Как определить мощность трансформатора несколько способов

Проверка трансформатора с помощью мультиметра

В современной технике трансформаторы применяют довольно часто. Эти приборы используются, чтобы увеличивать или уменьшать параметры переменного электрического тока.

Трансформатор состоит из входной и нескольких (или хотя бы одной) выходных обмоток на магнитном сердечнике. Это его основные компоненты. Случается, что прибор выходит из строя и возникает необходимость в его ремонте или замене.

Установить, исправен ли трансформатор, можно при помощи домашнего мультиметра собственными силами. Итак, как проверить трансформатор мультиметром?

Основы и принцип работы

Сам по себе трансформатор относится к элементарным устройствам, а принцип его действия основан на двустороннем преобразовании возбуждаемого магнитного поля. Что характерно, индуцировать магнитное поле можно исключительно при помощи переменного тока. Если приходится работать с постоянным, вначале его надо преобразовывать.

На сердечник устройства намотана первичная обмотка, на которую и подается внешнее переменное напряжение с определенными характеристиками. Следом идут она или несколько вторичных обмоток, в которых индуцируется переменное напряжение. Коэффициент передачи зависит от разницы в количестве витков и свойств сердечника.

Разновидности

Сегодня на рынке можно найти множество разновидностей трансформатора. В зависимости от выбранной производителем конструкции могут использоваться разнообразные материалы. Что касается формы, она выбирается исключительно из удобства размещения устройства в корпусе электроприбора.

На расчетную мощность влияет лишь конфигурация и материал сердечника. При этом направление витков ни на что не влияет – обмотки наматываются как навстречу, так и друг от друга.

Единственным исключением является идентичный выбор направления в случае, если используется несколько вторичных обмоток.

Для проверки подобного устройства достаточно обычного мультиметра, который и будет использоваться, как тестер трансформаторов тока. Никаких специальных приборов не потребуется.

Порядок проверки

Проверка трансформатора начинается с определения обмоток. Сделать это можно при помощи маркировки на устройстве. Должны быть указаны номера выводов, а также обозначения их типа, что позволяет установить больше информации по справочникам. В отдельных случаях имеются даже поясняющие рисунки. Если же трансформатор установлен в какой-то электронный прибор, то прояснить ситуацию сможет принципиальная электронная схема этого прибора, а также подробная спецификация.

Итак, когда все выводы определены, приходит черед тестера. С его помощью можно установить две наиболее частые неисправности – замыкание (на корпус или соседнюю обмотку) и обрыв обмотки. В последнем случае в режиме омметра (измерения сопротивления) перезваниваются все обмотки по очереди. Если какое-то из измерений показывает единицу, то есть бесконечное сопротивление, то налицо обрыв.

Здесь имеется важный нюанс. Проверять лучше на аналоговом приборе, так как цифровой может выдавать искаженные показания из-за высокой индукции, что особенно характерно для обмоток с большим числом витков.

Когда ведется проверка замыкания на корпус, один из щупов подсоединяют к выводу обмотки, в то время как вторым позванивают выводы всех прочих обмоток и самого корпуса. Для проверки последнего потребуется предварительно зачистить место контакта от лака и краски.

Определение межвиткового замыкания

Другой частой поломкой трансформаторов является межвитковое замыкание. Проверить импульсный трансформатор на предмет подобной неисправности с одним лишь мультиметром практически нереально. Однако, если привлечь обоняние, внимательность и острое зрение, задача вполне может решиться.

Немного теории. Проволока на трансформаторе изолируется исключительно собственным лаковым покрытием. Если имеет место пробой изоляции, сопротивление межу соседними витками остается, в результате чего место контакта нагревается. Именно поэтому первым делом следует тщательно осмотреть прибор на предмет появления потеков, почернений, подгоревшей бумаги, вздутий и запаха гари.

Далее стараемся определить тип трансформатора. Как только это получается, по специализированным справочникам можно посмотреть сопротивление его обмоток. Далее переключаем тестер в режим мегаомметра и начинаем измерять сопротивление изоляции обмоток. В данном случае тестер импульсных трансформаторов – это обычный мультиметр.

Каждое измерение следует сравнить с указанным в справочнике. Если имеет место расхождение более чем на 50%, значит, обмотка неисправна.

Если же сопротивление обмоток по тем или иным причинам не указано, в справочнике обязательно должны быть приведены иные данные: тип и сечение провода, а также количество витков. С их помощью можно вычислить желаемый показатель самостоятельно.

Проверка бытовых понижающих устройств

Следует отметить момент проверки тестером-мультиметром классических трансформаторов понижения. Найти их можно практически во всех блоках питания, которые понижают входящее напряжение с 220 Вольт до выходящего в 5-30 Вольт.

Первым делом проверяется первичная обмотка, на которую подается напряжение в 220 Вольт. Признаки неисправности первичной обмотки:

малейшая видимость дыма;
запах гари;
треск.

В этом случае следует сразу прекращать эксперимент.

Если же все нормально, можно переходить к измерению на вторичных обмотках. Прикасаться к ним можно только контактами тестера (щупами). Если полученные результаты меньше контрольных минимум на 20%, значит обмотка неисправна.

К сожалению, протестировать такой токовый блок можно только в тех случаях, если имеется полностью аналогичный и гарантированно рабочий блок, так как именно с него и будут собираться контрольные данные. Также следует помнить, что при работе с показателями порядка 10 Ом некоторые тестеры могут искажать результаты.

Измерение тока холостого хода

Если все тестирования показали, что трансформатор полностью исправен, не лишним будет провести еще одну диагностику – на ток трансформатора холостого хода. Чаще всего он равняется 0,1-0,15 от номинального показателя, то есть тока под нагрузкой.

Для проведения проверки измерительный прибор переключают в режим амперметра. Важный момент! Мультиметр к испытуемому трансформатору следует подключать замкнутым накоротко.

Это важно, потому что во время подачи электроэнергии на обмотку трансформатора сила тока возрастает до нескольких сот раз в сравнении с номинальным. После этого щупы тестера размыкаются, и на экране отображаются показатели. Именно они и отображают величину тока без нагрузки, тока холостого хода. Аналогичным образом производится измерение показателей и на вторичных обмотках.

Для измерения напряжения к трансформатору чаще всего подключают реостат. Если же его под рукой нет, в ход может пойти спираль из вольфрама или ряд лампочек.

Для увеличения нагрузки увеличивают количество лампочек или же сокращают количество витков спирали.

Как можно видеть, для проверки даже не потребуется никакой особый тестер. Подойдет вполне обычный мультиметр. Крайне желательно иметь хотя бы приблизительное понятие о принципах работы и устройстве трансформаторов, но для успешного измерения достаточно всего лишь уметь переключать прибор в режим омметра.

Источник: https://evosnab.ru/instrument/test/proverka-transformatora-multimetrom

Как определить мощность трансформатора: формула для нахождения сечения магнитопровода, как рассчитать обмотки

В быту и технике широко применяется низковольтная аппаратура. Этот факт требует использования устройств, понижающих стандартное напряжение до необходимого уровня. Нужно создать прибор, который соответствует предъявляемым нормам. Перед электриком встаёт задача, как определить мощность трансформатора. Знание элементарных физических законов помогает решить проблему.

Латинское слово transformare переводится на русский язык как «превращение». Трансформатор предназначен для изменения уровня входного напряжения на определённую величину. Устройство состоит из одной или нескольких обмоток на замкнутом магнитопроводе. Катушки наматываются из алюминиевого или медного провода. Сердечник набирается из пластин с повышенными ферромагнитными свойствами.

Первичная обмотка присоединяется к электрической сети переменного тока. Во вторичную обмотку включается устройство, которому требуется напряжение другой величины.

