Трансформатор преобразовывает мощность в сетях и установках, предназначенных для приема электричества и работы с ним. Повышающий трансформатор - это статический агрегат, получающий питание от источника напряжения для трансформирования высокой мощности в низкие показатели. Его применяют для обособления логических защитных контуров и измерительных линий от высокого напряжения.

Понятие трансформатора

Электромагнитное устройство с двумя или больше обмотками, связанными индукцией на магнитопроводе, называется трансформатором. Оно разработано для изменения напряжения переменного тока с сохранением частоты и используется при производстве, трансляции на расстояние и приемке электроэнергии.

Агрегат, повышающий напряжение, содержит проволочную катушку, охваченную магнитными линиями, располагающуюся на сердечнике для проведения потока. Материалом стержня служат ферромагнитные сплавы. Агрегат работает с большими мощностями, его применение обусловлено разными показателями напряжений городских линий (около 6,2 кВ), потребительского контура (0,4 кВ) и мощности, необходимой для функционирования электроприборов и машин (от единичных показаний до нескольких сотен киловольт).

Применение в сетях

Приборы устанавливаются в электрических линиях и источниках питания потребительских точек. В соответствии с законом Джоуля - Ленца при увеличении силы тока выделяется тепло, которое нагревает провод. Для транслирования энергии на большие линейные расстояния увеличивают напряжение, а токи уменьшают. При поступлении к потребителю мощность снижают, поскольку в целях безопасности пришлось бы использовать массивную изоляцию.

В начале цепочки устанавливают повышающий трансформатор, а в точке приема понижают показатели. Такие комбинации на протяжении ЛЭП используют многократно, добиваясь выгодных условий транспортировки электричества и создавая приемлемые значения для потребителя.

Из-за присутствия в сети трех фаз для трансформации энергии используют трехфазные агрегаты. Иногда применяют группу, в которой устройства объединены в модель звезды, при этому них общий проводящий стержень.

Хоть коэффициент полезного действия у агрегатов большой мощности достигает почти стопроцентного значения, всё равно выделяется много тепла. Типичный трансформатор электрической станции 1 гВт выдает несколько мегаватт. Чтобы снизить это явление, разработана охладительная система в виде бака с негорючей жидкостью или трансформаторным маслом и сильным устройством для воздушной раздачи тепла. Охлаждение чаще водяное, сухой принцип используют при небольшой мощности.

Магнитная система

Магнитопровод представляет собой комплекс пластин или других элементов из электротехнической стали, составленных в выбранной геометрической конфигурации. В конструкции сосредоточены поля агрегата. Магнитопровод в сборе вместе с узлами и соединительными элементами образует остов трансформатора. Деталь, на которую намотаны обмотки, является стержнем. Область системы, предназначенная для замыкания цепи и не несущая витков контура, называется ярмом. Расположение в пространстве стержней служит для разделения системы на следующие виды:

Обмотки агрегата

Обмотка состоит из отдельных витков, являющихся проводниками, или комплекса таких передатчиков (жилы из нескольких проводов). Оборот однократно обходит стержень, ток которого совместно с токами других сердечников и систем воспроизводит магнитное поле. В результате возникает электродвижущая сила (ЭДС).

Обмотка представляет собой упорядоченный комплекс витков. Она образует цепь, в которой складываются силы, наведенные в оборотах. Обмотка трехфазного агрегата состоит из нескольких объединенных обвивок трех фаз с одинаковым напряжением.

Стержни обмоток понижающего и повышающего трансформатора делают квадратной конфигурации для наилучшего использования пространства (повышения коэффициента наполнения в окне стержня). Если требуется увеличить поперечное сечение сердечника, то его делят на несколько проводников. Это применяется для уменьшения вихревых токов в обвивке. Проводник квадратного поперечного сечения называется жилой. По функционированию обмотки делят на несколько типов:

Изоляцией жилы служит слой бумаги или эмалевый лак. Два параллельно проходящих защищенных провода, расположенные рядом, отгораживаются общей бумажной оберткой и называются транспонированным кабелем. Его отдельный вид составляет непрерывное продолжение, складывающееся при перемещении жилы одного слоя к следующему пласту с одинаковым шагом в единой изоляции. Бумажная защита делается из тонких полос шириной 2-4 см, нанесенных вокруг кабеля. Для получения требуемого пласта заданной толщины бумага накладывается в несколько слоёв. В зависимости от конструкции обмотка бывает:

Охладительный резервуар

Является емкостью для масла и одновременно защищает активные компоненты агрегата от перегрева. В конструкции исполняет роль опоры для дополнительных и управляющих устройств. Перед наполнением из бака удаляют воздух, подвергающий разрушению изоляцию и уменьшающий ее защитные свойства. Из-за этого резервуар работает в условиях низкого атмосферного давления.

