков на вольт, диаметров проводов, указанные выше для трансформатора. При этом надо иметь в виду, что в части обмотки, являющейся общей для первичной и вторичной цепей, ток равен I1 — I2, если автотрансформатор повышающий, и I2 — I1 если он понижающий.

Бывает, что, собирая то или иное устройство, требуется определиться с выбором источника питания. Это чрезвычайно важно, когда устройствам необходим мощный блок питания. Приобрести железные трансформаторы с необходимыми характеристиками на сегодняшний день не составляет труда. Но они довольно дорогостоящие, а большие размеры и вес являются их главными недостатками. А сборка и наладка хороших импульсных блоков питания весьма сложная процедура. И многие не берутся за это.

Далее, вы узнаете о том, как собрать мощный и при этом несложный блок питания, взяв за основу конструкции электронный трансформатор. По большому счету, разговор пойдет об увеличении мощности таких трансформаторов.

Для переделки был взят 50-ваттный трансформатор.

Планировалось увеличить его мощность до 300 Вт. Этот трансформатор был приобретен в ближайшем магазине и стоил примерно 100 р.

Стандартная схема трансформатора выглядит следующим образом:

Трансформатор представляет собой обычный двухтактный полумостовой автогенераторный инвертор. Симметричный динистор является основным компонентом, осуществляющим запуск схемы, поскольку он подает первоначальный импульс.

В схеме задействованы 2 высоковольтных транзистора с обратной проводимостью.

Схема трансформатора до переделки содержит следующие компоненты:

  1. Транзисторы MJE13003.
  2. Конденсаторы 0,1 мкФ, 400 В.
  3. Трансформатор, имеющий 3 обмотки, две из которых являются задающими и имеют по 3 витка провода сечением 0,5 кв. мм. Еще одна в качестве обратной связи по току.
  4. Входной резистор (1 Ом) используется как предохранитель.
  5. Диодный мост.

Несмотря на отсутствие в этом варианте защиты от КЗ, электронный трансформатор работает без сбоев. Назначение устройства – это работа с пассивной нагрузкой (к примеру, офисные «галогенки»), поэтому стабилизация выходного напряжения отсутствует.

Что касается основного силового трансформатора, то его вторичная обмотка выдает около 12 В.

Теперь взгляните на схему трансформатора с увеличенной мощностью:

В ней стало даже меньше компонентов. Из первоначальной схемы были взяты трансформатор обратной связи, резистор, динистор и конденсатор.

Оставшиеся детали были извлечены из старых компьютерных БП, а это 2 транзистора, диодный мост и силовой трансформатор. Конденсаторы были приобретены отдельно.

Транзисторы не помешает заменить на более мощные (MJE13009 в корпусе TO220).

Диоды были заменены на готовую сборку (4 А, 600 В).

Также годятся и диодные мосты от 3 А, 400 В. Емкость должна составлять 2,2 мкФ, но можно и 1,5 мкФ.

Силовой трансформатор был изъят из БП формата ATX на 450 Вт. На нем были удалены все штатные обмотки и намотаны новые. Первичная обмотка была намотана тройным проводом 0,5 кв. мм в 3 слоя. Общее количество витков – 55. Необходимо следить за аккуратностью намотки, а также за ее плотностью. Каждый слой изолировался синей изолентой. Расчет трансформатора производился опытным путем, и была найдена золотая середина.

Вторичная обмотка наматывается из расчета 1 виток – 2 В, но это лишь в том случае если сердечник такой же, как в примере.

При первом включении обязательно использовать страховочную лампу накаливания на 40-60 Вт.

Стоит заметить, что в момент запуска лампа не вспыхнет, поскольку после выпрямителя нет сглаживающих электролитов. На выходе высокая частота, поэтому для того чтобы делать конкретные замеры, необходимо сначала выпрямить напряжение. Для этих целей был использован мощный сдвоенный диодный мост, собранный из диодов КД2997. Мост выдерживает токи до 30 А, если прикрепить к нему радиатор.

Вторичная обмотка предполагалась на 15 В, хотя на деле получилось чуть больше.

В качестве нагрузки было взято все, что оказалось под рукой. Это мощная лампа от кинопроектора на 400 Вт при напряжении в 30 В и 5 20-ваттных ламп на 12 В. Все нагрузки подключались параллельно.

Первым делом был произведен замер тока, который показал, что токи свыше 20 А.

После этого нужно измерить выходное напряжение под нагрузкой. Расчетное напряжение составляло около 15 В. Реальное значение без нагрузки – 17 В, а под нагрузкой просело до 15,3 В. В итоге легко узнать мощность, которая составляет примерно 300 Вт. Это чистая мощность на выходе.

Тульский завод трансформаторов

В конечном счете, мощность трансформатора определяется его допустимым нагревом. Нагрев трансформатора вызван нагревом его магнитопровода (сердечника) и нагревом проводов обмоток. Нагрев сердечника определяется свойствами электротехнической стали (так называемыми удельными потерями, которые зависят от величины электромагнитной индукции) и не зависит от величины нагрузки, подключенной к трансформатору. Нагрев проводов обмоток определяется величиной тока, протекающего через обмотки, и удельного сопротивления материала обмоток (как правило, используются медные провода, реже — алюминиевые). Мощность нагрева обмоток пропорциональна квадрату силы тока и омическому (активному) сопротивлению обмотки. Таким образом, минимальный нагрев трансформатора будет иметь место в режиме холостого хода, когда нагрев обмоток минимален — через первичную обмотку протекает только ток холостого хода, а через вторичную обмотку ток совсем не протекает.

Большинством производителей проектируют трансформаторы таким образом, чтобы при полной нагрузке перегрев трансформатора (то есть превышение его температуры над температурой окружающей среды) не превышал 50…70 °. Если нагрузка трансформатора превысит номинальную, то температура перегрева превысит расчетную величину. Это приведет к ускоренному старению материалов трансформатора и к уменьшению срока его службы. При дальнейшем увеличении температуры перегрева трансформатор выйдет из строя. Однако температура перегрева может быть снижена применением принудительного охлаждения трансформатора — например, с помощью воздушного охлаждения (обдув вентилятором) или водяного охлаждения (прокачка холодной воды через специальную систему охлаждения, совмещенную с магнитопроводом или обмотками трансформатора). Следовательно, применение дополнительного охлаждения позволяет увеличить мощность, которую трансформатор способен отдать в нагрузку.

Можно также снизить нагрев применением проводов большего сечения. Однако для их размещения потребуется магнитопровод больших размеров (габаритов), и в результате получится трансформатор большей габаритной (номинальной) мощности. Поэтому увеличение номинальной мощности трансформатора сопряжено с увеличением его размеров (при сохранении температуры перегрева в допустимых пределах). Следует также заметить, что увеличение размеров трансформатора приводит к увеличению площади поверхности теплоотдачи и дает возможность рассеиванию большей тепловой мощности потерь в окружающую среду.

Нет, не зависит. Мощность, отдаваемая в нагрузку (номинальная мощность трансформатора) определяется только током и напряжением нагрузки (или вторичной обмотки, что одно и то же). Поскольку мощность трансформатора, как было показано выше (в ответе на вопрос 1) определяется допустимым нагревом обмоток, который, в свою очередь, пропорционален квадрату тока, для работы трансформатора не имеет значения, какая доля тока является активной, а какая реактивной. Как известно, соотношение активной и реактивной составляющей тока (а также напряжения или мощности) количественно определяется косинусом ФИ (Cosφ). При выборе трансформатора имеет значение только полная мощность, которую потребляет нагрузка и которая измеряется в ВА (вольт-амперы) и не имеет значения величина Cosφ.

В режиме холостого хода нагрев трансформатора определяется потерями мощности в стали магнитопровода. Нагрев провода катушек на холостом ходу отсутствует, поскольку ток в цепи вторичной обмотки не протекает, а через первичную обмотку протекает незначительный ток холостого хода, который практически не нагревает обмотку. В режиме холостого хода перегрев трансформатора составляет от 5 ° до 15 °, если трансформатор рассчитан правильно, а напряжение сети соответствует номинальному. Если же напряжение сети превышает номинальное, то нагрев увеличится, поскольку увеличатся потери в стали сердечника за счет увеличения величины индукции. При значительном (более 10…15 %) увеличении питающего напряжения возникнет насыщение стали магнитопровода. При этом, помимо резкого увеличения мощности потерь в сердечнике, резко увеличится также и ток холостого хода, что вызовет существенный нагрев обмоток. При длительном воздействии повышенного напряжения трансформатор выйдет из строя из-за перегрева.

Нет, нельзя. Мощность потерь на холостом ходу равна произведению напряжения и активной составляющей тока холостого хода. Ток холостого хода равен векторной сумме активной и реактивной составляющих, и без применения специальных измерительных приборов эти токи определить невозможно. Приблизительно можно руководствоваться следующей информацией: для тороидальных трансформаторов активная составляющая тока составляет 40…60 % от величины полного тока холостого хода; для трансформаторов с магнитопроводом из пластин активная составляющая тока равна 5…20 % от общего тока холостого хода.

Увеличение числа витков первичной обмотки трансформатора при заданном магнитопроводе и заданном питающем напряжении приведет к снижению величины индукции и, следовательно, — к уменьшению величины тока холостого хода. Однако увеличение числа витков увеличит сопротивление обмоток трансформатора, что увеличит потери мощности в обмотках. Поскольку мощность потерь в обмотках нагруженного трансформатора в несколько раз больше мощности потерь в магнитопроводе, при увеличении числа витков КПД трансформатора уменьшится.

Иногда для подбора выходного напряжения трансформатора прибегают к уменьшению или увеличению числа витков первичной обмотки. При этом следует знать следующее. Уменьшение числа витков приведет к увеличению величины индукции в стали магнитопровода и может привести к насыщению магнитопровода, следствием чего может быть перегрев трансформатора и выход его из строя (см. также ответ на вопрос 3). Увеличение числа витков приведет к увеличению нагрева трансформатора под нагрузкой, однако при этом будет повышена устойчивость трансформатора при возможных повышениях питающего напряжения — трансформатор в этом случае не войдет в насыщение. Кроме того, увеличение числа витков уменьшает пусковой ток включения трансформатора. Однако увеличение числа витков приводит к увеличению массы и стоимости трансформатора.

Известно, что расчетная плотность тока уменьшается с увеличением габаритной мощности трансформатора. Так для трансформаторов мощностью 5…25 ВА плотность тока может составлять 5…10 А/мм2, а для трансформаторов мощностью 4…5 кВА она не превышает 1…2 А/мм2. Плотность тока выбирается из условий обеспечения требуемой температуры перегрева и зависит от множества факторов: соотношения размеров магнитопровода, условий охлаждения трансформатора, расчетной величины индукции и др. Поэтому она может быть определена путем решения сложной системы уравнений, описывающих работу трансформатора. Величины плотности тока применительно к трансформаторам на конкретных сердечниках приведены в книге Котенева С.В., Евсеева А.Н. «Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей» (М.: Горячая линия — Телеком, 2013).

Можно. Но при этом надо помнить, что при включении в питающую сеть наименьшего числа витков первичной обмотки (что соответствует наибольшему напряжению вторичной обмотки) трансформатор не должен входить в насыщение. Трансформатор должен быть рассчитан так, чтобы при подключении к питающей сети секции первичной обмотки с наименьшим числом витков величина индукции не превышала бы номинальную. Тогда при подключении к сети всей обмотки индукция будет иметь значение меньше номинального. При этом свойства электротехнической стали будут использоваться не в полном объеме, а трансформатор будет иметь избыточность (увеличенное число витков первичной обмотки). Вследствие этого — увеличенная масса, большая стоимость. К такому способу прибегают в тех случаях, когда сделать отводы во вторичной обмотке затруднительно по технологическим соображениям, а также для более точной подгонки выходного напряжения.

Практически не зависит. Для заданного магнитопровода величина индукции зависит от числа витков и величины ЭДС (электродвижущей силы), действующей в обмотке. При работе трансформатора на нагрузку величина ЭДС несколько уменьшается, поскольку ток первичной обмотки вызывает падение напряжения на омическом сопротивлении этой обмотки. Величина этого падения составляет 1…5 %, примерно на такую же величину уменьшается и индукция в магнитопроводе трансформатора.