После подключения к трансформатору питания в магнитопроводе появляется замкнутый магнитный поток, который индуцирует в каждой катушке переменную электродвижущую силу. Закон Фарадея гласит, что ЭДС равна скорости изменения магнитного потока, который проходит через электромагнитный контур. Знак «минус» указывает на противоположность направлений магнитного поля и ЭДС.

Формула e = − n (∆Ф ∕ ∆ t) объединяет следующие понятия:

Электродвижущая сила e, исчисляемая в вольтах.
Количество витков n в индукторе.
Магнитный поток Ф, единица измерения которого называется вебером.
Время t, необходимое для одной фазы изменения магнитного поля.

Учитывая незначительность потерь в катушке индуктивности, ЭДС приравнивается к напряжению в обмотке. Отношение напряжений в первичной и вторичной обмотке равно отношению количества витков в двух катушках. Отсюда выводится формула трансформатора:

K ≈ U ₁ ∕ U ₂ ≈ n ₁ ∕ n ₂.

Коэффициент K всегда больше единицы. В трансформаторе изменяется только напряжение и сила тока. Умноженные друг на друга, они определяют мощность прибора, постоянную величину для конкретного устройства. Соотношение тока и напряжения в обмотках раскрывает формула:

K = n₁ ∕ n₂ = I ₂ ∕ I₁ = U₁ ∕ U₂.

Иначе говоря, во сколько раз уменьшено напряжение во вторичной обмотке в сравнении с напряжением в первичной катушке, во столько раз сила тока во вторичной катушке больше тока в первичной обмотке. Различное напряжение устанавливается количеством витков в каждом индукторе. Формула, описывающая коэффициент K, объясняет, как рассчитать трансформатор.

Трансформатор предназначен для работы в цепи переменного напряжения. Постоянный ток не индуцирует ЭДС в магнитопроводе, и электрическая энергия не передаётся в другую обмотку.

Ещё в 1822 году Фарадей озаботился мыслью, как превратить магнетизм в электрический ток. Многолетние исследования приводят к созданию цикла статей, в которых описывалось физическое явление электромагнитной индукции. Фундаментальный труд публиковался в научном журнале английского Королевского общества.

Суть опытов состояла в том, что исследователь намотал два куска медной проволоки на кольцо из железа. К одной из катушек подключался постоянный ток. Гальванометр, соединённый с контактами другой обмотки, фиксировал кратковременное появление напряжения. Чтобы восстановить индукцию, экспериментатор отключал источник питания, а затем вновь замыкал контакты на батарею.

Работу Майкла Фарадея высоко оценило научное сообщество Великобритании. В 1832 году физик удостоился престижной награды. За выдающиеся работы в области электромагнетизма учёный награждён медалью Копли.

Однако устройство, собранное Фарадеем, ещё трудно назвать трансформатором. Аппарат, который действительно преобразовывал напряжение и ток, запатентован в Париже 30 ноября 1876 года. В 80-х годах позапрошлого столетия автор изобретения и конструктор трансформатора П. Н. Яблочков жил во Франции. В это же время выдающийся русский электротехник представил миру и прообраз прожектора — «свечу Яблочкова».

Расчёт параметров прибора

Иногда в руки к электрику попадает прибор без описания технических характеристик. Тогда специалист определяет мощность трансформатора по сечению магнитопровода. Площадь сечения находится перемножением ширины и толщины сердечника. Полученное число возводится в квадрат. Результат укажет на примерную мощность устройства.

Желательно, чтобы площадь магнитопровода немного превышала расчётное значение. Иначе тело сердечника попадёт в область насыщения магнитного поля, что приведёт к падению индуктивности и сопротивления катушки. Этот процесс увеличит уровень проходящего тока, вызовет перегрев устройства и поломку.

Практический расчёт силового трансформатора не займёт много времени. Например, перед домашним мастером стоит задача осветить рабочий уголок в гараже. В помещении имеется бытовая розетка на 220 В, в которую необходимо подключить светильник с лампой мощностью 40 Вт на 36 В. Требуется рассчитать технические параметры понижающего трансформатора.

Определение мощности

Во время работы устройства неизбежны тепловые потери. При нагрузке, не превышающей 100 Вт, коэффициент полезного действия равен 0,8. Истинная потребная мощность трансформатора P₁ определяется делением мощности лампы P₂ на КПД:

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0‚8 = 50

Округление осуществляется в бо́льшую сторону. Результат 50 Вт.

Вычисление сечения сердечника

От мощности трансформатора зависят размеры магнитопровода. Площадь сечения определяется следующим образом.

Источник: https://220v.guru/elementy-elektriki/transformatory/kak-opredelit-moschnost-transformatora-po-formule.html

Выбор и расчет мощности силовых трансформаторов. Как узнать мощность трансформатора? Определение мощности силового трансформатора

Теория и история

Формула e = − n (∆Ф ∕ ∆ t) объединяет следующие понятия:

Электродвижущая сила e, исчисляемая в вольтах.
Количество витков n в индукторе.
Магнитный поток Ф, единица измерения которого называется вебером.
Время t, необходимое для одной фазы изменения магнитного поля.

K ≈ U ₁ ∕ U ₂ ≈ n ₁ ∕ n ₂.

K = n₁ ∕ n₂ = I ₂ ∕ I₁ = U₁ ∕ U₂.

Трансформатор предназначен для работы в цепи переменного напряжения. Постоянный ток не индуцирует ЭДС в магнитопроводе, и электрическая энергия не передаётся в другую обмотку.

Трансформатор для светодиодной ленты

Что такое трансформатор и для чего он нужен? Как выбрать подходящий? Что важно учесть перед покупкой? Этими вопросами задаются многие покупатели, которые решили выполнить монтаж трансформатора для диодной ленты самостоятельно. Если вы хотите украсить свою квартиру, используя светодиодное освещение, то давайте разберемся, какой трансформатор подойдет вам по техническим характеристикам.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Как обозначается гелевый аккумулятор

Трансформатор в переводе с латинского означает «преобразовывать». Преобразовывает он переменный ток в постоянный, что необходимо для исправной работы LED-ленты. Самым распространенным считается трансформатор для светодиодной ленты 12 вольт. Разберемся подробнее во всех тонкостях этого устройства.

Основные виды трансформаторов для диодной ленты 12 вольт

Трансформатор (или БП) требует тщательного выбора, ведь именно этот элемент отвечает за качество и длительность работы LED-ленты.

Его основная функция — превращать переменные 220 вольт в постоянные 12 вольт, оберегая от скачков напряжения. Но мы будем сравнивать их по другому критерию, так как мы уже говорили, что нас волнует трансформатор для светодиодной ленты с напряжением 12 вольт.

Существует 3 вида трансформаторов для диодных лент:

Он наиболее распространенный. Он не влагостойкий и его возможно использовать в любой комнате, где отсутствует повышенная влажность.

Его преимущества:

самый недорогой вариант из всех перечисленных;
срок службы выше остальных из-за отсутствия перегрева.

Недостатки: возможно использовать только в сухом помещении.

Лучше всего выполнять свои функции он будет в алюминиевом корпусе, а пластиковый будет сильнее нагреваться. Из преимуществ герметичного БП — он полностью защищен от воздействия влажного воздуха.

Недостатки:

из-за полной герметичности подвержен излишнему нагреванию;
цена выше, чем за негерметичный;
мощность в пластиковом корпусе существенно уменьшается. Это еще одна причина почему стоит присмотреться к БП в алюминиевом корпусе.

Из преимуществ:

имеет вентиляционные отверстия и встроенный вентилятор внутри;
защищен от влажного воздуха лучше, чем негерметичный.

Недостатки:

работает шумно;
крупные габариты устройства.

Что нужно учитывать перед покупкой трансформатора для диодной ленты 12 вольт

Когда вы определились, какой вид трансформатора для светодиодных лент с напряжением 12 вольт больше подходит вашим требованиям, самое время обговорить важные детали перед походом в магазин.