Для уменьшения шума от функционирования трансформатора должны совпадать звуковые частоты, воспроизводимые стержнем агрегата, и аналогичные показатели резонанса конструктивных элементов. Для сброса при увеличении объема жидкости в баке от нагревания устанавливается отдельно расположенная расширительная емкость.

Повышение номинальных значений мощности увеличивает скорость движения электронов снаружи и внутри трансформатора, что разрушает конструкцию. Аналогично действует рассеивающее магнитное течение в баке. Применяют вкладыши из материала, не подверженного намагничиванию. Их располагают вокруг изоляторов сильного потока, что уменьшает риск нагревания. Внутреннюю отделку бака выполняют так, чтобы она не пропускала магнитный поток через ограждения емкости. Материал с малым сопротивлением магнетизму поглощает течение перед его проникновением через наружные стенки.

Количество полуокружностей почти соответствует числу оборотов обвивки. С увеличением витков делается больше дуг, но строгая пропорциональность отсутствует. Возле выхода жирной точкой указывают начало обмоток (на двух катушках и больше). Ставят обозначения мгновенно возникающей ЭДС, они на выходах обычно одинаковы.

Такой подход используется при показе промежуточности агрегатов в преобразовательных цепочках для наметки синхронности или противофазности. Обозначение актуально и при нескольких катушках, если для их эффективного функционирования требуется соблюдать полярность. Отсутствие явного обозначения обвивок говорит о том, что они идут в одном направлении, то есть конец предыдущей соответствует началу последующей.

Особенности эксплуатации

Для определения времени службы используют понятие экономического и технического срока работы. Экономический отрезок заканчивается, когда цена трансформации мощности с помощью искомого трансформатора превышает удельную стоимость таких же услуг в соответствующей рыночной нише. Технический срок службы прекращается с выходом из строя большого числа элементов, требующих капитального ремонта агрегата.

Использование в параллельном режиме

Такой регламент применяется из-за того, что при небольшой нагрузке силовой понижающий агрегат допускает значительные потери на холостом ходу. Для исправления ситуации он заменяется группой устройств небольшой мощности, которые при необходимости отключают поодиночке. Требования к такому подсоединению:

Агрегаты, входящие в группу, используют с одинаковыми техническими параметрами.

Частота и регулирование мощности

В случаях равного напряжения на первичных обмотках агрегаты с определенной частотой могут эксплуатироваться при увеличенных показателях сети с рекомендованной заменой навесного оборудования. При частоте меньше номинальной индукция повышает значения в магнитном приводе, что ведет к скачку тока при холостой работе и изменению его вида.

Регулирование напряжения трансформатора применяется в сети из-за того, что нормальная работа потребителей возможна только при мощности определенных параметров и минимальных от них отклонениях.

Изоляция и перенапряжение

Специалисты проводят регулярные испытания и ремонты защитного слоя трансформатора, так как он теряет свои свойства от высоких температур. Это касается агрегатного масла в охладительном баке и изоляции активных элементов. После проверки сведения о состоянии защитных материалов вписываются в паспорт агрегата.

Иногда устройства работают в условиях повышенной мощности. Перенапряжение подразделяется на два вида:

• кратковременное действие сильного фактора продолжается от одной секунды до 2-4 часов;
• переходное перенапряжение длится от 2-5 наносекунд до 3-5 миллисекунд, оно бывает колебательным или неколебательным, но всегда имеет одинаковое направление.

Иногда при перегрузке комбинируются оба вида перенапряжения. Причинами их возникновения могут быть грозовые разряды, при этом токовый показатель импульса зависит от расстояния между трансформатором и местом удара. Второй причиной являются изменения условий работы, сформированные внутри системы. Они заключаются в поломках, нарушениях проводимости, коротких замыканиях, возгораниях, частых подключениях и отключениях.

При контроле качества в заводских условиях агрегаты проверяют и выдают сведения о возможности бесперебойной работы в соответствии со стандартами.

Существует огромное количество видов электрических устройств. Предлагаем рассмотреть, что это такое – понижающие и повышающие трансформаторы напряжения, для чего нужны эти приборы, их принцип работы и коэффициент трансформации.

Определение и назначение

Трансформатор напряжения ГОСТ 1983-2001- это устройство, используемое в электрических цепях, для того чтобы изменить напряжение электроэнергии. Данные электронные устройства могут использоваться как для повышения электрической энергии, так и для понижения, ими обеспечивается защита отдельных электрических приборов и зданий.

