Автотрансформатор - что это такое и как работает прибор

Основные отличия

Чтобы вам было легче понять, в чем разница между обычным трансформатором и автотрансформатором, мы собрали в таблицу их основные отличия:

	Трансформатор	Автотрансформатор
КПД	КПД автотрансформатора больше чем у обычного, особенно при незначительной разности входного и выходного напряжения.
Количество обмоток	Минимум 2 и больше в зависимости от количества фаз	1 и более, равно количеству фаз
Гальваническая развязка	Есть	Нет
Опасность поражения электрическим током при питания бытовых электроприборов	При выходном напряжении менее 36 Вольт – невелика	Высокая
Безопасность для запитанных приборов	Высокая	Низкая, при обрыве в катушке на витках после отвода к нагрузке, на неё попадет всё напряжение питания
Стоимость	Высокая, расход меди и стали для сердечников большой, особенно у трёхфазных трансформаторов	Низкая, из-за того что для каждой фазы лишь 1 обмотка, расход меди и стали меньшие

Сфера применения

Трансформаторы применяются всюду – от электростанций и подстанций, рассчитанных на десятки и сотни тысяч вольт, до питания малой бытовой техники. Хотя в последнее время используются блоки питания, но и их основой является генератор и трансформатор на ферритовом сердечнике.

Автотрансформаторы используются в бытовых стабилизаторах сетевого напряжения. Часто ЛАТРы используют в лабораториях при тестировании или ремонте электронных устройств. Тем не менее они нашли своё применение и в высоковольтных сетях, а также для электрификации железных дорог.

Например, на ЖД используются такие изделия в сетях 2х25 (два по 25 киловольт). Как на схеме выше в малонаселенных районах прокладывается линия 50 кВ, а к электропоезду по контактному проводу подаётся 25 кВ от понижающего автотрансформатора. Таким образом уменьшается число тяговых подстанций и потери в линии.

Теперь вы знаете, в чем принципиальное отличие трансформатора от автотрансформатора. Для закрепления материала рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Наверняка вы не знаете:

Чем отличается электромеханическое УЗО от электронного
Отличия сетевого фильтра от удлинителя
Разница между контактором и пускателем

Опубликовано:
01.12.2018
Обновлено: 01.12.2018

Принцип действия

Наиболее важные характеристики принципа действия стандартного автотрансформатора определены особенностью подключения обмоточной части.

В процессе подключения к катушке тока переменного типа внутри сердечника отмечается наличие магнитного потока.

Каждый виток на этом этапе эксплуатации прибора характеризуется индукцией электродвижущей силы с идентичной величиной.

Таким образом, принцип работы прибора объясняется стандартной схемой автотрансформатора, а в результате подсоединения нагрузки наблюдается перемещение вторичного электрического потока по обмотке. В это же время по проводнику осуществляется движение первичного тока. В результате величины двух потоков суммируются, поэтому на участок обмотки осуществляется подача незначительных по величине показателей электрического тока.

Как показывает практика эксплуатации автотрансформаторов, по некоторым основным параметрам принцип работы такого прибора имеет не слишком существенные отличия от традиционных трансформаторов двухобмоточного типа.

Общее устройство и принцип работы

Каждый трансформатор оборудуется двумя или более обмотками, индуктивно связанными между собой. Они могут быть проволочными или ленточными, покрытыми изоляционным слоем. Обмотки наматываются на сердечник, он же магнитопровод, выполненный из мягких ферромагнитных материалов. При наличии одной обмотки, такое устройство называется автотрансформатором.

Принцип действия трансформатора довольно простой и понятный. На первичную обмотку устройства подается переменное напряжение, что приводит к течению в ней переменного тока. Этот переменный ток, в свою очередь, вызывает создание в магнитопроводе переменного магнитного потока. Под его воздействием в первичной и вторичной обмотках происходит наведение переменной электродвижущей силы (ЭДС). Когда вторичная обмотка замыкается на нагрузку, по ней также начинает течь переменный ток. Этот ток во вторичной системе отличается собственными параметрами. У него индивидуальные показатели тока и напряжения, количество фаз, частота и форма кривой напряжения.

