Зачем в трансформатор вводят магнитный сердечник

Электропитание устройств и систем связи. Курс лекций

1. Трансформаторы

3. Неуправляемые выпрямители

4. Управляемые выпрямители

6. Стабилизаторы в цепи постоянного тока

8. Инверторы напряжения

9. Корректор коэффициента мощности

10. Аккумуляторы (кислотные)

11. Промышленные выпрямительные устройства

12. Принципиальная схема двухтактного преобразователя постоянного напряжения на базе микросхемы 1169ЕУ1

13. Система электропитания

Примеры решения задач

Конструкция и принцип действия трансформатора

Трансформатор — это статический электромагнитный аппарат, преобразующий электрическую энергию напряжения переменного тока с одними параметрами в электрическую энергию с другими параметрами (частота, напряжение, фазность, форма напряжения и.т.д.).
Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Рассмотрим работу трансформатора по логической цепочке на «холостом» ходу. На рисунке изображена конструкция однофазного трансформатора,

Здесь Ф0 основной магнитный поток (магнитопровод предназначен для направления и концентрации основного магнитного потока);
ФS1ФS2 потоки рассеяния основного магнитного потока в обмотках первичной и вторичной цепей. Они зависят от сцепления обмоток (удаленности друг от друга), от расположения их на стержнях, а также от контура прохождения основного потока. Представим принцип действия трансформатора в виде логической цепочки:

1 — При подключении трансформатора к первичной цепи переменного тока возникает ток (по закону Ома), обратно пропорциональный входному сопротивлению трансформатора:

2 — При протекании тока по обмотке трансформатора, намотанной на замкнутый магнитопровод, возникает напряженность магнитного поля (H):

где F — магнитодвижущая сила, lср — средняя линия магнитопровода, W1 — число витков в первичной цепи. Магнитопровод трансформатора необходимо выполнять из ферромагнитного материала.

3 — Под действием напряженности магнитного поля Н в магнитопроводе (сердечнике) трансформатора возникает основной магнитный поток Ф0, прямо пропорциональный сечению магнитопровода (Sмаг). Магнитная индукция Вх является рабочей точкой на основной кривой намагничивания и выбирается на линейном участке, чтобы при намагничивании сердечника постоянным током магнитопровода не было захода ее в область насыщения.

4 — При прохождении основного магнитного потока по сердечнику в первичной цепи возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной цепи ЭДС взаимоиндукции, которые определяются по закону магнитодвижущих сил — закону Максвелла — Фарадея:

где ЭДС — это изменение потока сцепления во времени.

Логическая цепочка работы трансформатора под нагрузкой

При подключении нагрузки во вторичной цепи начинает протекать ток I2 , при этом в сердечнике возникает размагничивающий магнитный поток, противоположный по направлению к основному. Это приводит к уменьшению ЭДС в первичной цепи. В электромагнитной системе нарушается равновесие (), что приводит к возрастанию потребляемого тока из сети I1, т.е. к самобалансированию системы и поток Ф0 восстанавливается:

Отсюда следует уравнение магнитодвижущих сил (МДС):

, где — ток цепи намагничивания (ток «холостого» хода).

Уравнение ЭДС трансформатора

Рассмотрим его для низкочастотного трансформатора, в котором напряжение питания изменяется по синусоидальному закону:

При анализе работы однофазного трансформатора используют связь действующего значения ЭДС с конструктивными параметрами трансформатора:

где KФ — коэффициент формы, для низкочастотного трансформатора имеем синусоидальную форму напряжения KФ=1,11, для высокочастотного трансформатора форма напряжения — прямоугольная и KФ=1.

Источник: https://siblec.ru/telekommunikatsii/elektropitanie-ustrojstv-i-sistem-svyazi

4.3. Физические процессы в трансформаторе. Уравнение эдс. Трансформатор без обратной эдс

ТрансформаторТрансформатор без обратной эдс

 

В двух словах: 

читайте внимательно, суть не в том какая нагрузка, а в том что падает ток потребления при подключении ее!

В физике и инженерии нас всегда учили бороться с обратной эдс – спрашивается зачем!? Ни один физик ортодокс не может ответить на этот вопрос! А ведь эту энергию можно полезно использовать – только вот ведь незадача там не действуют стандартные законы физики! С обратной эдс возникает отрицательное напряжение, часто называемое отрицательным электричеством.