Итак, что важно учесть:

Продумайте и подготовьте заранее место для установки БП. Лучше не располагать его на виду, но и не стоит помещать его в такие условия, где воздух не сможет свободно циркулировать. Это важно для того, чтобы избежать излишнего нагревания.
Не стоит располагать блок питания рядом со шторами или другими легковоспламеняющимися предметами. Известны случаи возгорания от нагревающегося блока.
Рассчитайте мощность блока питания перед походом в магазин. Его мощность должна быть на 20-30 % больше суммарной мощности всех светодиодных устройств. Как выполнить эти расчеты читайте ниже. Если сделать неправильные подсчеты, то вы рискуете тем, что светодиоды быстро выйдут из строя.
Оцените влажность комнаты, где планируете установить светодиодное освещение. После чего решите, какой вид БП подходит больше всего.
Определитесь с размером блока питания.
При покупке вы наверняка заметите буквы IP и две цифры после них. Эта маркировка может также помочь вам в выборе. Первая цифра показывает степень защиты от различных частиц, а также степень защиты человека от поражения током. Чем выше цифра этого показателя, тем лучше защита. Вторая цифра отвечает за защиту оборудования от сырости и влажного воздуха. Чем выше цифра, тем лучше этот показатель.

Правила вовсе не сложные, соблюдая их в совокупности, можно намного продлить срок службы трансформатора для подключения диодной ленты.

Как рассчитать мощность трансформатора для светодиодной ленты 12 вольт

Рассчитать мощность правильно — важный подготовительный этап. Именно этот этап определит работу и длительность эксплуатации осветительного прибора. Разберем этот процесс с помощью простого примера.

Предположим, имеется LED-лента SMD5050, суммарная длина которой 5 м, при этом мощность 1 м = 7,2 Вт, согласно таблице ниже. Первым действием умножаем эти два значения и получаем мощность 36 Вт. Прибавляем рекомендуемый запас мощности 20-30 %, чтобы трансформатор для светодиодной ленты напряжением 12 вольт работал стабильно и качественно. Лучше прибавить 30%. Таким образом, получаем итоговое значение — 46,8 Вт. Как узнать, сколько Вт имеет LED-лента? Смотрите таблицу.

Схемы подключения трансформатора с диодной лентой

Обязательное условие правильного подключения – соблюдение полярности. За плюс отвечает красный провод, за минус – провод синего или черного цвета. Если вы перепутали и подключили неправильно, то бояться не стоит, просто поменяйте местами провода. Существует несколько схем подключения, все зависит от длины LED-ленты, количества блоков питания и т.д. Рассмотрим детально каждый способ.

Прямой способ подключения

Этот способ, как правило, используется в случае подключения отрезка осветительного прибора равному 5 м. Можно пробовать подключать и более длинные отрезки, если это позволяет сделать мощность БП. При подключении руководствуйтесь этой схемой.

Параллельный способ подключения с одним или двумя БП

Чаще всего, если нужно подключить несколько светодиодных устройств, то они соединяются между собой параллельно. Главное, чтобы хватило мощности одного БП на несколько потребителей.

Способ параллельного подключения с использованием двух блоков питания существенно лучше по двум причинам. Первая причина – мощность распределяется равномерно. Вторая – габариты БП буду сравнительно меньше, что позволяет незаметно их спрятать.

Выполняйте подключение трансформатора для диодной ленты любым из понравившихся способов, согласно схеме ниже.

Способ подключения RGB ленты

В этом случае имеются более существенные изменения – появление контроллера в цепи. Соединение контроллера с БП выполняется с соблюдением полярности. А подключение к контроллеру производится при помощи четырех проводов. Один из них общий провод, а остальные три соответствуют каждому из цветов LED-ленты (зеленый, синий, красный). Подробная схема соединения ниже.

Способ подключения RGB ленты и способ соединения с применением RGB усилителя

Схема внизу подробно представляет эти два способа. Первая будет полезна для тех, кто желает установить несколько светодиодных приборов с одним блоком питания и RGB контроллером. Этот способ значительно дешевле второго, но он прослужит меньший срок.

Второй способ с применением RGB усилителя. В этом случае обязательно использовать два БП, потому что один из них питает контроллер, а второй – RGB усилитель. Этот способ более дорогостоящий, но зато более надежный. Соединяйте диодные ленты между собой параллельно друг другу. Если соединять их последовательно друг за другом.

Внимательно следуйте всем инструкциям, схемам и правилам использования. Это поможет вам выполнить не только качественное подключение трансформатора для светодиодной ленты с напряжением в 12 вольт, но и обезопасить себя от любых неприятных последствий. Если после подключения вы заметили странный треск или другие нехарактерные звуки, то отключите питание и проведите технический осмотр оборудования.

Эти советы помогут разобраться в том, как правильно выбрать трансформатор для диодной ленты 12 вольт, как выполнить расчеты и установить устройство, соединив его со всеми остальными элементами.

Источник: https://prosvetodiod.ru/svetodiodnye-lenty/transformator-dlya-svetodiodnoj-lenty

Какие бывают трансформаторы по назначению. Что такое трансформатор и где он был изобретен? Принцип работы трансформатора

Может быть, кто-то думает, что трансформатор – это что-то среднее между трансформером и терминатором. Данная статья призвана разрушить подобные представления.

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного электрического тока одного напряжения и определенной частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.

Работа любого трансформатора основана на явлении , открытой Фарадеем.

Назначение трансформаторов

Разные виды трансформаторов используются практически во всех схемах питания электрических приборов и при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Электростанции вырабатывают ток относительно небольшого напряжения – 220, 380, 660В. Трансформаторы, повышая напряжение до значений порядка тысяч киловольт, позволяют существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а заодно и уменьшить площадь сечения проводов ЛЭП.

Непосредственно перед тем как попасть к потребителю (например, в обычную домашнюю розетку), ток проходит через понижающий трансформатор. Именно так мы получаем привычные нам 220 Вольт.

Самый распространенный вид трансформаторов – силовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования напряжения в электрических цепях. Помимо силовых трансформаторов в различных электронных приборах применяются:

импульсные трансформаторы;
силовые трансформаторы;
трансформаторы тока.

Принцип работы трансформатора

Трансформаторы бывают однофазные и многофазные, с одной, двумя или большим количеством обмоток. Рассмотрим схему и принцип работы трансформатора на примере простейшего однофазного трансформатора.

Из чего состоит трансформатор? Во простейшем случае из одного металлического сердечника и двух обмоток. Обмотки электрически не связаны одна с другой и представляют собой изолированные провода.

Одна обмотка (ее называют первичной) подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка, называемая вторичной, подключается к конечному потребителю тока.

Когда трансформатор подключен к источнику переменного тока, в витках его первичной обмотки течет переменный ток величиной I1. При этом образуется магнитный поток Ф, который пронизывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС.

Бывает, что вторичная обмотка не находится под нагрузкой. Такой режимы работы трансформатора называется режимом холостого хода. Соответственно, если вторичная обмотка подключена к какому-либо потребителю, по ней течет ток I2, возникающий под действием ЭДС.

Величина ЭДС, возникающей в обмотках, напрямую зависит от числа витков каждой обмотки. Отношение ЭДС, индуцированных в первичной и вторичной обмотках, называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков соответствующих обмоток.

Путем подбора числа витков на обмотках можно увеличивать или уменьшать напряжение на потребителе тока с вторичной обмотки.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором отсутствуют потери энергии. В таком трансформаторе энергия тока в первичной обмотке полностью преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а далее – в энергию вторичной обмотки.

Конечно, такого трансформатора не существует в природе. Тем не менее, в случае, когда теплопотерями можно пренебречь, в расчетах удобно пользоваться формулой для идеального трансформатора, согласно которой мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

Потери энергии в трансформаторе

Коэффициент полезного действия трансформаторов достаточно высок. Тем не менее, в обмотке и сердечнике происходят потери энергии, приводящие к тому, что температура при работе трансформатора повышается. Для трансформаторов небольшой мощности это не представляет проблемы, и все тепло уходит в окружающую среду – используется естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.