В конструкцию простейшего силового трансформатора входит магнитопровод, изготавливаемый из ферромагнитных материалов, преимущественно из листовой электротехнической стали. На стержнях магнитопровода – сердечника располагаются первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка соединяется с источником переменного тока, а вторичная подключается к потребителю.

Конструкция

Устройство трансформатора предполагает наличие одной либо большего числа отдельных катушек (ленточных или проволочных), находящихся под единым магнитным потоком, накрученных на сердечник, изготовленный из ферромагнетика.

Важнейшие конструктивные части следующие:

обмотка;
каркас;
магнитопровод (сердечник);
охлаждающая система;
изоляционная система;
дополнительные части, необходимые в защитных целях, для установки, обеспечения подхода к выводящим частям.

В приборах чаще всего можно увидеть обмотку двух типов: первичную, получающую электроток от стороннего питающего источника, и вторичную, с которой напряжение снимается.

Сердечник обеспечивает улучшенный обратный контакт обмоток, обладает пониженным сопротивлением магнитному потоку.

Некоторые виды приборов, работающие на сверхвысокой и высокой частоте, производятся без сердечника.

Производство приборов налажено в трех базовых концепциях обмоток:

броневой;
тороидальной;
стержневой.

Устройство трансформаторов стержневых подразумевает накручивание обмотки на сердечник строго горизонтальное. В приборах броневого типа она заключена в магнитопроводе, размещается горизонтально либо вертикально.

Надежность, эксплуатационные особенности, устройство и принцип действия трансформатора принимаются без какого-либо влияния принципа его изготовления.

Уравнения идеального трансформатора

В таком трансформаторе силовые линии проходят через все ветки первичной, вторичной обмотки. Значит, отсутствуют вихревые потоки и потери энергии. Магнитное поле изменяется, но порождает идентичную ЭДС во всех витках, поэтому становится прямо пропорциональным их общему числу.

Энергия при поступлении из первичной цепи трансформируется в магнитное поле, далее поступает во вторичной цепи.

Формула уравнения идеального трансформатора – P1 = I1 • U1 = P2 = I2 • U2:

R1 – коэффициент поступающей мощности из первой цепи на трансформатор;
R2 – коэффициент преобразованной мощности с поступлением во вторичную цепь.

Если повысить напряжение на концах вторичной обмотки, то снизится уровень тока первичной цепи. Согласно уравнению – U2/U1 = N2/N1 = I1/I2 преобразование сопротивления одной цепи к сопротивлению другой возможно только при умножении величины на квадрат отношения.

Для чего снижают напряжение?

Передача электроэнергии на дальние расстояния требует высоких показателей напряжения, в противном случае потери при транспортировке энергии сделают процесс нерентабельным. Но, чтобы использовать электроэнергию в промышленных и, тем более, бытовых целях, требуется ее снижение. Делается это постепенно, благодаря системе трансформаторов, а также их более мобильных аналогов — автотрансформаторов.

Несмотря на то, что все приборы такого типа призваны преобразовать исходное напряжение до желаемого, трансформаторы можно разделить на два типа. Первые — повышающие — увеличивают напряжение, поддерживая его на достаточном уровне для продолжения транспортировки или для использования в промышленных целях. Вторые — понижающие — напротив, снижают напряжение, позволяя использовать энергию в бытовых целях.

Трёхфазный трансформатор

Среди электромагнитных устройств данного типа выделяется трёхфазный трансформатор. Он имеет магнитную и гальваническую связи фаз. Наличие схемы первого типа обусловлено соединением магнитопроводов в одну систему. При этом потоки магнитного воздействия расположены относительно друг друга под углом 120 °. Стержень в данной системе не нужен, так как при объединении центров трёх фаз сумма электромагнитных русел равняется нулю вне зависимости от времени. Благодаря этому схема с шестью стержнями преобразуется в трёхстержневую.