В основе работы трансформатора лежит принцип электромагнитной индукции. Железное ядро погружено в изоляционное масла, которое не проводит электричество. Катушки провода физически не подключены. Провод первой катушки имеет больше витков, чем во второй. Разное число витков обмоток обеспечивает разность напряжения катушек. Трансформаторы высокого напряжения работают только с цепями переменного тока.

Емкостные трансформаторы являются пассивными устройствами – они не добавляют мощность. Но зато не только контролирую количество проходящей энергии, но и гарантируют высокое КПД – мощные измерительные трансформаторы тока и напряжения способны передавать ток с напряжением от 6 кВ до 10 кВ без потерь.

Трансформатор состоит из двух катушек, намотанных на железное ядро. Когда ток переменного напряжения проходит через первичную катушку, вокруг неё образовывается магнитное поле, благодаря которому обеспечивается выполнение закона электромагнитной индукции. Сила магнитного поля увеличивается, если ток возрастает от нуля до ее максимального значения, заданного в формуле dΦ/dt. Магнитный поток может изменять свое направление в обе стороны (на подъем и спад), в зависимости от области использования устройства.

Тем не менее, напряженность магнитного поля зависит от числа витков обмоток в ядре, чем меньше витков – тем ниже показатель магнетизма. Когда ток уменьшается, напряженность магнитного поля снижается.

В том случае, когда линии магнитного потока ядра проходят через витки вторичной обмотки, напряжение будет вызываться на вторичной обмотке. Количество индуцированного напряжения будет определяться по формуле: NΦ/dt (Закон Фарадея), где N – количество витков катушки. Это напряжение имеет ту же частоту, что напряжение первичной обмотки.

Видео: технические характеристики трансформатора напряжения НАМИ 6

Типы трансформаторов

В зависимости от использования, конструкции и мощности существуют такие виды трансформаторов, рассмотрим каждый класс подробно:

1. Автотрансформатор (от от 0,3 до 6 кВт) имеет одну обмотку с двумя концевыми клеммами, а также один или более терминалов в промежуточных точках трансформатора, в котором размещены первичные и вторичные катушки. Чаще всего это однофазный трансформатор напряжения. Представлен маркой ОСМ;
2. Трансформатор тока имеет первичную и вторичную обмотку, магнитный сердечник, а также специальные резисторы, оптические датчики, которые помогают ускорять процессы регулировки напряжения. Переменный ток, протекающий в первичной, производит переменное магнитное поле в сердечнике, который затем индуцирует переменный ток в обмотке вторичной цепи. Главной целью устройства трансформации является обеспечение первичной и вторичной цепей и уравнение их сигналов, так чтобы во вторичной цепи ток был линейно пропорционален первичному току. Для этого провода устройства соединяют в разомкнутый треугольник. На рисунке изображена а) схема трансформатора; б) диаграмма векторная; в)диаграмма векторов идеального трансформатора. Фото – Диагармма
3. Силовой трансформатор – это электрический прибор, который передает ток между двумя контурами при помощи электромагнитной индукции. В свою очередь эти высоковольтные трансформаторы бывают понижающие, повышающие, масляные и сухие. НТС, НТМИ, НКФ, СРА, СРВ, ТМГ, ТСЗИ, ABB, ОМ-0,63 до 160 КВА не может работать с постоянным током, хотя, когда он подключен к источнику постоянного тока, трансформатор обычно дает краткий выходной импульс, во время подъема напряжения. Фото – Силовой трансформатор
4. Трансформатор антирезонансного типа – литые устройства с полузакрытой структурой и хорошей тепловой изоляцией. Этот прибор может быть трёхфазный, однофазный. По принципу действия практически не отличается от силового трансформатора, но имеет небольшие размеры, хорошо подходит для всех видов климатических условий. Это серии НАМИТ, НАМИ, ВАВИН. Антирезонансные приборы используются в условиях сильных нагрузок или передачи сигналов на большие расстояния.
5. Заземляемые трансформаторы (или догрузочные) – устройства специального назначения, главной особенностью которых являются обмотки, соединенные между собой звездой или зигзагом. Они используются, чтобы позволить три провода (дельте) многофазной системы соединяться с фазой и нейтралью нагрузок, обеспечивая обратный путь для тока в нейтрали. Заземление трансформаторов часто включают одну обмотку трансформатора с зигзагообразной конфигурацией, но иногда работает при помощи соединения звезда-треугольник из выделенных обмоток трансформатор, чаще всего применяются для подключения счетчика. Представлены моделями ЗНОЛ, НОЛ, НОМ, ЗНОЛП, ЗНОМ. Фото – Заземляемый трансформатор
6. Пик-трансформаторы используются для сопоставления импульсных источников и нагрузки, с целью изменить полярность импульса, чтобы отделить постоянный и переменный токи, добавить сигналы. Чаще всего используются в компьютерных системах, радиосвязи. У них упрощенная конструкция: вокруг ферримагнитного сердечника расположена обмотка с определенным количеством витков. Он защищает чувствительные устройства от замыкания, сейчас используется редко, его могут заменить предохранители или частотный стабилизатор. Это идеальные приспособления для защиты электрической сети частного дома, если позволяют характеристики определенной модели;
7. Домашний разделительный трансформатор используется для передачи электрической энергии от источника переменного тока к оборудованию или устройству, при этом блокируя передаточные способности источника питания. Бытовые разделительные трансформаторы 220 220 вольт обеспечивают гальваническую развязку, регулирование напряжения, и чаще всего используются для защиты от поражения электрическим током, для подавления электрических помех на чувствительных устройствах или передачи энергии между двумя не подключенными контурами. Этот вид преобразователей способен блокировать передачу постоянного тока от одной схемы к другой, но при этом пропуская переменный ток. На его проверке используется напряжение короткого замыкания трансформатора (до 10 кВ, для более мощных приборов возможны показатели до 110 кВ).