В более мощных трансформаторах воздушного охлаждения оказывается недостаточно, и применяется охлаждение маслом. В этом случае трансформатор помещается в бак с минеральным маслом, через которое тепло передается стенкам бака и рассеивается в окружающую среду. В трансформаторах высоких мощностей дополнительно применяются выхлопные трубы – если масло закипает, образовавшимся газам нужен выход.

Конечно, трансформаторы не так просты, как может показаться на первый взгляд — ведь мы рассмотрели принцип действия трансформатора кратко. Контрольная по электротехнике с задачами на расчет трансформатора внезапно может стать настоящей проблемой. всегда готов оказать помощь в решении любых проблем с учебой! Обращайтесь в Zaochnik и учитесь легко!

Трансформатор – статический электромагнитный аппарат для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, той же частоты. Трансформаторы применяют в электрических цепях при передаче и распределении электрической энергии, а также в сварочных, нагревательных, выпрямительных электроустановках и многом другом.

Трансформаторы различают по числу фаз, числу обмоток, способу охлаждения. В основном используются силовые трансформаторы, предназначенные для повышения или понижения напряжения в электрических цепях.

Устройство и принцип работы

Схема однофазного двухобмоточного трансформатора представлена ниже.

На схеме изображены основные части: ферромагнитный сердечник, две обмотки на сердечнике. Первая обмотка и все величины которые к ней относятся (i1-ток, u1-напряжение, n1-число витков,Ф1 – магнитный поток) называют первичными, вторую обмотку и соответствующие величины — вторичными.

Первичную обмотку включают в сеть с переменным напряжением, её намагничивающая сила i1n1 создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф, который сцеплен с обеими обмотками и в них индуцирует ЭДС e1= -n1 dФ/dt, e2= -n2dФ/dt.

При синусоидальном изменении магнитного потока Ф = Фm sinωt , ЭДС равно e = Em sin (ωt-π/2). Для того чтобы посчитать действующее значение ЭДС нужно воспользоваться формулой E=4.44 f n Фm, где f- циклическая частота, n – количество витков, Фm – амплитуда магнитного потока.

Причем если вы хотите посчитать величину ЭДС в какой либо из обмоток, нужно вместо n подставить число витков в данной обмотке.

Из приведенных выше формул можно сделать вывод о том, что ЭДС отстает от магнитного потока на четверть периода и отношение ЭДС в обмотках трансформатора равно отношению чисел витков E1/E2=n1/n2.

Если вторая обмотка не находится под нагрузкой, значит трансформатор находится в режиме холостого хода.

В этом случае i2 = 0, а u2=E2, ток i1 мал и мало падение напряжения в первичной обмотке, поэтому u1≈E1 и отношение ЭДС можно заменить отношением напряжений u1/u2 = n1/n2 = E1/E2 = k.

Из этого можно сделать вывод, что вторичное напряжение может быть меньше или больше первичного, в зависимости от отношения чисел витков обмоток. Отношение первичного напряжения ко вторичному при холостом ходе трансформатора называется коэффициентом трансформации k.

Как только вторичная обмотка подключается к нагрузке, в цепи возникает ток i2, то есть совершается передача энергии от трансформатора, который получает ее из сети, к нагрузке. Передача энергии в самом трансформаторе происходит благодаря магнитному потоку Ф.

Обычно мощность на выходе и мощность на входе приблизительно равны, так как трансформаторы являются электрическими машинами с довольно высоким КПД, но если требуется произвести более точный расчет, то КПД находиться как отношение активной мощности на выходе к активной мощности на входе η = P2/P1.

Магнитопровод трансформатора представляет собой закрытый сердечник собранный из листов электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35мм. Перед сборкой листы с обеих сторон изолируют лаком.

По типу конструкции различают стержневой (Г-образный) и броневой (Ш-образный) магнитопроводы. Рассмотрим их структуру.

Стержневой трансформатор состоит из двух стержней, на которых находятся обмотки и ярма, которое соединяет стержни, собственно, поэтому он и получил свое название. Трансформаторы этого типа применяются значительно чаще, чем броневые трансформаторы.

Броневой трансформатор представляет собой ярмо внутри которого заключается стержень с обмоткой. Ярмо как бы защищает стержень, поэтому трансформатор называется броневым.

Обмотка

Конструкция обмоток, их изоляция и способы крепления на стержнях зависят от мощности трансформатора. Для их изготовления применяют медные провода круглого и прямоугольного сечения, изолированные хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой. Обмотки должны быть прочными, эластичными, иметь малые потери энергии и быть простыми и недорогими в изготовлении.

Охлаждение

В обмотке и сердечнике трансформатора наблюдаются потери энергии, в результате которых выделяется тепло. В связи с этим трансформатору требуется охлаждение. Некоторые маломощные трансформаторы отдают свое тепло в окружающую среду, при этом температура установившегося режима не влияет на работу трансформатора. Такие трансформаторы называют “сухими”, т.е. с естественным воздушным охлаждением.

Но при средних и больших мощностях, воздушное охлаждение не справляется, вместо него применяют жидкостное, а точнее масляное. В таких трансформаторах обмотка и магнитопровод помещены в бак с трансформаторным маслом, которое усиливает электрическую изоляцию обмоток от магнитопровода и одновременно служит для их охлаждения. Масло принимает теплоту от обмоток и магнитопровода и отдает ее стенкам бака, с которых тепло рассеивается в окружающую среду.

При этом слои масла имеющие разницу в температуре циркулируют, что улучшает теплообмен. Трансформаторам с мощностью до 20-30 кВА хватает охлаждения бака с гладкими стенками, но при больших мощностях устанавливаются баки с гофрированными стенками.

Также нужно учитывать что при нагреве масло имеет свойство увеличиваться в объеме, поэтому в высокомощных трансформаторах устанавливают резервные баки и выхлопные трубы (в случае если масло закипит, появятся пары которым нужен выход). В трансформаторах меньшей мощности ограничиваются тем, что масло не заливают до самой крышки.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Что такое газовая сварка

Она явилась прообразом трансформатора.

Источник: https://mupbv.ru/kakie-byvayut-transformatory-po-naznacheniyu-chto-takoe-transformator-i-gde-on-byl.html

Силовой трансформатор. Расчёт силового трансформатора

В данной статье вы узнаете что такое трансформатор. Покажем конструкцию силового трансформатора.

Что такое трансформатор

Трансформатор — устройство, в котором переменный ток одного напряжения преобразовывается в переменный ток другого напряжения. При этом преобразовании напряжений одновременно всегда происходит также преобразование силы тока: если трансформатор повышает напряжение, то сила тока при этом уменьшается.

Трансформатор представляет собой стальной сердечник с двумя катушками, имеющими обмотки. Одна из обмоток называется первичной, другая – вторичной. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС во вторичной обмотке.

Сила тока во вторичной обмотке, не присоединенной к цепи, потребляющей энергию, равна нулю. Если цепь подсоединена и происходит потребление электроэнергии, то в соответствии с законом сохранения энергии сила тока в первичной обмотке пропорционально возрастает.

Таким образом, и происходит преобразование и распределение электрической энергии.

Схематическое устройство трансформатора показано на рисунке.

На общем сердечнике (обычно из трансформаторной стали) расположены две обмотки. По одной из обмоток I, называемой первичной, под действием переменного напряжения U1 проходит переменный ток I1. Этот ток создает в сердечнике переменный магнитный поток, изменяющийся по своей величине и направлению в соответствии с изменениями тока I1.