В соединении обмоток устройства можно использовать схемы трёх типов:

Соединение в виде звезды может осуществляться с выводом от общих точек или же без него. Здесь каждую обмотку соединяют с нейтральной точкой.
По треугольной схеме фазы соединяются последовательно.
Зигзаг-это схема, которая чаще всего применяется во время отвода от общей точки. В ней соединяются три обмотки, расположенные на разных стержнях магнитопроводов.

Применение трёхфазного трансформатора является более экономичным, чем использование соединённых однофазных конструкций.

Нагрузка трансформаторов напряжения

Вторичная нагрузка трансформатора напряжения—это мощность внешней вторичной цепи. Под номинальной вторичной нагрузкой понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешность не выходит за допустимые пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности.

Конструкции трансформаторов напряжения

В установках напряжением до 18 кВ применяются трехфазные и однофазные трансформаторы, при более высоких напряжениях — только однофазные.

При напряжениях до 20 кВ имеется большое число типов трансформаторов напряжения: сухие (НОС), масляные (НОМ, ЗНОМ, НТМИ, НТМК), с литой изоляцией (ЗНОЛ). Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ от однофазных трехобмоточных трансформаторов ЗНОМ. Трансформаторы типов ЗНОМ-15, -20 -24 и ЗНОЛ-06 устанавливаются в комплектных токопроводах мощных генераторов. В установках напряжением 110 кВ и выше применяют трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ и емкостные делители напряжения НДЕ.

Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для уменьшения первичных напряжений до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность работающих, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены, а также позволяет унифицировать конструкцию приборов и реле.

Видео: Трансформаторы напряжения

Технические характеристики трансформаторов напряжения, схемы включения. Факторы, влияющие на класс точности. Виды трансформаторов напряжения, расшифровка маркировки.

Принцип действия

Кратко и простыми словами рассмотрим, как работает каждый вариант исполнения.

У трансформатора есть минимум две обмотки – первичная и вторичная (или их несколько). Если первичную подключить к сети (или другому источнику переменного тока) – тогда ток в первичной обмотке создаёт магнитный поток через сердечник, который пронизывая витки вторичных, наводит в них ЭДС. Принцип действия основан на явлениях электромагнитной индукции, в частности закона Фарадея. При протекании тока во вторичной обмотке (в нагрузку) изменяется и ток в первичной обмотке из-за взаимоиндукции. Разница напряжений между первичной и вторичными обмотками определяется соотношением их витков (коэффициентом трансформации).

Uп/Ud=n1/n2

n1, n2 – количество витков на первичке и вторичке.

Говоря об автотрансформаторе, у него одна обмотка, если фаз несколько – столько же и обмоток. При протекании по ней переменного тока магнитный поток, который возникает внутри неё, индуцирует ЭДС в этой же обмотке. Её величина прямо пропорциональна числу витков. Нагрузка (вторичная цепь) подключается к отводу от витков. На повышающем автотрансформаторе питание подаётся не на концы обмотки, а на один из концов и отвод от витков в отличие от трансформатора. Что было изображено на схеме выше.

Определения

Трансформатор – это электромагнитный аппарат, передающий энергию через магнитное поле. Он состоит из двух и более обмоток (иногда говорят катушек) на стальном, железном или ферритовом сердечнике в зависимости от числа фаз, входных и выходных напряжений. Основной его особенностью является то, что первичная цепь и вторичная не электрически связаны между собой, то есть обмотки не имеют электрических контактов. Это называется гальванической развязкой. А такую связь катушек называют индуктивной.

Ниже вы видите условное графическое обозначение двух и трёхобмоточного трансформатора на схеме электрической принципиальной:

Они бывают повышающими, понижающими и разделительными (напряжение на входе равно напряжению на выходе). При этом если подать питание на вторичную обмотку понижающего трансформатора – на первичные обмотки вы получите повышенное напряжение, то же самое и правило работает и для повышающего.

