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.
Коэффициент трансформации определяет способность агрегата менять напряжение в большую или меньшую сторону. Если он высокий, то прибор способен значительно менять вольтаж на выходе. Это необходимо, например, для передачи энергии на большую дальность. Такие приборы применяются на электростанциях. Если, наоборот, низкий, то устройство не способно значительно менять напряжение. Такие модели применяются внутри некоторой бытовой техники или систем электропитания, например, в стабилизаторах напряжения, ЛАТРах.
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.