Да, может работать. При увеличении частоты, например, в два раза величина индукции также снижается в два раза. Это следует из формулы (2.25) названной выше книги. Однако увеличение частоты магнитного потока приводит к увеличению потерь в стали магнитопровода (это следует из формулы (2.27) книги). Потери растут пропорционально степени 3/2 частоты и степени 2 (квадрату) индукции, поэтому при повышении частоты потери в магнитопроводе будут уменьшаться. Разумеется, все написанное верно при неизменном питающем напряжении. Часто возникает вопрос о возможности работы трансформаторов, рассчитанных на 50 Гц в сети с частотой 60 Гц (в ряде стран в сети именно такая частота). Из сказанного выше следует, что увеличение частоты сети с 50 Гц до 60 Гц никак не повлияет на работоспособность трансформатора.

В тех случаях, когда мощности одного трансформатора недостаточно для питания потребителей, можно прибегнуть к параллельному или последовательному соединению обмоток трансформаторов. В зависимости от способа соединения первичной и вторичной обмоток возможны четыре различных варианта соединения трансформаторов. Варианты соединения сведены в таблицу.

Способы соединения первичных и вторичных обмоток
Первичные обмотки соединены: Вторичные обмотки соединены:
Последовательно Параллельно
Последовательно Одинаковость обмоток не требуется Допустимо. Мощность нагрузки между трансформаторами распределяется пропорционально напряжением вторичных обмоток; если вторичные обмотки одинаковы, то мощности их равны
Параллельно Допустимо во всех случаях. Мощность нагрузки между трансформаторами распределяется пропорционально напряжениям вторичных обмоток; если вторичные обмотки одинаковы, то мощности их равны Допустимо при одинаковости первичных и вторичных обмоток

Действительно, иногда возникает ситуация, когда необходимо запитать однофазных потребителей от стандартной промышленной трехфазной сети. Задача преобразования трех фаз в одну довольно часто встречается, например, на различных производствах с мощными однофазными станками. В частном секторе также часто возникают проблемы невозможности равномерного распределения бытовых и профессиональных потребителей по трем фазам питающей сети частного дома.

Казалось бы, можно однофазную нагрузку подключить к любой фазе сети. Но при этом, если потребитель достаточно мощный, а нагрузка по двум остальным фазам небольшая, может возникнуть так называемый перекос фаз: уменьшение напряжения на той фазе, к которой подключена нагрузка, и увеличение напряжения на двух других фазах. Чтобы этого не происходило, следует применять специальные трансформаторы, преобразующие трехфазное напряжение в однофазное. Такие трансформаторы решают проблему перекоса фаз, а также обеспечивают гальваническую развязку потребителей от питающей сети.

Последовательное и параллельное соединение дросселей позволяет увеличить суммарную индуктивность и суммарный рабочий ток. Формулы для вычисления индуктивности и тока приведены в таблице. В таблице приняты следующие обозначения: L1, L2 и i1, i2 — соответственно номинальные значения индуктивности и тока первого и второго дросселей; L и I — суммарные значения индуктивности и тока двух дросселей, соединенных последовательно или параллельно.

Вид соединения Формулы для вычисления
Индуктивности Тока
последовательное
L = L1 + L2 i = i1 = i2
параллельное
i = i1 + i2

Пропитка трансформаторов и дросселей электротехническим лаком (Тульский завод трансформаторов использует лак марки МЛ-92) преследует несколько целей. Во-первых, пленка лака после высыхания обладает очень высокой электрической прочностью (то есть способностью без электрического пробоя выдерживать высокое напряжение) — для данного лака 40…65 кВ/мм. Во-вторых, лаковое покрытие обеспечивает определенную влагозащиту трансформатора от воздействия окружающей среды. В-третьих, пропитка лаком уменьшает подвижность витков магнитопровода и провода обмоток и несколько снижает уровень шума трансформатора или дросселя.

На Тульском заводе трансформаторов пропитке подвергаются все дроссели и трансформаторы мощностью более 0,1 кВА.

Как известно, в нашей стране питающая трехфазная сеть 380/220 В обязательно заземляется, то есть имеет, как говорят, гальваническую связь с землей. Поэтому в электрической бытовой розетке два провода неравнозначны: связанный с землей провод называется нулевым (или нейтральным) проводом, а второй провод называется фазным проводом. При касании фазного провода индикаторной отверткой индикатор светится, а при касании нулевого провода — нет. Если человек прикоснется рукой или другой частью тела к фазному проводу, через его тело будет протекать переменный ток. Величина этого тока будет зависеть от сопротивления тела человека и переходного сопротивления между телом и землей. Уменьшению переходного сопротивления способствует влажность обуви, пола, одежды. Человек начинает чувствовать ток величиной от 0,1…0,3 мА, а ток более 100 мА считается смертельным.

Применение разделительного трансформатора позволяет значительно снизить риск поражения электрическим током, поскольку вторичная обмотка такого трансформатора не имеет гальванической связи с землей. Применение разделительного трансформатора необходимо также для обеспечения нормальной работы некоторых типов газовых котлов.

Иногда в наличии оказывается трансформатор, рассчитанный на более высокое напряжение, чем напряжение питающей сети. Например, трансформатор рассчитан на напряжение 380 В, а его требуется подключить к сети 220 В, при этом напряжение вторичной обмотки оказывается достаточным для питания нагрузки. В таком случае следует иметь в виду, что трансформатор не сможет отдать в нагрузку номинальную мощность. Это связано с тем, что мощность равна произведению напряжения и тока; при уменьшении напряжения для сохранения мощности неизменной следует увеличить ток. Однако при увеличении тока через обмотки трансформатора будет увеличиваться нагрев обмоток, поскольку мощность потерь в обмотках будет возрастать пропорционально квадрату силы тока. Следовательно, при питании трансформатора пониженным напряжением необходимо так рассчитать режим работы, чтобы токи в обмотках не превышали номинальных величин. При этом мощность нагрузки снизится, то есть трансформатор не сможет отдать номинальную мощность.

Два наиболее распространённых примера питания нагрузки током несинусоидальной формы: регулирование мощности в нагрузке с помощью тиристорного регулятора с фазоимпульсным управлением и зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. В первом случае форма напряжения представляет собой резаную вертикальной линией синусоиду, поскольку тиристор открывается с задержкой относительно нуля напряжения. Во втором случае форма тока представляет собой набор узких импульсов, поскольку ток заряда течёт только в те моменты времени, когда мгновенное значение напряжения на выходе зарядного устройства превышает напряжение заряжаемого аккумулятора.

При питании трансформатора напряжением, форма которого отличается от синусоидального, в общем случае нагрев трансформатора увеличится. Во-первых, увеличатся потери в стали магнитопровода. Это связано с тем, что в спектре несинусоидального напряжения имеются гармонические составляющие частот, кратных частоте основной гармоники 50 Гц. Как было показано в ответе на вопрос 10, увеличение частоты магнитного потока приводит к росту потерь в стали.

Во-вторых, возрастут потери в проводах обмоток при том же среднем значении тока, что и для сигнала синусоидальной формы. Количественно это характеризуется коэффициентом формы напряжения или тока. Попросту говоря, ток синусоидальной формы способен перенести большее количество энергии, чем ток такой же величины, но несинусоидальной формы. Это следует учитывать при выборе номинальной мощности трансформатора.

Удельное сопротивление алюминия в полтора раза больше, чем удельное сопротивление меди. Поэтому, для сохранения температуры перегрева трансформатора неизменной, сечение алюминиевого провода должно быть в полтора раза больше, чем сечение медного провода. Для укладки алюминиевого провода в общем случае необходим магнитопровод большего размера, чем для размещения медного провода. Следует также учитывать, что плотность (удельная масса) алюминия в три раза меньше аналогичного параметра меди; обмотки из алюминиевого провода при прочих равных условиях будут иметь массу примерно вдвое меньшую, чем обмотки из медного провода. Однако необходимость применения магнитопровода большего размера может привести к увеличению массы трансформатора. Кроме того, паять алюминий гораздо сложнее, чем медь, необходимо применять специальные флюсы и припои. В то же время трансформатор с обмотками из алюминиевого провода будет несколько дешевле, нежели его аналог с медными проводами.

Исходя из возможностей намоточного оборудования, разные производители для трансформаторов одной и той же мощности могут применять магнитопроводы с разным соотношением высоты к диаметру. Это первая причина различия в размерах трансформаторов одинаковой номинальной мощности. Другая причина — разные производители могут задавать разные температуры перегрева трансформатора. Выше, в ответе на вопрос 1, было показано, что увеличение температуры перегрева трансформатора приводит к снижению его размеров и массы. Поэтому, если имеются два трансформатора одинаковой номинальной мощности, но разных размеров, можно с уверенностью утверждать: меньший трансформатор будет сильнее нагреваться во время работы.

Если не рассматривать заведомо неверно рассчитанный и неправильно изготовленный трансформатор, то есть две главные группы причин выхода из строя трансформаторов: 1) неосторожное обращение при транспортировке и монтаже и 2) неправильная эксплуатация трансформатора. Трансформаторы боятся ударов, поскольку при ударе деформируются провода обмоток, а эмалевая изоляция повреждается; это может вызвать замыкание соседних витков обмоток, что приводит к локальным коротким замыканиям и резкому повышению температуры в местах таких замыканий. При этом величина выходного напряжения трансформатора будет отличаться от своего номинального значения. При монтаже трансформаторов следует помнить, что вся поверхность тороидального трансформатора образована витками проводов обмоток, и производить затяжку крепежных элементов (чашек) следует крайне осторожно. На Тульском заводе трансформаторов для трансформаторов мощностью 1,6 кВА и выше (а по желанию заказчика — и на меньшую мощность) применяются методы крепления, полностью исключающие механическое воздействие на витки обмоток.

При эксплуатации трансформаторов мощность подключённой нагрузки не должна превышать номинальную мощность трансформатора. Температура окружающей среды должна быть такой, чтобы температура трансформатора не превысила 120 °С (предельная температура нагрева эмальпровода). Чем меньше температура, тем медленнее происходит старение проводов обмоток. Одной из наиболее частых причин выхода из строя трансформаторов является их длительный перегрев по причине короткого замыкания в цепи нагрузки или подключения нагрузки с мощностью, превышающей номинальную мощность трансформатора. При таком перегреве происходит осыпание эмалевой изоляции проводов обмоток, что приводит к замыканию витков, ещё большему нагреву и, в конечном итоге, к расплавлению провода обмотки. Предохранитель в таких случаях срабатывает не всегда, поскольку перегрев может происходить при незначительном, но длительном превышении номинального тока.

Нет, нельзя. В основе работы трансформатора лежит закон электромагнитной индукции, который предусматривает изменение магнитного потока по величине и направлению. Это можно обеспечить подачей только переменного напряжения на первичную обмотку трансформатора. Напряжение автомобильного аккумулятора (равно как и любого другого химического источника электроэнергии) является постоянным (по величине и направлению). Для преобразования постоянного напряжения в переменное, пригодное для подачи на трансформатор, следует применять специальные коммутаторы на механических или электронных элементах. Устройство, включающее в себя коммутатор и трансформатор и предназначенное для преобразования постоянного напряжения в переменное, называется инвертором.

Такой вопрос иногда возникает, и он не так банален, как может показаться на первый взгляд. Возникает он обычно потому, что первичная обмотка трансформатора напоминает обмотку дросселя. Можно ли обмотку трансформатора использовать в качестве дросселя?

Вначале — о различиях. Главная функция трансформатора — изменять величину напряжения, подводимого к первичной обмотке. Главная функция дросселя — обеспечивать определённую (и постоянную) величину индуктивности в диапазоне токов от нуля до некоторого номинального значения. Невозможность дросселя выполнить функцию трансформатора обусловлена отсутствием в дросселе вторичной обмотки. В то же время, первичная обмотка трансформатора в некоторых условиях может выполнять функцию дросселя, но индуктивность такого «дросселя» будет существенно зависеть от величины протекающего тока. Чтобы исключить такую нежелательную зависимость, дроссели на сердечниках из трансформаторной стали обязательно имеют немагнитный зазор, который уменьшает относительную магнитную проницаемость, но позволяет обеспечить неизменность величины индуктивности во всём диапазоне рабочих токов дросселя. Кстати, существуют устройства, имеющие свойства и трансформаторов, и дросселей. Их называют трансреакторами. Реактор — одно из названий дросселя. Трансреакторы выполняются на магнитопроводах с немагнитным зазором и имеют первичную и вторичную обмотки. Подробно о трансреакторах написано в разделе «Информация».