Автотрансформатор – это один из вариантов трансформатора с одной обмоткой, намотанной на сердечнике в принципе аналогичном предыдущему случаю. В нём, в отличие от обычного транса, первичная и вторичная цепь электрически связаны между собой. А значит он не обеспечивает гальванической развязки. Условное графическое обозначение автотрансформатора вы видите ниже:

Автотрансформаторы бывают с фиксированным выходным напряжением и регулируемые. Последние многим известны под названием ЛАТР (лабораторный автотрансформатор). Также могут быть как понижающими, так и повышающими. В регулируемом ЛАТРе вторичная цепь подключается к скользящему по катушке контакту.

Важно! Из-за отсутствия гальванической развязки, автотрансформаторы по определению не могут быть разделительными в отличие от обычных!

Еще одним отличием является количество обмоток автотрансформатора – обычно оно равняется количеству фаз. Соответственно для питания однофазных устройств используют однообмоточные, а для трёхфазных – трёхобмоточные изделия.

Классификация трансформаторов по схемным параметрам

Среди множества особенностей трансформаторов можно выделить параметры, характеризующие их применение и назначение в электрической схеме или схему самого трансформатора. Поэтому выделим несколько характеризующих трансформаторы факторы: схемное назначение и схема трансформатора.

1. Классификация трансформаторов по схемному назначению позволяет определить функции, которые он выполняет в конкретной схеме, и соответственно можно выделить три группы:

— силовые трансформаторы предназначены для питания переменным током различные звенья и узлы аппаратуры, поэтому силовые трансформаторы иногда называют трансформаторами питания ТП. Данная группа является наиболее распространённой и составляет до 70 % всех трансформаторов. Они находят широкое применение для питания самых различных нагрузок: электродвигатели, бытовые приборы, различные усилители, выпрямители, осветительные и нагревательные приборы.

— согласующие трансформаторы служат для согласования входных и выходных сопротивлений различных узлов электронной схемы и находят широкое применение в радиоприёмной, радиопередающей и усилительной технике. Их можно разделить на несколько типов в зависимости от места расположения в схеме: входные, промежуточные и выходные.

— импульсные трансформаторы используют для передачи импульсов напряжения и тока между отдельными участками электрической схемы. Особенностью данных трансформаторов является то, что они позволяют пропускать через себя импульсы различной длительности – от микросекундных до наносекундных. Форма импульса чаще всего прямоугольная, но возможно и любая другая: треугольная, пилообразная, колоколообразная и другие.

2. Кроме схемного назначения трансформаторы классифицируются по схеме трансформатора и позволяет выделить следующие типы:

— однообмоточный трансформатор, называемый автотрансформатором. Он характеризуется тем, что между первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками существует магнитная и электрическая связь. Первичная и вторичная обмотки определяются отводами от общей обмотки.

— двухобмоточный трансворматор, в отличие от однообмоточного имеет две электрически не связанных обмотки. Данный тип трансформатора является базовым и ри теоретическом анализе является базовым и электрические параметры первичной обмотки связаны однозначными соотношениями с электрическими парамтерами вторичной обмотки.

— многообмоточные трансформаторы имеют несколько электрически не связанных вторичных обмоток, число которых доходит до десяти, но чаще всего четыре-пять. В данном типе трансформатора ток первичной обмотки определяется множеством соотношений с током вторичных обмоток. Данный тип трансформатора является наиболее распространённым.

Область применения и виды

трансформатор в телевизоре

Бытовые трансформаторы защищают технику при перепадах напряжения.

Поэтому применяют их в следующих приборах:

в освещении;
осциллографах;
телевизорах;
радиоприёмниках;
измерительных устройствах и т.д;

Сварочные экземпляры, разделяющие силовую и сварочную сеть, активно используются при сварке и электротермических конструкциях, где успешно понижают величину напряжения до обязательных номиналов.

В энергосети используются масляные агрегаты, где напряжённость 6 и 10 кВ.

Многие автоматические конструкции используют трансформаторы, где напряжение на обвивках несуидальное.

