Трансформатор

Трансформатор

Виконала:

учениця 11-А класу

Євлахович Ірина

Зміст1. Що таке трансформатор

2. Історія створення

3. Будова трансформатора

4. Принцип дії

5. Втрати енергії

6. Передача електроенергії

7. Різновиди трансформаторів

8. Режими роботи трансформатора

9. Застосування трансформаторів

Що таке трансформаторТрансформатор — статичний електромагнітний пристрій, що має дві або більше індуктивнозв'язані обмотки і призначений для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або кількох систем змінного струму в одну або декілька інших систем змінного струму без зміни частоти системи змінного струму. Тобто, це пристрій, що перетворює напругу змінного струму за незмінної частоти.

Історія створенняУ 1831 році англійським фізиком Майклом Фарадеєм при проведенні ним

основоположних досліджень було відкрите явище електромагнітної індукції, що

лежить в основі принципу роботи електричного трансформатора.

Вперше трансформатори, як такі були продемонстровані в 1882 році, хоча ще в 1876

році Яблочков П.М. запатентував аналогічний пристрій для створених ним

освітлювальних пристроїв — «свічок Яблочкова» (трансформатор з розімкнутим

сердечником, у вигляді стрижня, на який намотувались обмотки)

У 1885 р. угорські інженери Отто Блаті, Карой Зіперновскі і Мікша Дері винайшли

трансформатор із замкнутим магнітопроводом, що зіграло важливу роль у

подальшому розвитку конструкцій трансформаторів.

Велику роль для підвищення надійності трансформаторів зіграло застосування

масляного охолодження оливою, що суттєво підвищувало надійність ізоляції обмоток

(кінець 1880-х років, Д. Свінберн).

З винайденням трансформатора виник технічний інтерес до змінного струму.

Електротехнік російського походження М.О. Доліво-Добровольський у 1889 р.

розробив для німецької фірми «Allgemeine Elektrizität-Gesellschaft» перший

трифазний трансформатор. На електротехнічній виставці у Франкфурті-на-Майні у

1891 р. учений демонстрував дослідну високовольтну електропередачу трифазного

струму на відстань 175 км (генератор мав потужність 230 кВт при напрузі 95 В).

У 1891 році Нікола Тесла винайшов резонансний трансформатор для генерування

високої напруги при високій частоті.

Будова трансформатораНайпростіший трансформатор складається з обмоток на спільному замкненому феромагнітному осерді. Одна з обмоток під'єднана до джерела змінного струму. Ця обмотка називається первинною. Інша обмотка, вторинна, служить джерелом струму для навантаження. Кожна з обмоток має певну кількість витків (N1 і N2).

Схематична будова ідеального

трансформатора

Принцип діїВ основі принципу роботи електричного трансформатора лежить явище електромагнітної індукції. Створений струмом у первинній обмотці змінний магнітний потік викликає появу ЕРС у вторинній обмотці, оскільки обидві обмотки мають спільне осердя. Співвідношення ЕРС у вторинній обмотці й напруги на первинній залежить від кількості витків у обох обмотках.

Таким чином, перетворення напруги й сили струму в трансформаторі визначається кількістю витків у первинній та вторинній обмотках. Напруга пропорційна кількості витків, тоді як сила струму обернено пропорційна їй.

P – величини, що стосуються

первинної обмотки, S –

відповідні величини для

вторинної обмотки, U –

напруга, N — кількість

витків, I – сила струму

K – коефіцієнт трансформації,

Е – електрорушійна сила, U –

напруга, N – кількість витків

Втрати енергіїУ реальних трансформаторах енергія не передається від первинного кола до вторинного

без втрат. Існує низка фізичних причин, що їх зумовлюють, зокрема

активний опір обмоток (при високій частоті опір збільшується завдяки скін-ефекту та

ефекту близькості, які зменшують площу перерізу провідника, через який протікає

струм);

перемагнічування осердя (ці втрати для конкретної речовини осердя пропорційні

частоті й залежать від пікового потоку магнітного поля через осердя);

індукційні струми Фуко (змінне магнітне поле в осерді породжує змінне індукційне

електричне поле, яке викликає додаткові індукційні струми, що теж призводять до

нагрівання);

втрати на механічні коливання (первинна й вторинна обмотка притягаються й

відштовхуються у змінному магнітному полі, змушуючи також коливатися і корпус

трансформатора);

магнітний потік, що виходить за межі осердя, сам по собі не призводить до втрати

енергії, але він може призводити до появи індукційних струмів Фуко в металевих

деталях корпусу й кріплення.