В эксперименте с импульсным трансформатором на частоте 100 кгц, отделил отрицательную полуволну во вторичной обмотке (результат размагничивания сердечника) стандартным выпрямительным диодом и подключил 10 светодиодов (ток потребления 200 мА) параллельно. В холостом режиме импульсный источник потреблял ток в 280 мА, при подключении 10 светодиодов (к отрицательной полуволне) в вторичной обмотке трансформатора. Общий ток потребления падал до 190 мА! Замерялось двумя приборами одновременно.

Потом Подключил еще 10 светодиодов, всего 20шт – номинальный ток потребления 400 мА. Общий ток потребления упал до 120 мА. При этом все светодиоды горели в полную яркость. Тут пришла идея измерить потребляемый ток светодиодов, и я подключил конденсатор для правильности измерения как фильтр, чтобы измерять постоянную составляющую. К моему удивлению яркость светодиодов слегка уменьшилась, но незначительно, а прибор показал ток потребления 20 светодиодов 40 мА.

– Казалось бы – полный бред! Я по образованию инженер и работал инженером, сейчас занимаюсь ремонтом цифровой техники – вот и думаю, может я что упустил, может, есть объяснение стандартное и пригласил своих коллег по работе, толковые ребята тоже инженеры по образованию. Посмотрев на это с удивлением просто развели руками, никто не смог объяснить, почему и как такое может быть, чтобы общий ток потребления дважды падал при подключении нагрузки 1й и 2й..

!? Данную схему и фото опытов я показал своему знакомому профессору, он преподавал ТОЭ в университете, на что он сказал – я конечно предполагаю в чем дело но до конца понять не могу (почесав затылок).

Хочу добавить, при подключении еще большей нагрузки – попытка выйти за рамки кпд 1, ферритовый сердечник видимо перемагничивается, в результате на входе начинает потреблять очень большой ток до 4 ампер.

И совершенно очевидно в данном опыте при подключении нагрузки к отрицательной полуволне во вторичной обмотке (то есть при размагничивании сердечника), на его намагничивание тратится меньше энергии, о чем свидетельствует падение потребляемого тока при подключении нагрузки 1 и нагрузки 2.

Потребление энергии нагрузкой идет во время отсутствия импульса в первичной обмотке, таким образом, работа совершается только над намагничиванием сердечника.

                Есть аналогичные опыты у господина Мельниченко (трансформатор Мельниченко), там он говорит о резонансе. Резонанс в импульсных системах хорошее и полезное дело, но в данном случае к эффекту не имеет никакого отношения!

вот схема: 

Самое верное – это считать, что на сегодняшний день мы ни черта не знаем, не понимаем, а ортодоксальная физика уже не состоятельна, недостаточно объясняет (подчеркну, объясняет именно) как устроен и работает «мир»!

                Важно заметить! Изучая поставленные опыты людей, которые добились, каких либо эффектов заметил: что истинный смысл затрагивается лишь в скользь ввиду осторожности ну или же полный увод в сторону от истинного смысла (как правило, это когда уже кто следует, намекнет человеку чтобы молчал в тряпочку по данной теме!)  Так и вышло с господином Мельниченко, у него несколько хороших опытов, в которых присутствуют эффекты, не поддающиеся пока объяснению ортодоксальной физикой.  Так вот Мельниченко уже как года пол или даже год не выходит на связь, а из его сайта сделали коммерческий проект. И то, что показывают там и рассказывают за деньги явный увод в сторону!  Еще хорошим примером будет Джон Бедини с своим изобретением, а в нем он ведь только намекает на то, что происходит и колесо с магнитами это так для отвода глаз! Джон Хатчисон  который добился левитации любых предметов и изменения молекулярного состояния – тоже молчит в тряпочку! И все потому, что людям жить хочется! Бедини в своей лекции открыто говорит: — Ребята построите большой генератор и будете орать об этом и Вы вскоре исчезните как многие ученые и изобретатели!

фото записей эксперимента

Чуянов Владимир

chuyanov.livejournal.com

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции (взаимоиндукции). Взаимная индукция состоит в наведении ЭДС в индуктивной катушке при изменении тока другой катушке.