Виды:

Вращающийся. Передача сигнала ведётся на объекты, которые вращаются. Например, видеомагнитофон, где передача сигнала ведётся на барабан узла магнитной головки. Здесь существуют 2 половины магнитопровода и вращение их происходит с минимальным зазором в отношении друг друга. На основании этого, реализуется большая скорость оборотов, в контактном способе сигнала достичь такого эффекта не считается возможным.
Пик-трансформатор. В этом варианте происходит преобразование синусоидального напряжения в сплески, имеющие пикообразную форму. Активно используются в управлении тиристоров, а также электронных и полупроводниковых устройств.
Согласующий. Принимает участие в согласовании сопротивлений в разных промежутках электронной схемы, при этом, форма сигнала искажается минимально. Синхронно обеспечивается гальваническая развязка между зонами схем.
Разделительный. Здесь 2 обмотки не соединены между собой электрически. Такая схема даёт возможность повысить безопасность электрических сетей. Когда происходит случайное одновременное прикосновение к токоведущей части и земли, выдаётся гальваническая развязка электрической цепи.
Импульсный. В этом варианте преобразуются импульсные сигналы за очень короткий промежуток времени (десятки микросекунд), при этом, искривление конфигурации импульса минимально.
По напряжению. Здесь происходит конверсия большого напряжения в низкую величину. Этот вариант позволяет изолировать измерительные и логические цепи от большого напряжения.
По току. В этом типе измеряются цепи с большим током. Например, в конструкциях релейных щитов электроэнергетических систем. Поэтому, применяются достаточно жёсткие требования к точности.
Автотрансформатор. В этом типе соединение 2 обмоток ведётся напрямую. В результате, создаётся электрическая и электромагнитная связь, чем объясняется высокий КПД этого вида. Недостатком такого устройства, можно назвать отсутствие изоляции, то есть не существует гальваническая развязка.
Силовой. Этот вариант используется при изменяемом токе и преобразует электрическую энергию в установках и электросетях. Широко применяется этот тип на линиях ЛЭП с высокой напряжённостью (35-750 кВ), городских электрических сетях (10 и 6 кВ).
Сдвоенный дроссель. Наличие 2 равных обвивок, даёт возможность получить более результативный дроссель, чем обычный. Их используют на вводе фильтра в блоке питания, а также в звуковом оборудовании.
Трансфлюксор. Оставшаяся намагниченность магнитного провода имеет большую величину, что позволяет использовать его для сохранения сведений.

Схемы включения трансформаторов напряжения

Измерительные трансформаторы применяются для замера линейных и/или фазных первичных величин. Для этого силовые обмотки включают между:

проводами линии с целью контроля линейных напряжений;
шиной или проводом и землей, чтобы снимать фазное значение.

На заземление трансформаторов напряжения обращается повышенное внимание, ведь при пробое изоляции первичной обмотки на корпус или во вторичные цепи в них появится высоковольтный потенциал, способный травмировать людей и сжечь оборудование. Преднамеренное заземление корпуса и одной вторичной обмотки отводит этот опасный потенциал на землю, чем предотвращает дальнейшее развитие аварии

Преднамеренное заземление корпуса и одной вторичной обмотки отводит этот опасный потенциал на землю, чем предотвращает дальнейшее развитие аварии.

Как изготовить самостоятельно

Понижающий трансформатор можно выполнить как отдельное устройство либо расположить в блоке питания техники. По сути, это радиоэлектронный элемент и его под силу смастерить своими руками.

Сначала стоит подготовить инструменты и материал, произвести предварительный расчет. Для работы потребуется:

ленточная изоляция высокого качества;
сердечник, снятый со старого телевизора;
провода с эмалевой изоляцией;
простой станок для намотки, например, из доски (ширина – 10 см, длина – 40 см).