Особенности работы выпрямителей, или как правильно рассчитать мощность силового трансформатора — Начинающим — Теория

Хороший и надёжный силовой трансформатор — это уже половина собираемой и разрабатываемой конструкции.
В настоящее время выбор силовых трансформаторов, предлагаемых рынком, для радиолюбителей довольно широк. Но не смотря на это, не все предлагаемые трансформаторы идеально подходят для нужд радиолюбителя (по току, напряжению, количеству обмоток и т.д.), и поэтому довольно часто ему приходится самостоятельно изготавливать силовые трансформаторы для своих разработок и собираемых конструкций.
В этой статье я попробую объяснить, как правильно выбрать, или рассчитать силовой трансформатор для своей конструкции.
Нового я здесь ничего не открою, и постараюсь как можно проще и на примерах, объяснить Вам то, что уже давно доказано и решено. Просто в силу каких либо обстоятельств, не все это могут знать.

В основном радиолюбителю приходится изготавливать силовые трансформаторы средней мощности 50 — 300 Вт.
КПД таких трансформаторов достигает 0,88 — 0,92. У более мощных промышленных трансформаторов, при мощностях более 1 кВт, КПД может достигать 0,97-0,98, так как обмотки их намотаны толстым проводом и потери в них на активное сопротивление минимальны.
У менее мощных трансформаторов, с мощностью до 40 Вт, КПД понижается и обычно не превышает 0,8 — 0,85.

Чтобы правильно рассчитать трансформатор, нужны довольно сложные вычисления, радиолюбители-же пользуются для этих целей упрощёнными формулами и радиолюбительскими программами, которые в принципе тоже довольно точно позволяют это сделать, поэтому я тоже постараюсь не отходить от этой традиции и всё попробую объяснить на практических примерах и готовых расчётах, используя по минимуму формулы и вычисления.

Как обычно производится расчёт силового трансформатора.
Зная напряжение и ток, который должна давать вторичная (или несколько вторичных) обмотка (U2 и I2), находим мощность вторичной цепи: При наличии нескольких вторичных обмоток мощность подсчитывают путем сложения мощностей отдельных обмоток.
Мощность вторичной обмотки Р2 по Закону Ома равна;

Отсюда можно найти и мощность первичной обмотки, где для трансформаторов средней мощности к нашим расчётам мы берём КПД трансформатора 0,9 (90%). Для трансформаторов меньшей мощности соответственно и КПД берётся меньше (0,8).
Мощность первичной обмотки Р1 (мощность трансформатора) в этом случае будет равна;

То есть поясню, если расчётная мощность вторичной (вторичных) обмотки у нас получилась например 100 Вт, то общая мощность трансформатора будет равна 111,1 Вт (100/0,9). Это ещё не учитывая ток холостого хода, который тоже прибавляется к общей мощности трансформатора.

Как определить мощность первичной обмотки мы уяснили, теперь как правильно определить мощность вторичной обмотки?
Для этого у нас имеется какая либо нагрузка, которая потребляет определённый ток при определённом напряжении. Например имеется нагрузка, потребляющая ток 2 Ампера при напряжении 15 Вольт.
Кажется что может быть проще, по Закону Ома умножаем 2 на 15 и вуаля — получаем 30 Вт. Да, это так, ток отдаваемый вторичной обмоткой будет равен току потребления нагрузкой, но только тогда, когда вторичная обмотка нагружена на активную нагрузку! Например обмотка накала ламп.
Если же вторичная обмотка нагружена на нагрузку через элементы выпрямителя, или выпрямителя и фильтра, то ситуация приобретает совсем другой оборот. Ток отдаваемый вторичной обмоткой будет больше тока, потребляемого нагрузкой!
Почему так, давайте попробуем вместе с этим разобраться.
Работа вторичной обмотки на активную нагрузку мы рассматривать не будем, здесь всё ясно, давайте пойдём дальше.

 

Работа выпрямителя на активную нагрузку.

Однополупериодный выпрямитель.

Поставим перед нагрузкой выпрямительный диод. То есть у нас получился однополупериодный выпрямитель.

Соберём такую же схемку. Трансформатор у меня тороидальный, мощностью 60 Вт, с напряжением ХХ вторичной обмотки около 20 вольт (номинальный ток нагрузки 3,8 А, номинальное напряжение 16,5 Вольт), ток ХХ трансформатора 7 мА.
В разрыв первичной обмотки, для измерения её тока, я поставил резистор, величиной 1,0 Ом, в разрыв вторичной (последовательно с нагрузкой) резистор, величиной 0,1 Ом. Для измерения в цепях переменного и пульсирующего тока и напряжения, я использовался среднеквадратичный (RMS) микровольтметр В3-57, ну и для измерения в цепях постоянного тока — цифровой мультиметр «Mastech MY64».

Для безопасности измерений, вся эта конструкция подключалась через разделительный трансформатор. В качестве нагрузочных резисторов использовались проволочные переменные сопротивления различных величин, мощностью 25 Вт.
Действующий ток нагрузки был установлен 0,5 ампер (рисунок выше). Предел измерения 100 мВ, шунт во вторичной цепи 0,1 Ом.
Сопротивление переменного резистора получилось 19 Ом, действующее напряжение на нагрузке 9,5 вольт. То есть мощность потребляемая нагрузкой получилась 4,75 Вт.
Измерим ток, потребляемый первичной обмоткой.

Ток первичной обмотки получился 97 мА, минус 7 мА ХХ, итого 90 мА. Напряжение на первичной обмотке 215 вольт. Мощность потребляемая первичной обмоткой получилась 19,35 Вт, то есть в 4 (четыре) раза больше мощности потребляемой нагрузки. Почему так? Кому интересны все подробности происходящих процессов в трансформаторе, рекомендую почитать первоисточники, приведённые в конце статьи, кому лень читать, попробую объяснить по простому.

При установке диода последовательно с нагрузкой, у нас получается однополупериодный выпрямитель. На нагрузку подаётся импульс напряжения (тока) только в положительный полупериод, а в отрицательный ничего нет (пауза). В результате чего среднее напряжение на нагрузке уменьшается более, чем в два раза (точнее в 2,2) по сравнению с напряжением на вторичной обмотке. Средний ток через диод соответствует току нагрузки, а действующий ток диода и самой вторичной обмотки — больше тока нагрузки в 1,57 раза.
Давайте подсчитаем мощность вторичной обмотки;
Ток нагрузи 0,5 А, умножаем на 1,57=0,785 (ток вторичной обмотки). Полученный ток умножаем на напряжение вторичной обмотки (19 Вольт) 0,785х19=14,9 Вт — это получается отдаваемая мощность вторичной обмотки, плюс сюда ещё добавляются и переходные процессы при работе диода (вентиля), плюс реактивные токи, которые просто нагревают обмотку, в итоге мощность трансформатора получается минимум в 3,5 раза больше мощности потребляемой нагрузкой.
Ещё при работе этой схемы во вторичной обмотке возникает постоянная составляющая (из-за того, что ток в обмотке протекает только в одном направлении в один полупериод), которая намагничивает сердечник трансформатора и тем больше, чем больше ток нагрузки. Из-за этого свойства сердечника ухудшаются и увеличивается ток ХХ, в последствии чего повышается потребляемая мощность трансформатора (у нас получилась мощность в 4 раза больше).

Например уже при токе нагрузки в 1,0 Ампер, напряжение на нагрузке получилось 9,0 Вольт, сопротивление нагрузки 9,0 Ом, мощность нагрузки 9,0 Вт. Ток первичной обмотки получился 230 мА (минус 7 мА) итого 223 и напряжение на первичной обмотке 210 вольт. Итоговая потребляемая мощность трансформатора 46,83 Вт, то есть больше мощности потребляемой нагрузкой уже в 5,2 раза. Сильно увеличился ток ХХ с увеличением тока нагрузки (от которого увеличилось намагничивание сердечника).

Двухполупериодный выпрямитель.

Ну, с однополупериодным выпрямителем разобрались, давайте пойдём дальше. Посмотрим как ведёт себя двухполупериодная схема.
Что из себя представляет двухполупериодная схема выпрямителя. Это два однополупериодных выпрямителя, которые работают на общую нагрузку. Каждый выпрямитель имеет свою обмотку, но в отличии от другого — противофазную, в результате чего выпрямляются (поступают в нагрузку) оба полупериода, за счёт чего эффективность такого выпрямителя, по сравнению с однополупериодным, повышается два раза.

Посмотрим, как он себя ведёт. Соберём схему двухполупериодного выпрямителя. Для этой схемы нужен трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки. Трансформатор другой, вторичная обмотка имеет напряжение 193-193 Вольт, ток ХХ у него 36 мА (какой нашёл).
Проволочными резисторами выставил ток нагрузки 150 мА.

Нагрузочный резистор получился с сопротивлением 1,17 кОм, измеренное напряжение на нём 175 Вольт. Мощность потребляемая нагрузкой получилась 26,17 Вт. Смотрим ток первичной обмотки.

Ток первичной обмотки 210 мА, минус ток ХХ (36) итого 174 мА. Мощность потребляемая трансформатором получилась 38,28 Вт. Это больше мощности потребляемой нагрузкой в 1,46 раз.
Как видите, здесь показатели гораздо лучше, чем у однополупериодного выпрямителя.
Идём дальше.

Мостовая схема выпрямителя.

Проверим, как поведёт себя мостовая схема выпрямителя.
Для этого соберём следующую схему.

Трансформатор возьмём тот, что был и раньше, с одной вторичной обмоткой из первого рассматриваемого случая для однополупериодного выпрямителя.
Ток нагрузки я выставил 0,5 А, проволочное переменное сопротивление получилось величиной 32 Ома. Напряжение на нагрузке 16 Вольт. Мощность потребляемая нагрузкой получилась 8 Вт.

Смотрим ток потребляемый первичной обмоткой.

Ток первички 53 мА минус ток ХХ (7 мА) = 45 мА. Мощность потребляемая первичной обмоткой получилась 9,9 Вт. Это в 1,23 раза больше, чем мощность потребляемая нагрузкой.
Как видите, здесь показатели ещё лучше, чем у двухполупериодного выпрямителя, не говоря уже об однополупериодном.

Работа выпрямителя на нагрузку с ёмкостной реакцией.

В основном радиолюбители используют в своей практической деятельности выпрямители с сглаживающими фильтрами, начинающимися с ёмкости (конденсатора), то есть нагрузка с ёмкостной реакцией.
Переписывать учебники не имеет смысла, кому интересно, список литературы в конце статьи. Просто я здесь дальше кратко изложу основные схемы выпрямителей применяемых радиолюбителями, их особенности и приближённые электрические характеристики, и как они влияют на общую мощность трансформатора.

Однополупериодный выпрямитель.

Начнём как обычно с однополупериодного выпрямителя.

У такого выпрямителя конденсатор фильтра заряжается до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки (при отсутствии нагрузки). То есть если напряжение вторички 10 Вольт, то конденсатор зарядится до 10х1,41=14,1 Вольта (это без падения напряжения на диоде).
Достоинства выпрямителя;
Простота схемы, используется всего один вентиль (диод, кенотрон).
Недостатки;
Большая зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, пониженная частота пульсаций по отношению с другими схемами, что требует применение конденсаторов в два раза большей ёмкости, плохое использование трансформатора (низкий КПД), присутствует вынужденное намагничивание сердечника. При пробое вентиля, переменное напряжение поступает на конденсатор, что ведёт его к выходу из строя и взрыву.
Особенности схемы;
Применяется радиолюбителями для питания слаботочных цепей. Обратное напряжение в этой схеме прикладываемое к вентилю, приблизительно в три раза больше напряжения вторичной обмотки (точнее в 2,82 раза), почему так происходит — попробуйте сами определить. То есть если у Вас вторичка имеет напряжение 100-110 Вольт, то диод необходимо ставить на обратное напряжение не менее 400 Вольт, на 300 Вольт может пробить.
Средний ток через вентиль здесь соответствует току нагрузки, а действующее значение тока через вентиль в два раза больше тока нагрузки.

 

Вторичная обмотка для однополупериодного выпрямителя выбирается в 1,8 -1,9 раз больше по току (лучше в 2 раза), чем ток потребления нагрузки. К общей расчётной мощности трансформатора, если есть ещё другие обмотки, добавьте мощность этой Вашей нагрузки умноженной на 2.

Двухполупериодный выпрямитель.

Двухполупериодный выпрямитель обладает гораздо лучшими параметрами, чем однополупериодный. Выходное напряжение этого выпрямителя (напряжение на конденсаторе) в 1,41 раз выше, чем напряжение вторичной обмотки (половины). Это при отсутствии нагрузки.