Под воздействием переменного тока в первичной обмотке в магнитопроводе создается переменный магнитный поток

который пронизывает первичную и вторичную обмотки и индуктирует в них ЭДС

где – амплитудные значения ЭДС.

Действующее значение ЭДС в обмотках равны

; .

Отношение ЭДС обмоток называется коэффициентом трансформации

.

Если , то вторичная ЭДС меньше первичной и трансформатор называ­ется понижающим, при– трансформатор повышающий.

Вопрос 8 . Векторная диаграмма холостого хода идеального трансформатора

Так как мы рассматриваем идеальный трансформатор, т.е. без рассеяния и потерь мощности, то ток х.х. является чисто намагничивающим – , т.е. он создаёт намагничивающую силу, которая создаёт поток, где– магнитное сопротивление сердечника, состоящее из сопротивления стали и сопротивления в стыках сердечника. Как амплитуда, так и форма кривой тока зависят от степени насыщения магнитной системы.

Если поток изменяется синусоидально, то при ненасыщенной стали кривая тока холостого хода практически тоже синусоидальна. Но при насыщении стали кривая тока всё более отличается от синусоиды (рис. 2.7.) Кривую тока х.х. можно разложить на гармоники. Так как кривая симметрична относительно оси абсцисс, то ряд содержит гармонические только нечётного порядка. Первая гармоника токаi(01) совпадает по фазе с основным потоком.

Из высших гармоник сильнее всего выражена третья гармоника тока i(03).

Рис 2.7 Кривая тока Х.Х

Действующее значение тока холостого хода:

. (2.22)

Здесь I1m, I3m, I5m – амплитуды первой, третьей и пятой гармоник тока холостого хода.

Так как ток холостого хода отстаёт от напряжения на 90, то активная мощность, потребляемая идеальным трансформатором из сети, тоже равна нулю, т.е. идеальный трансформатор потребляет из сети чисто реактивную мощность и намагничивающий ток.

Векторная диаграмма идеального трансформатора представлена на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Векторная диаграмма идеального трансформатора

Вопрос 9 Векторная диаграмма холостого хода реального трансформатора

В реальном трансформаторе существуют рассеяние, и потери в стали и в меди. Эти потери покрываются за счёт мощности Р0, поступающей в трансформатор из сети.

,

где I0а – действующее значение активной составляющей тока холостого хода.

Следовательно, ток холостого хода реального трансформатора имеет две оставляющие: намагничивающую – , создающую основной потокФ и совпадающую с ним по фазе, и активную:

Векторная диаграмма реального трансформатора представлена на рис. 2.9.

Обычно , поэтому на величину тока холостого хода эта составляющая влияет мало, а больше влияет на форму кривой тока и его фазу. Кривая тока холостого хода явно несинусоидальна, и сдвинута во времени относительно кривой потока на угол, называемый углом магнитного запаздывания

При замене действительной кривой тока холостого хода эквивалентной синусоидой, можно написать уравнение напряжений в комплексной форме, где все величины изменяются синусоидально:

, Учитывая, что ЭДС рассеяния,

Рис. 2.9. Векторная диаграмма реального трансформатора

Рис. 2.11. Векторная диаграмма напряжений трансформатора, режим холостого хода

Источник: https://szemp.ru/transformator/transformator-bez-obratnoj-eds.html

Что такое сварочный трансформатор — Электропривод

Сварочный трансформатор – трансформатор, получивший широкое применение в производственной сфере и в быту для электродуговой сварки. Рассмотрим особенности конструкции сварочных трансформаторов, принцип их работы и разновидности данного оборудования.

Особенности конструкции сварочного трансформатора

Данный агрегат комплектуется следующими элементами и узлами:

• магнитопровода (сердечника);Виды магнитопроводов
• первичной обмоткой, выполненной стационарно с использованием изолированных проводов;
• подвижной катушки вторичной обмотки, иногда выполненной из оголённых проводов, чтобы увеличить интенсивность отвода тепла;
• регулировочным винтом с резьбой ленточного типа, расположенным вертикально;
• гайкой для передвижения винта, закреплённой к выходной катушке;
• рукояткой, управляющей винтом;
• зажимными устройствами, предназначенными для крепления контактов;
• кожухом с зазорами для обеспечения отвода тепла.

Сварочный трансформатор

Параметры силы электротока не зависят от конструкции сердечника. Но данный узел необходим для возбуждения магнитного потока и комплектуется из пакета пластин, изготовленных из трансформаторной стали.

Изготовление сердечника в виде цельного элемента нецелесообразно по причине большого количества потерь в величине магнитного поля за счёт образования вихревых токов, снижающих индукцию.

Чтобы агрегат работал тихо, важно плотно стянуть пакет пластин, исключив вибрацию между ними в процессе эксплуатации трансформатора.

Различные аппараты могут конструктивно различаться, исходя из предназначения и рабочих характеристик, на которые рассчитан трансформатор.

На чём основан принцип работы

Функционирование агрегата происходит следующим образом:

• на катушку входа подаётся электроток, создаётся магнитное поле и электродвижущая сила, замыкаемая на сердечнике;
• в результате на вторичной обмотке наводится свой магнитный поток и электрический ток;
• различие в количестве витков обмоток изменяет параметры тока, позволяя достигнуть характеристик, обеспечивающих расплавление металла.

Для сварочных работ применяется трансформатор понижающего типа, у которого на входной катушке(первичной обмотке) количество витков превышает выходную(вторичную обмотку).

Принцип работы трансформатора

Сила выходного электротока может регулироваться за счёт подвижной конструкции устройства – путём увеличения или уменьшения зазора между катушками входа и выхода. При раздвижении катушки ток снижается, приближение вызывает увеличение указанной характеристики. Регулирование выполняется вращением рукоятки.

Величина тока подбирается, исходя из толщины и марки свариваемого металла, расположения сварочного шва. Чем толще свариваемые листы металла, тем больше потребуется создать величину тока на выходной катушке аппарата.

Соотношение величины тока с диаметром электрода и толщиной свариваемого металла

Холостой режим

Агрегат может функционировать в двух режимах:

• нагрузочном;
• холостого хода.

В процессе сварки создаётся сварочная дуга, соединяющая посредством электрода обмотку на выходе со свариваемым металлом. Мощный сварочный электроток расплавляет свариваемый металл и создаёт неразъёмное соединение. После окончания сварки происходит вторичная цепь размыкается, и трансформатор переходит на холостой ход.

Во входной катушке возникают электродвижущие силы двойного происхождения:

• благодаря созданию магнитного поля при работе устройства;
• посредством рассеивания – часть из них отделяется от ЭДС на сердечнике и образуют электроток холостого хода.

Конструкция агрегата выполняется таким образом, чтобы величина напряжения на холостом ходу не представляла опасности для здоровья человека, выполняющего работы с помощью трансформатора.

Значение напряжения на холостом ходу ограничивается 48 В, в некоторых случаях допускается величина до 70 В. В целях безопасности устанавливается ограничивающее устройство, снижающее величину напряжения при превышении указанного значения, работающее в автоматическом режиме.

Дополнительная защита обеспечивается за счёт выполнения заземления аппарата.

Особенности схемы и модификации аппарата

Кроме стандартных устройств, в сварочном трансформаторе могут применяться дополнительные элементы, совершенствующие конструкцию агрегата. Схема может выполняться с использованием:

• нескольких катушек на выходе;
• конденсаторов;
• импульсных стабилизаторов;
• тиристорных преобразователей.

Схема может дополняться резисторами, регулирующими силу тока, если изменение расстояния между катушками не позволяет добиться необходимых характеристик. Эти элементы могут потребоваться, если предполагается сварка тонкого металла, или мощность оборудования чрезмерно велика.

Особенности расчёта трансформаторов для сварки

Понижение характеристик тока обеспечивается расчётом количества витков на первичной и вторичной обмотках. Параметры напряжения на выходе понижаются относительно входного на величину от 10 до 100 раз.

Чтобы обеспечить необходимые характеристики, число витков на обмотках должно быть тщательным образом рассчитано. Величина погрешности допускается в пределах 3 %.

Каждый аппарат характеризуется собственной величиной коэффициента трансформации, определяемом как частное величины силы тока на входе и выходе. Учитывая расчётные данные, создаётся оборудование с характеристиками, в зависимости от предполагаемых режимов работы и параметров сварочных соединений.

