Трансформатор тока: применение и виды

В этой статье мы поговорим о преобразователях одного напряжения в другое. Само слово трансформатор происходит от латинского слова transformo, что значит преобразовывать, изменять или переделывать, сохранив суть. Так ли это на самом деле? Недаром ли говорят, что этот трансформатор является таким же чудом света, как египетские пирамиды, висячие сады Семирамиды? Одним словом, живым памятником творения рук человека.

Что такое трансформатор тока

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое служит для передачи энергии между двумя или более системами на основе закона электромагнитной индукции. Именно такое определение трансформатору даёт нормативная документация.

Идея состоит в том, чтобы подключить первую схему к первичной обмотке, состоящую из множества витков проволоки, создающих концентрированную зону с сильным магнитным полем внутри катушки. Затем разместить вторичную обмотку (или несколько), чтобы максимально возможное количество линий магнитного поля от первичной проходило через вторичную.

Это делают путем намотки первичной и вторичной обмотки в одно и то же пространство, но часто более удобным способом является использование магнитного сердечника из материала с высокой магнитной проницаемостью и малой магнитной силой. Линии магнитного поля хорошо проходят через материалы с высокой магнитной проводимостью – медь, алюминий.

Напряжение, приложенное к первичной обмотке, по закону Фарадея, будет увеличивать ток и создавать нарастающее магнитное поле. Согласно закону Фарадея, возникает обратное напряжение, равное скорости изменения магнитного потока, умноженного на количество витков в первичной. Скорость увеличения тока будет корректироваться до тех пор, пока это обратное напряжение не будет в равновесии с приложенным напряжением.

При этом вокруг первичной обмотки возникает магнитный поток, пересекающий витки вторичной обмотки. Изменяющийся магнитный поток во вторичной обмотке также индуцирует напряжение. Если количество витков в обмотках различно, то получится преобразование напряжения, чему соответствует само название «трансформатор». От меньшего или большего количества витков зависит какой, по сути, трансформатор: повышающий или понижающий.

Трансформаторы используют переменное электромагнитное поле для изменения напряжения питания. Они работают только с переменным током. Ток переменного значения легче генерировать и использовать в электродвигателях. Электричество наиболее эффективно передается при высоком напряжении, но для безопасного и эффективного использования оно должно иметь относительно низкое напряжение.

Простота генерации, трансформации и использования переменного напряжения – это то, почему переменный ток был принят в начале истории электроснабжения. Однако более эффективно передавать постоянный ток, поскольку потери ниже из-за постоянного высокого напряжения и уменьшения излучения энергии электромагнитного поля.

На практике используются только трансформаторы переменного тока, где входное напряжение постоянно меняет направление, и ток никогда не имеет возможности слишком сильно нарастать, чтобы не было перегрева и возгорания. Это электрическая машина, которая работает по принципу индукции и используется для преобразования компонентов электрической энергии на один набор проводов в другой набор, сохраняя при этом одну и ту же энергию на обоих концах.

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

Трансформатор постоянного тока не существует в виде традиционного устройства, работающего по принципу индукции Фарадея. Однако при моделировании силовых электронных преобразователей в модели стационарного контура иногда он используется.

Выбор трансформаторов

Основные компоненты

Существующие сегодня виды трансформаторов тока обладают определенными общими характеристиками. Все разновидности представленного оборудования имеют в своем составе три обязательных компонента – то, из чего состоит трансформатор. К ним относятся:

• Сердечник трансформатора (магнитопровод), набираемый из листов электротехнической стали толщиной 0 5 мм или 0 35 мм;
• Охлаждающая система. Чем больше мощность устройства, тем интенсивнее должна быть система охлаждения;
• Обмотки трансформатора, изготавливаемые из меди или алюминия.

Трансформаторные обмотки состоят из обмоточного провода и изоляционных деталей.

Чтобы использовать устройство, необходимо:

• Подготовить место для установки. Оно должно быть изолировано от публики ограждением или находиться в отдельно стоящем здании;
• Разместить и надежно подключить его к хорошо спроектированной сетке заземления;
• Подключить его к линиям высокого и низкого напряжения согласно нормам безопасности;
• Опробовать работу установленного устройства.

Классификация и разновидности

Различают следующие типы трансформаторов:

1. В зависимости от числа фаз:

• однофазные, применяемые для однофазных нагрузок;
• трехфазные, используемые для трехфазной системы повышения и понижения напряжения.

1. В соответствии с режимом охлаждения:

• сухого типа с воздушным охлаждением;
• с масляным охлаждением компонентов.

3. По назначению:

• для линий передачи и распределения напряжения;
• для подключения измерительного прибора (например, электросчётчика) и релейных устройств защиты;
• для испытания электрооборудования на высокое напряжение;
• для выпрямления, регулировки.

4. По количеству обмоток трансформатора:

• двухобмоточный трансформатор, предназначенный для подключения двух энергосистем с различной степенью мощности;
• трехобмоточный, обычно используемый в трансформаторной подстанции региональной силовой установки, соединяющей три уровня напряжения;
• трансформатор самоподключения, предназначенный для подключения к разным напряжениям силовой системы. Также может применяться как обычный усилитель.