Достоинства выпрямителя;
Малое количество используемых вентилей (2). Среднее значение тока через вентиль почти в два раза меньше тока нагрузки. Уровень пульсаций у этой схемы в 2 раза меньше по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления. Емкость конденсатора при одинаковом с однополупериодной схемой коэффициенте пульсаций, может быть в 2 раза меньше. Отсутствует вынужденное намагничивание сердечника, но это зависит от конструкции трансформатора и способа намотки обмоток, о чём будет сказано ниже.
Недостатки;
Сложная конструкция трансформатора, вторичная обмотка состоит из двух половин, откуда не рациональное использование меди. Обратное напряжение на один вентиль здесь также больше напряжения (половины) вторичной обмотки в 2,82 раза. Плохое использование трансформатора, так как общая расчётная мощность всей вторичной обмотки получается в 2,2 раза больше мощности потребляемой нагрузкой.
Особенности схемы;
Так как за один период, в этой схеме работают обе половины вторичной обмотки по очереди, соответственно и вентили (диоды) тоже работают по очереди, то среднее значение тока через один вентиль (за период) здесь получается почти в два раза меньше, чем ток нагрузки. То есть например, если поставить в эту схему диоды с допустимым постоянным током на 5 Ампер, то снять с этого выпрямителя можно будет 7-8 Ампер без особого риска выхода из строя диодов, естественно обеспечив им необходимое охлаждение. Действующий же ток через вентиль и вторичную обмотку здесь будут в 1,1 раза больше тока нагрузки.
Провод для вторичной обмотки в этой схеме, можно выбирать на 30-40% меньше по току (сечение), чем ток нагрузки, так как половины вторичной обмотки так же работают по очереди и среднее значение тока вторичной обмотки получается меньше тока нагрузки. Но лучше, если позволяют размеры трансформатора и возможности, мотать вторичку проводом соответствующего сечения с током нагрузки.

Насчёт вынужденного намагничивания сердечника. Если сердечник трансформатора Ш-образный, броневой, и все обмотки размещены на одном каркасе, то вынужденного намагничивания сердечника здесь не будет.
Если сердечник трансформатора стержневой и в конструкции трансформатора предусмотрены два каркаса, на которых размещены обмотки, и сетевая обмотка состоит из двух половин, размещённых на разных стержнях (ТС-180, ТС250), то вторичную обмотку в таких трансформаторах необходимо выполнять следующим образом;
Каждая половина вторичной обмотки делится ещё раз пополам и наматывается на разных стержнях, потом всё соединяется последовательно, сначала четверти одной половины, затем другой. Как ниже на рисунке. Иначе будет намагничивание сердечника.

 

Так как кенотроны обладают большим внутренним сопротивлением, то при выборе кенотронной схемы выпрямителя, напряжение вторичной обмотки (половины) выбирается в среднем примерно на 10-15% меньше планируемого выходного напряжения выпрямителя. Это ещё зависит от тока нагрузки. Чем больше ток нагрузки, тем меньше должна быть разница.
Ещё запомните, что во всех выпрямителях и с кенотронами и с диодами, конденсаторы фильтра при отсутствии нагрузки, всегда заряжаются до амплитудного напряжения вторичной обмотки (UC = U2 x 1,41). Это учитывайте при выборе напряжения конденсаторов фильтра.

Как примерно определить здесь, какая мощность добавится к общей мощности трансформатора? Не углубляясь глубоко в теорию, так как там очень много зависящих друг от друга факторов, можно поступить следующим образом;

Зная расчётный ток нагрузки, умножаем его на 1,7 (схема с кенотронами), или на 1,6 (схема с диодами), потом полученный результат умножаем на напряжение нагрузки. Это будет приблизительный результат полученной мощности, которая добавится к общей мощности трансформатора. Большой ошибки здесь не будет.

 

Мостовой выпрямитель.

Мостовой выпрямитель, так же как и двухполупериодный, обладает гораздо лучшими параметрами, чем однополупериодный и немного получше КПД, чем у двухполупериодного. Поэтому это наиболее распространённая схема.

Достоинства выпрямителя;
Среднее значение тока через вентиль почти в два раза меньше тока нагрузки. Уровень пульсаций у этой схемы в 2 раза меньше по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления. Емкость конденсатора при одинаковом с однополупериодной схемой коэффициенте пульсаций, может быть в 2 раза меньше. Отсутствует вынужденное намагничивание сердечника. Используется всего одна вторичная обмотка.
Недостатки;
Плохое использование трансформатора, так как приходится увеличивать расчётную мощность вторичной обмотки на величину амплитудного значения напряжения вторичной обмотки, т.е. в 1,41 раз. Увеличенное число используемых вентилей (4) и необходимость их шунтирования резисторами, для выравнивания обратного напряжения на каждом их них. Хотя это уже не столь актуально при современном качестве их исполнения. Ещё в два раза большее падение напряжения, по сравнению с другими схемами, так как выпрямляемый ток проходит по двум вентилям последовательно. Но это заметно только при низком выходном напряжении и больших токах нагрузки.
Особенности схемы;
В этой схеме так же, как и в двухполупериодной, среднее значение тока через один вентиль (за период) получается почти в два раза меньше, чем ток нагрузки. То есть также можно использовать диоды с меньшим рабочим током (на 30-40%), чем ток нагрузки.
А вот действующий ток вторичной обмотки всегда будет выше, чем ток нагрузки, минимум на 1,41. Поэтому провод для вторичной обмотки в этой схеме нужно выбирать в 1,5 раза больше по току (сечение), чем ток нагрузки. Почему, потому что выпрямитель всегда будет заряжать конденсатор фильтра до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки, и от величины этого напряжения и подсчитывается мощность. А так, как по закону сохранения энергии она никуда не пропадает, то вторичной обмотки ничего не остаётся, как постоянно восполнять эту разницу. То есть у нас например вторичная обмотка имеет напряжение 14 Вольт. На конденсаторе фильтра будет напряжение около 20-ти Вольт. Нагрузили мы её током 0,5 Ампер. Мощность получилась 10 Вт. Значит и вторичка должна отдавать 10 Вт, а при выходном напряжении 14 Вольт это будет ток примерно 0,71 Ампера, то есть больше тока нагрузки в 1,41 раз.

Вторичная обмотка в мостовой схеме выпрямителя, всегда будет отдавать энергию на заряд конденсатора до амплитудного значения напряжения, а нагрузка разряжать его. То есть это как повышающий преобразователь, где низковольтная часть — это вторичная обмотка, а высоковольтная — конденсатор фильтра. Поэтому и ток вторичной обмотки всегда будет выше тока нагрузки на эту разницу напряжений, то есть минимум в 1,41 раз.

Например нашли Вы трансформатор с выходным напряжением 24 Вольта и током нагрузки 5 Ампер (120 Вт). Собрали линейный регулируемый блок питания, подключили к нему нагрузку 12 Вольт и током потребления 5 Ампер (60 Вт). Вроде всё нормально должно быть. Погоняли с полчаса-час, запахло палёным, потрогали трансформатор — обожглись. Как так?

Давайте проверим что у нас было с трансформатором;
Ток нагрузки 5 Ампер, напряжение на конденсаторе фильтра в режиме ХХ будет 24х1,41=33,84 Вольта. Мощность потребляемая нагрузкой будет 33,84х5=169,2 Вт, притом это не зависит от выходного напряжения Вашего БП, хоть 5 Вольт, хоть 25. Остальная мощность просто потеряется на регулирующем транзисторе.
И вот оказывается, что в течении часа наш транс отдавал мощность нагрузке 170 Вт!!!, хотя его мощность 120.

Вывод; Для схемы мостового выпрямителя, сечение провода вторичной обмотки необходимо выбирать на 50% или в 1,5 раза больше планируемого тока нагрузки для обеспечения нормальных условий работы трансформатора, или же выбирать трансформатор для своей конструкции с током вторичной обмотки выше планируемого на такую же величину, так как ток нагрузки на трансформаторах указан для активной нагрузки.

Ну и соответственно мощность вторичной обмотки подсчитывается так: Ток нагрузки умножаем на напряжение вторичной обмотки и полученный результат умножаем на 1,5.

 

Схема удвоения напряжения.

Схема удвоения напряжения, тоже довольно часто применяется на практике. Схема состоит из двух однополупериодных выпрямителей, включенных последовательно и работающих на общую нагрузку. Особенностью данной схемы является то, что в одном полупериоде от вторичной обмотки “заряжается” один конденсатор, а во втором полупериоде от той же обмотки – другой. Поскольку конденсаторы включены последовательно, то результирующее напряжение на обоих конденсаторах (на нагрузке) в два раза выше, чем можно получить от той же вторичной обмотки в схеме с однополупериодным выпрямителем. То есть максимальное выходное напряжение ХХ выпрямителя равно U2 х 2,82 , почти в три раза больше напряжения вторичной обмотки.

Достоинства выпрямителя;
Вторичную обмотку трансформатора можно рассчитывать на значительно меньшее напряжение. Отсутствует вынужденное намагничивание сердечника. Используется всего одна вторичная обмотка.
Недостатки;
Большая зависимость выходного напряжения от тока нагрузки. Значительные токи через вентили выпрямителя и вторичную обмотку. Уровень пульсаций значительно выше, чем в схемах двухполупериодных выпрямителей.
Особенности схемы;
Схемы эти на практике применяются для получения высоких напряжений при малых токах нагрузки. Например вполне можно использовать такую схему для питания анодных цепей в маломощных ламповых усилителях, если нет подходящего трансформатора а перематывать лень, в предварительных каскадах мощных ламповых усилителях, сеточных цепей, и т.д.. Пульсации на нагрузке здесь такие же, как в мостовой или двухполупериодной схеме выпрямителей. Ток протекающий через вентиль соответствует току нагрузки. Обратное напряжение на вентиль равно амплитудному значению напряжения вторичной обмотки.

Действующий ток вторичной обмотки здесь больше тока нагрузки почти в три раза (2,82). Мощность вторичной обмотки подсчитывается так, ток нагрузки умножаем на 2,9 и полученный результат умножаем на напряжение вторичной обмотки. Сечение провода вторичной обмотки для этой схемы, выбирается по току в три раза больше, чем ток потребляемый нагрузкой.

Почему так, теперь Вы сами вполне сможете догадаться. Если напряжение ХХ вторичной обмотки например 10 Вольт, то при положительном полупериоде конденсатор С1 здесь зарядится до какого напряжения? Правильно, до 14,1 вольта (до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки, которое больше действующего в 1,41 раз). При отрицательном полупериоде конденсатор С2 так же зарядится до 14,1 вольт. Какое будет итоговое напряжение на нагрузке (R), 28,2 Вольта, то есть в 2,82 раза больше напряжения вторичной обмотки. Отсюда и вторичке ничего не остаётся, как всё время компенсировать эту разницу.

Удачи Вам в конструировании!

Список литературы;

  • Терентьев Б.П. «Электропитание радиоустройств» (1958).
  • Белопольский И.И. «Электропитание радиоустройств» (1965).
  • Рогинский В. «Электропитание радиоустройств» (1970).
 
6 непростых для понимания терминов, связанных с силовым трансформатором, которые вы должны понимать

Темная сторона трансформатора

Существует множество терминов, связанных с работой силового трансформатора, которые можно легко визуализировать, что особенно важно для учащихся, например, например, конструкция трансформатора или принцип нормальной работы. С другой стороны, немногие не так просто представить и понять термины, которые можно «увидеть» только на практике.

The essential understanding of a power transformer Основы понимания силового трансформатора

Итак, эта техническая статья проливает свет на некоторые термины, такие как пусковые и намагничивающие токи, регулировка напряжения, векторные группы и т. Д.

  1. Пусковой ток
  2. Ток намагничивания
  3. Регулировка вторичного напряжения
  4. Соединение трансформатора (вектор) группы
  5. Сопротивление короткого замыкания
  6. Сопротивление последовательности трансформатора

1. Пусковой ток

Итак, почему этот бросок тока такой специфический? Возбуждение трансформатора создает очень высокий переходный пусковой ток, который может достигать пиковых значений, в десять раз превышающих пиковый номинальный ток. Это естественное явление и защита не должна работать!

Автоматический выключатель обеспечивает высокую гибкость, позволяющую избежать тока отключения, при этом сохраняя хороший уровень защиты благодаря характеристике времени / тока электронного реле.