Обслуживание и ремонт

Рассмотрим пример многократной обмотки трансформатора. Здесь три катушки индуктивности, они имеют общий магнитный сердечник, которые объединяет их при помощи магнитной связи. Отношение коэффициента витка обмотки и коэффициента напряжения сохраняются в данной конструкции для нескольких пар катушек. Вероятнее всего, в таких конструкциях одна обмотка является понижающей, а другая – повышающей. Такой трансформатор-регулятор должен для нормальной работы иметь определенное количество витков, поэтому предварительно прочитайте инструкцию к прибору.

Рассмотрим, как проводится поверка трансформатора :

1. Осмотрите трансформатор визуально. В большинстве случаев перегрев вызывает выпуклость некоторых участков корпуса;
2. Определение входа и выходы трансформатора. Первый электрический контур, который генерирует магнитное поле, должен быть подключен к первичной обмотке трансформатора, туда и подается напряжение. Вторая схема, которая получает питание от магнитного поля, должна быть подключена к вторичной обмотке трансформатора.
3. Определите фильтрации выходного сигнала фазы. Она является общей для подключения конденсаторов и диодов на вторичной обмотке трансформатора и формирует сетевое переменное питание в постоянный ток.
4. Подготовьте прибор для измерения напряжения. Удалить крышки и панели, чтобы получить доступ к схемам и проводникам. При помощи мультиметра нужно измерить напряжение устройства;
5. Подайте питание на схемы. Используйте мультиметр в режиме переменного тока для измерения первичной обмотки трансформатора. Если измерение меньше, чем 80 процентов от ожидаемого напряжения, неисправность может находиться в любом места трансформатора или схемы, которые обеспечивают контакт первичной обмотки с питанием сети. В этом случае первичная обмотка должна быть отделена от подачи электроэнергии. Если потребляемая мощность (не отключая обмотку) поднимается к ожидаемому значению, то трансформатор работает плохо. Если потребляемая мощность не подходит и близко к ожидаемому значению, то проблема заключается не в трансформаторе, а во входной цепи;
6. Измерьте вторичный выход преобразователя. Если Вы определили, что нет фильтрации, то используйте режим питания от мультиметра. Возможно, понадобится переключить прибор на постоянный ток. Если ожидаемого напряжения нет на вторичной обмотке, то либо трансформатор не работает, либо какая-то проблема с выходными клеммами. Проверьте их по отдельности.

До включения устройство полностью собирается, еще раз проверяется на точность. Желательно также проконсультироваться у электрика. Монтаж также должен осуществляться при помощи специалиста.

Для того чтобы купить трансформатор напряжения, мы советуем обратиться в профессиональный магазин, там Вы сможете просмотреть каталог, изучить прайс-лист, выбрать нужную модель, получить на неё гарантию, а также подробные ответы специалиста на все интересующие вопросы. Широкий выбор трансформаторов представлен в сети Интернет. Стоимость на небольшой трансформатор средней мощности в России, Украине, Беларуси и странах СНГ колеблется в пределах от 20 000 рублей до 50 000. Цена может значительно уменьшаться при оптовых закупках.