Переменный магнитный поток пронизывает витки второй обмотки II, называемой вторичной обмоткой, и индуктирует в каждом из ее витков определенную переменную ЭДС. Так как все витки обмотки II соединены последовательно, то отдельные ЭДС каждого витка складываются, а на концах вторичной обмотки получается суммарная ЭДС, также переменная по величине и направлению.

Обычно трансформаторы конструируются так, что падение напряжения во вторичной обмотке невелико (порядка 2 — 5%); поэтому с известным допущением можно принять, что на концах вторичной обмотки напряжение U2 равно её ЭДС. Это напряжение U2 будет во столько раз больше (или меньше) напряжения первичной обмотки U1, во сколько раз число витков n2 вторичной обмотки больше или меньше) числа витков n1 первичной.

Ток во вторичной обмотке I2 наоборот, будет во столько раз меньше (или больше) тока первичной обмотки I1, во сколько раз число витков n2 вторичной обмотки больше или меньше) числа витков n1 первичной.

Отношение числа витков питаемой от сети обмотки к числу витков другой обмотки или одного напряжения (первичного) к другому (вторичному) называется коэффициентом трансформации и обозначается буквой К:

Часто коэффициент трансформации выражается соотношением двух чисел, например 1:55, показывающим, что число витков первичной обмотки в 55 раз меньше числа витков вторичной.

Конструкция силового трансформатора

Сердечники силовых трансформаторов бывают: Ш-образный (рис) у которого магнитный поток разветвляется на две ветви, и П-образный (рис) с неразветвленным магнитным потоком. Первый вид сердечников, называемый броневым, применяется более часто, чем второй — стержневой. Ещё бывает третий тип силового трансформатора – спиральный (или ленточный), который является разновидностью первых двух.

Для уменьшения потерь в сердечнике, последний делается не сплошным, а из отдельных тонких листов стали, оклеенных бумагой или покрытых изолирующим лаком. Толщина пластин составляет от 0,25 до 0,5 мм, чаще всего 0,3 — 0,35 мм.

В настоящее время пакеты пластин для трансформаторов малой и средней мощности (до 200 Ватт) собираются в основном из двух типов пластин (рис): Ш-образных и прямых (накладок). Применение прямых пластин (накладок) дает возможность делать у некоторых трансформаторов (например, у выходных) воздушный зазор в сердечнике.

Сборка пластин производится одним из двух способов. При одном способе — встык — собираются отдельно две части сердечника, которые затем прикладываются друг к другу (рис) и стягиваются болтами и накладками. При другом способе — вперекрышку — пластины накладываются друг на друга в порядке, указанном на рисунке.

Сердечник трансформатора должен быть крепко стянут, в противном случае при работе трансформатора сердечник будет гудеть. Хотя гудение и не оказывает существенного влияния на работу трансформатора, но оно неприятно действует на слух. Обмотки трансформатора располагаются на каркасе, который одевается на сердечник. Каркас, как правило изготавливается из картона, или прессшпана.

При использовании Ш-образного сердечника все обмотки трансформатора размещаются на одном каркасе, надеваемом на средний стержень сердечника. При П-образном сердечнике обмотка располагается или на одном или на двух каркасах, надеваемых соответственно на один или оба стержня сердечника.

В трансформаторах наиболее часто применяется цилиндрическая намотка: на каркас сперва наматывается первичная обмотка, на которую для изоляции укладывается несколько слоев бумаги, а затем поверх этой изоляции наматывается вторичная обмотка.

Если таких вторичных обмоток будет несколько, то между каждыми двумя обмотками прокладывается изоляция из 2 — 3 слоев бумаги.

При большом числе витков в обмотке, например при повышающей намотке, через каждые 2 — 3 слоя следует обязательно прокладывать бумажные изолирующие прокладки.

Расчёт силового трансформатора

Точный расчет трансформатора довольно сложен, но радиолюбитель может сконструировать силовой трансформатор, пользуясь для расчета упрощенными формулами, которые приводятся ниже.

Для расчета предварительно необходимо определить, исходя из заданных условий величины напряжений и сил токов для каждой из обмоток. Сначала подсчитывается мощность каждой из вторичных (повышающих, понижающих) обмоток:

где Р2, Р3, Р4 — мощности (Вт), отдаваемые обмотками трансформатора;
I2, I3, I4 — силы токов (А);
U2, U3, U4 — напряжения (В) этих обмоток.
Для определения общей мощности Р трансформатора все мощности, полученные для отдельных обмоток, складываются и общая сумма умножается на коэффициент 1,25, учитывающий потери в трансформаторе:

где Р — общая мощность (Вт), потребляемая всем трансформатором.

По мощности Р подсчитывается сечение сердечника (в кв.см):

Далее определяется число витков n0 приходящиеся на 1 вольт напряжения:

После этого переходят к определению числа витков каждой из обмоток. Для первичной сетевой обмотки число витков, учитывая потери напряжения, будет равно:

Для остальных обмоток с учетом потерь напряжения числа витков равны:

Диаметр провода любой обмотки трансформатора можно определить по формуле:

где I — сила тока (A), проходящего через данную обмотку; d — диаметр провода (по меди) в мм.

Сила тока, проходящего через первичную (сетевую) обмотку, определяется из обшей мощности трансформатора Р:

Остается еще выбрать типоразмер пластин для сердечника. Для этого необходимо подсчитать площадь, которую занимает вся обмотка в окне сердечника трансформатора:

где Sм — площадь (в кв. мм), занимаемая всеми обмотками в окне;
d1, d2, d3 и d4 — диаметры проводов обмоток (в мм);
n1, n2, n3 и n4 — числа витков этих обмоток.
Этой формулой учитывается толщина изоляции проводов, неравномерность намотки, а также место, занимаемое каркасом в окне сердечника.

По полученной величине Sм выбирается типоразмер пластины с таким расчетом, чтобы обмотка свободно разместилась в окне выбранной пластины. Выбирать пластины с окном, значительно большим, чем это необходимо, не следует, так как при этом ухудшаются общие качества трансформатора.

Наконец определяют толщину набора сердечника — величину b, которую подсчитывают по формуле:

Здесь размер a – ширина среднего лепестка пластины (рис.3) и b в миллиметрах; Q — в кв. см.

Расчёт простой, самым сложным является поиск сердечника с необходимым типоразмером.

Быстрая переделка силового трансформатора лампового телевизора

Нынче полупроводниковые телевизоры с их импульсными блоками питания навсегда вытеснили тяжёлые и громоздкие ламповые телевизоры, однако у многих «Плюшкиных» они ещё в большом количестве пылятся в гаражах и сараях. Поэтому, нет никакой сложности, найти от такого телевизора силовой трансформатор. Переделка такого трансформатора под ваши потребности элементарна.

Мощности таких трансформаторов бывают от 80 до 350 Ватт, всё определялось телевизором. В чёрно-белом телевизоре трансформатор – слабее, а в цветном – мощнее. Конструкция трансформатора – двухкаркасная на О-образном спиральном сердечнике.

Сердечник трансформатора состоит из двух подковообразных половин, входящих внутрь катушек трансформатора. На обеих катушках намотаны одинаковые обмотки, с одинаковым количеством витков.

Как правило, на катушках имеется табличка, на которой расписаны сетевые и все выходные обмотки с номерами выводов, напряжений и токов.

Вы можете использовать уже имеющиеся обмотки, с подходящим для Вас напряжением, а можете смотать вторичные обмотки и намотать новые, тем самым использовать полную мощность трансформатора. Удобство заключается в лёгкой разборке-сборке, расчётах новых обмоток. На катушках сначала намотаны первичные обмотки, потом стоит экранирующая фольга, а потом намотаны вторичные обмотки. Поэтому, при сматывании не нужных обмоток, Вы не допустите ошибку, смотав первичную обмотку.

Разбирается трансформатор обыкновенным гаечным ключом на 10 или на 12. Для этого необходимо открутить всего две гайки стягивающие скобы трансформатора, после чего, половины сердечника свободно вынимаются из катушек.

