Трансформаторные знания

Термины трансформатора

Определения терминов трансформатора

Определения терминов трансформатора

• Электрические трансформаторы

Электрические трансформаторы — это устройства, используемые для повышения или понижения напряжения переменного тока. Например, электроэнергия передается на большие расстояния по высоковольтным линиям электропередач, а затем трансформаторы понижают напряжение, чтобы мощность могла использоваться в бизнесе или в домашнем хозяйстве.

• Разделительные трансформаторы

Изолирующий трансформатор — это трансформатор, часто с симметричными обмотками, который используется для развязки двух цепей. Изолирующий трансформатор позволяет получать сигнал или мощность переменного тока от одного устройства и подавать на другое без электрического соединения двух цепей. Разделительные трансформаторы блокируют передачу сигналов постоянного тока из одной цепи в другую, но пропускают сигналы переменного тока.

• Линии электропередач

Линия передачи — это материальная среда или структура, которая полностью или частично образует путь от одного места к другому для направления передачи энергии, такой как электромагнитные или акустические волны, а также передачи электроэнергии. Компоненты линий передачи включают провода, коаксиальные кабели, диэлектрические плиты, дополнительные волокна, линии электропередач и волноводы.

• Напряжение трансформатора

Мера количества силы, действующей на единичный заряд из-за окружающего заряда.

• Фаза трансформатора

Большинство трансформаторов однофазные или трехфазные.

• Частота трансформатора

Трансформатор не может изменить частоту питания. Если на подаче 60 герц, то и на выходе будет 60 герц.

• Коэффициент К трансформатора

Некоторые трансформаторы в настоящее время предлагаются с рейтингом k-фактора. Это мера способности трансформатора выдерживать нагревательные эффекты несинусоидальных гармонических токов, создаваемых большей частью современного электронного оборудования и определенного электрооборудования.

• Первичное напряжение

Обмотка катушки, которая напрямую связана с вводом питания.

• Вторичное напряжение

Обмотка катушки, подающая выходное напряжение.

• Гармоническое подавление

Подавление гармоник осуществляется с помощью трансформаторов подавления гармоник, также известных как фазосдвигающие трансформаторы. Трансформатор с подавлением гармоник является относительно новым продуктом для снижения уровня гармоник в системах распределения электроэнергии. Этот тип трансформатора имеет запатентованную встроенную электромагнитную технологию, предназначенную для устранения больших токов нейтрали и наиболее вредных гармоник с 3-й по 21-ю.

• Всепогодный

Закрытые трансформаторы соответствуют стандарту защиты от атмосферных воздействий, установленному NEMA.

• Инкапсулированный эпоксидной смолой

Процесс, при котором трансформатор или один из его компонентов полностью герметизируется эпоксидной смолой или подобным материалом. Этот процесс обычно предпочтительнее, когда устройство может столкнуться с суровыми условиями окружающей среды.

• Больше терминов для силовых трансформаторов

Например, индуктор, замыкание на землю, насыщение сердечника, трансформатор тока, экран Фарадея и т. Д.

• Соединение по схеме «звезда» и «треугольник»

Дельта соединение

Если мы назовем три фазных проводника L1, L2 и L3, то вы подключите первый магнит к L1 и L2, второй к L2 и L3, а третий к L3 и L1.

Этот тип соединения называется соединением треугольником, потому что вы можете расположить проводники в форме треугольника (треугольник). Между каждой парой фаз будет разность напряжений, которая сама по себе является переменным током. Разница напряжений между каждой парой фаз будет больше, чем напряжение, которое мы определили на предыдущей странице, фактически оно всегда будет в 1,732 раза больше напряжения (1,732 — это квадратный корень из 3).

Звездное соединение

Однако есть и другой способ подключения к трехфазной сети: вы также можете подключить один конец каждой из трех магнитных катушек к своей собственной фазе, а затем подключить другой конец к общему узлу для всех трех фаз. Это может показаться удивительным, но учтите, что сумма трех фаз всегда равна нулю, и вы поймете, что это действительно возможно.

Типы трансформаторов

Повышающие трансформаторы

Повышающий трансформатор — это трансформатор, у которого вторичное напряжение больше первичного. Такой трансформатор «повышает» подаваемое на него напряжение.

