Что это такое трансформатор?
Это отдельный электромагнитный прибор или элемент внутри устройства (DVD-проигрывателя, телевизора, холодильника или стабилизатора напряжения), который выполняет преобразование переменного тока одного значения в другое, сохраняя его частоту.
В любом трансформаторе заложен принцип электромагнитной индукции, при котором в замкнутом проводящем контуре при проходящем магнитном потоке возникает электрический ток.
Трансформатор способен понизить или повысить напряжение переменного тока до необходимой величины. Это позволяет решить задачу передачи и распределения электричества. С помощью него можно эффективно распространять электроэнергию на дальние расстояния, адаптировать вольтаж под разные потребности и для разных потребителей тока.
Самый простой пример их применения – если электростанция вырабатывает ток с небольшим напряжением, трансформатор повышает его значение до несколько тысяч вольт, чтобы снизить потери при его передаче на большое расстояние. Перед тем, как попасть потребителю, вольтаж с помощью другого трансформатора снижается до нужной величины.
Кроме преобразования электроэнергии, трансформаторы способны выполнять другие функции:
- Создавать гальваническую развязку. За счет того, что его обмотки связаны между собой индукционно, он выполняет передачу энергии без непосредственного электрического контакта. Это позволяет защитить электроприборы от сбоев в работе или повреждений, вызванных возможными авариями на линии.
- Выполнять измерение параметров тока, тестировать электрооборудования. Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) с ручной регулировкой выходного напряжения позволяет проводить эксперименты и опыты при разных значениях напряжения. Например, российский производитель систем электропитания «Штиль» выпускает демонстрационный стенд ДРС-001, который работает на основе ЛАТРа. Он служит для проверки функционирования стабилизаторов напряжения переменного тока и реле контроля напряжения розеточного типа, а именно: рабочего диапазона входного вольтажа, быстродействия, наличия защиты от сетевых аварий и КЗ.
Тестирование стабилизатора на демонстрационном стенде ДРС-001
Где применяются?
Трансформаторы встречаются везде, где есть необходимость понизить или повысить значение переменного тока:
- в энергетике (на любой электростанции для высоковольтных передач и преобразования энергии потребителям);
- в промышленности (для многих станков, силовых агрегатов требуется трансформация тока под заданные характеристики);
- в бытовом, коммерческом секторе (внутри блоков питания, зарядных устройств, передатчиков, усилителей, осветительных приборов и электроинструментов);
- на транспорте (в электровозах, электричках, электромобилях).
Из чего состоят?
Приборы имеют простую структуру. В основном они состоят из следующих конструктивных элементов:
- замкнутого магнитопровода (сердечника) – компонента, по которому проходит магнитный ток. Он изготавливается из стальных пластин для уменьшения токовых потерь. Может быть тороидальной, стержневой и броневой формы;
- двух катушек (первичной и вторичной) с проволочной медной обмоткой, которые установлены на сердечнике. Они электрически изолированы друг от друга, но индукционно связаны между собой. Первичная катушка (считается входной) подключается к источнику переменного напряжения, на неё подается питание. Со вторичной катушки (выходной) измененный вольтаж забирается, она подсоединяется к нагрузке. В зависимости от геометрии сердечника, обмотки бывают цилиндрическими, пластинчатыми или дисковыми;
- корпуса – необходим для защиты от внешних воздействий на сердечник и обмотки. Как правило, металлический, что служит для оптимального отвода тепла во время преобразования электричества.
Принцип действия
Принцип их действия заключается в образовании переменного тока в замкнутом контуре при возникновении магнитного тока. Этот процесс выполняется по следующему алгоритму:
- сначала переменный ток поступает от источника питания на первичную обмотку. При прохождении его через катушку возникает магнитное поле;
- далее магнитный поток индуцирует электричество на второй катушке с определенным коэффициентом трансформации (зависит от соотношения количества витков первичной и вторичной обмоток);
- со вторичной обмотки переменный ток с заданным номиналом поступает на потребителей.
Какие бывают виды?
По назначению в основном распространены следующие виды трансформаторов:
- силовые, которые служат для передачи электроэнергии;
- сетевые – для питания отдельных нагрузок;
- измерительные или испытательные – для выполнения замеров параметров тока и испытаний электротехники.
По соотношению напряжения первичной и вторичной обмоток делятся на:
- понижающие (если на вторичной катушке меньшее напряжение);
- повышающие (если оно больше);
- разделительные или развязывающие (когда значение напряжения входе такое же, как и на выходе, применяются для обеспечения электробезопасности).
По числу фаз трансформаторы могут быть однофазными и трехфазными с тремя группами обмоток на одном сердечнике (одна группа располагается на каждой питающей фазе).
По мощности, т.е. силе тока, которую может пропустить через себя устройство и подать на нагрузку. Зависит от сечения и объема обмоток. Чем больше трансформатор, тем более мощную нагрузку он может обеспечить электропитанием.
Трансформаторы в стабилизаторах напряжения
Трансформаторы применяются в релейных, электромеханических, тиристорных и симисторных стабилизаторах. Они являются базовым компонентом таких устройств и отвечает за коррекцию выходного вольтажа.
Коммутирующий элемент в стабилизаторах (силовые реле, сервопривод или блок тиристоров/симисторов) снимает вольтаж с того сегмента (обмотки) трансформатора, которая наиболее приближена к значению 220/230 В и подает его на нагрузку.
Инверторные стабилизаторы имеют иное строение. У них нет трансформатора и блока коммутации. Вместо них установлен выпрямитель и инвертор, за счет которых обеспечивается мгновенное срабатывание на сетевые перепады в широком диапазоне 90-310 В, непрерывное электропитание потребителей высококачественным сигналом с минимальной погрешностью (±2%) и чистым синусом.