Расчёт выполняется с учётом следующих характеристик и нюансов:

• эксплуатационных показателей – типа подключённой электросети, регулировочного диапазона, фактической мощности, продолжительности непрерывной работы;
• диаметра электрода, на который рассчитан аппарат;
• условий эксплуатации;
• коэффициента полезного действия агрегата.

Отдельные характеристики из указанных взаимосвязаны между собой.

Разновидности сварочных трансформаторов

Данное оборудование выпускается различных типов, исходя из условий эксплуатации и назначения. Аппараты могут различаться следующими характеристиками:

• массой и габаритными размерами – от компактных моделей, переносимых на наплечном ремне, до промышленных агрегатов, перемещаемых на колёсах или грузоподъёмными механизмами;
• величиной напряжения на холостом ходу – в диапазоне от 48 до 70 В;
• силой тока в пределах от 50 до 400 А. На масштабных производствах могут использоваться модели с величиной данной характеристики до 1000 А;
• количества фаз электрической сети – модели с одной и тремя фазами;
• подачей электротока – непрерывно или импульсно;
• диаметром электродов, на использование которых рассчитан аппарат – от 2 до 6 мм.

Современная промышленность выпускает множество разновидностей сварочных трансформаторов. Бытовой потребитель может подобрать изделие, исходя из особенностей предполагаемой эксплуатации и учитывая ценовую политику производителя.

Цены на бытовые модели сварочных трансформаторов колеблются в пределах от 4 до 20 тысяч рублей, в зависимости от характеристик и изготовителя. Выбор потребителя зависит от его финансовых возможностей и назначения устройства.

Сварочные трансформаторы – оборудование, незаменимое в быту и промышленной сфере. С помощью данных агрегатов можно получать надёжное и неразъёмное соединение, без особенных усилий и сложностей. Ценовая доступность позволяет бытовому пользователю приобрести аппарат для использования в домашних условиях, а в устройстве и принципе работы разобраться не составит особенного труда.

Как выбрать сварочный трансформатор

При выборе оборудования, необходимо учитывать поставленные задачи и, исходя из этого, приобретать модель. Производятся приборы следующих классов:

• бытовые – для незначительных по объему работ в домашних условиях. Предполагает эксплуатацию в течение до 10 мин., после чего требуется перерыв. Величина сварочного тока не превышает 200 А;
• профессиональные – применяется при выполнении ремонтов конструкций и рассчитан на продолжительную работу. Показатели сварочного тока – от 200 до 300 А;
• промышленные – используются на производстве. Предполагают возможность непрерывной эксплуатации в течение суток с незначительными паузами. Производятся со сварочным током от 250 до 500 А.

Кроме класса и величины тока при выборе аппарата следует учитывать номинальное напряжение, на которое он рассчитан. Бытовые сети предполагают величину напряжения 220 В, с возможностью отклонения в ту или иную сторону до 15 процентов.

Еще один важный фактор – стоимость. Каждый должен выбирать, исходя из цены, зависящей от перечисленных ранее критериев и политики изготовителя.

Сварочные трансформаторы – оборудование, незаменимое в быту и промышленной сфере. С помощью данных агрегатов можно получать надежное и неразъемное соединение, без особенных усилий и сложностей. Ценовая доступность позволяет бытовому пользователю приобрести аппарат для использования в домашних условиях, а в устройстве и принципе работы разобраться не составит особенного труда.

Как сделать сварочный трансформатор своими руками

Источник: https://lipetskmash.ru/svarochnye/chto-takoe-svarochnyj-transformator.html

Особенности строения сердечника трансформатора

Трансформатор служит для преобразования напряжения переменного тока. Он состоит из сердечника с двумя или несколькими обмотками. На одну из катушек подаётся переменное напряжение. Проходящий при этом через неё ток, вызывает изменение во времени магнитного потока в сердечнике.

Этот поток пронизывает все обмотки и по закону электромагнитной индукции наводит в них ЭДС. В зависимости от соотношения числа витков в катушках исходное напряжение во вторичной обмотке повышается или понижается в сравнении с поданным.

Сердечник необходим для более эффективной трансформации напряжения уменьшения потерь на рассеянии.