Как работает повышающий трансформатор или понижающий трансформатор: Трансформатор состоит из двух или более катушек изолированного провода, намотанных на железный сердечник. Количество обмоток провода вокруг сердечника («витков») очень важно и определяет, как трансформатор изменяет напряжение. Если первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная, у вас есть повышающий трансформатор, который увеличивает напряжение. Когда напряжение подается на одну катушку (часто называемую первичной или входной), она намагничивает железный сердечник, который индуцирует напряжение в другой катушке (часто называемой вторичной или выходной). Соотношение витков двух наборов обмоток определяет величину преобразования напряжения. Примером этого может быть 100 витков на первичной обмотке и 50 витков на вторичной обмотке, соотношение 2 к 1. Трансформатор - это не что иное, как устройство измерения коэффициента напряжения. С повышающим трансформатором или понижающим трансформатором соотношение напряжений между первичной и вторичной обмотками будет отражать «коэффициент поворота» (за исключением однофазных менее 1 ква с компенсированными вторичными цепями). Практическое применение этого соотношения 2 к 1 витку было бы понижением напряжения с 480 до 240.

Трансформатор состоит из двух катушек, по одной с каждой стороны сердечника из мягкого железа. Повышающий трансформатор повышает напряжение. Пример если ниже.

Есть два момента, которые нужно помнить

Трансформаторы работают только с переменным током. Использование постоянного тока создаст магнитное поле в сердечнике, но это не будет меняющееся магнитное поле, и поэтому во вторичной катушке не будет индуцироваться напряжение.

Использование повышающего трансформатора для повышения напряжения не даст вам ничего даром. При повышении напряжения ток падает в той же пропорции. Уравнение мощности показывает, что общая мощность остается неизменной.

P=V x I Мощность = Напряжение x Ток

В действительности выходная мощность всегда меньше потребляемой мощности, потому что изменяющееся магнитное поле в сердечнике создает токи (называемые вихревыми токами), которые нагревают сердечник. Затем это тепло теряется в окружающей среде, это энергия впустую.

Электроэнергия сначала производится на электростанциях. Затем электроэнергия направляется на повышающие трансформаторы, где низковольтная электроэнергия преобразуется в высоковольтную, чтобы облегчить передачу мощности от электростанции к потребителю. Напряжение должно быть увеличено, чтобы электрический ток имел «толчок», необходимый для эффективного перемещения на большие расстояния.

От повышающего трансформатора линии электропередачи передают электрический ток высокого напряжения на большие расстояния по толстым проводам, установленным на высоких опорах, которые удерживают линии электропередачи высоко над землей. Изоляторы из фарфора или полимеров используются для предотвращения выхода электричества из линий электропередачи.

Высоковольтные линии электропередачи передают электрический ток на подстанции, где напряжение снижается, чтобы его можно было распределять локально по более мелким линиям электропередачи, известным как распределительные линии. Уровни напряжения распределительной линии обычно составляют 4 кВ или 12 кВ. Эти напряжения в последний раз снижаются в меньших верхнеполюсных трансформаторах до рабочих напряжений, обычно 120 и 240 вольт, чтобы сделать электроэнергию безопасной для использования в наших домах.

Понижающие трансформаторы

Понижающий трансформатор — это трансформатор, вторичное напряжение которого меньше первичного. Понижающий трансформатор предназначен для понижения напряжения с первичной обмотки на вторичную.

Такой трансформатор «понижает» подаваемое на него напряжение. Они часто варьируются в размерах напряжения от 0,5 ква до 500 ква.

Существует множество применений понижающего трансформатора, и более крупные устройства используются в системах электроснабжения, а небольшие блоки - в электронных устройствах. Промышленные и бытовые силовые трансформаторы, работающие на частоте сети (60 Гц в США), могут быть однофазными или трехфазными, предназначены для работы с высокими напряжениями и токами. Для эффективной передачи электроэнергии требуется повышающий трансформатор на электростанции для повышения напряжения с соответствующим снижением тока. Потери мощности в линии пропорциональны квадрату тока, умноженному на сопротивление линии электропередачи, поэтому для уменьшения потерь в линиях передачи на большие расстояния используются очень высокие напряжения и низкие токи. На приемном конце понижающие трансформаторы снижают напряжение и увеличивают ток до уровня напряжения в жилых или промышленных помещениях, обычно от 115 до 600 В.