Величина пускового тока является статистической переменной, и поэтому каждый случай , когда силовой трансформатор находится под напряжением, может отличаться от предыдущих.

Существуют различные факторы, влияющие на величину и скорость затухания пускового тока

Можно выделить следующие основные факторы:

Фактор № 1 — Момент времени на кривой синусоидального напряжения, когда происходит подача питания. Наихудшая ситуация была бы, когда на трансформатор подается напряжение при пересечении нуля .

Подключение при пересечении нуля напряжения приведет к тому, что магнитный поток достигнет двойного значения во время нормальной работы. В результате сердечник будет насыщаться, сильно снижая реактивное сопротивление обмотки и увеличивая ток.

Фактор № 2 — Значение и направление остаточного потока в сердечнике трансформатора. Значение и направление этого остаточного потока зависят от момента времени, когда трансформатор был отключен от сети.

Если отключение происходит в то время, когда переменный поток имеет максимальное значение, остаток потока также будет иметь свое максимальное значение.

Фактор № 3 — Магнитные свойства сердечника.

Фактор № 4 — Размер трансформатора.

Коэффициент № 5 — Импеданс источника питающей сети. Если импеданс питающей сети относительно высок (слабая сеть), пусковой ток вызывает значительное падение напряжения на импедансе, что снижает уровень напряжения питания во время подачи питания.

Это снижает максимальное значение пускового тока, но также увеличивает время затухания.

Inrush current of a 16 MVA 63/11 kV power transformer Inrush current of a 16 MVA 63/11 kV power transformer Рисунок 1 — Пусковой ток силового трансформатора 16 МВА 63/11 кВ

У современных силовых трансформаторов пусковой ток, как правило, выше, чем у старых.

Причиной этого являются свойства современной стали с сердечником, что позволяет повысить плотность потока в конструкции трансформатора при нормальной работе и, следовательно, дает меньше «места» до насыщения сердечника при подключении к сети.

Остаточный ток, сумма фазных токов должен быть нулевым, если сердечник не насыщает и полюса закрываются точно в одно и то же время.В Y-образном и эффективно заземленном нейтральном силовом трансформаторе пусковой ток появляется также в нейтрали в случае насыщения сердечника.

Пусковой ток содержит вторую гармонику, которую можно использовать для определения пускового состояния с помощью защитных реле трансформатора, например дифференциальной токовой защиты.

Поведение пускового тока с силовым трансформатором 16 МВА 63/11 кВ как функция времени показано на рисунке 1. Рисунок

.

Трансформатор находится под напряжением относительно слабой сети электропитания.Номинальный первичный ток рассматриваемого трансформатора составляет 147 А . Верхняя часть показывает форму волны каждого фазового тока, а нижняя часть показывает среднеквадратичное значение каждого фазового тока.

Из рисунка можно отметить, что пусковой ток включает в себя также относительно большую постоянную составляющую. Компонент постоянного тока может привести к насыщению измерительных трансформаторов тока, тем самым выдавая ложный вторичный сигнал на защитные реле.

Вернуться к содержанию ↑


2.Ток намагничивания

Ток намагничивания при номинальном напряжении очень мал, около 1% от номинального тока. Однако ток намагничивания сильно зависит от уровня напряжения питания.

Когда уровень напряжения питания увеличивается, ток намагничивания начинает быстро расти . Крутизна кривой восходящего тока зависит от магнитных свойств сердечника и плотности потока при номинальном напряжении.

На рисунке ниже показано поведение определенного силового трансформатора.

The RMS value of the magnetizing current as a function of supply voltage The RMS value of the magnetizing current as a function of supply voltage Рисунок 2 — Среднеквадратичное значение тока намагничивания как функция напряжения питания

Увеличивающийся ток намагничивания имеет высокое содержание пятой гармоники, которая может использоваться для обнаружения явлений. На следующем рисунке показана проблема и поведение определенного силового трансформатора.

The fifth harmonic content in magnetizing current as a function of supply voltage The fifth harmonic content in magnetizing current as a function of supply voltage Рисунок 3 — Содержание пятой гармоники в токе намагничивания как функция напряжения питания

Явление, связанное с увеличением тока намагничивания в результате увеличения напряжения питания, называется чрезмерным возбуждением.

Вернуться к содержанию ↑


3. Регулировка вторичного напряжения

Уровень напряжения, подаваемого на нагрузку от вторичных клемм трансформатора, должен поддерживаться в определенных пределах. Факторами, влияющими на колебания уровня вторичного напряжения, являются уровень напряжения первичной стороны и ток нагрузки вторичной стороны.

Чтобы регулировка вторичного напряжения могла компенсировать эти колебания, коэффициент трансформации напряжения силового трансформатора должен быть регулируемым.

Эта регулировка стала возможной благодаря введению нескольких ответвлений в обмотках . Эти отводы обычно размещаются в обмотках первичной стороны, чтобы минимизировать ток, проходящий через переключатель, обеспечивающий соединение с различными ответвлениями.

Этот переключатель может производить переключение ответвлений при подаче тока нагрузки, в этом случае он называется переключателем ответвлений под нагрузкой , или трансформатор должен быть обесточен, и в этом случае он называется переключателем ответвлений без нагрузки ( также используется устройство РПН).Определение «основной ответвление» относится к положению ответвления, к которому относятся все номинальные величины, включая отношение номинальных напряжений.

Физическое размещение устройства РПН с силовым трансформатором может быть внутри основного бака (типа intank), другими словами, в том же маслонаполненном корпусе, где находятся обмотки.

Другая возможность заключается в том, чтобы устройство РПН находилось снаружи основного бака (в баке или в контейнере) внутри собственного заполненного маслом корпуса, прикрепленного к боковой стороне основного бака.

Можно выделить три различных принципа реализации переключателей, а именно:

  1. Плюс-минус переключения,
  2. Линейное переключение и
  3. Грубое-точное переключение.

Из этих трех первый, с переключением «плюс-минус», является самым распространенным из . Принцип действия показан ниже.

Tap changer’s "plus-minus switching" principle Tap changer’s "plus-minus switching" principle Рисунок 4 — Принцип «переключателя плюс-минус» устройства РПН

Как правило, устройство РПН работает от двигателя, что обеспечивает возможность дистанционного управления.Устройство РПН чаще всего имеет только ручное управление, но также возможна работа двигателя.

Устройство РПН имеет несколько отводов, например ± 8 × 1,25% . Это указывает на возможность увеличения или уменьшения 8-ступенчатого, каждый 1,25% от номинального отношения напряжения. Устройство РПН имеет меньше ступеней, например, ± 2 × 2,5% .

Работа устройства РПН может быть автоматизирована с использованием автоматического регулятора напряжения (AVR), как описано здесь.


Как работает чейнджер под нагрузкой (ВИДЕО)

Это видео объясняет, как работает On Changer Changer (OLTC) . Устройства РПН используются в электрических трансформаторах с жидкостным погружением в энергетике. Целью устройства РПН является регулирование количества вторичных обмоток в цепи.

Изменяя количество проводника (обмоток) в изменяющемся магнитном поле, можно регулировать выходное напряжение.


Как работает чейнджер с разгрузкой (ВИДЕО)

Это 3D-анимационное видео объясняет, как работает устройство РПН.Устройства РПН устанавливаются на электрические трансформаторы и иногда называются обесточенными устройствами РПН или не имеют устройства РПН.

Вернуться к содержанию ↑


4. Группы подключения трансформатора

Группы подключения силового трансформатора обозначаются буквами и цифрами. Прописные буквы относятся к обмотке, имеющей самое высокое номинальное напряжение, и строчные буквы к обмотке (ам), имеющей более низкое номинальное напряжение.

  • Y и y: относятся к обмотке со звездой.
  • D и d: относятся к обмотке, соединенной треугольником
  • Z и z: относятся к зигзагообразной обмотке
  • III и iii: относятся к открытой (не подключенной) трехфазной обмотке.
  • N и n: указывают, что нейтральный вывод обмотки, соединенной звездой, выведен на поверхность.
  • a: указывает автоматический тип подключения обмотки.

Цифры используются для обозначения сдвига фаз между первичным и вторичным напряжениями .Точкой отсчета является фаза-земля напряжение первичной стороны, который по сравнению с аналогичным напряжением на вторичной стороне.

Используемые цифры от 1 до 12 (0) относятся к обычному таймеру.

Winding arrangement and corresponding time dial of YNd11-connected power transformer Winding arrangement and corresponding time dial of YNd11-connected power transformer Рисунок 5 — Расположение обмоток и соответствующий таймер силового трансформатора, подключенного к YNd11

Трехфазные трансформаторы обычно работают с обмотками высокого и низкого напряжения, подключенными к:

  • Y (звезда),
  • D (дельта) или
  • Z (зигзагообразное) соединение.

Три стиля показаны на рисунке 6.

Three-phase winding connections Three-phase winding connections Рисунок 6 — Соединения трехфазной обмотки

В соединении звездой один конец каждой из трехфазных обмоток соединяется вместе в нейтральной точке N, а напряжение на линии подается на другой конец; это показано на рисунке 6 (а).

Преимущества звездообразного соединения:

  1. дешевле для высоковольтной обмотки.
  2. Нейтральная точка доступна.
  3. Заземление возможно либо напрямую, либо через импеданс.
  4. Пониженный уровень изоляции (градуированная изоляция) возможен на нейтрали.
  5. Отводы обмотки и устройство РПН могут быть расположены на нейтральном конце каждой фазы с низким напряжением на землю и между фазами.
  6. Возможна однофазная нагрузка при протекании нейтрального тока.

В соединении треугольником концы трех обмоток соединены между соседними фазами источника питания, как показано на рисунке 6 (b).

Преимущества дельта-соединения:

  1. дешевле для сильноточной низковольтной обмотки
  2. В сочетании со звездообразной обмоткой уменьшает полное сопротивление нулевой последовательности этой обмотки

Третичная обмотка, соединенная треугольником, часто используется в больших трехфазных автотрансформаторах , чтобы позволить токам нулевой последовательности циркулировать в обмотках , или чтобы протекать гармонические токи трехчастотной частоты, чтобы компенсировать гармонические потоки в ядро.

Зигзагообразное соединение используется для специальных целей, когда на каждой ножке имеются две обмотки, которые связаны между фазами, как показано на рис. 6 (с).

Основным преимуществом зигзагообразного соединения является: . Оно допускает нагрузку по нейтральному току с изначально низким сопротивлением нулевой последовательности и используется в заземляющих трансформаторах для создания искусственной нейтральной клеммы в системе

.
Трансформаторная группа векторов (ВИДЕО)

Это видео обрисовывает в общих чертах векторные группы, которые вы встретите на типичном трансформаторе, и объясняет принципы фазового сдвига.

Вернуться к содержанию ↑


5. Импеданс короткого замыкания

Следующее обсуждение представляет импедансы (последовательности) по отношению к трехфазным силовым трансформаторам.

Полное сопротивление короткого замыкания Z = R + jX [Ом / фаза] — это эквивалентное полное сопротивление при номинальной частоте и эталонной температуре на клеммах одной обмотки пары, когда клеммы другой обмотки закорочены и далее обмотки разомкнуты.

Для трехфазных трансформаторов сопротивление выражается как сопротивление фазы. Эта величина часто выражается в относительной безразмерной форме в виде доли z pu эталонного сопротивления Z ref [Ом / фаза] .

Phase impedance Phase impedance

или в процентах:

Phase impedance in percentage Phase impedance in percentage

Ссылка импеданса Z исх [Ω / фаза] может быть вычислена из опорного напряжения U исх [V], опорный ток I исх [А] и опорный кажущаяся мощность S исх [VA] следующим образом ,

Reference impedance Zref [Ω/phase] Reference impedance Zref [Ω/phase]

Объединение приведенных выше формул приводит к:

Impedance combined formulae Impedance combined formulae

А начиная с процентных значений:

Impedance combined percentage formulae Impedance combined percentage formulae

Как отмечалось ранее, полное сопротивление Z короткого замыкания представляет собой комплексное число , имеющее вещественную и мнимую части .

Действительная часть полного сопротивления может быть рассчитана на основе номинальных потерь нагрузки P L [Вт]. Следующая формула дает результат в процентах r% [%].