Пошаговые действия:

Изготовить каркас, вырезав из картона внутреннюю часть, немного большую в отличие от стержня сердечника. Если используется сердечник в виде буквы “О”, то потребуется 2 катушки. При сердечнике буквой “Ш” хватит одной катушки.
На круглый сердечник предварительно намотать изоляцию в 3 слоя после первичной обмотки.
Накрутить второй слой с и выведением наружу концов обмотки. Вторичная, равно как и первичная обмотка, прокладываются в идентичном направлении. Главное, не забывать выводить провода.
Вставить железные полоски в готовую катушку, обогнуть ими каркас с одной стороны, соединить внизу. Оставить между каркасом и сердечником воздушный зазор.
Сделать основание для трансформатора. На дощечку (толщина 5 см) прикрепить металлическими скобами 2 бруска (50х50 см) на расстоянии в 30 см друг от друга. Согнуть скобы так, чтобы огибали нижнюю часть сердечника.
Вывести на каркас концы обмоток, прикрепить к контактам.

На каждый Вольт должно прийтись по 10 витков. Рассчитать их нужное количество несложно. Сердечник можно вынуть из ненужного трансформатора любого типа или изготовить из жести. Подойдет консервная банка, из которой вырезается 80 полосок в длину 30 см, ширину – 2 см от. Отжигаются полоски их в печи, остужаются, очищаются от окалины и покрываются лаком. Можно с одной стороны оклеить тонкой бумагой.

Заметка! Все разметки и линии нельзя делать графитом.

Расчет конструкции производится по формуле P = U * I,. Из нее исчисляется мощность, которая выдержит вторичную обмотку.

Недостатки

Перед тем, как вводить в эксплуатацию представленное оборудование, необходимо изучить его основные недостатки:

Схема низковольтного типа будет значительно зависеть от высокого уровня напряжения. Чтобы избежать возникновения сетевого сбоя, потребуется создать продуманную систему подачи низкого напряжения. Только в таком случае прибор сможет перенести повышенные нагрузки.
Поток, рассеивающийся между обмотками, незначителен. При возникновении определенных неисправностей может возникнуть короткое замыкание. Его вероятность в этом случае значительно увеличивается.
Соединения, которые создаются между вторичными и первичными обмотками, должны быть идентичными. В противном случае могут возникнуть некоторые проблемы при работе агрегата.
Невозможно создать систему с заземлением с одной стороны. Нейтралью должны обладать оба блока.
Представленная система делает трудной задачей сохранение электромагнитного баланса. Для улучшения этого показателя потребуется увеличить корпус прибора. Если диапазон трансформации будет значительным, экономия ресурсов будет незначительной.

Также следует отметить, что выполняя ремонт автотрансформатора, устраняя возникшие неполадки и аварийные ситуации, может снизиться безопасность работы обслуживающего персонала. Высшее напряжение может наблюдаться и на низшей обмотке. В этом случае все элементы системы окажутся подведены к высоковольтной части. По правилам безопасности такое положение вещей недопустимо. В этом случае возникает вероятность пробоя изоляции проводников, которые присоединены к электрооборудованию.

Рассмотрев основные особенности работы и устройства автотрансформаторов, можно сделать выводы о целесообразности их применения в своих целях.

Трансформаторы тока

Чтобы понять, чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения, необходимо знать особенности первого и второго устройства. Трансформаторы тока созданы — в первую очередь — как измерительные или же защитные приборы.

Защитные трансформаторы

Основную функцию данных трансформаторов легко понять. Они строго «следят» за тем, чтобы каждый, кто залез в электрическую сеть, не получил смертельный удар. Отличительной особенностью является строгое контролирование. В самой электрической системе для комфортной работы приборов поддерживается очень высокое напряжение. Однако любая техника рано или поздно может дать сбой, поэтому обязательно нужно оставить окно, через которое специалисты-ремонтники смогут проверять состояние сети, проводить профилактические работы. Происходит это за счет трансформатора тока, который в определенном месте дает максимально безопасный доступ.

Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы представляют собой особые приборы. Основная их задача — преобразовывать переменный ток, в итоге получается такой же переменный, но уже с допустимыми для измерения значениями. С помощью данного устройства можно подключить к цепи вольтметр, амперметр или любой другой измерительный прибор.

Также имеется дополнительная функция — возможность подключить любую технику, не испортив ее, а также получить максимально точный и правильный результат измерений (иногда даже десятые доли могут радикально изменить картину).

