Трансформатор: виды трансформаторов и назначение

Среди современных устройств электротехники одним из самых распространенных является трансформатор. Этот агрегат широко используется как в бытовых приборах, так и силовой электронике. Его действие заключается в преобразовании тока. Причем изменять его величину трансформатор может как в большую, так и меньшую сторону.

Определенным устройством обладает трансформатор. Виды трансформаторов разнообразны. Они имеют некоторые конструкционные и функциональные отличия. Чтобы понять, что собой представляет подобное оборудование, а также особенности его эксплуатации, каждый вид следует рассмотреть подробно.

Устройство

Существующие сегодня виды трансформаторов тока обладают определенными общими характеристиками. Прибор имеет в своей системе одну, две и больше обмоток. Они расположены на один сердечник. Представленные сегодня в продаже трансформаторы отличаются способом изготовления. Их надежность зависит от производителя. Рабочие характеристики таких видов оборудования также схожи.

Трансформатор не предназначен для преобразования постоянного тока. В противном случае это приведет к перегреву проводника. Трансформаторы способны работать исключительно с переменным, импульсным и пульсирующим током.

Все разновидности представленного оборудования имеют в своем составе три обязательных компонента. К ним относится магнитопровод, охлаждающая система и обмотка. Первый компонент еще называют сердечником.

Принцип работы

Рассматривая назначение и виды трансформаторов, следует сказать несколько слов об их функциональных качествах. В таком оборудовании присутствует первичная и вторичная обмотка. К первой катушке подводится первоначальное напряжение. Его требуется повысить или понизить.

Вторичные обмотки могут состоять из одной или нескольких катушек. С них передается трансформированное напряжение. В основу работы такого прибора положен закон Фарадея. Магнитный поток, который изменяется во времени через ограниченную контуром площадку, формирует электродвижущие силы. Помимо этого, ток, который изменяется во времени, может индуцировать непостоянное магнитное поле.

На схемах трансформатор изображают как две (или более) катушки. Между первой и вторичными обмотками проходит вертикальная линия. Она изображает сердечник (магнитопровод). При выполнении возложенных на него функций трансформатор обладает малыми потерями энергии. Это сделало представленное оборудование востребованным.

Рабочие режимы

Существующие виды работы трансформатора можно выделить в 3 группы. К ним относится холостой ход, короткое замыкание и рабочий режим. В первом случае выводы вторичной обмотки никуда не подключаются. В этом режиме, если сердечник изготовлен из мягкого магнитного материала, ток покажет потери.

При коротком замыкании выводы катушек вторичной обмотки соединяются между собой. При этом на первичную обмотку будет подаваться незначительное напряжение. Этот режим присутствует в измерительных разновидностях трансформаторов.

При активной нагрузке возникают напряжения на концах всех типов обмотки. Если на вторичной обмотке это значение выше, трансформатор называется повышающим. И наоборот. Степень трансформации определяется при помощи заданного коэффициента.

Классификация

Существует несколько подходов к классификации представленного оборудования. Это позволяет понять его устройство и функции. Существующие виды трансформаторов тока могут классифицироваться по назначению. В этом случае выделяются приборы напряжения, измерительные, лабораторные, защитные, промежуточные типы.

По способу установки также выделяют несколько групп. От этого зависят условия, в которых может эксплуатироваться техника. Трансформаторы могут быть внутренние и наружные, стационарные, шинные или опорные, а также переносные.

Ступеней в системе может быть одна или несколько. По признаку номинального напряжения различают высоковольтные и низковольтные приборы. Если учитывать тип изоляции, можно также выделить несколько групп трансформаторов. Этот показатель зависит от технологии производства. Бывают приборы с компаундной, сухой и масляно-бумажной изоляцией.

Согласно со сферой применения, выделяют силовые, бытовые, сварочные, масляные, автотрансформаторы и т. д.

Силовой трансформатор

Существующие виды силовых трансформаторов относятся к низкочастотным приборам. Их применяют в силовых сетях предприятий, городов, поселков и т. д. Такое оборудование понижает напряжение в сети до требуемого значения 220 В.

Силовые трансформаторы могут иметь от двух и более обмоток. Они устанавливаются на броневом сердечнике. Чаще всего подобный конструкционный элемент изготавливают из электротехнической стали. Такой трансформатор помещается в бак со специальным маслом. Если мощность оборудования высокая, в ней применяется активное охлаждение.

Для электростанций применяются силовые трехфазные трансформаторы. Их мощность составляет до 4 тыс. кВт. Такие разновидности приборов позволяют добиться уменьшения на 15 % энергопотерь по сравнению с тремя однофазными трансформаторами.

Сетевые разновидности

В 80-е года прошлого века самым распространенным был сетевой трансформатор. Виды трансформаторов этого типа дорабатывались. Сегодня их изготавливают на Ш-подобном сердечнике, а также стержневых или тороидальных магнитопроводах. На них и устанавливаются обмотки.

При помощи подобного устройства напряжение, которое поступает из бытовой сети, понижается до требуемого значения (например, 12, 24 В). Самыми компактными считаются трансформаторы с тороидальным сердечником. Его магнитопровод полностью покрывается обмотками. При этом удается избежать появления пустого ярма.

Автотрансформатор

Существующие виды обмоток трансформатора очень разнообразны. Они могут быть регулирующими, основными, вспомогательными. Наиболее оригинальное строение имеет обмотка автотрансформатора. Это низкочастотный прибор. Его вторичная обмотка является составной частью первичной. Они связаны, как и в других видах трансформаторов, магнитно. Однако подобная обмотка сообщается также и электрически.

От одной катушки отходит несколько выводов, позволяя получить напряжение разного значения. Преимуществом такой конструкции является ее низкая стоимость. Провода для монтажа обмотки потребуется меньше. Также получается сэкономить на количестве материала сердечника. Вес автотрансформатора будет меньше, чем у других типов оборудования.

Однако в этом типе приборов отсутствует гальваническая развязка. Это недостаток автотрансформаторов. Такое оборудование применяется в автоматической технике управления, а также на высоковольтных коммуникациях. Сегодня большой популярностью пользуются трехфазные автотрансформаторы. Их соединенная обмотка образует треугольник или звезду.

Трансформатор тока и напряжения

Сегодня также выделяются определенные виды трансформаторов напряжения и тока. Все зависит о того, как функционирует прибор. Если он понижает ток, это, соответственно, трансформатор тока. Для регулировки напряжения также разработана определенная категория приборов.

Первичная обмотка трансформатора тока подключается к электричеству, а вторичная – к измерительным или защитным приборам. Чаще всего применяется первый тип устройств. Катушку с первичной обмоткой подключают в цепь последовательно. В ней измеряется переменный ток.

Сердечник такого оборудования изготавливают из шихтованной электротехнической стали. Ее производят холоднокатаным способом. Первичная обмотка чаще всего представляет собой шину. При работе подобного оборудования важно учитывать коэффициент трансформации.

Для промышленности могут выпускаться подобные приборы с несколькими группами вторичных обмоток. Одну из них соединяют с измерительными приборами (например, счетчикам), а вторую – к защитному оборудованию.

Импульсный трансформатор

Рассматривая, какие виды трансформаторов применяются сегодня, нельзя не сказать несколько слов об импульсных разновидностях представленных приборов. Они практически полностью вытеснили низкочастотные тяжелые трансформаторы. Их сердечник выполняется не из шихтовой стали, а из феррита. Форма магнитопровода может быть самой разной, например, чашка, кольцо, Ш-подобный тип.

Трансформаторы импульсного типа могут функционировать на высоких частотах (500 кГц и более). Благодаря такой особенности габариты подобных изделий значительно уменьшились. Требуется использовать меньше провода для обмотки.

Импульсные трансформаторы и дроссели с ферритовым стержнем сегодня применяются всюду. Их можно встретить в энергосберегающих лампочках, зарядных устройствах, мощных инверторах и т. д. Сфера их применения очень широка.

В некоторых трансформаторах импульсного типа применяется обратная схема питания. В этом случае прибор по своей сути является дросселем сдвоенного типа. При этом процессы приема и передачи электроэнергии протекают не одновременно.

Импульсный трансформатор тока

Чтобы иметь возможность измерять направление и величину тока, для импульсных схем часто применяется особый трансформатор. Виды трансформаторов этой группы имеют ферритовый сердечник. Чаще всего он имеет единственную кольцевую обмотку. Через ее центр продевается провод. В нем и исследуется ток. Обмотку при этом нагружают на резистор.

Измерение производится по несложной схеме. Если нагрузка выполняется на резистор известного номинала, то напряжение при замере на нем будет пропорциональным показателю тока обмотки.

В продаже присутствуют трансформаторы этого типа с различными показателями коэффициента трансформации. Если нужно узнать только направленность тока, прибор нагружается только двумя стабилизаторами, встроенными в схему.

Система защиты

Трансформаторы представляют собой надежное оборудование. Однако из-за различных повреждений может произойти аварийная ситуация. Поэтому применяются различные виды защит трансформатора.

Подобные системы отключают оборудование от сети при наличии повреждений. В зависимости от типа конструкции защита может отсоединить питание только от поврежденной части прибора. При обнаружении поломки система может подавать сигнал. При этом используют различные типы защиты автотрансформаторов.

Дифференциальная защита необходима при нарушениях целостности обмоток, ошиновки и вводов оборудования. Если же повреждения обнаруживаются со стороны источника питания, происходит токовое отсекание. Это защита мгновенного действия.

Газовая защита применяется при повреждениях внутри бака. При этом может выделяться газ. Также она срабатывает при понижении уровня масла.

Максимальная токовая или направленная защита позволяет уберечь оборудование от сверхтоков. Также в некоторых конструкциях может предусматриваться защита от замыкания на корпус и от перегрузки. Последняя система действует на сигнал, оповещая персонал.

Рассмотрев особенности конструкции и принцип работы, можно понять, что собой представляет трансформатор. Виды трансформаторов, существующие сегодня, отличаются по ряду признаков. Это влияет на их функциональность.