Percent r [%] formulae Percent r [%] formulae

Мнимая часть x% [%] может быть рассчитана следующим образом:

Imaginary part x% Imaginary part x%

Реальная R [Ω / фаза] и мнимая часть X [Ω / фаза] Z [Ω / фаза] может быть рассчитана следующим образом:

Real R [Ω/phase] and imaginary part X [Ω/phase] of Z [Ω/phase] Real R [Ω/phase] and imaginary part X [Ω/phase] of Z [Ω/phase]

Вернуться к содержанию ↑


6.Импедансы последовательности трансформатора

Здесь представлены последовательности сопротивлений, связанные с силовыми трансформаторами. Используются следующие определения:

  • Z 1 — полное сопротивление прямой последовательности [Ом / фаза]
  • Z 2 — сопротивление обратной последовательности [Ом / фаза]
  • Z 0 — полное сопротивление нулевой последовательности [Ом / фаза]
Zero-sequence measurement Zero-sequence measurement Рисунок 7 — Измерение нулевой последовательности

Следующее уравнение, приведенное ниже, можно использовать для расчета полного сопротивления нулевой последовательности Z 0 [Ом / фаза] с использованием напряжения U [V] и тока I [A], как определено на рисунке 7 выше.

Zero-sequence impedance Z0 [Ω/phase] Zero-sequence impedance Z0 [Ω/phase]

с трансформаторами:

Zero-sequence impedance with transformers Zero-sequence impedance with transformers

Полное сопротивление прямой и обратной последовательностей равно сопротивлению короткого замыкания, тогда как полное сопротивление нулевой последовательности значительно отличается.

Факторы, влияющие на сопротивление нулевой последовательности:

  • Группа подключения трансформатора
  • Конструкция с сердечником или оболочкой
  • 3- или 5-конечный или трехфазный блок, построенный из однофазных блоков

Влияние группы соединений силового трансформатора на полное сопротивление нулевой последовательности изучено более подробно.Приведенные ниже относительные значения импеданса нулевой последовательности приведены только для ознакомления, а фактические значения должны быть проверены в таблицах данных трансформатора.

Кроме того, указанные значения относятся к конструкции типа сердечника с конструкцией из трех частей.

Были использованы следующие определения:

  • В: Высоковольтная (первичная) обмотка
  • L: Низковольтная (вторичная) обмотка
  • T: Третичная обмотка
  • E: Земной потенциал
  • z: Относительное полное сопротивление короткого замыкания
  • z 0HL : Относительное полное сопротивление нулевой последовательности от стороны высокого напряжения до стороны низкого напряжения
  • z 0HE : Относительное полное сопротивление нулевой последовательности от стороны высокого напряжения до земли
  • z 0LE : Относительное полное сопротивление нулевой последовательности со стороны низкого напряжения на землю
Zero-sequence impedances of YNyn- and YNy-connected power transformers as a relation to the units’ short circuit impedance Zero-sequence impedances of YNyn- and YNy-connected power transformers as a relation to the units’ short circuit impedance Рисунок 8 — Импедансы нулевой последовательности силовых трансформаторов, подключенных к YNyn и YNy, как отношение к сопротивлению короткого замыкания блоков

Если представленный выше силовой трансформатор имеет пятиконтактную конструкцию или трехфазный блок выполнен из однофазных блоков, значения Z 0HE и Z 0LE в основном бесконечны.

Zero-sequence impedances of YNd- and Dyn-connected power transformers as a relation to the units’ short circuit impedance Zero-sequence impedances of YNd- and Dyn-connected power transformers as a relation to the units’ short circuit impedance Рисунок 9 — Импедансы нулевой последовательности силовых трансформаторов, подключенных к YNd и Dyn, как отношение к сопротивлению короткого замыкания блоков

Если представленный выше силовой трансформатор имеет конструкцию с пятью ветвями или трехфазный блок состоит из однофазных блоков, то z 0HE в YNd-соединении равно z.

Zero Zero-sequence impedances of Yzn- and YNynd-connected power transformers as a relation to the units’ short circuit impedance Zero Zero-sequence impedances of Yzn- and YNynd-connected power transformers as a relation to the units’ short circuit impedance Рис. 10. Полное сопротивление нулевой последовательности силовых трансформаторов, подключенных к Yzn и YNynd, в зависимости от полного сопротивления короткого замыкания блоков

Нормальная процедура для мощности трансформатора производит это констатировать полное сопротивление нулевой последовательности в относительных величинах, либо в виде дроби или в процентах от эталонного импеданса.

Для расчета фактических омических значений могут использоваться те же уравнения, что и для расчетов полного сопротивления короткого замыкания.

С группами соединений трансформатора, позволяющими замкнутому контуру тока нулевой последовательности циркулировать, , как YNd , действительная и мнимая части полного сопротивления нулевой последовательности имеют такое же соотношение (отношение R / X), как и при соответствующем коротком замыкании сопротивление. С другими группами соединений ситуация более сложная, в то время как отношение R / X не обязательно является линейным.

Для трехобмоточных силовых трансформаторов расчет омических значений импеданса нулевой последовательности немного сложнее.

В этом примере следующая информация доступна в паспорте силового трансформатора.

Data for the power transformer used in calculation example Data for the power transformer used in calculation example Рисунок 11 — Данные для силового трансформатора, используемого в примере расчета

На следующем рисунке показаны компоненты полного сопротивления нулевой последовательности, омические значения которых должны быть рассчитаны на основе приведенных выше данных.

При этом предполагается, что импедансы являются чисто реактивное, и выбранный опорное напряжение 21 кВ (сторона низкого напряжения трансформатора) .

Zero-sequence circuit of the transformer used in the example Zero-sequence circuit of the transformer used in the example Рисунок 12 — Схема нулевой последовательности трансформатора, используемого в примере

Расчет омических значений на основе данных трансформатора:

Ohmic values based on the transformer’s given data Ohmic values based on the transformer’s given data

Затем рассчитывается полное сопротивление компонента.

Specific component impedances Specific component impedances

Импедансы последовательности трансформатора

Вернуться к содержанию ↑

Источники:

  1. Элементы систем распределения электроэнергии ABB
  2. Руководство по электрической установке Schneider Electric
  3. Справочник энергетика Д.Ф. Варн
,
Что такое трансформатор? Конструкция, работа, типы и применение.

Что такое трансформатор? Его части, эксплуатация, типы, ограничения и применение

Что такое трансформатор?

  • Как следует из названия, трансформатор передает электроэнергию из одной электрической цепи в другую электрическую цепь. Это не меняет значение силы.
  • Трансформатор не изменяет частоту цепи во время работы.
  • Трансформатор работает на электрическом я.е. взаимная индукция.
  • Трансформатор работает, когда обе цепи вступают в силу взаимной индукции.
  • Трансформатор не может повышать или понижать уровень постоянного напряжения или постоянного тока.
  • Трансформатор только повышает или понижает уровень переменного или переменного тока.
  • Трансформатор не меняет значение магнитного потока.
  • Трансформатор не будет работать при постоянном напряжении.

What is a Transformer, Its Types, Construction, Working, & Applications What is a Transformer, Its Types, Construction, Working, & Applications

Без трансформаторов электрической энергии, генерируемой на электростанциях, вероятно, будет недостаточно для питания города.Только представьте, что нет трансформаторов. Как вы думаете, сколько электростанций нужно настроить, чтобы обеспечить город энергией? Нелегко настроить электростанцию. Это дорого.

Для обеспечения достаточной мощности необходимо установить множество электростанций. Трансформаторы помогают, усиливая выход трансформатора (повышая или понижая уровень напряжения или тока).

Когда число витков вторичной катушки больше числа витков первичной катушки, такой трансформатор называется повышающим трансформатором.

Аналогично, когда число витков катушки первичной катушки больше, чем у вторичного трансформатора, такой трансформатор известен как понижающий трансформатор.

Конструкция трансформатора (детали трансформатора)

Construction of a Transformer Construction of a Transformer Детали трансформатора
1 Клапан масляного фильтра 17 Клапан слива масла
2 Консерватор 18 Подъемный патрон
3 Реле Бухгольца 19 Стопор
4 Клапан масляного фильтра 20 Фундаментный болт
5 Вентиляционное отверстие 21 Клемма заземления
6 Высоковольтная втулка 22 Опорная база
7 Низковольтная втулка 23 Катушка
8 Подвеска 24 Прижимная пластина катушки
9 BCT Termin al 25 Core
10 Бак 26 Клеммная коробка для защитных устройств
11 Устройство обесточивания ответвления 27 Паспортная табличка
12 Рукоятка переключателя 28 Циферблатный термометр
13 Крепеж для сердечника и катушки 29 Радиатор
14 Подъемный крюк для сердечника и катушки 30 Люк
15 Торцевая рама 31 Подъемный крюк
16 Болт давления катушки 32 Указатель уровня масла циферблатного типа

Принцип работы трансформатора

Трансформатор статическое устройство (и не содержит вращающихся частей, следовательно, нет потерь на трение), которое с преобразовывать электрическую мощность из одной цепи в другую, не меняя ее частоту.Шаг вверх (или шаг вниз) уровня переменного напряжения и тока.

Трансформатор работает по принципу взаимной индукции двух катушек или по закону Фарадея об электромагнитной индукции. Когда ток в первичной катушке изменяется, поток, связанный со вторичной катушкой, также изменяется. Следовательно, ЭДС индуцируется во вторичной катушке из-за законов электромагнитной индукции Фарадея.

Трансформатор основан на двух принципах: во-первых, электрический ток может создавать магнитное поле (электромагнетизм), а во-вторых, что изменяющееся магнитное поле в катушке с проволокой индуцирует напряжение на концах катушки (электромагнитная индукция) ).Изменение тока в первичной катушке изменяет магнитный поток, который развивается. Изменяющийся магнитный поток индуцирует напряжение во вторичной катушке.

Operating-Working-Principle-of-a-Transformer Operating-Working-Principle-of-a-Transformer

Простой трансформатор имеет сердечник из мягкого железа или кремниевой стали и обмотки (железный сердечник). Как сердечник, так и обмотки изолированы друг от друга. Обмотка, подключенная к основному источнику питания, называется первичной, а обмотка, подключенная к цепи нагрузки, называется вторичной.

Обмотка (катушка), подключенная к более высокому напряжению, называется обмоткой высокого напряжения, а обмотка, подключенная к низкому напряжению, называется обмоткой низкого напряжения.В случае повышающего трансформатора первичной обмоткой (обмоткой) является обмотка низкого напряжения, число витков обмотки вторичной обмотки больше, чем у первичной обмотки. Наоборот для понижающего трансформатора.

Как объяснено ранее, ЭДС индуцируется только изменением величины потока.

Когда первичная обмотка подключена к сети переменного тока, через нее течет ток. Поскольку обмотка связана с сердечником, ток, протекающий через обмотку, будет создавать переменный поток в сердечнике.ЭДС индуцируется во вторичной катушке, так как переменный поток связывает две обмотки. Частота наведенной ЭДС такая же, как у потока или подаваемого напряжения. Operating & Working Principle of a Transformer Operating & Working Principle of a Transformer

При этом (изменение потока) энергия передается от первичной обмотки к вторичной обмотке посредством электромагнитной индукции без изменения частоты напряжения, подаваемого на трансформатор. Во время процесса в первичной катушке возникает самоиндуцированная ЭДС, которая противодействует приложенному напряжению.ЭДС самоиндукции называется обратной ЭДС.

Ограничение трансформатора

Чтобы понять основные моменты, мы должны обсудить некоторые основные термины, связанные с работой трансформатора. Итак, давайте вернемся к основному на некоторое время.

Трансформатор — это машина переменного тока, которая повышает или понижает переменное напряжение или ток. Однако трансформатор, являющийся машиной переменного тока, не может повышать или понижать постоянное напряжение или постоянный ток. Это звучит немного странно, хотя. Вы можете подумать: «А разве нет трансформаторов постоянного тока?»

Чтобы ответить на два вопроса, есть ли трансформаторы постоянного тока или нет, и знать, «почему трансформатор не может увеличивать или понижать напряжение постоянного тока», необходимо знать, как электрический ток и магнитное поле взаимодействуют друг с другом в работе трансформатора.

Электромагнетизм

Взаимодействие между магнитным полем и электрическим током называется электромагнетизмом. Токопроводящие проводники создают магнитное поле, когда ток проходит через него. Движение электронов в проводнике приведет к появлению электрического тока (дрейфующих электронов), который возникает в результате ЭДС, установленной на проводнике.

ЭДС, установленная через проводник, может быть в форме той, которая хранится в химической энергии или магнитном поле. Токопроводящий проводник, помещенный в магнитные поля, будет испытывать механическую силу, в то время как проводник, помещенный в магнитное поле, будет дрейфовать электронами, что приведет к электрическому току.