Независимо от конкретного типа основная особенность трансформатора тока заключается в особой точности, а также в возможности образовывать некоторую необходимую безопасную изоляцию.

Классификация по тактико-техническим параметрам

Так как трансформаторы находят самое широкое применение в радиоэлектронных устройствах, работающих в различных условиях, то соответственно необходимо выделить трансформаторы пригодные по техническим условиям работы.

1. Область применения трансформаторов. Данным признаком определяется область применения и требования, предъявляемые к трансформаторам в данной области:

— бытового назначения. Характеризуются незначительными требованиями к условиям эксплуатации в бытовых (домашних) условиях и применяются в широковещательной аппаратуре;

— общепромышленного назначения. Трансформаторы данного типа работают, как правило, в измерительной аппаратуре, аппаратуре управления различных станков и т.д.;

— специального назначения. Трансформаторы данного типа используются, как правило, в технике военного и специального назначения. Требования, предъявляемые к ним, зависят от конкретной области использования, поэтому трансформаторы специального назначения разделяются на следующие категории по их использованию в аппаратуре: бортовой аппаратуре (авиационно и ракетной), корабельной аппаратуре (для надводных и подводных кораблей), наземной стационарной аппаратуре (различных станций), наземной транспортируемой (передвижная наземная техника) и наземная переносная аппаратура (аппаратура связи).

2. Срок службы. Этот фактор связан с предыдущими параметрами, так как область применения определяет различные требования. Под сроком службы понимается суммарное время использования трансформатора во включенном состоянии. Можно выделить следующие категории:

— длительного срока службы, длительность работы составляет от 10000 часов. Можно отнести трансформаторы бытовой техники, общепромышленного назначения и некоторые типы специального назначения;

— короткого срока службы, срок службы составляет 300 – 500 часов. К данной группе относятся трансформаторы авиационной аппаратуры, а в отдельных случаях корабельной и наземной аппаратуры;

— кратковременного использования, продолжительность эксплуатации без потери характеристик составляет порядка нескольких минут. Данную категорию составляют трансформаторы ракетной аппаратуры.

3. Температурные условия, работы трансформаторов также зависят от условий их применения. Эти условия определяют следующие величины: температура окружающей среды, рабочая температура обмоток и перегрев обмоток. Таким образом, выделяют следующие категории трансформаторов по температурным условиям:

— обычные трансформаторы, имеющие рабочую температуру не более 100-130 °С;

— высокотемпературные трансформаторы, имеющие рабочую температуру выше 130 °С.

Следует отметить, что температура окружающей среды трансформатора определяется областью его применения, а перегрев и рабочая температура определяется классом изоляции используемой в трансформаторе.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Импульсный трансформатор принцип работы

Принцип работы импульсных трансформаторов заключается в том, что на них подаются однополярные импульсы с постоянной токовой составляющей, в связи с чем магнитопровод находится в состоянии постоянного подмагничивания. Ниже показана принципиальная схема подключения такого устройства.

схема работы импульсного трансформатора. Как видите, схема подключения практически идентична с обычными трансформаторами, чего не скажешь о временной диаграмме.

Временная диаграмма иллюстрирующая работу импульсного трансформатора

На первичную обмотку поступают импульсные сигналы, имеющие прямоугольную форму е_(t), временной интервал между которыми довольно короткий. Это вызывает возрастание индуктивности во время интервала t_u, после чего наблюдается ее спад в интервале (Т-t_u).

Перепады индукции происходят со скоростью, которую можно выразить через постоянную времени по формуле: τ_p=L/R_н

Коэффициент, описывающий разность индуктивного перепада, определяется следующим образом: ∆В=В_max– В_r

В_max – уровень максимального значения индукции;
В_r –остаточный.

Более наглядно разность индукций представлена на рисунке, отображающем смещение рабочей точки в магнитопроводном контуре ИТ.

График смещения

Как видно на временной диаграмме, вторичная катушка имеет уровень напряжения U₂, в котором присутствуют обратные выбросы. Так проявляет себя накопленная в магнитопроводе энергия, которая зависит от намагничивания (параметр i_u).

Импульсы тока проходящего через первичную катушку, отличаются трапецеидальной формой, поскольку токи нагрузки и линейные (вызванные намагничиванием сердечника) совмещаются.

Уровень напряжения в диапазоне от 0 до t_u остается неизменным, его значение е_t=U_m_.Что касается напряжения на вторичной катушке, то его можно вычислить, воспользовавшись формулой:

при этом:

Ψ – параметр потокосцепления;
S – величина, отображающая сечение магнитопроводного сердечника.

Учитывая, что производная, характеризующая изменения тока, проходящего через первичную катушку, является постоянной величиной, нарастание уровня индукции в магнитопроводе происходит линейно. Исходя из этого, допустимо вместо производной внести разность показателей, сделанных через определенный интервал времени, что позволяет внести изменения в формулу:

в этом случае ∆t будет отождествляться с параметром t_u , который характеризует длительность, с которой протекает входной импульс напряжения.

Чтобы вычислить площадь импульса, с которым напряжение образуется во вторичной обмотке импульсного трансформатора, необходимо обе части предыдущей формулы умножить на t_u. В результате мы придем к выражению, которое позволяет получить основной параметр ИТ:

U_m x t_u=S x W₁ x ∆В

Заметим, что от параметра ∆В прямо пропорционально зависит величина площади импульса.

Вторая по значимости величина, характеризующая работу ИТ, – перепад индукции, на него влияют такие параметры, как сечение и магнитная проницаемость сердечника магнитопровода, а также числа витков на катушке:

Здесь:

L – перепад индукции;
µ_а – магнитная проницаемость сердечника;
W₁ – число витков первичной обмотки;
S – площадь сечения сердечника;
l_cр – длинна (периметр) сердечника (магнитопровода)
В_r – величина остаточной индукции;
В_max – уровень максимального значения индукции.
H_m – Напряженность магнитного поля (максимальная).

Учитывая, что параметр индуктивности импульсного трансформатора полностью зависит от магнитной проницаемости сердечника, при расчета необходимо исходить из максимального значения µ_а, которое показывает кривая намагничивания. Соответственно, что у материала, из которого делается сердечник, уровень параметра В_r, отображающий остаточную индукцию, должен быть минимальным.

Исходя из этого, в качестве на роль материала сердечника ИТ, идеально подходит лента, изготовленная из трансформаторной стали. Также можно применять пермаллой, у которого такой параметр как коэффициент прямоугольности, минимальный.

Высокочастотным импульсным трансформатором идеально подходят сердечники из ферритовых сплавов, поскольку этот материал отличается незначительными динамическими потерями. Но из-за его низкой индуктивности приходится делать ИТ больших размеров.

Электронный автотрансформатор

Более современным способом регулировки является использование электронных устройств. Любое из них можно изготовить своими руками.

Тиристорный регулятор

Простейшая схема такого приспособления представляет собой переменный резистор, включенный между анодом и управляющим электродом тиристора. Это позволяет получать пульсирующее постоянное напряжение и управлять им в диапазоне 0-110В.

Для регулировки переменного напряжения 0-220В применяется встречно-параллельная схема соединения, а резистор включается между управляющими электродами.

Вместо двух тиристоров целесообразно применение симистора, а в качестве схемы управления использовать диммер для ламп накаливания.

Транзисторное управление

Самая качественная регулировка получается при использовании транзисторного регулятора. Он обеспечивает плавное изменение и правильную форму выходного напряжения.

Недостаток этой схемы в нагреве выходных транзисторов. Для его уменьшения и повышения КПД целесообразно подключить регулятор к выходным клеммам автотрансформатора – грубая регулировка осуществляется переключением обмоток, а плавная при помощи транзисторов.

ШИМ-регулятор

Самым современным способом является применение ШИМ-контроллера (широтно-импульсная модуляция). В качестве силовых элементов полевые или биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).