Перед разборкой катушек, внимательно изучите табличку, найдите в ней обмотку на наименьшее напряжение, а при сматывании этой обмотки посчитайте количество витков. Поделив подсчитанное количество витков на напряжение, значащееся в табличке, Вы узнаете количество витков вторичной обмотки трансформатора, приходящееся на один вольт. Умножив это число на то напряжение, которое хотите получить на выходе трансформатора, Вы узнаете количество витков, которое необходимо будет намотать.

Мотать можете другим проводом, а можете и тем, который смотали с трансформатора. Мотать надо виток к витку. Для получения достаточного выходного тока, можно мотать обмотки проводом, сложенным вдвое, втрое и даже вчетверо, а можете намотать несколько обмоток с одинаковым количеством витков, а потом, после сборки трансформатора, спаять их параллельно.

Слои обмоток в трансформаторе проложены трансформаторной бумагой, пропитанной парафином, при сматывании витков, снимайте её аккуратно, не рвите. При намотке используйте эту бумагу снова.

Трансформаторы от ламповых телевизоров – это «сила», главное ума много не надо. С их использованием получаются отличные зарядные устройства, мощные блоки питания, как в составе конструируемых аппаратов, так и используемые самостоятельно.

Источник: https://meanders.ru/silovoytranformator.shtml

Как определить размеры трансформатора?

Всем доброго времени суток! Довольно часто у радиолюбителей возникают вопросы касающиеся определению размеров трансформатора. Зачастую они пользуются известными формулами связывающие сечение сердечника и мощность, которую передает трансформатор.

Но зачастую данные выражения, которые можно встретить в сети, выведены под конкретную серию трансформаторов и не учитывают особенностей материала магнитопровода и обмоток. В данной статье я попробую раскрыть некоторые нюансы определения размеров сердечника.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Как определить габаритную мощность трансформатора?

В настоящее время основными критериями для разработки трансформатора является его минимальный размер и масса. Однако снижать габариты трансформатора можно лишь до некоторых пределов, которые ограничены допустимой рабочей температурой. Это связано с тем, что нагрев трансформатора зависит от потерь мощности в сердечнике и в обмотках, которые растут с уменьшением размеров трансформатора. Кроме этого перегрев связан с уменьшением площади теплоотдачи трансформатора.

В связи с этим для связи конструктивных и электромагнитных параметров трансформатора ввели понятие габаритной мощности трансформатора РГ, которая определяется как полусумма мощностей всех его обмоток

где Р1, Р2 и Рi – соответственно мощности первичной, вторичной и i-й обмотки трансформатора.

В случае наличия у трансформатора обмоток со средней точкой необходимо приводить такие трансформаторы к двухобмоточным. Выражения для определения габаритной мощности трансформатора в зависимости от типа обмоток приведены ниже.

Для трансформатора с двумя обмотками без отводов

где Р1 – мощность поступающая на первичную обмотку,

Р2 – мощность снимаемая с вторичной обмотки,

η – КПД трансформатора.

Для трансформатора с одной первичной обмоткой и одной вторичной обмоткой со средней точкой

Для трансформатора с одной первичной обмоткой со средней точкой и одной вторичной обмоткой без отводов

Для трансформатора с одной первичной обмоткой со средней точкой и одной вторичной обмоткой со средней точкой

Как определить размер требуемого сердечника?

Как сказано выше, минимальные размеры трансформатора ограничены температурой перегрева трансформатора, на которую влияет потери мощности в самом трансформаторе. Определение минимальных размеров трансформатора в инженерной практике и радиолюбительстве является итерационным процессом, то есть задаются некоторые исходные данные (магнитная индукция, плотность тока и т.д.) и по ним вычисляют размер магнитопровода, после чего его проверяют на заданный перегрев.

Если полученное значение перегрева значительно отличается от требуемого, то уменьшают или увеличивают исходные данные и заново пересчитывают размеры сердечника. Такие пересчёты выполняют до тех пор, пока полученное значение перегрева не будет удовлетворять требуемому значению.

Тепловые расчёты трансформатора, в частности температуру перегрева ∆Т, выполняют аналогично как и для дросселя. Выражение для определения температуры перегрева имеет вид

где ∆Р∑ — суммарные потери мощности в трансформаторе, Вт,

kT – коэффициент теплоотдачи, для упрощения расчётов можно принять равным kT = 1,2*10-3 Вт/(см2 °С),

Источник: http://www.electronicsblog.ru/silovaya-elektronika/kak-opredelit-razmery-transformatora.html

Теория реактивной мощности

Появление термина «реактивная» мощность связано с необходимостью выделения мощности, потребляемой нагрузкой, составляющей, которая формирует электромагнитные поля и обеспечивает вращающий момент двигателя. Эта составляющая имеет место при индуктивном характере нагрузки. Например, при подключении электродвигателей. Практически вся бытовая нагрузка, не говоря о промышленном производстве, в той или иной степени имеет индуктивный характер.

В электрических цепях, когда нагрузка имеет активный (резистивный) характер, протекающий ток синфазен (не опережает и не запаздывает) от напряжения. Если нагрузка имеет индуктивный характер (двигатели, трансформаторы на холостом ходу), ток отстает от напряжения. Когда нагрузка имеет емкостной характер (конденсаторы), ток опережает напряжение.

Суммарный ток, потребляемый двигателем, определяется векторной суммой:

Iа — активный ток
Iри — реактивный ток индуктивного характера

К этим токам привязаны мощности потребляемые двигателем.

Р – активная мощность привязана к Iа (по всем гармоникам суммарно)
Q – реактивная мощность привязана к Iри (по всем гармоникам суммарно)
A – полная мощность потребляемая двигателем. (по всем гармоникам суммарно)

Реактивная мощность не производит механической работы, хотя она и необходима для работы двигателя, поэтому ее необходимо получать на месте, чтобы не потреблять ее от энергоснабжающей организации. Тем самым мы снижаем нагрузку на провода и кабели, повышаем напряжение на клеммах двигателя, снижаем платежи за реактивную мощность, имеем возможность подключить дополнительные станки за счет снижения тока потребляемого с силового трансформатора.

Параметр определяющий потребление реактивной мощности называется Cos (φ)

Cos (φ) = P1гарм / A1гарм

где:

P1гарм — активная мощность первой гармоники 50 Гц
A1гарм — полная мощность первой гармоники 50 Гц

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Сколько киловатт в сутки берет холодильник

где:

A = √P² + Q²

Таким образом, сos (φ) уменьшается, когда потребление реактивной мощности нагрузкой увеличивается. Необходимо стремиться к повышению сos (φ), т.к. низкий сos (φ) несет следующие проблемы:

Высокие потери мощности в электрических линиях (протекание тока реактивной мощности);
Высокие перепады напряжения в электрических линиях (например 330370 В, вместо 380 В);
Необходимость увеличения габаритной мощности генераторов, сечения кабелей, мощности силовых трансформаторов.

Из всего вышеприведенного, понятно, что компенсация реактивной мощности необходима. Чего легко можно достичь применением активных компенсирующих установок. Конденсаторы в которых будут компенсировать реактивную мощность двигателей.

Потребители реактивной мощности

Потребителями реактивной мощности, необходимой для создания магнитных полей, являются как отдельные звенья электропередачи (трансформаторы, линии, реакторы), так и такие электроприёмники, преобразующие электроэнергию в другой вид энергии которые по принципу своего действия используют магнитное поле (асинхронные двигатели, индукционные печи и т.п.). До 80-85% всей реактивной мощности, связанной с образованием магнитных полей, потребляют асинхронные двигатели и трансформаторы. Относительно небольшая часть в общем балансе реактивной мощности приходится на долю прочих её потребителей, например на индукционные печи, сварочные трансформаторы, преобразовательные установки, люминисцентное освещение и т.п.