Преобразование напряжения присутствует повсеместно в любой области нашей жизни и деятельности. Вырабатываемое на электростанции напряжение повышается до нескольких киловольт, чтобы быть переданным с наименьшими потерями через линии электропередач на многие тысячи километров. А потом оно снова понижается на трансформаторных подстанциях до привычных нам значений в 380/220 вольт.

Самые простые и понятные примеры для простого человека: сетевое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, блок питания в компьютерной и другой технике, инвертор для автономного электроснабжения 220 вольт от низковольтных источников питания, понижающие трансформаторы 220-115 и т.д.

В общем, есть много устройств, в которых установлен трансформатор напряжения. Рассмотрим его немного подробнее, не погружаясь в излишние сложности.

Изменяет величину напряжения в большую или меньшую сторону в зависимости от соотношения числа его обмоток:

• первичной, на которую подаётся исходное напряжение;
• вторичной, с которой снимается его преобразованное значение.

Все обмотки намотаны на общем сердечнике (магнитопроводе). Если число витков у вторичной обмотки больше, чем у первичной, то это повышающий трансформатор, если меньше - понижающий.

Мощность трансформатора напряжения зависит от сечения проводов обмоток, а габариты и вес - от типа сердечника и материала проводов (медь или технический алюминий). По исполнению он может быть одно- и трёхфазным. Самым компактным и лёгким является автотрансформатор, в котором всего одна обмотка.

Первая мысль, которая приходит на ум, когда напряжение в сети всё чаще и чаще становится низким, поставить повышающий трансформатор. На первый взгляд кажется, что это - простое и отличное решение, и теперь, наконец-то, будет нормальное напряжение, яркое освещение и стабильно работающие электроприборы.

Но не всё так просто в сказочном королевстве, и прежде чем купить повышающий трансформатор напряжения, цена на который уж очень привлекательна, задумайтесь об одной особенности его работы: он имеет постоянный коэффициент повышения напряжения (коэффициент трансформации). Рассмотрим это на примере.

Предположим, что у вас сетевое напряжение порядка 170 вольт. Чтобы повысить его до 220, нужен трансформатор с коэффициентом трансформации 1.29 (220/170). Вроде бы всё хорошо и логично получается, за исключением одного: если напряжение в сети станет нормальным 220 вольт, то на выходе трансформатора будет уже очень высокое напряжение 285 вольт (220*1.29)! Не все электрические приборы способны выдержать такое перенапряжение в течение даже небольшого времени. Так и до пожара недалеко!

Как вариант, можно приобрести регулируемый автотрансформатор, т.н. ЛАТР, в котором предусмотрен ручной регулятор выходного напряжения. Но и он не будет являться надёжным решением, т.к. придётся постоянно контролировать значение выходного напряжения по индикатору и корректировать его вручную, особенно во время максимальной нагрузки электросети со стороны соседей. Если вовремя этого не делать, то при первом же скачке в электросети напряжение на выходе ЛАТРа тоже резко повысится, и подключенные электроприборы вполне могут перегореть.

Поэтому повышающие трансформаторы напряжения применимы лишь тогда, когда в сети ВСЕГДА существенно меньше 220 вольт, а такого практически никогда и не бывает .

Заключение

Задачу автоматического поддержания напряжения на постоянном уровне решает

Повышающие трансформаторы напряжения представляют собой устройства, которые применяются в электрических цепях для изменения показателей напряжения электроэнергии в сторону их повышения.

В основе любого трансформатора напряжения лежит принцип работы на основе электромагнитной индукции. Железное ядро находится в изоляционных маслах, которые не пропускают электричество. В конструкции находится две катушки с различным количеством обмоток. В первой катушке данных витков будет больше, чем во второй.

Повышающий трансформатор напряжения включает в себя несколько составных частей , обеспечивающих работу устройства. В основе конструкции располагается железное ядро, на которое намотано две катушки. Через первую катушку проходит воздействие напряжения переменного тока, в результате чего образуется магнитное поле, осуществляющее выполнение принципа электромагнитной индукции. Согласно формуле dФ/dt, сила магнитного поля может увеличиваться путем увеличения показателей тока до необходимых значений.

Здесь не стоит забывать о прямой зависимости показателей напряжения магнитного поля от определенного количества обмоток, которые расположены в железном ядре. Соответственно, чем меньше витков — тем меньше напряженность.

Следовательно, когда магнитный поток проходит через линию обмоток второй катушки, то там и будет возникать напряжение. Данные показатели будут рассчитываться по формуле: NФ/dt , где N — это число витков самой катушки. Это, так называемый, Закон Фарадея , согласно которому напряжение будет той же частоты, что и на первой катушке .

Подробнее про устройство на видео

Типы трансформаторов