Втрати у трансформаторах залежать від навантаження, які в основному зумовлені опором

обмоток, тоді як причиною втрат при повному навантаженні зазвичай є гістерезис та

індукційні струми. Загалом, великі трансформатори мають коефіцієнт корисної дії, до 98%.

Трансформатори з надпровідних матеріалів можуть збільшити цей коефіцієнт до 99,85%.

Передача електроенергії

Різновиди трансформаторівСиловий трансформатор — стаціонарний прилад з двома або більше обмотками, який перетворює систему змінної напруги та струму в іншу систему змінної напруги та струму різних значень при тій же частоті з метою передачі електроенергії без зміни її потужності при передаванні.

Автотрансформатор – трансформатор, дві або більше обмоток якого мають спільну частину, а також декілька виводів, при підключенні до яких, можна отримувати різні напруги.

Узгоджувальний трансформатор – трансформатор, призначений для вмикання між двома колами з різними комплексними опорами з метою оптимізації потужності сигналу, що пересилається; забезпечує створення гальванічної розв'язки між ділянками схем.

Вимірювальний трансформатор – трансформатор, призначений для пересилання інформаційного сигналу вимірювальним приладам, лічильникам, пристроям захисту і керування; поділяються на трансформатори струму і трансформатори напруги.

Імпульсний трансформатор – трансформатор з феромагнітним осердям для перетворення імпульсів електричного струму або напруги з тривалістю імпульсу до десятків мікросекунд з мінімальним спотворенням форми імпульсу.

Резонансний трансформатор – трансформатор, що працює на резонансній частоті коливального контуру, утвореного однією або декількома із його обмоток підключенням до електричного конденсатора.

Силовий трансформатор Автотрансформатор

Узгоджувальний

трансформатор

Вимірювальний


Імпульсний


Резонансний


Режими роботи трансформатораРежим холостого ходу

Трансформатор може працювати в режимі холостого ходу, коли вторинне коло розімкнене (навантаження відсутнє). За допомогою дослідження холостого ходу можна визначити ККД трансформатора, коефіцієнт трансформації, а також втрати в осерді.

Режим короткого замикання

Режим короткого замикання можна отримати в результаті замикання вторинної обмотки на коротко. Це аварійний режим, що може призвести до виходу з ладу трансформатора. При цьому струм у вторинній обмотці може бути у 20…30 разів більшим за номінальний. Тому слід відрізняти режим короткого замикання від досліду короткого замикання. За допомогою останнього можна визначити втрати корисної потужності на нагрівання проводів в колі трансформатора. Даний режим широко використовується у вимірювальних трансформаторах струму.

Режим навантаження

Режим роботи трансформатора, при якому вторинна обмотка замкнута на опір, називається режимом роботи трансформатора під навантаженням. При такому режимі роботи у вторинній обмотці буде протікати струм, який створить свій магнітний потік, який за правилом Ленца має зменшити зміни магнітного потоку в осерді. Це призводить до автоматичного збільшення сили струму в колі первинної обмотки. Цей трансформатор перетворює змінний струм таким чином, що добуток сили струму на напругу приблизно однаковий у первинній і вторинній обмотках.

Застосування трансформаторівДля передачі і розподілу електричної енергії

Для підвищення напруги ліній електропередачі

для перетворення електричної енергії в електричних мережах і установках, що приймають і використовують її

Для забезпечення потрібної схеми включення вентилів в перетворювальних пристроях і узгодження напруги на вході і виході перетворювача

Для різних технологічних цілей: зварки, живлення електротермічних установок і ін.

Для включення приладів електровимірювань в електричні ланцюги, по яких проходять великі струми, з метою розширення меж вимірювання і забезпечення електробезпеки

Для живлення, розділення електричних ланцюгів і узгодження напруги радіо- і телевізійної апаратури, пристроїв зв′язку, автоматики і телемеханіки, електропобутових приладів

Трансформатор

Science