В электронном оборудовании трансформаторы мощностью порядка 1 кВт в основном используются перед выпрямителем, который, в свою очередь, подает на оборудование постоянный ток (DC). Такие электронные силовые трансформаторы обычно изготавливаются из пакетов листов стального сплава, называемых пластинами, на которые намотаны катушки из медной проволоки. Трансформаторы мощностью от 1 до 100 Вт используются главным образом в качестве понижающих трансформаторов для соединения электронных схем с громкоговорителями в радиоприемниках, телевизорах и высокоточном оборудовании. Эти устройства, известные как аудиотрансформаторы, используют лишь небольшую часть своей номинальной мощности для передачи программного материала в слышимом диапазоне с минимальными искажениями. Трансформаторы оценивают по их способности воспроизводить частоты звуковых волн (от 20 Гц до 25 кГц) с минимальными искажениями на полном уровне звуковой мощности.

Как работает понижающий трансформатор?

Трансформатор представляет собой электрическое устройство с одной обмоткой провода, расположенной рядом с одной или несколькими другими обмотками, используемое для соединения двух или более цепей переменного тока вместе путем использования индукции между обмотками. Трансформатор, у которого вторичное напряжение больше первичного, называется повышающим, если вторичное напряжение меньше первичного, то понижающим. Произведение тока на напряжение постоянно в каждом наборе обмоток, так что в повышающем трансформаторе увеличение напряжения во вторичной обмотке сопровождается соответствующим уменьшением тока.

Факторы при выборе понижающего трансформатора:

Трансформаторы должны быть эффективными и рассеивать как можно меньше энергии в виде тепла в процессе преобразования. КПД обычно превышает 99 процентов и достигается за счет использования специальных стальных сплавов для связывания индуцированных магнитных полей между первичной и вторичной обмотками. Для повышения эффективности трансформатора и уменьшения нагрева одним из наиболее важных соображений является выбор типа металла обмоток. Медная обмотка более эффективна, чем алюминий и другие материалы для обмотки. Трансформаторы с медными обмотками изначально стоят дороже, но с течением времени могут сэкономить на стоимости электроэнергии и обслуживании и более чем компенсируют первоначальные затраты. Рассеивание даже 0,5% мощности, передаваемой в большом трансформаторе, приводит к образованию большого количества тепла, которое требует специального охлаждения. Типичные силовые трансформаторы устанавливаются в герметичных контейнерах, в обмотках которых циркулирует масло или другое вещество для передачи тепла внешним радиатороподобным поверхностям, откуда оно может отводиться в окружающую среду.

Информация о типовом понижающем трансформаторе:

Трансформатор — это устройство для повышения или понижения электрического сигнала. Без эффективных трансформаторов передача и распределение электроэнергии переменного тока на большие расстояния были бы невозможны.

Типовой трансформатор

Есть две цепи; первичный контур и вторичный контур. Между двумя цепями нет прямого электрического соединения, но каждая цепь содержит обмотку, которая индуктивно связывает ее с другой цепью. В трансформаторах две обмотки намотаны на один и тот же железный сердечник. Назначение железного сердечника состоит в том, чтобы направлять магнитный поток, создаваемый током, протекающим вокруг первичных обмоток, так, чтобы как можно большая его часть также связывала вторичную обмотку. Общий магнитный поток, связывающий две обмотки, условно обозначается на принципиальных схемах рядом параллельных прямых линий, проведенных между обмотками. Другими словами, соотношение пиковых напряжений и пиковых токов в первичной и вторичной цепях определяется соотношением числа витков в первичной и вторичной обмотках; это последнее отношение обычно называют коэффициентом трансформации трансформатора. Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то пиковое напряжение во вторичной цепи больше, чем в первичной. Этот тип трансформатора называется повышающим трансформатором, потому что он повышает напряжение сигнала переменного тока. Обратите внимание, что пиковый ток во вторичной цепи меньше, чем пиковый ток в первичной цепи в повышающем трансформаторе (как и должно быть в случае сохранения энергии). Таким образом, повышающий трансформатор фактически понижает ток. Аналогично, если вторичная обмотка содержит меньше витков, чем первичная, то пиковое напряжение во вторичной цепи меньше, чем в первичной цепи. Трансформатор такого типа называется понижающим трансформатором. Обратите внимание, что понижающий трансформатор фактически увеличивает ток (т. е. пиковый ток во вторичной цепи превышает ток в первичной цепи).

Применение повышающих и понижающих трансформаторов в распределительных электростанциях:

Электричество вырабатывается на электростанциях при довольно низком пиковом напряжении (иногда около 440 В) и потребляется при пиковом напряжении от 110 до 220 В для домашних хозяйств и предприятий в США. Электричество переменного тока передается от электростанции к месту, где оно находится. потребляется при очень высоком пиковом напряжении (обычно 50 000 В). Как только сигнал переменного тока выходит из генератора на электростанции, он подается на повышающий трансформатор и подается в линию передачи высокого напряжения, и транспортирует электричество на многие мили, и как только электричество достигает своей точки потребления, он питается через серию понижающих трансформаторов, пока его пиковое напряжение часто не снижается до 110 В.

Если электричество вырабатывается и потребляется при низких пиковых напряжениях, зачем утруждать себя повышением пикового напряжения до очень высокого значения на электростанции, а затем снова понижать напряжение, как только электричество достигает своей точки потребления? Почему бы не производить, передавать и распределять электроэнергию при напряжении 110В? Рассмотрим линию электропередачи, по которой пиковая мощность передается между электростанцией и городом. Мы можем думать о числе потребителей в городе и о характере электрических устройств, которыми они управляют, как о фиксированном числе. Предположим, что пиковое напряжение и пиковый ток сигнала переменного тока передаются по линии. Мы можем думать об этих числах как о переменных, поскольку мы можем изменить их с помощью преобразователя. Однако поскольку произведение пикового напряжения и пикового тока должно оставаться постоянным. Сопротивление линии вызывает потери мощности, которые больше при более низком напряжении на расстоянии. Пиковая скорость, при которой электрическая энергия теряется из-за омического нагрева в линии, высока.

Если мощность, передаваемая по линии, является фиксированной величиной, как и сопротивление линии, то мощность, теряемая в линии из-за омического нагрева, изменяется пропорционально обратному квадрату пикового напряжения в линии. Оказывается, даже при очень высоких напряжениях, таких как 50 000 В, омические потери мощности в линиях электропередачи протяженностью более десяти километров могут составлять до 20% передаваемой мощности. Легко понять, что если бы была предпринята попытка передать электроэнергию переменного тока при пиковом напряжении 110 В, то омические потери были бы настолько серьезными, что практически никакая мощность не достигла бы места назначения. Генерировать электроэнергию в центре, передавать ее на большие расстояния, а затем распределять в точке потребления можно только в том случае, если передача осуществляется при очень высоком пиковом напряжении (чем выше, тем лучше). Трансформаторы играют жизненно важную роль в этом процессе, потому что они позволяют нам очень эффективно повышать и понижать напряжение электрического сигнала переменного тока. Хорошо спроектированный трансформатор обычно имеет потери мощности, которые составляют всего несколько процентов от общей мощности, проходящей через него.

Разделительный трансформатор

Разделительные трансформаторы имеют первичную и вторичную обмотки, которые физически отделены друг от друга. Иногда изолирующие трансформаторы называют «изолированными».

Это связано с тем, что обмотки изолированы друг от друга. В развязывающем трансформаторе выходная обмотка будет изолирована или изолирована от земли, если она не соединена во время установки. Соединение вторичной нейтрали с землей практически устраняет синфазный шум, обеспечивая изолированную опорную нейтраль-землю для чувствительного оборудования и являясь недорогой альтернативой установке выделенных цепей и модернизации электрооборудования на месте.

Разделительный трансформатор позволяет получать сигнал переменного тока или мощность от одного устройства и подавать на другое без электрического соединения двух цепей. Разделительные трансформаторы блокируют передачу сигналов постоянного тока из одной цепи в другую, но пропускают сигналы переменного тока. Они также блокируют помехи, вызванные контурами заземления. Разделительные трансформаторы с электростатическими экранами используются для питания чувствительного оборудования, такого как компьютеры или лабораторные приборы. Изолирующие трансформаторы отличаются от автотрансформаторов, в которых первичная и вторичная обмотки имеют общую обмотку.