Трансформатор как потребитель реактивной мощности. Трансформатор является одним из основных звеньев в передаче электроэнергии от электростанции до потребителя. В зависимости от расстояния между электростанцией и потребителем и от схемы передачи электроэнергии число ступеней трансформации лежит в пределах от двух до шести.

Поэтому установленная трансформаторная мощность обычно в несколько раз превышает суммарную мощность генераторов энергосистемы. Каждый трансформатор сам является потребителем реактивной мощности.

Реактивная мощность необходима для создания переменного магнитного потока, при помощи которого энергия из одной обмотки трансформатора передаётся в другую.

Асинхронный двигатель как потребитель реактивной мощности. Асинхронные двигатели наряду с активной мощностью потребляют до 60-65% всей реактивной мощности нагрузок энергосистемы. По принципу действия асинхронный двигатель подобен трансформатору. Как и в трансформаторе, энергия первичной обмотки двигателя – статора передаётся во вторичную – ротор посредствам магнитного поля.

Индукционные печи как потребители реактивной мощности. К крупным электроприемникам, требующим для своего действия большой реактивной мощности, прежде всего, относятся индукционные печи промышленной частоты для плавки металлов. По существу эти печи представляют собой мощные, но не совершенные с точки зрения трансформаторостроения трансформаторы, вторичной обмоткой которых является металл (садка), расплавляемый индуктированными в нём токами.

Преобразовательные установки, преобразующие переменный ток в постоянный при помощи выпрямителей, также относятся к крупным потребителям реактивной мощности. Выпрямительные установки нашли широкое применение в промышленности и на транспорте.

Так, установки большей мощности с ртутными преобразователями используются для питания электроизоляционных ванн, например при производстве алюминия, каустической соды и др.

Железнодорожный транспорт в нашей стране почти полностью электрифицирован, причём значительная часть железных дорог использует постоянный ток преобразовательных установок.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях

С другой стороны, элементы распределительной сети (линии электропередачи, повышающие и понижающие трансформаторы) в силу особенностей конструктивного исполнения имеют продольное индуктивное сопротивление.

Поэтому, даже для нагрузки потребляющей только активную мощность, в начале распределительной сети будет иметь место индуктивная составляющая – реактивная мощность.

Величина этой реактивной мощности зависит от индуктивного сопротивления распределительной сети и полностью расходуется на потери в элементах этой распределительной сети.

Действительно, для простейшей схемы:

Р – активная мощность в центре питания,
Рн – активная мощность на шинах потребителя,
R – активное сопротивление распределительной сети,
Q – реактивная мощность в центре питания,
Qн – реактивная мощность на шинах потребителя.
U – напряжение в центре питания,
Uн – напряжение на шинах потребителя,
Х – индуктивное сопротивление распределительной сети.

В результате, независимо от характера нагрузки, по распределительной сети от источника питания будет передаваться реактивная мощность Q. При двигательном характере нагрузки ситуация ухудшается – значения мощности в центре питания увеличивается и становится равными:

Р = Рн + ( Рн² + Qн² ) * R / Uн²;

Q = Qн + ( Рн² + Qн² ) * X / Uн².

Передаваемая от источника питания к потребителю реактивная мощность имеет следующие недостатки:

В распределительной сети возникают дополнительные потери активной мощности – потери при транспорте электрической энергии:
δР = ( Рн² + Qн² ) * R ,

часть которых (а иногда и значительную) составляют потери от транспорта реактивной мощности.
Величина напряжения у потребителя, а, следовательно, и качество электрической энергии, снижается:
Uн = U – ( P * R + Q * X ) / U.
Увеличивается распределительной сети током, что лишает потребителя возможности перспективного развития.

Таким образом, транспортировка реактивной мощности по распределительным сетям от центров питания к потребителям превращается в сложную технико-экономическую проблему, затрагивающую как вопросы экономичности так и вопросы надежности систем электроснабжения.

Классическим решением данной проблемы в распределительных сетях является компенсация реактивной мощности у потребителя путём установки у него дополнительных источников реактивной мощности – потребительских статических конденсаторов.

Компенсация реактивной мощности применяется:

по условию баланса реактивной мощности;
как важное мероприятие для снижения потерь электрической энергии в сетях;
для регулирования напряжения.

Источник: https://www.nucon.ru/reactive-power/theory-of-reactive-power.php

Формула расчета мощности трансформатора

Зная, как рассчитать мощность трансформатора, можно самостоятельно выбрать и приобрести качественный прибор, позволяющий преобразовывать напряжение в большие или меньшие значения.

Как рассчитать мощность трансформатора

Особенность работы стандартного трансформатора представлена процессом преобразования электроэнергии переменного тока в показатели переменного магнитного поля и наоборот. Самостоятельный расчет трансформаторной мощности может быть выполнен в соответствии с сечением сердечника и в зависимости от уровня нагрузки.

Расчет обмотки преобразователя напряжения и его мощности

По сечению сердечника

Электромагнитный аппарат имеет сердечник с парой проводов или несколькими обмотками. Такая составляющая часть прибора, отвечает за активное индукционное повышение уровня магнитного поля. Кроме всего прочего, устройство способствует эффективной передаче энергии с первичной обмотки на вторичную, посредством магнитного поля, которое концентрируется во внутренней части сердечника.

Параметрами сердечника определяются показатели габаритной трансформаторной мощности, которая превышает электрическую.

Расчетная формула такой взаимосвязи:

Sо х Sс = 100 х Рг / (2,22 х Вс х А х F х Ко х Кc), где

Sо — показатели площади окна сердечника;
Sс — площадь поперечного сечения сердечника;
Рг — габаритная мощность;
Bс — магнитная индукция внутри сердечника;
А — токовая плотность в проводниках на обмотках;
F — показатели частоты переменного тока;
Ко — коэффициент наполненности окна;
Кс — коэффициент наполненности сердечника.

Показатели трансформаторной мощности равны уровню нагрузки на вторичной обмотке и потребляемой мощности из сети на первичной обмотке.

По нагрузке

При выборе трансформатора учитывается несколько основных параметров, представленных:

категорией электрического снабжения;
перегрузочной способностью;
шкалой стандартных мощностей приборов;
графиком нагрузочного распределения.

В настоящее время типовая мощность трансформатора стандартизирована.

Чтобы выполнить расчет присоединенной к трансформаторному прибору мощности, необходимо собрать и проанализировать данные обо всех подключаемых потребителях. Например, при наличии чисто активной нагрузки, представленной лампами накаливания или ТЭНами, достаточно применять трансформаторы с показателями мощности на уровне 250 кВА.

Определение габаритной мощности трансформатора

Показатели габаритной мощности трансформатора могут быть приблизительно определены в соответствии с сечением магнитопровода. В этом случае уровень погрешности часто составляет порядка 50%, что обусловлено несколькими факторами.

Трансформаторная габаритная мощность находится в прямой зависимости от конструкционных характеристик магнитопровода, а также качественных показателей материала и толщины стали. Немаловажное значение придаётся размерам окна, индукционной величине, сечению проводов на обмотке, а также изоляционному материалу, который располагается между пластинами.

Безусловно, вполне допустимо экспериментальным и стандартным расчётным способом выполнить самостоятельное определение максимальной трансформаторной мощности с высоким уровнем точности. Однако, в приборах заводского производства такие данные учтены, и отражаются количеством витков, располагающихся на первичной обмотке.

Источник: https://crast.ru/instrumenty/formula-rascheta-moshhnosti-transformatora

Принцип действия трансформатора, хх и кз | Неисправности электрооборудования и способы их устранения

Подробности Категория: Оборудование

Пусть первичная обмотка 1 трансформатора (рис. 28) содержит W1 витков и подключена к источнику переменного тока при разомкнутом ключе К. Под действием напряжения источника тока в обмотке 1 появляется ток холостого хода. Ампер-витки создают основной переменный магнитный поток Ф, который замыкается по магнитопроводу трансформатора. Магнитный поток Ф, пересекая витки обмоток 1 и 2, наводит в обеих обмотках переменные э. д. с.