Сердечник трансформатора испытывает значительное воздействие переменного магнитного поля. Это приводит к возникновению вихревых токов. В результате происходит нагревание магнитопровода что приводит к потерям энергии.

Изготавливаются сердечники из стали, перемагничивание которой также приводит к бесполезному расходованию электроэнергии.

Как уменьшить потери

Величина потерь на перемагничивание зависит от нескольких факторов:

• свойств вещества из которого изготовлен сердечник. Материалы плохо поддающиеся намагничиванию, так же с трудом перемагничиваются. И тем большая энергия расходуется, что выражается в нагревании;
• частоты перемагничивания;
• наибольшего значения магнитной индукции.

Потери уменьшают за счёт использования специальной трансформаторной стали. Она требует меньшую энергию на перемагничивание в сравнении с другими веществами.

Вихревые токи достигают наибольших значений в массивных проводниках из-за их малого сопротивления. Для их уменьшения необходимо увеличить электрическое сопротивление. Этого достигают за счёт набора сердечника из отдельных листов. Толщина стальных пластин выбирается не более 0,5 мм.

Чтобы при нагревании листы между собой не сплавились, для снижения потерь на вихревые токи пластины изолируют друг от друга. В качестве разделителя используют лак, окалину. Существуют химические способы изоляции стальных листов. Прослойки оказывают вихревым токам сильное сопротивление, купируют их действие, что значительно снижает энергопотери.

Основные виды сердечников

Трансформаторы имеют различные сферы применения, технические характеристики, габариты. Они отличаются и по типу магнитопроводов. Конструктивно сердечники разделены на три основных вида:

• стержневые;
• броневые;
• тороидальные.

Стержневой сердечник сконструирован в виде буквы П и состоит из двух стержней, соединённых ярмом. При необходимости защитить обмотки от внешних воздействий используют броневые магнитопроводы. Ярмо находится с внешней части и полностью закрывает, расположенный внутри стержень с обмоткой.

Сердечники классифицируют так же по способу сборки пластин:

• наборка из штампованных пластин. К преимуществам магнитопроводов из листов относят возможность их изготовление из не очень прочных материалов;
• навитые металлические ленты. Такие сердечники более полно используют магнитную энергию, но при этом имеют повышенный уровень потерь. Тороидальная намотка лент самая сложная, но энергетически наиболее выгодная.

Имеются различия в соединении стержней с ярмом. Их собирают двумя способами:

• встык, когда все элементы собираются из пластин отдельно. Соединяются в единый сердечник на последнем этапе сборки трансформатора: после того, как уложены обмотки;
• впереплёт. Такие магнитопроводы называют шихтованными. Они почти не имеют потерь в местах соединения.

Особенности импульсных нагрузок

Для приборов несущих импульсную нагрузку применяют специальные трансформаторы. Они способны преобразовать напряжение и силу тока при импульсных нагрузках и выдержать их разрушающее действие. Типы сердечников импульсных трансформаторов по форме не отличаются от других видов приборов.

Наиболее часто магнитопровод изготавливают в виде тора из феррита. На него наматываются обмотки особым способом: в первичной витку укладываются против часовой стрелки, а во вторичной – по часовой.

Такой трансформатор можно изготовить самостоятельно, необходимо только учесть требования сохранения импульса.

Расчёт мощности преобразователя

Каждый трансформатор имеет технические характеристики, указанные в паспорте. Бывает необходимо провести самостоятельные расчёты обмотки и мощности если данные утеряны. Значение мощности важно для определения возможности использования конкретного преобразователя.

Перед тем как определить мощность трансформатора по сечению сердечника, изучают тип магнитопровода. Если сердечник имеет Ш форму выполняют такие вычисления:

• измеряют толщину набора пластин;
• делают замер центральной части;
• перемножаются полученные результаты.

После этого проводится расчёт по формуле:

где Sплощадь сечения, 1,33 коэффициент. Полученное значение покажет возможность установки данного трансформатора в прибор известной мощности. Если расчёты дали показатель меньше чем у аппаратуры, значит трансформатор использовать нельзя.

Статья была полезной? Оцени и поделись ей в соц. сетях:

Источник: http://expertelektrik.ru/osobennosti-stroeniya-serdechnika-transformatora.html