Field Flux

Два магнита разных полюсов будут притягивать друг друга, в то время как магниты одинаковых полюсов будут отталкивать друг друга (так же как и с электрическими зарядами). Каждый магнит окружен силовым полем и представлен воображаемыми линиями, исходящими от северного полюса магнита, идущими в южный полюс того же магнита.

Прочтите важные термины, относящиеся к потоку поля и магнитному полю, с формулами Здесь

«Линии, связывающие северный и южный полюс магнита, представляющего силовое поле, связывающее катушки в трансформаторе, называются магнитным потоком».

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция — это явление, объясняющее, как ЭДС и ток индуцируются или могут индуцироваться в катушке при взаимодействии катушки и магнитного поля. Это явление «электромагнитная индукция» объясняется законами электромагнитной индукции Фарадея. Направление наведенной ЭДС в катушке объясняется законом Ленца и правилом правой руки Флеминга.

Законы Фарадея об электромагнитной индукции

После того, как Ампер и другие исследовали магнитное влияние тока, Майкл Фарадей попытался сделать обратное.В ходе своей работы он обнаружил, что при изменении магнитного поля, в котором размещалась катушка, в катушке индуцировалась ЭДС.

Это происходило только тогда, когда он перемещал катушку или магнит, который использовал в эксперименте. ЭДС индуцировалась в катушке только при изменении потока поля (если катушка зафиксирована, перемещение магнита в направлении или от катушки вызывает индукцию ЭДС). Таким образом, законы электромагнитной индукции Фарадея состоят в следующем;

Первый закон Фарадея

Первый закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что «ЭДС индуцируется в катушке при изменении потока, связывающего катушку».

Второй закон Фарадея

Второй закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что «величина индуцированной ЭДС в катушке прямо пропорциональна скорости изменения потока, связывающего катушку».

e = N dϕ / dt

Где

  • e = индуцированная ЭДС
  • N = число витков
  • dϕ = изменение потока
  • dt = изменение во времени

Похожие сообщения: Есть ли Возможно ли эксплуатировать трансформатор 50 Гц на частоте 5 Гц или 500 Гц?

Закон Ленца

Закон Ленца предусматривает, как можно определить направление наведенной ЭДС в катушке.«Таким образом, в нем говорится, что направление наведенной ЭДС таково, что оно противостоит изменению, вызывающему его.

Другими словами, когда в цепи индуцируется Э.М.Ф., текущая установка всегда противодействует движению или изменению тока, который его вызывает. ИЛИ

Индуцированная ЭДС приведет к тому, что ток будет течь в замкнутой цепи в таком направлении, что его магнитный эффект будет противодействовать изменению, вызвавшему его.

Согласно этому закону (введенному Лансом в 1835 году), направление тока может быть найдено.когда ток через катушку меняет магнитное поле, напряжение создается в результате изменения магнитного поля, направление индуцированного напряжения таково, что оно всегда противодействует изменению тока.

очень простыми словами, закон Ленца, утверждающий, что индуцированный эффект всегда таков, чтобы противостоять причине, которая его произвела. Lenz-Law Lenz-Law

Правило правой руки Флеминга

В нем говорится, что «если большой, указательный и средний пальцы удерживаются таким образом, что они взаимно перпендикулярны друг другу (составляет 90 ° углов), затем указательный палец указывает направление поля, большой палец указывает направление движения проводника, а средний палец указывает направление индуцированного тока (от ЭДС).Lenz-Law Lenz-Law

Почему трансформаторы не могут повышать или понижать постоянное напряжение или ток?

Трансформатор не может повышать или понижать постоянное напряжение. Не рекомендуется подключать источник постоянного тока к трансформатору, потому что, если к катушке (первичной) трансформатора приложено номинальное напряжение постоянного тока, поток, создаваемый в трансформаторе, не изменится по своей величине, а останется тем же и результат ЭДС не будет индуцироваться во вторичной катушке, кроме как в момент включения, поэтому трансформатор может начать курить и гореть, потому что;

В случае питания постоянного тока, Частота равна нулю .Когда вы подаете напряжение на чистую индуктивную цепь, то в соответствии с

X L = 2 π f L

Где:

  • X L = Индуктивная реактивность
  • L = Индуктивность
  • f = частота

, если мы введем частоту = 0, то общий X L (индуктивное сопротивление) также будет равен нулю.

Теперь перейдем к току, I = V / R (а в случае индуктивной цепи, I = V / X L )….Основной закон Ома

Если мы установим индуктивное сопротивление равным 0, то ток будет бесконечным (короткое замыкание)…

Итак, если мы подадим постоянное напряжение на чисто индуктивную цепь, цепь может начать дымиться и гореть.

Таким образом, трансформаторы не способны повышать или понижать постоянное напряжение. Также в таких случаях не будет самоиндуцированной ЭДС в первичной катушке, которая возможна только с изменяющейся магнитной связью, чтобы противостоять приложенному напряжению. Сопротивление первичной катушки является низким, и, как таковой, сильный ток, протекающий через него, приведет к выгоранию первичной катушки из-за чрезмерного нагрева, создаваемого током.

Читайте также: При каких условиях источник питания постоянного тока безопасно подключается к первичной обмотке трансформатора?

Типы трансформаторов

Существуют различные типы трансформаторов в зависимости от их использования, конструкции и конструкции.

Типы трансформаторов на основе своих фаз
  1. Однофазный трансформатор
  2. Трехфазные трансформаторы
Типы трансформаторов на основе своей базовой конструкции
  • Тип сердечника трансформатора
  • Тип оболочки 9 Трансформатор
  • Тип корпуса 9 Трансформатор
  • Тип корпуса 9 Трансформатор
  • Тип оболочки 9 Трансформатор
  • Тип оболочки 9 Трансформатор
  • Тип оболочки 9 Трансформатор
  • Трансформатор
Типы трансформаторов на основе его сердечника
  • Воздушный сердечник Трансформатор
  • Трансформатор с ферромагнитным / железным сердечником
Типы трансформаторов на основе Преобразователь Большой000000
    Распределительный трансформатор
  • Малый силовой трансформатор
  • Знаковый осветительный трансформатор
  • Трансформатор управления и сигнализации
  • Трансформатор газоразрядной лампы
  • Звонящий трансформатор
  • Измерительный трансформатор
  • Трансформатор постоянного тока
  • Серия Трансформатор для уличного освещения

Похожие сообщения: Разница между силовыми и распределительными трансформаторами?

Типы трансформаторов на основе изоляции и охлаждения
  • Трансформатор с воздушным или сухим воздушным охлаждением
  • Сухой тип с воздушным охлаждением
  • с масляным погружением, с автоматическим охлаждением (OISC) или ONAN (масло натуральное, воздушное натуральное)
  • с масляным погружением, комбинация с самоохлаждением и воздушной струей (ONAN)
  • с масляным погружением, с водяным охлаждением (OW)
  • с масляным погружением, принудительным масляным охлаждением
  • с масляным погружением, сочетание с автоматическим охлаждением и водяным охлаждением (ONAN + OW)
  • Принудительное масло с воздушным охлаждением (OFAC)
  • Принудительное масло с водяным охлаждением (FOWC)
  • Принудительное масло с автоматическим охлаждением (OFAN)
Типы измерительных трансформаторов

Связанные должности: Защита силовых трансформаторов и неисправности

Использование и применение трансформатора

Использование и применение трансформатора уже обсуждались в этом предыдущем посте.

Преимущества 3-фазного трансформатора по сравнению с 1-фазным трансформатором

Ознакомьтесь с преимуществами и недостатками однофазного и трехфазного трансформатора здесь.

Похожие сообщения:

.
4 устройства защиты силовых трансформаторов подробно описаны

Защита масляных трансформаторов

Защита силового трансформатора реализуется с помощью двух различных типов устройств, а именно устройств , измеряющих электрические величины , воздействующих на трансформатор через измерительные трансформаторы, и устройств, которые указывают состояние физических величин на самом трансформаторе.

4 Power Transformer Protection Devices - explained in details 4 Power Transformer Protection Devices - explained in details 4 Устройства защиты силовых трансформаторов — подробно объяснено (на фото: трансформатор подстанции 69 кВ Bayer; кредит: ietc-team.ком)

Примером первой может быть дифференциальная защита на основе тока, а второй — контроль температуры масла.

Защитные устройства //

Далее обсуждаются защитные устройства, обычно поставляемые как часть поставки силового трансформатора .

  1. Реле Бухгольца (Газ)
  2. Реле давления
  3. Устройство контроля уровня масла
  4. Термометр обмотки

Защита силового трансформатора в целом и использование представленных ниже защитных устройств здесь не обсуждаются.


1. Реле Бухгольца (Газ)

Защита Бухгольца — это механический детектор неисправностей для электрических неисправностей в масляных трансформаторах. Реле Бухгольца (газа) находится в трубопроводе между основным баком трансформатора и расширителем масла. Труба консерватора должна быть слегка наклонена для надежной работы.

Часто существует обходная труба, которая позволяет вывести реле Бухгольца из строя.

Installed Buchholz gas relay Installed Buchholz gas relay Установлено газовое реле Бухгольца

Защита Бухгольца — это , быстрый и чувствительный детектор неисправностей .Он работает независимо от количества обмоток трансформатора, положения устройства РПН и измерительных трансформаторов. Если устройство РПН относится к типу резервуара (контейнера) и имеет собственный масляный кожух с масляным расширителем, то для устройства РПН предусмотрено специальное реле Бухгольца.

Типичная защита Бухгольца включает в себя поворотный поплавок (F) и поворотную лопасть (V) , как показано на рисунке 1. Поплавок несет один ртутный переключатель, а лопасть также содержит другой ртутный переключатель.Обычно корпус заполнен маслом, а ртутные выключатели разомкнуты.

Buchholz relay principal construction Buchholz relay principal construction Рисунок 1 — Принципиальная конструкция реле Бухгольца
При незначительной неисправности…

Здесь предполагается, что незначительная неисправность происходит внутри трансформатора. Газы, образующиеся при незначительных повреждениях, поднимаются от места повреждения до верхней части трансформатора. Затем пузырьки газа проходят вверх по трубопроводу к консерватору. Пузырьки газа будут отводиться в корпус защиты Бухгольца.

Это означает, что газ заменяет масло в обсадной колонне. Когда уровень масла падает, поплавок (F) будет следовать, а ртутный выключатель наклоняется и замыкает цепь аварийной сигнализации.

Когда происходит серьезная ошибка …

Предполагается также, что в трансформаторе происходит серьезное замыкание на землю между фазами или обмотками. Такие неисправности быстро производят большие объемы газа (более 50 см3 / (кВт) и пары масла, которые не могут выйти.

Поэтому они создают резкое повышение давления и вытесняют масло.Это устанавливает быстрый поток от трансформатора к консерватору. Лопасть (V) реагирует на высокий поток нефти и газа в трубе к реставратору. В этом случае ртутный выключатель замыкает цепь отключения. Время срабатывания размыкающего контакта зависит от места повреждения , а величины тока повреждения .

Испытания, проведенные в смоделированных условиях эксплуатации, показали, что возможна работа в диапазоне времени 0,050-0,10 секунды .Время работы не должно превышать с 0,3 секундами .

Реле газового аккумулятора также обеспечивает долгосрочное накопление газов , связанное с перегревом различных частей проводника трансформатора и систем изоляции. Это позволит обнаружить источники неисправностей на ранних стадиях и предотвратить значительные повреждения.

A typical outlook of a Buchholz relay with flanges on both sides for pipe connections A typical outlook of a Buchholz relay with flanges on both sides for pipe connections Рисунок 2 — Типичный вид реле Бухгольца с фланцами с обеих сторон для подсоединения труб

Когда трансформатор впервые вводится в эксплуатацию, воздух, уловленный в обмотках, может дать ненужных сигналов тревоги .Обычно воздух в силовых трансформаторах удаляют вакуумной обработкой при заполнении бака трансформатора маслом.

Газ, накопленный без этой обработки, будет, конечно, воздухом, что можно подтвердить, если посмотреть, что он не воспламеняется.

Кроме того, реле Бухгольца может обнаружить , если уровень масла упадет ниже уровня реле в результате утечки из бака трансформатора.