Действующие значения э. д с. могут быть определены по формулам, В:

(34) где Е1 и Е2—соответственно действующие значения э. д. с. обмоток 1 и 2, В. 1—частота источника переменного тока, Гц; \1 и W2— соответственно числа витков обмоток 1 и 2; Ф — основной магнитный поток, 3-с. Если замкнуть ключ К, под действием э. д. с. Е2 по обмотке 2 потечет ток h, направленный противоположно току обмотки 1.

Ампер-витки действуют встречно ампер-виткам обмотки 1. При нормальных режимах работы трансформатора поток Ф практически остается по стоянным, это обеспечивается за счет того, что с увеличением тока h увеличивается ток обмотки. С достаточной для практики точностью можно считать справедливым следующее равенство: hWx = hW2.

(35)

При разомкнутом ключе К напряжение на обмотке 2 равно э. д. с. этой обмотки; по мере нагрузки трансформатора напряжение обмотки U2 несколько уменьшается.

Холостой ход и короткое замыкание трансформатора

Холостой ход и короткое замыкание трансформатора являются весьма важными режимами его работы, определяющими эксплуатационные качества трансформатора. I Холостой ход — это такой режим работы трансформатора, когда к одной из обмоток подводится номинальное напряжение, а вторая обмотка разомкнута. Рассмотрим холостой ход трехфазного трансформатора с магнитопроводом стержневого типа, обмотки которого соединены по схеме (рис. 29).

Опыт проводится в такой последовательности. Включим рубильник Р и при помощи индукционного регулятора 1 установим номинальное линейное напряжение U1л на первичной обмотке трансформатора, наблюдая за показаниями вольтметра V1. Условимся считать первичной ту обмотку трансформатора, к которой подводится напряжение.

Установив номинальное напряжение на первичной обмотке, зафиксируем показания приборов: амперметров— А1, А2, А3; ваттметров W1 и W2, вольтметра— V2.

Рис. 29. Схема опыта холостого хода трансформатора: Амперметры А 1, А2, А3 покажут нам линейные токи холостого хода соответствующих фаз —

1—индукционный регулятор; 2 — трехфазный трансформатор.

Токи равны. Это явление объясняется тем, что длина средней магнитной силовой линии фазы В меньше, чем длины средних магнитных силовых линий фаз А и С (рис. 30), а потому провести магнитный поток по длине1 легче, чем по длинам 1А, 1С.

За ток холостого хода трехфазного трансформатора принимают среднее арифметическое трех токов отдельных фаз А; В\ С:
(36) ок холостого хода трансформаторов обычно не превышает 4-12% от номинального тока, причем меньшие Цифры относятся к трансформаторам большей мощности.

Малая величина тока холостого хода трансформаторов объясняется отсутствием воздушных зазоров в магнитопроводе (в асинхронных двигателях ток холостого хода равен 20-f-60% от номинального). Иногда необходимо знать фазное значение тока холостого хода Фазный ток холостого хода определяется по следующим формулам: при соединении обмоток звездой и зигзагом

(37)

где /оф и /0л—соответственно фазный и линейны токи холостого хода, А; при соединении обмоток треугольником

(38

При холостом ходе трансформатор не совершает полез ной работы, его к. п. д. равен нулю. Активная мощность которую при этом показывают ваттметры W1 и W2 цели ком рассеивается в виде тепла, идущего на нагрев магнитопровода и первичной обмотки трансформатора. Сле дует отметить, что для определения активной мощности при холостом ходе трансформатора необходимо один и ваттметров переключить и взять разницу показаний двух ваттметров. Как указывалось ранее, ток холосто го хода трансформатора мал, а потери в обмотке за висят от квадрата тока и составляют менее 2% от потери холостого хода. При холостом ходе трансформатора потерями в первичной обмотке пренебрегают и считают что потерями холостого хода являются потери в стали.
Рис. 30. Длины средних магнитных силовых линий трехстержневого трехфазного трансформатора.

При холостом ходе с большой степенью точности можно считать, что U= E. Отношение э. д. с. первичной обмотки к э. д. с. вторичной об мотки называют коэффициентом трансформации. В трех фазных трансформаторах различают два коэффициент трансформации: коэффициент трансформации линейны э. д. с. и коэффициент транс формации фазных э. д. с. Из опыта холостого хода (рис. 29) можно определить коэффициента трансформации по показаниям вольтметров. Коэффициент трансформации линейных э.д. с.

(39)

где Е1л и Е2л — соответственно первичная и вторичная линейные э. д. с., В.

Коэффициент трансформации фазных э. д. с.
(40) где Е1ф, Еф2 — соответственно фазные э. д. с. и напряжения первичной и вторичной обмоток, В. Если обе обмотки трансформатора соединены одинаково, то коэффициенты трансформации фазных и линейных э.д.с. равны. При холостом ходе трансформатора коэффициент мощности cos ф0 меньше 0,2. Коэффициент мощности при холостом ходе можно определить по опытным данным с помощью формулы:

(41)

где Р0—мощность холостого хода, определенная с помощью ваттметров. Однофазный трансформатор работает при холостом ходе, как одна фаза трехфазного. Короткое замыкание — это такой режим работы трансформатора, когда вторичная обмотка замкнута, а к первичной обмотке подведено напряжение, обеспечивающее протекание номинальных токов по обеим обмоткам (испытательное короткое замыкание). При испытательном коротком замыкании к первичной обмотке подводится напряжение, равное 3,5-17% номинального. В процессе эксплуатации трансформатора возможно короткое замыкание вторичной обмотки при номинальном напряжении на первичной. Такой режим работы является аварийным, а короткое замыкание называется внезапным. При внезапном коротком замыкании токи в обмотках трансформатора в 10 и более раз больше номинальный. Если трансформатор при такое коротком замыкании не будет своевременно отключен от сети, то он выйдет из строя. Рис. 31. Схема опыта короткого замыкания трансформатора: 1 — индукционный регулятор; 2 — трехфазный трансформатор. В дальнейшем мы будем рассматривать только испытательное короткое замыкание. Рассмотрим короткое замыкание трансформатора, обмотки которого соединены по схеме (рис. 31). Опыт нужно проводит в такой последовательности. Индукционный регулятор 1 поста вить в положение минимальной напряжения, включить рубильник Р и при помощи индукционной регулятора по показанию амперметра А1 или А2 установить номинальный ток трансформатора. При симметричном напряжении сети и исправном трансформаторе показания амперметров должны быть одинаковыми. При опыте короткого замыкания приборы показывают: перметры А1, А2, А3— линейны токи фаз с первичной стороне трансформатора; амперметр Ац — линейный ток вторичной стороны; вольтметр V — напряжение короткого замыкания; ваттметры и W2 — активную мощность коротко го замыкания. При коротком замыкании трансформатор не совершает полезной работы, его к. п. д. равен нулю. Активная мощность короткого замыкания рассеивается в виде тепла, которое нагревает обмотки трансформатора. Потери в стали можно считать пропорциональными квадрату напряжения. Так как напряжение мало, то, следовательно, и потери в стали очень малы, и ими можно пренебречь. При коротком замыкании считают, что активная мощность короткого замыкания является потерями в обмотках трансформатора. При соединении обмотки в треугольник фазные и линейные напряжения одинаковы. Обычно напряжение короткого замыкания выражают в процентах от номинального: Ul и— номинальное линейное напряжение первичной обмотки, В.

V — показание вольтметра, В.

Схемы соединения обмоток и группы трансформаторов

Источник: https://leg.co.ua/knigi/oborudovanie/neispravnosti-elektrooborudovaniya-i-sposoby-ih-ustraneniya-3.html