Автотрансформаторы и сварочные трансформаторы

Обновлено: 15.05.2024

С развитием энергетики и связанных с ней электрических сетей для передачи переменного тока, как источника питания для различных устройств, возникла необходимость в приборах, изменяющих величину напряжения. Такими универсальными электромагнитными устройствами, позволяющими повышать или понижать исходное напряжение до требуемой величины, стали трансформаторы.

Со временем, для обеспечения стабильной работы электроприборов, преимущественно бытового назначения, возникла необходимость плавного регулирования напряжения. Это стало возможным после того, как был изобретён автотрансформатор – устройство, в котором вторичная обмотка является составной частью первичных витков.

Что такое автотрансформатор?

Из школьного курса физики известно, что простейший трансформатор состоит из двух катушек, намотанных на железные сердечники. Магнитным полем переменного тока, запитанного через выводы первичных обмоток, возбуждаются электромагнитные колебания во второй катушке, с аналогичной частотой.

При подключении нагрузки, к выводам рабочей обмотки, она образует вторичную цепь, в которой возникает электрический ток. При этом напряжение в образованной электрической цепи связано прямо пропорциональной зависимостью с количеством витков обмоток. То есть: U₁/U₂ = w₁/w₂ , где U₁, U₂ – напряжения, а w₁, w₂ – количество полных витков в соответствующих катушках.

Рисунок 1. Схема обычного трансформатора и автотрансформатора

Немного по-другому устроен автотрансформатор. Он, по сути, состоит из одной обмотки, от которой сделано один или несколько отводов, образующих вторичные витки. При этом все обмотки образуют между собой не только электрическую, но и магнитную связь. Поэтому, при подаче электрической энергии на вход автотрансформатора, возникает магнитный поток, под действием которого происходит индукция ЭДС в обмотке нагрузки. Величина электродвижущей силы связана прямой пропорциональностью с числом витков, образующих нагрузочную обмотку, с которой снимается напряжение.

Таким образом, формула, приведённая выше, справедлива и для автотрансформатора.

Из основной обмотки можно отводить большое количество выводов, что позволяет создавать комбинации для снятия различных по величине напряжений. Это очень удобно на практике, так как понижение напряжения часто требуется для питания нескольких блоков электроприборов, использующих различные напряжения.

Отличие автотрансформатора от обычного трансформатора

Как видно из описания автотрансформатора, главное его отличие от обычного трансформатора – отсутствие второй катушки с сердечником. Роль вторичных обмоток выполняют отдельные группы витков, имеющих гальваническую связь. Эти группы не требуют отдельной электрической изоляции.

У такого устройства есть определённые преимущества:

сокращён расход цветных металлов, используемых на изготовление такого оборудования;
передача энергии осуществляется путём воздействия электромагнитного поля входного тока, и благодаря электрической связи между обмотками. Следовательно, потеря энергии оказывается ниже, поэтому у автотрансформаторов наблюдаются более высокие КПД;
малый вес и компактные габариты.

Несмотря на конструкционные различия, принцип работы этих двух типов изделий остаётся неизменным. Выбор типа трансформатора зависит, прежде всего, от целей и задач, которые приходится решать в электротехнике.

Типы автотрансформаторов

В зависимости от того в каких сетях (однофазных или трёхфазных) требуется изменить напряжение, используют соответствующий тип автотрансформаторов. Они бывают однофазными либо трёхфазными. Для трансформации тока с трёх фаз можно установить три автотрансформатора, предназначенных для работы в однофазных сетях, соединив их выводы треугольником или звёздочкой.

Схема соединений обмоток трансформатора

Существуют типы лабораторных автотрансформаторов, позволяющих плавно изменять значения по выходному напряжению. Такой эффект достигается путём перемещения ползунка по поверхности открытой части однослойной обмотки, наподобие принципа работы реостата. Витки проволоки наносятся вокруг кольцеобразного ферромагнитного сердечника, по окружности которого и перемещается контактный ползунок.

Автотрансформаторы подобного типа массово применялись на просторах СССР в эпоху массового распространения ламповых телевизоров. Тогда напряжение сетей было нестабильно, что вызывало искажения изображений. Пользователям этой несовершенной техники приходилось время от времени подстраивать напряжение до уровня 220 В.