Другие технические статьи, связанные с реле Бухгольца //

    Защитный масляный трансформатор
  1. с реле Бухгольца
  2. Цель трансформаторного газового реле

Вернуться к оглавлению №


2.Реле давления

Многие силовые трансформаторы со встроенным устройством РПН имеют защиту от давления для отдельного масляного отсека устройства РПН. Эта защита обнаруживает внезапное увеличение скорости давления внутри масляного отсека устройства РПН.

На рисунке 3 показан принцип реле давления.

Pressure relay Pressure relay Рисунок 3 — Реле давления

Когда давление перед поршнем превышает противодействующее усилие пружины, поршень будет перемещать рабочие переключающие контакты.Микровыключатель внутри блока переключения герметично закрыт и герметизирован азотом.

Внутренняя неисправность в маслонаполненном трансформаторе обычно сопровождается избыточным давлением в баке трансформатора .

Простейшим видом устройства для сброса давления является широко используемый ломкий диск . Волна масла, вызванная сильной внутренней неисправностью, разрывает диск и позволяет быстро слить масло. Сброс и ограничение повышения давления предотвращают взрывной разрыв резервуара и последующий пожар.

Также, если используется, отдельный масляный корпус устройства РПН может быть оснащен устройством для сброса давления .

Principle construction of a pressure relief device Principle construction of a pressure relief device Рисунок 4 — Принципиальная конструкция устройства для сброса давления

Устройство сброса давления может быть оснащено контактным блоком для подачи сигнала на цепи отключения автоматического выключателя .

A pressure relief device with contact units A pressure relief device with contact units Рисунок 5 — Устройство сброса давления с контактными устройствами

Недостатком хрупкого диска является то, что масло, оставшееся в баке, остается открытым в атмосферу после разрыва .Этого избегают в более эффективном устройстве, предохранительном клапане, который открывается, чтобы позволить слив масла, если давление превышает предварительно установленный предел.

Обеспечивая трансформатор предохранительным клапаном, избыточное давление может быть ограничено величиной, безвредной для трансформатора.

Если ненормальное давление относительно высокое, этот пружинный клапан может работать в течение нескольких миллисекунд и обеспечивать быстрое отключение, когда установлены подходящие контакты.Клапан закрывается автоматически, когда внутреннее давление падает ниже критического уровня.

Вернуться к оглавлению №


3. Устройство контроля уровня масла

Трансформаторы с масляным консерватором (расширительным баком) часто имеют монитор уровня масла. Обычно монитор имеет двух контактов для сигнализации . Один контакт предназначен для сигнализации максимального уровня масла, а другой — для сигнализации минимального уровня масла.

A typical outlook of an oil level monitor device A typical outlook of an oil level monitor device Рисунок 6 — Типичный вид устройства контроля уровня масла

Верхний масляный термометр имеет жидкостную лампочку термометра в кармане в верхней части трансформатора.Термометр измеряет температуру масла в верхней части трансформатора. Верхний масляный термометр может иметь от одного до четырех контактов, которые последовательно замыкаются при последовательно более высокой температуре.

При наличии четырех контактов два нижних уровня обычно используются для запуска вентиляторов или насосов для принудительного охлаждения , третий уровень — для подачи сигнала тревоги и четвертый шаг — для отключения выключателей нагрузки или отключения трансформатора или обоих.

На рисунке ниже показана конструкция верхнего термометра для масла капиллярного типа , в котором колба находится в «кармане», окруженном маслом сверху трансформатора.Колба соединена с измерительным сильфоном внутри основного блока через капиллярную трубку. Сильфон перемещает индикатор по механическим связям, что приводит к срабатыванию контактов при заданных температурах.

Capillary type of top-oil temperature measurement device Capillary type of top-oil temperature measurement device Рисунок 7 — Капиллярный тип устройства для измерения температуры верхнего масла

Температура верхнего масла может быть значительно ниже температуры обмотки, особенно вскоре после внезапного увеличения нагрузки. Это означает, что верхний масляный термометр не является эффективной защитой от перегрева.

Тем не менее, если политика в отношении потерь трансформаторов позволяет, срабатывание при температуре масла в верхней части может быть удовлетворительным . Это дает дополнительное преимущество непосредственного контроля температуры масла, чтобы гарантировать, что оно не достигает температуры вспышки.

Вернуться к оглавлению №


4. Обмоточный термометр

Термометр обмотки , показанный на рисунке ниже, реагирует как на температуру масла в верхней части, так и на эффект нагрева от тока нагрузки.

Capillary type of winding thermometer Capillary type of winding thermometer Рисунок 8 — Капиллярный тип обмоточного термометра

Термометр обмотки создает изображение самой горячей части обмотки. Температура верхнего масла измеряется с помощью метода, аналогичного описанному ранее. Измерение дополнительно расширяется сигналом тока, пропорциональным току нагрузки в обмотке.

Этот сигнал тока принимается от трансформатора тока , расположенного внутри проходного изолятора этой конкретной обмотки. Этот ток подводится к резисторному элементу в основном блоке.Этот резистор нагревается, и в результате протекающего через него тока он, в свою очередь, нагревает измерительный сильфон, что приводит к увеличению движения индикатора.

Top-oil thermometer and winding thermometer main units fitted on the side of a power transformer Top-oil thermometer and winding thermometer main units fitted on the side of a power transformer Рисунок 9 — Термометр с верхним маслом и основные блоки термометра обмотки, установленные на боковой части силового трансформатора

Смещение температуры пропорционально сопротивлению электрического нагревательного (резисторного) элемента.

Результат прогрева обеспечивает данные для регулировки сопротивления и, тем самым, смещения температуры .Смещение должно соответствовать разнице между температурой горячей точки и температурой верхнего масла. Постоянная времени нагрева кармана должна соответствовать постоянной времени нагрева обмотки.

Затем датчик температуры измеряет температуру, равную температуре обмотки, если смещение равно разности температур и постоянные времени равны.

Термометр обмотки может иметь от одного до четырех контактов , которые последовательно замыкаются при последовательно более высокой температуре.

С четырьмя контактами два нижних уровня обычно используются для запуска вентиляторов или насосов для принудительного охлаждения , третий уровень для включения тревоги и четвертый шаг для отключения выключателей нагрузки или обесточивания трансформатора или обоих.

В случае, если силовой трансформатор оснащен термометром с верхним маслом и обмоточным термометром, последний обычно отвечает за контроль принудительного охлаждения.

Вернуться к оглавлению №

Справочник // Справочник по автоматизации распределения — ABB

,Трансформатор

— Energy Education

Рисунок 1. Трансформатор, устанавливаемый на площадке для распределения электроэнергии. [1]

Трансформатор — это электрическое устройство, которое использует электромагнитную индукцию для передачи сигнала переменного тока (переменного тока) от одной электрической цепи к другой, часто изменяя (или «преобразовывая») напряжение и электрический ток. Трансформаторы не пропускают постоянный ток (DC) и могут использоваться для выведения напряжения постоянного тока (постоянного напряжения) из сигнала при сохранении изменяющейся части (напряжения переменного тока).В электрической сети трансформаторы являются ключом к изменению напряжения, чтобы уменьшить, сколько энергии теряется при передаче электроэнергии.

Трансформаторы изменяют напряжение электрического сигнала, выходящего из силовой установки, обычно увеличивая (также известное как «повышение») напряжение. Трансформаторы также снижают («понижают») напряжение на подстанциях и в качестве распределительных трансформаторов. [2] Трансформаторы также используются как часть устройств, таких как трансформаторы тока.

Как работают трансформаторы

Часто кажется удивительным, что трансформатор сохраняет общую мощность одинаковой, когда напряжение повышается или понижается.Следует помнить, что когда напряжение возрастает, ток падает:

[математика] P = I_1 V_1 = I_2 V_2 [/ математика]
Трансформаторы

используют электромагнитную индукцию для изменения напряжения и тока. Это изменение называется действием трансформатора и описывает, как трансформатор изменяет сигнал переменного тока со своего первичного на вторичный компонент (как в приведенном выше уравнении). Когда сигнал переменного тока подается на первичную катушку, изменение тока вызывает изменение магнитного поля (становится больше или меньше).Это изменяющееся магнитное поле (и связанный с ним магнитный поток) будет проходить через вторичную катушку, вызывая напряжение на вторичной катушке, тем самым эффективно связывая вход переменного тока от первичного к вторичному компоненту трансформатора. Напряжение, приложенное к первичному компоненту, также будет присутствовать во вторичном компоненте.

Как упоминалось ранее, трансформаторы не пропускают вход постоянного тока. Это известно как изоляция постоянного тока. [2] Это происходит потому, что изменение тока не может быть вызвано постоянным током; Это означает, что нет никакого изменяющегося магнитного поля, чтобы вызвать напряжение на вторичном компоненте.

Рисунок 1. Простой работающий трансформатор. [3] Ток [math] I_p [/ math] поступает с напряжением [math] V_p [/ math]. Ток проходит через обмотки [math] N_p [/ math], создавая магнитный поток в железном сердечнике. Этот поток проходит через петли [math] N_s [/ math] в другой цепи. Это создает ток [math] I_s [/ math] и разницу напряжения во второй цепи [math] V_s [/ math]. Электрическая мощность ([математика] V \ times I [/ математика]) остается неизменной.

Основополагающим принципом, который позволяет трансформаторам изменять напряжение переменного тока, является прямая зависимость между отношением витков провода первичной обмотки к вторичной обмотке и отношением первичного напряжения к выходному напряжению.Отношение между числом витков (или витков) в первичной катушке к числу витков во вторичной катушке известно как отношение витков к . Коэффициент оборотов устанавливает следующие отношения с напряжением:

[математика] \ frac {N_p} {N_s} = \ frac {V_p} {V_s} = \ frac {I_s} {I_p} [/ math]
  • [math] N_p [/ math] = Количество витков в первичной катушке
  • [math] N_s [/ math] = Количество витков во вторичной катушке
  • [математика] V_p [/ математика] = напряжение на первичной
  • [math] V_s [/ math] = напряжение на вторичной обмотке
  • [math] I_p [/ math] = ток через первичный
  • [математика] I_s [/ математика] = ток через вторичную систему

Из этого уравнения, если число витков в первичной катушке больше, чем число витков во вторичной катушке ([math] N_p \ gt N_s [/ math]), то напряжение на вторичной катушке будет на меньше , чем в первичной катушке.Это известно как понижающий трансформатор, потому что он понижает или понижает напряжение. В таблице ниже приведены распространенные типы трансформаторов, используемых в электрической сети.

Тип трансформатора Напряжение Коэффициент поворотов Текущий Мощность
Уйти в отставку входное (первичное) напряжение> выходное (вторичное) напряжение [математика] N [/ математика] p > [математика] N [/ математика] s [математика] I [/ математика] р <[математика] I [/ математика] с [математика] P [/ математика] р = [математика] P [/ математика] с
Шаг вперед входное (первичное) напряжение <выходное (вторичное) напряжение [математика] N [/ математика] р <[математика] N [/ математика] с [математика] I [/ математика] р > [математика] I [/ математика] с [математика] P [/ математика] р = [математика] P [/ математика] с
Один на один входное (первичное) напряжение = выходное (вторичное) напряжение [математика] N [/ математика] р = [математика] N [/ математика] с [математика] I [/ математика] р = [математика] I [/ математика] с [математика] P [/ математика] р = [математика] P [/ математика] с

Трансформатор один в один будет иметь равных значений для всего и используется в основном для обеспечения изоляции постоянного тока.

У понижающего трансформатора будет первичное напряжение выше, чем у вторичного напряжения , но у ниже значение первичного тока , чем у его вторичной составляющей.

В случае повышающего трансформатора первичное напряжение будет на ниже, чем вторичное напряжение, а это означает, что первичный ток на больше, чем у вторичного компонента.

Эффективность

В идеальных условиях напряжение и ток изменяются на один и тот же коэффициент для любого трансформатора, что объясняет, почему значение первичной мощности равно значению вторичной мощности для каждого случая в приведенной выше таблице.Когда одно значение уменьшается, другое увеличивается, чтобы поддерживать постоянный уровень равновесной мощности. [2]

Трансформаторы

могут быть чрезвычайно эффективными. Мощные трансформаторы могут достигать отметки эффективности 99% в результате успехов в минимизации потерь трансформатора. Однако трансформатор всегда будет выдавать немного более низкую мощность, чем его вход, поскольку потери невозможно полностью устранить. Существует некоторое сопротивление трансформатора.

Чтобы узнать больше о трансформаторах, см. Гиперфизику.

для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

,

0 comments on “Увеличение мощности трансформатора: Как увеличить мощность электронного трансформатора

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *