http___blog.vikiwat.com_author_dimitar-kostov_page_2__1.xml
http___blog.vikiwat.com_transformers_.xml
1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 13.1 14.1 15.1 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 17.1 18.1 18.2 19.1 19.2 19.3 20.1 20.2 21.1 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 29.2 29.3 29.4 30.1 30.2 30.3 30.4 30.5 30.6 30.7 30.8 30.9 30.10 30.11 30.12 30.13 30.14
Трансформаторът е статично електрическо устройство пренасящо чрез електромагнитна идукция променливотокова електрическа енергия от една (или повече) електрическа система към друга (или други), без изменение на честотата. Състои се от две или повече намотки навити около общ магнитопровод, галванически разделени една от друга. Намотката, на която се подава напрежение, се нарича първична, а напрежението – входящо. Напрежението, което се получава на изхода се нарича изходящо, а намотката – вторична. Принцип на работа Работата на трансформатора се основава на два основни принципа: Променливият във времето електрически ток в първичната намотка създава променливо във времето електромагнитно поле. Електромагнитното поле създава чрез електромагнитна индукция променлив електрически ток във вторичната намотка. Електромагнитната индукция във вторичната намотка е:съответно в първичната намотка е: Където: U2 e напрежението на вторичната намотка; N2 е броят навивки на вторичната намотка; Ф сумарният магнитен поток през една навивка; Ако разделим вторичното на първичното напрежение, получаваме: С цел намаляване на загубите, намотките са навити на магнитопровод от феромагнитен материал. Съществуват трансформатори, работещи на високи и свръхвисоки честоти, които са без магнитопровод. При идеалният трансформатор всички магнитни силови линии преминават през всички навивки и променливото магнитно поле създава еднаква електродвижеща сила във всяка навивка, така че сумарната електродвижеща сила е пропорционална на броя на навивките на намотката. В идеалният трансформатор също така цялата първична мощност се трансформира без загуби в електромагнитно поле и след това в енергия във вторичната верига. В идеалният трансформатор входящата мощност е равна на изходящата мощност и е равна на произведението на тока и напрежението на първична страна, както е равна и на това произведение на вторичната страна: P1 и P2 са съответно мигновената стойност на мощността в първичната и вторичната верига. От последните две уравнения следва: Последното съотношение показва, че ако увеличим напрежението на вторичната страна, ще се намали тока. В реалният трансформатор съществува и ток на празен ход, когато трансформатора не е натоварен (вторичната верига е отворена), това води до поява на пиков пусков ток в първичната верига, няколко пъти по-голям от номиналния, и той трябва да се отчита, когато се проектират токови защити на трансформатори, при избор на комутационна апаратура и т.н.. Съществуват също така междунамотъчна, междувиткова и междуслойна капацитивност, защото при наличие на проводници разделени с диелектрик и достатъчно близо един до друг, винаги възниква паразитен капацитет. Освен режимът на празен ход има и режим на късо съединение. При него на първичната страна се подава неголямо напрежение, при свързана накъсо вторична, с цел измерване на загубите в намотките на трансформатора. Използва се обикновено при измерване на загубите на токовите трансформатори. Разбира се има и режим на натоварване, който е нормалният режим на работа на трансформатора. При свързване на товар към вторичната намотка, започва да тече вторичен ток, който създава магнитно поле с направление, противоположно на направлението на магнитното поле на първичната намотка в резултат на това се нарушава равенството между ЕМП от индукция и ЕМП от захранването, което води до увеличаване на тока в първичната намотка, докато постепенно магнитния поток не достигне предишната си стойност. Загуби в трансформатора Определянето на загубите в трансформатора и стремежа към тяхното намаляване е важно, защото техният размер е обратно пропорционален на КПД-то. Загубите в трансформатора се състоят главно от загуби от нагряването на магнитопровода, загуби от хистерезис и загуби от вихрови токове. Ако магнитопроводът е от монолитен железен блок загубите от вихровите токове ще са значителни, затова той се прави от електромагнитни стоманени ламели с добавен силиций слепени във формата на магнитопровода. Поради голямата необходимост от стомана със специални електромагнитни свойства с ниски загуби за производството на трансформатори, е намерило публичност понятието трансформаторна стомана. Формата на магнитопровода също е от съществено значение за снижаване на загубите в трансформатора, но ще се спрем на този въпрос при разглеждането на видовете трансформатори. Не е тайна, че размерът на трансформатора зависи от неговата мощност, като при качествена трансформаторна стомана и оптимална форма на магнитопровода този размер клони към минимум. Ако се чудите каква е точната зависимост на габаритите на трансформатора от неговата мощност ето една практична формула: Видове трансформатори Според броя на фазите биват: еднофазни, трифазни, многофазни. Според големината на изходното напрежение спрямо входното биват: повишаващи, понижаващи, разделителни. Според охлаждането биват: сухи и маслени. Според формата на магнитопровода и общия външен вид биват: Ш – образни, PL – образни, тороидални, капсуловани (за печатен монтаж). Според предназначението: силови (за електроенергетиката, промишлеността селското стопанство), автотрансформатори (служат за изменение на напрежението в определени граници), измервателни (за измерване на ток и напрежение, когато стойностите им са неподходящи за непосредствено измерване с измервателните апарати). Съществуват и т.н. въртящи (или завъртащи се) трансформатори. Конструктивно те представляват малогабаритна индукционна електрическа машина с променлив коефициент на връзката между намотките (променлив коефициент на взаимна индукция) т.е. променлив коефициент на трансформация. Принципно представляват сензор за ъгъл на завъртане. Използват се в корабите за завъртане на руля на кораба. Роторът на въртящия се трансформатор е направен от електротехническа стомана и представлява магнитен комутатор. Върху ротора няма намотки, което позволява да се намалят размерите и теглото му. При безконтактният въртящ се трансформатор няма четков контакт (оттук названието „безконтактен”) и е без гъвкави проводници, препятстващи лесното завъртане на ротора и понижаващи надеждността на работа. Статорът на въртящия се трансформатор е направен като статора на ел. двигател и има четири явно изразени полюса. На два съседни полюса е разположена едната бобина на първичната намотка, a на другите два – бобините на вторичните намотки. Бобините на вторичните намотки имат еднакъв брой навивки и са навити противоположно. Към първичната намотка се подава променливо напрежение. Променливият ток, като протича през първичната намотка, създава променлив магнитен поток. От своя страна магнитният поток индуктира във всяка от вторичните намотки електродвижещи напрежения (ЕДН) с амплитуда и фаза, зависещи от положението на ротора. Така например ако роторът е разположен симетрично спрямо полюсите на вторичните намотки, магнитният поток се разпределя (от ротора) равномерно и във вторичните намотките се индуктират равни по амплитуда, но противоположни по фаза ЕДН, общото ЕДН, което се получава на изходните клеми на въртящия се трансформатор, е равно на нула. При завъртане на ротора от средно положение равномерността на разпределяне на магнитния поток между полюсите на вторичните намотки се нарушава, тъй като магнитната проводимост на единия чифт полюси (на първичната и на вторичните намотки) се увеличава, а на другия чифт се намалява. Увеличението на магнитния поток, преминаващ през навивките на едната вторична намотка, предизвиква увеличение на ЕДН1. В същото време намаляването на магнитния поток в другата намотка води до понижаване на ЕДН2. Благодарение на това на изходните клеми на трансформатора се появява резултантно ЕДН различно от нула.
1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 3.1 4.1 5.1 5.2 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 13.1 14.1 15.1 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 17.1 18.1 18.2 19.1 19.2 19.3 20.1 20.2 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1
A transformer is a static electrical device which transfers AC electrical energy from one (or more) electrical system to another (or others) through electromagnetic induction, without changing the frequency. It consists of two or more coils wound around a common magnetic core, galvanically separated from each other. The coil, which is energized, is called primary winding, and the voltage – input voltage. The voltage which is obtained at the output is referred to as an output voltage, and the coil –the secondary winding. Principle of operation The operation of the transformer is based on two main principles: The time-varying electric current in the primary winding creates a time-varying electromagnetic field. The electromagnetic field generates alternating electric current in the secondary winding by electromagnetic induction. The electromagnetic induction in the secondary winding is and respectively in the primary winding it is: Where: U2 is the voltage of the secondary winding; N2 is the number of turns of the secondary winding; Ф is the cumulative magnetic flux through one turn; If we divide the secondary voltage to the primary voltage, we get: In order to reduce losses, the coils are wound around a magnetic core of ferromagnetic material. There are transformers operating at high and ultra-high frequencies that don’t have a magnetic core. In the ideal transformer all magnetic power lines go through all turns and the variable magnetic field generates one and the same electromotive force in each turn, so the total electromotive force is proportional to the number of turns of the coil. Moreover, in the ideal transformer the whole primary power is converted without any losses into an electromagnetic field and then into energy in the secondary circuit. In the ideal transformer the input power is equal to the output power and it also equals to the product of the current and the voltage of the primary side, as well as to this product of the secondary side: P1 and P2 are respectively the instantaneous values of the power in the primary and in the secondary circuit. From the latter two equations it follows that: The latter ratio shows that if we increase the voltage of the secondary side, this will reduce the current. In the real transformer there is also idle current when the transformer is not loaded (the secondary circuit is open). This generates peak inrush current in the primary circuit, which is several times larger than the rated current, and it must be taken into account when circuit protections of transformers are designed, when selecting switchgear, etc. There is also inter-coil, inter-winding and inter-layer capacitance, because in the presence of conductors which are separated by a dielectric and are close enough to each other, there is always parasitic capacity. Except for the idle mode, there is also a short-circuit mode. In the short-circuit mode small voltage is fed to the primary side, while the secondary side is short-circuited, in order to measure the losses in the windings of the transformer. It is usually used when measuring the losses of current transformers. Of course there is a loading mode which is the normal operating mode of the transformer. When connecting a load to the secondary winding, this leads to the flow of secondary current which generates a magnetic field directed opposite to the direction of the magnetic field of the primary winding. As a result the equation between the induction EMF and the power supply EMF is broken, leading to an increase in the current in the primary winding, while gradually the magnetic flux reaches its previous value. Transformer losses It is important to specify the transformer losses and try to reduce them because their size is in inverse ratio to the performer’s efficiency. The losses in the transformer are mainly losses from the heating of the magnetic core, hysteresis losses and eddy current losses. If the magnetic core was made of a solid iron unit, the eddy current losses would be significant, that is why it is made of electromagnetic steel lamellae with added silicon, bonded in the shape of the magnetic core. The transformer steel has become very popular due to the great necessity of steel with special electromagnetic properties and low losses for the production of transformers. The shape of the magnetic core is also essential for reducing the losses in the transformer, but we will discuss this when we talk about the types of transformers. It is no secret that the size of a transformer depends on its power and with quality transformer steel and optimal shape of the magnetic core this size is reduced to a minimum. If you are wondering how the transformer’s dimensions depend on its power, here is a practical formula: Types of transformers According to the number of phases they are: single-phase, three-phase, poly-phase. Depending on the magnitude of the output voltage compared to the input voltage they are: power-enhancing, power-reducing and separating. According to the cooling they are: dry and oil. According to the shape of the magnetic core and the overall appearance they are: E-form, PL-form, toroidal, encapsulated. According to their function they are: power (used in power industry and agriculture), autotransformers (used to change the voltage within definite limits), measuring (for measuring current and voltage when their values are unsuitable for direct measuring).