До появления стабилизаторов напряжения, единственной возможностью достичь оптимальных параметров питания для бытовой техники того времени, было применение ЛАТР. Данный тип автотрансформаторов используется и сегодня в различных лабораториях и учебных заведениях. С их помощью осуществляется наладка электротехнического оборудования, тестируется аппаратура с высокой чувствительностью и выполняются другие задачи.

В специальном оборудовании, где нагрузки незначительны, применяются модели автотрансформаторов ДАТР.

Автотрансформатор ЛАТР

Существуют также автотрансформаторы:

малой мощности, для работы в цепях до 1 кВ;
среднемощные агрегаты (больше 1 кВ);
высоковольтные автотрансформаторы.

Следует заметить, что с целью безопасности ограничено использование автотрансформаторов в качестве силовых трансформаторов, для снижения до 380 В напряжений, превышающих 6 кВ. Это связано с наличием гальванической связи между обмотками, что не безопасно для конечного потребителя. При авариях не исключено, что высокое напряжение попадёт на запитанное оборудование, что чревато непредсказуемыми последствиями. В этом кроется основной недостаток автотрансформаторов.

Обозначение на схемах

Отличить автотрансформатор на схеме от изображения обычного трансформатора очень легко. Признаком является наличие единственной обмотки связанной с одним сердечником, обозначенным жирной линией на схемах. По одну или по обе стороны этой лини схематически изображены обмотки, но в автотрансформаторе все они соединены друг с другом. Если на схеме витки изображены автономно, то речь идёт об обычном трансформаторе (см. рисунок 1).

Устройство и конструктивные особенности

Как было отмечено выше, автотрансформатор состоит из одной катушки. Её наматывают на обычный или на тороидальный сердечник.

Тороидальный трансформатор

В силу конструктивных особенностей у него отсутствуют гальванические развязки между цепями, что может привести к поражению высоковольтным током. Поэтому понижающий автотрансформатор, ввиду его повышенной опасности, требует принятия дополнительных мер по защите от поражения электротоком. Работа с ним допускается при условии строгого соблюдения правил безопасности.

Принцип действия автотрансформатора

Несмотря на особенности строения обмоточной части агрегата, его принцип действия очень напоминает работу обычного трансформатора. По такому же принципу во время циркуляции переменного тока возникает магнитный поток в сердечнике. Его действие на обмотку характеризуется появлением на каждом отдельном витке равновеликой электродвижущей силы. Суммарная ЭДС на отрезке обмотки равна сумме величин токов всех отдельно взятых витков.

Особенностью является то, что по обмотке циркулирует ещё и первичный ток, который оказывается в противофазе к индукционному потоку. Результирующие значения этих токов на участке обмотки, предназначенной для потребителя, получаются меньшими (для понижающего тр.) чем параметры поступающего электричества.

Схема понижающего автотрансформатора

Соотношение величин ЭДС выражается формулой: E₁/E₂ = w₁/w₂ = k , где E – ЭДС, w – количество витков, k – коэффициент трансформации.

Учитывая то, что падение напряжений в обмотках трансформатора невелико – его можно не учитывать. В таком случае равенства: U₁ = E₁; U₂ = E₂ можно считать справедливыми. Таким образом, приведённая выше формула приобретает вид: U₁/U₂ = w₁/w₂ = k, то есть, соотношение напряжений к числу витков такое же, как и для обычного трансформатора.

Не вдаваясь в подробности, заметим, что отношение силы тока верхней катушки к току нагрузки, как и для обычного трансформатора, выражается формулой: I₁/I₂ = w₂/w₁ = 1/k. Отсюда следует, что поскольку в понижающем трансформаторе w₂ < w₁, то I₂ < I₁. Другими словами ток на выходе значительно меньше величины входящего тока. Таким образом, расходуется меньше энергии на нагревание проволоки, что позволяет использовать провода меньшего сечения.

Примечательно, что мощность нагрузки образуют токи электромагнитной индукции и электрической составляющей. Электрическая мощность ( P = U₂*I₁ ) довольно ощутима, в сравнении с индукционной составляющей, поступающей во вторичную цепь. Поэтому, чтобы получить требуемую мощность, используются меньшие значения сечений для магнитопроводов.

Области применения

Автотрансформаторы по сей день занимают прочные позиции в различных областях, связанных с электротехникой. Без них не обходятся:

различные выпрямители;
радиотехнические устройства;
телефонные аппараты;
сварочные аппараты;
системы электрификации железных дорог и многие другие устройства.

Трёхфазные автотрансформаторы используют в высоковольтных электросетях. Их применение повышает КПД энергосистем, что сказывается на снижении затрат, связанных с передачей электроэнергии.

Преимущества и недостатки

К описанным выше преимуществам можно добавить низкую стоимость изделий, за счёт снижения затрат на применяемые цветные металлы, расходов на трансформаторную сталь. Для автотрансформаторов характерны незначительные потери энергии токов, циркулирующих по обмоткам и сердечникам, что позволяет достигать уровня коэффициента полезного действия до 99%.

К недостаткам следует добавить необходимость оборудования глухого заземления нейтрали. В связи с существующей вероятностью по короткому замыканию и возможностью передачи высокого напряжения по сети, для автотрансформаторов существуют определённые ограничения к применению.

Из-за гальванической связи обмоток, возникает опасность перехода между ними атмосферных перенапряжений. Однако, несмотря на недостатки, автотрансформаторы по-прежнему находят широкое применение в самых различных областях.

Специальные типы трансформаторов

В рабочем режиме трансформатор находится близко к короткому замыканию. Чтобы величина тока не возрастала сверх допустимого значения, последовательно к нему включается реактивная катушка РК с раздвижным сердечником, в результате чего характеристика трансформатора становится круто падающей (рисунок, справа).

Трансформатор для дуговой сварки

Изменяя зазор δ, можно плавно менять сварочный ток. Максимальное значение тока будет при δмах. Для безопасного обслуживания вторичная обмотка сварочного трансформатора заземляется.

Автотрансформаторы применяются в высоковольтных линиях электропередач для пуска асинхронных и синхронных двигателей в лабораторной практике и при испытаниях. Автотрансформаторы могут быть повышенными и пониженными, однофазными и трехфазными.

В автотрансформаторе часть витков в обмотке ВН используется в качестве обмотки НН, то есть в автотрансформаторе имеется всего лишь одна обмотка, часть которой (а Х) принадлежит одновременно сторонам ВН и НН.

На участке аХ протекает ток i12 = i2 — i1, или переходя к действующим значениям, учитывая, что I1 и I2 находятся в противофазе, можно записать:

Таким образом, величина тока в общей части обмоток равна разности токов I1 и I2. Если коэффициент трансформации близок к единице, то I1 и I2мало отличаются друг от друга, разность между ними будет также небольшой. Это позволит выполнять часть обмотки аХ проводом меньшего поперечного сечения.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения применяются совместно с измерительными приборами для расширения их пределов измерения.

Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительный трансформатор напряжения представляет собой понижающий трансформатор с таким отношением витков w1/w2, чтобы при U1 = Uсети; U2 = 100 В.

Во вторичную цепь включаются вольтметры, частотомеры, обмотки напряжения ваттметров, счетчиков и фазометров. Так как электрическое сопротивление этих приборов велико (порядка 1000 Ом), то трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу. Такой режим связан с большими магнитными потерями, а это, в свою очередь, приводит к увеличению размеров магнитопровода и устройству специального масляного охлаждения.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Измерительные трансформаторы тока

Измерительные трансформаторы тока применяются для включения в сеть амперметров, обмоток тока ваттметров, счетчиков и фазометров.

Первичная обмотка трансформатора тока выполняется из провода большого поперечного сечения и включается в цепь последовательно.

Вторичная обмотка выполняется всегда на ток I2 = 5А. Рабочий режим трансформатора тока близок к короткому замыканию, поэтому размеры магнитопровода у него значительно меньше, чем у трансформатора напряжения.

Печной трансформатор служит для преобразовании электроэнергии высокого напряжения в энергию низкого напряжения. Трансформаторы, предназначенные для питания дуговых электрических печей, во многом сходны с обычными силовыми трансформаторами. Их конструктивные отличия обусловлены специфическими особенностями работы электрических печей.

ОСОБЕННОСТИ ПЕЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Большая величина номинального тока на стороне низкого напряжения, составляющая десятки тысяч ампер

Повышенное индуктивное сопротивление обмоток, необходимое для ограничения токов короткого замыкания до 2,5-3,5-кратной величины по отношению к номинальному току, так как сталеплавильные печи работают с частыми замыканиями электродов на шихту при зажигании дуги и обвале шихты в период расплавления

Повышенная механическая прочность крепления обмоток и отводов, рассчитанных на частые толчки токов и короткие замыкания

Возможность регулирования напряжения под нагрузкой в широких пределах.

Выпрямительные устройства чаще всего получают питание от трансформаторов, параметры которых подобраны под выпрямительное устройство.

Такие трансформаторы работают в крайне сложных условиях. Их вторичные токи содержат обширный спектр высших гармоник. Качественный и количественный состав гармоник тока зависит от схемы выпрямления, в которой работает трансформатор. В выпрямительных системах с нейтральным проводом ток во вторичной обмотке трансформатора приобретает вид однонаправленных прямоугольных импульсов. Это вызывает подмагничивание сердечника магнитным потоком, содержащим постоянную составляющую. С энергетической точки зрения этот эффект носит неблагоприятный характер.

Такие трансформаторы, как правило, имеют большие размеры и весят больше, чем обычные силовые трансформаторы. Причина такого различия состоит в преднамеренном снижении магнитной индукции в сердечнике трансформатора уже на этапе проектирования Ступенчатое регулирование осуществляется переключением звезда – треугольник, что приводит к изменению тока в 3 раза. (больший ток при схеме треугольник – треугольник, чем звезда – звезда.)

В зависимости от схемы выпрямления трёхфазные трансформаторы производятся в различных модификациях. Одна из самых простых конструкций – трансформатор для систем трехпульсных выпрямителей. Первичная обмотка такого трансформатора чаще всего соединена в треугольник, а вторичная - в звезду с выведенным нейтральным зажимом (группа Dyn):

Схема 3-пульсного выпрямителя с нейтральным проводом

Более широко применяются трансформаторы, изготовленные для шестипульсных выпрямителей. Такая система получает питание от трансформатора или от сетевых дросселей. Трансформатор используется тогда, когда необходимо привести выходное напряжение выпрямителя в соответствие с напряжением нагрузки. Мостовая схема выпрямителя не требует вывода нейтрального провода во вторичной обмотке трансформатора, а его обмотки могут быть выполнены с использованием следующих схем соединений: Yy, Yd ,Dy, Dd.
Еще одно возможное конструктивное решение – специальный трансформатор для питания шестифазного выпрямителя. Первичная обмотка такого трансформатора соединена в треугольник, а вторичная создаёт шестифазную схему с выведенным нейтральным зажимом:

Схема 6-пульсного преобразователя с выведенным нейтральным проводом

Многочисленную группу составляют трансформаторы, которые работают в составе систем сложных многопульсных выпрямителей.

Трансформатор простыми словами

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

Рис. 1. Промышленный трансформатор

Что такое трансформатор?

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

Немного исторических фактов

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

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

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

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

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

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

Общее устройство и принцип работы

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

Рисунок 2. Устройство трансформатора

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

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

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

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

Форма сердечника может быть Ш-образной или торроидальной.

Рисунок 3. Внешний вид трансформатора

Базовые принципы действия

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

Режимы работы

Силовой трансформатор может работать в трех режимах:

в состоянии холостого хода;
в режиме нагрузки;
в короткозамкнутом режиме.

Поскольку в цепи разомкнутой вторичной обмотки отсутствует ток, то в таком состоянии по первичной обмотке циркулирует ток холостого хода. Параметры этого тока используют при расчетах КПД, определяют коэффициент трансформации, находят потери в сердечнике.

Основным рабочим режимом трансформатора является состояние, когда к его второй обмотке подключена номинальная нагрузка. Первичный ток можно выразить через результирующую тока холостого хода и расчетного тока сопротивления нагрузки.

В режиме короткого замыкания вторичной обмотки, вся мощность концентрируется в цепях обмоток. В таком состоянии можно определить потери, расходуемые на нагревание проводов в обмотках.

Технические характеристики

Важной характеристикой являются коэффициенты трансформации. Они показывают зависимость выходного напряжения от соотношения витков в обмотках. Коэффициент трансформации является базовым параметром при расчете.

Другая важная характеристика трансформатора – его КПД. В некоторых аппаратах этот показатель составляет 0,9 – 0,98, что характеризует незначительные потери магнитных полей рассеяния. Мощность P зависит от площади S сечения магнитопровода. По значению S, при расчетах параметров трансформатора, определяют количество витков в катушках: W = 50 / S.

На практике мощность выбирают исходя из предполагаемой нагрузки, с учетом потерь в сердечнике. Мощность вторичной обмотки P_н= U_н× I_н, а мощность первичной катушки P_с= U_с× I_с. В идеале P_н = P_с (если пренебречь потерями в сердечнике). Тогда k = U_с / U_н = I_с / I_н , то есть, токи в каждой из обмоток имеют обратно пропорциональную зависимость от их напряжений, следовательно, и от количества витков.

Виды трансформаторов

С целью решения вопросов трансформации напряжения в различных цепях изобретены трансформаторы самых разных конструкций. Производители выбирают свои концепции магнитопроводов (см. рис. 4), которые не влияют на работу и параметры приборов:

стержневой тип (применяется в основном для трехфазных конструкций);
броневой тип (трехфазные аппараты);
тороидальный тип сердечника часто используется в трансформаторах, применяемых в различных электротехнических устройствах.

Более широкий спектр охватывает классификация по назначению.

Силовые

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

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

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

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

Автотрансформаторы

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

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

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

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

Трансформатор тока

Напряжения

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

Импульсные

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

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

Сварочные

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

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

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

Рис. 6. Трансформатор для сварочного полуавтомата на броневом магнитопроводе

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

Разделительные

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

Согласующие

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

Пик-трансформаторы

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

Воздушные и масляные

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

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

Рисунок 7. Сухой трехфазный трансформатор

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

Рис. 8. Строение промышленного трансформатора с масляным охлаждением

Сдвоенный дроссель

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

Вращающиеся

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

Обозначение на схемах

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

Пример обозначения

На схемах трехфазных трансформаторов обмотки начинаются со стороны сердечника.

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

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

Специальные трансформаторы: типы, режимы работы и назначение

Специальные трансформаторы - промышленные сухие трансформаторы, разработанные специально для электрических сетей и потребителей энергии, для которых характерны особенные условия - к примеру, повышенная нагрузка или специальный режим работы. Такие трансформаторы предназначены в основном для промышленных предприятий, поскольку защищают промышленные электроприборы и постоянный ток. Трансформаторы специального типа позволяют понизить пульсации электрического тока, откорректировать частоту тока и изменить количество фаз.

К числу специальной группы трансформаторов относят:

Согласующие.
Разделительные.
Высокочастотные.
Сварочные трансформаторы.
Автотрансформаторы и многие другие, созданные для узкого спектра задач.

Разделительные трансформаторы

Специальные разделительные трансформаторы широко применяются в областях, требующих принятия дополнительных мер безопасности при работе с электроинструментом. Они используются в медицинском оборудовании, где требуется непосредственный контакт с телом человека.

В целях обеспечения электрической безопасности на общем магнитопроводе размещаются две обмотки идентичной конструкции, что позволяет получать на выходе такое же напряжение, как и на входе.

На корпусе прибора в случае пробоя изоляции провода формируется потенциал, который может поразить человека и стать причиной электротравмы. Оптимальное использование питания электрооборудования возможно при гальваническом разделении схемы, при этом оно одновременно исключает вероятность получения электротравмы в случае пробоя вторичной схемы изоляции на корпус.

Высокочастотные трансформаторы

Трансформаторы специального назначения, отличающиеся от обычного оборудования материалом, из которого выполнен магнитопровод, что позволяет без искажений передавать высокочастотные сигналы.

Согласующие трансформаторы

Предназначены для согласования сопротивлений в электронной схеме. Согласующие специальные трансформаторы широко применяются в усилителях звуковых частот и антенных устройствах.

Сварочные трансформаторы

Трансформаторы сварочного типа применяются в промышленных предприятиях, пользуясь при этом немалой популярностью у радиолюбителей.

Первичная обмотка формируется с большим количеством витков, благодаря которым осуществляется обработка электрической энергии с напряжением на входе 220 либо 380 вольт. Число витков во вторичной обмотке меньше, но при этом ток, протекающий по ней, высокий и может достигать тысячи ампер.

Трансформаторы для дуговой электросварки

Понижающий однофазный специальный трансформатор, способный преобразовать напряжение сети 220 либо 380 В до необходимых для горения электрической дуги 60-70 В. Поскольку сопротивление электрической дуги минимально, работа сварочного инвертора осуществляется в условиях, максимально приближенных к короткому замыканию. В связи с этим ко вторичной цепи трансформатора последовательно подключен дроссель с подвижным сердечником для ограничения величины тока. Величина сварочного тока и индуктивного сопротивления дросселя может корректироваться посредством изменения в магнитной цепи величины воздушного зазора.

Трансформатор с подвижным сердечником

Специальный трансформатор, сердечник которого состоит из двух частей - подвижной и неподвижной, причем подвижная со вторичной обмоткой располагается внутри неподвижной с первичной обмоткой. Первичная обмотка такого трансформатора выполнена из подключенных встречно двух катушек. Подключение такого трансформатора в цепь одновременно с вольтдобавочным трансформатором позволяет регулировать вторичное направление.

Трансформаторы для выпрямительных установок

Вторичная цепь таких трансформаторов включает вентили, благодаря которым переменный ток преобразуется в пульсирующий. Габариты и масса специальных трансформаторов для выпрямительных установок значительно больше, чем у аналогичных устройств идентичной выходной мощности, но в их обмотках имеется синусоидальный ток. Объясняется это тем, что в трансформаторах, подключенных к выпрямительным схемам, полезная мощность зависит от составляющей вторичного тока, а нагрев обмоток - от полных первичного и вторичного токов с высшими гармониками.

Сетевая, или первичная, обмотка трехфазных выпрямительных трансформаторов соединяется в "треугольник" либо "звезду", а вторичная - вентильная - подключается таким образом, чтобы одно- и трехфазный ток преобразовывался в многофазный с количеством фаз, требуемых для конкретной схемы преобразования. Чем больше число фаз, тем ниже пульсация выпрямленного напряжения. Установленные на электровозах выпрямители однофазного тока работают на двухфазных схемах, на тяговых подстанциях - шестифазные и двенадцатифазные.

Регулируемый трансформатор

Трансформатор, режим работы которого зависит от изменения подмагничивания шунтов и имеющий три объединенных обмотки, питание одной из которых осуществляется постоянным током. Напряжение на выходе трансформатора изменяется при изменении в цепи подмагничивания постоянного тока.

Импульсные трансформаторы

Предназначены для трансформации импульсов напряжения при сохранении их формы без изменений. Обмотки импульсных трансформаторов специального типа выполняются малослойными с целью понижения обусловленных воздействием гистерезиса искажений, паразитных емкостей, вихревых токов и индуктивностей рассеивания. Сердечники выполняются из пермаллоя или электротехнической холоднокатаной стали.

Пик-трансформаторы

Трансформаторы, предназначенные для преобразования синусоидального напряжения в пикообразное, требующееся для открывания тиратронов, управляемых вентилей - тиристоров и аналогичного оборудования. Пик-трансформаторы представляют собой двухобмоточные трансформаторы с линейным активным либо индуктивным сопротивлением в цепи первичной обмотки и сильно насыщенным магнитопроводом. Благодаря такому строению на вторичной обмотке индуктируется ЭДС в виде кратковременных импульсов, при этом моменты прохождения тока через нуль соответствуют максимумам импульсов.

Дроссели

Электромагнитное статическое оборудование, используемое в электрических цепях благодаря своей индуктивности. Реактор, или дроссель, представляет собой катушку с ферромагнитным сердечником. В зависимости от назначения и режима работы, трансформаторы делятся на несколько видов:

Сглаживающие. Предназначены для сглаживания пульсаций выпрямленного тока и использующиеся в цепях тяговых двигателей электропоездов и электровозов.
Переходные. Переключают выводы трансформатора.
Токоограничивающие. Сокращают токи короткого замыкания.
Делительные. Равномерно распределяют токи нагрузки между вентилями, подключенными параллельно.
Помехоподавляющие. Устраняют помехи, возникающие при функционировании аппаратов, оборудования и электрических машин.
Индуктивные шунты. Распределяют ток между обмотками работающих тяговых двигателей и параллельно подключенных к ним резисторов во время переходных процессов.

Перечисленные выше виды специальных трансформаторов являются одними из наиболее популярных и часто встречаемых.

Читайте также: