Что такое трансформатор: устройство, принцип работы, виды
В электрических сетях из-за нестабильного напряжения появляется перегрузка сети, помехи от других электрических приборов и нестабильность частоты. Это приводит к снижению эффективности работы электрических устройств, быстрому износу оборудования и увеличению энергопотерь, а в некоторых случаях к возгоранию проводки. Решить эти проблемы может однофазный трансформатор, который изменяет уровни напряжения и тока для стабильной работы электрической сети.
Устройство и принцип работы трансформаторов
Оборудование состоит из двух обмоток — первичной и вторичной, намотанных на общий магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного материала. Первичная обмотка подсоединяется к источнику переменного тока, в результате чего в сердечнике образуется изменяющееся магнитное поле. Это явление индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) во вторичной обмотке и изменяет уровень напряжения в зависимости от потребностей нагрузки.
Работать оборудование может в нескольких режимах:
- холостой ход — цепь нагрузки на вторичной обмотке разомкнута, электроэнергия не потребляется, только реактивный ток намагничивания.
- нагрузка — во вторичной обмотке течет ток, величина которого обратно пропорциональна числу витков обмотки.
- короткое замыкание — возникает при коротком замыкании во вторичной цепи, используется для измерения силы нагрева проводника.
Все элементы однофазного трансформатора размещаются в металлическом или пластиковом корпусе прямоугольной или цилиндрической формы. Сам корпус покрыт термостойкой краской или антикоррозийным покрытием, чтобы защитить внутренние компоненты от влаги и пыли. На боковых или верхних частях трансформатора указана информация о напряжении, мощности и других технических характеристиках. Внутри корпуса расположены магнитопровод и обмотки из меди или алюминия, а также система охлаждения для исключения перегрева.
Устанавливается устройство внутри электрических распределительных щитов или шкафов управления на DIN-рейку при помощи креплений или защелок. Металлический профиль стандарта EN60715 (шириной 35 мм) служит универсальной платформой для монтажа трансформатора, на него можно добавлять несколько модулей без необходимости изменений в конструкции щита. Кроме этого, на DIN-рейке можно разместить кабельные каналы и держатели от трансформатора, чтобы система проводки была аккуратно организована.
Виды трансформаторов
По назначению однофазные трансформаторы подразделяются на:
- разделительные. Разделяют первичную и вторичную цепи гальванически, то есть между ними нет прямого электрического соединения. Вторичная обмотка изолирована от первичной, что исключает риск поражения электрическим током. Используются в больницах для подключения диагностических аппаратов и в лабораторных установках.
- силовые. Используются для передачи и распределения электроэнергии, изменяя уровни напряжения в энергосистемах. Они могут быть как повышающими, так и понижающими напряжение, в зависимости от требований системы. Применяются на предприятиях и в населенных пунктах для трансформации напряжения, а также на электростанциях для повышения напряжения перед передачей электроэнергии на большие расстояния.
- измерительные. Устанавливаются в цепи высокого напряжения для измерения силы тока, которая затем передается на приборы учета и релейной защиты. Бывают двух типов: трансформаторы напряжения (ТН) и трансформаторы тока (ТТ). Используются для подключения измерительных приборов (амперметров, вольтметров) и счетчиков электроэнергии.
- импульсные. Имеют ферромагнитный сердечник, преобразуют импульсы тока или напряжения. Используются для исключения высокочастотных помех в электронно-вычислительных устройствах, системах радиолокации, импульсной радиосвязи и системах зажигания двигателей внутреннего сгорания.
- сварочные. Дают высокий ток короткого замыкания, необходимый для плавления металла. Используются для питания сварочного оборудования при ручной дуговой сварки на переменном токе.
- для систем освещения. Применяются для снижения напряжения сети до безопасного уровня для ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных светильников.