5. По конструкции:

• трансформатор с ферромагнитным сердечником, применяемый для высоковольтного силового трансформатора;
• трансформаторы с магнитопроводами из аморфных сплавов. Благодаря использованию новых магнитных материалов в этих устройствах, ток холостого хода снижен примерно на 80%. Это идеальный распределительный трансформатор с энергосберегающим эффектом, особенно подходящий для сельских электрических сетей и развивающихся регионов;
• трансформаторы с магнитопроводом, используемые для больших токов, например, в электропечах, для электросварки или в электронных приборах, телевизоре.

Для выбора того или иного устройства нет жестких правил. Но есть некоторые тенденции, которые основаны на практике применения.

Распределительный трансформатор

Например, силовые трансформаторы сухого типа с магнитопроводом популярны в приложениях высокого напряжения, таких как распределительные и силовые трансформаторы. Высокое напряжение соответствует высокому магнитному потоку. Статические потери – это потери на перемагничивание магнитопровода. Для того чтобы потери были небольшими, нужно использовать более толстый сердечник. Также при высоком напряжении требуется высокопрочная изоляция.

Импульсные трансформаторы популярны в низковольтных приложениях, электронных схемах и силовых электронных преобразователях. При низком напряжении по объему требуется больше медных проводов, чем железного сердечника. Таким образом, всё должно быть сопоставимо относительно всего размера трансформатора. Здесь уже изоляция не играет такую важную роль и может быть тонкой и легкой.

Авто трансформатор – это специальная разновидность устройства, в котором первичная и вторичная обмотка соединяются вместе.

Что такое трансформаторная нагрузка

Нагрузка подключается к выходу устройства согласно номинальной выходной мощности или величине рабочего тока системы. Физически трансформаторная нагрузка подключается как вторичная система. Эта система сохраняет выходные параметры устойчивыми, поглощая энергию, превышающую пороговую величину, или недостающую мощность, когда она опускается ниже допустимой границы. Нагрузка силовой трансформации является ссылкой на допуск к использованию.

Трансформатор – это устройство, которое перемещает энергию от одной системы к другой, например, к стандартной электрической сети. Он, как правило, представляет собой компонент модульного бокса, соединяющего систему энергетической компании с бытовыми системами. От фидеров трансформаторной подстанции отходят кабельные линии передач, подводимые к домам и предприятиям.

Эти системы работают на основе процесса, называемого индукцией. В этом случае две системы расположены достаточно близко друг к другу, чтобы электричество переходило из одной системы в другую. Нагрузка позволяет электричеству перемещаться в системе. Когда энергия течёт от источника питания по линии передачи, напряжение появляется в энергоприемниках. Этот процесс также является формой индукции – нагрузка и катушки трансформатора не касаются друг друга.

Система обеспечивает базовую стабильность качества электричества, подаваемого на объекты. Когда трансформатор работает слишком сильно, система снижает мощность. И при обратной картине, наоборот, заряженные катушки позволяют нагрузке добавлять дополнительную мощность в систему. Это предотвращает появление пиков в локальной системе, что увеличивает срок службы подключенной электроники.

В мире все естественным образом стремится к равновесию и стабильности. Система электроснабжения также стремится уравновесить потенциал, перемещая электричество с одного конца в другой, несмотря на то, что трансформаторная нагрузка и локальная система не соединены друг с другом. Если бы они были соединены, это привело бы к большому всплеску энергии и создало короткое замыкание.

Поскольку трансформатор является источником питания, он рассчитан на определенную величину мощности. Когда количество энергии, протекающей через устройство, падает ниже рекомендованной величины, это может привести к отключению электроэнергии в локальной системе. Если мощность превышает ее номинал, это может привести к перегрузке и повреждению системы.

Все трансформаторы должны иметь табличку с характеристиками или другие маркировки, показывающие номинальные напряжения для различных обмоток.

Если превысить эти напряжения, то есть риск возникновения отказа:

• насыщенность сердечника,
• отказ изоляции.

Мощные трансформаторы

Области использования

Трансформатор в основном используется для трех работ:

1. Изменения параметров (напряжение и ток) при неизменной частоте и мощности;
2. Для фильтрации постоянного тока, поскольку постоянный ток не может проходить через трансформатор из-за использования катушки, индуктивное сопротивление равно:

XL = 2 * pi * f * l, здесь f = 0 для постоянного тока.

3. Согласование импеданса – в некоторых случаях, когда требуется определенный импеданс для максимальной передачи мощности.

Дополнительная информация. Импеданс – это сопротивление потоку переменного тока через проводящий материал.

Применение трансформатора при передаче электроэнергии на большие расстояния помогает контролировать возникающие большие напряжения. Некоторые разновидности устройств используется для измерения, контроля, изоляции и защиты.

Измерительные трансформаторы тока

Трансформатор – это электрическое устройство, используемое для повышения или понижения напряжения переменного тока. При этом используется простое явление взаимной индукции для преобразования энергии от одной обмотки к другой. Количество обмоток с каждой стороны определяет коэффициент увеличения или понижения. Во всем этом преобразовании мощность с каждой стороны и частота остаются такими же.

Знать, какие бывают трансформаторы и зачем они нужны необходимо всем, тогда будут понятны многие другие вещи, связанные с электротехникой и электричеством. Можно даже самому сделать преобразующий трансформатор по технологии намотки и сборки, важно лишь не отступать от неё.

Видео