Разделительные трансформаторы могут выполнять ряд задач:

Первичная и вторичная обмотки могут быть сконструированы так, чтобы повышать или понижать выходное напряжение. Например, трансформатор может обеспечивать согласование напряжения между нагрузкой 120 В и электрической системой с напряжением 208 В.

Изолирующие трансформаторы с экранами Фарадея улучшают качество электроэнергии за счет ослабления высокочастотных шумовых токов.

Разделительные трансформаторы обеспечивают лучшее согласование критической нагрузки с электрической цепью. Компонент внутреннего изолирующего трансформатора с низким импедансом обеспечивает 100% изоляцию от входной линии переменного тока.

Изолирующие трансформаторы больничного класса идеально подходят для защиты чувствительного электронного оборудования в зонах ухода за пациентами.

Разделительный трансформатор с экраном Фарадея снижает совокупный ток утечки изолятора и подключенного оборудования до уровней ниже 300 микроампер.

Компоненты подавления перенапряжения, размещенные на входе и выходе линии, в сочетании с полной изоляцией линии обеспечивают непрерывную фильтрацию всего диапазона помех линии электропередачи во всех режимах. Активная фильтрация трансформатора обеспечивает непрерывное подавление синфазных помех без использования изнашиваемых деталей, что позволяет снизить скачки напряжения в самых неблагоприятных условиях электропитания до безвредного уровня.

изолирующий трансформатор обеспечивает «законный» метод повторного соединения защитного заземления электрической системы с нейтральным проводником на вторичной обмотке трансформатора. Это устраняет напряжение и шум между нейтралью и землей, которые являются основной причиной проблем с надежностью микропроцессорной электроники.

При тестировании электроники, устранении неполадок и обслуживании изолирующий трансформатор представляет собой силовой трансформатор 1:1, который используется в качестве меры предосторожности. Поскольку нейтральный провод розетки напрямую соединен с землей, заземленные объекты рядом с тестируемым устройством (стол, лампа, бетонный пол, заземляющий провод осциллографа и т. д.) могут иметь опасную разность потенциалов по отношению к этому устройству. При использовании разделительного трансформатора соединение устраняется, и опасность поражения электрическим током полностью устраняется внутри устройства.

Изолирующие трансформаторы обычно проектируются с особым вниманием к емкостной связи между двумя обмотками. Это необходимо, потому что чрезмерная емкость может также передавать переменный ток от первичной обмотки к вторичной. Заземленный экран обычно помещается между первичной и вторичной обмотками. Любая оставшаяся емкостная связь между вторичной обмоткой и землей просто приводит к тому, что вторичная обмотка уравновешивается потенциалом земли.

Все трансформаторы обеспечивают изоляцию. Они сконструированы так, что первичная и вторичная обмотки плотно намотаны на один и тот же ферромагнитный сердечник. Коммерческие трансформаторы включают один экран Фарадея между первичной и вторичной обмотками для отвода помех, которые обычно электрически связаны между первичной и вторичной обмотками с землей. Методом, посредством которого возникает эта электрическая связь шума, является емкость между катушками первичной и вторичной обмоток трансформатора, который не включает экран Фарадея. Эта же емкость ограничивает полосу пропускания верхних частот трансформатора так же, как взаимная и собственная индуктивности устройства определяют его отсечку по низким частотам. По мере увеличения частоты возбуждающих токов реактивное сопротивление, вызванное емкостью между обмотками, имеет тенденцию шунтировать эти токи, тем самым ограничивая высокочастотные характеристики.

Единственный экран Фарадея контролирует все виды зла, которые можно отнести к электрической связи шума через трансформатор. Однако проблема с одним экраном возникает, когда он соединен с землей либо на первичной, либо на вторичной стороне трансформатора. Включение экрана Фарадея между первичной и вторичной обмотками устраняет взаимную емкость, но также создает две новые емкости между экраном и обеими обмотками. Эти две возможности позволяют токам высокой частоты протекать в системах заземления как первичной, так и вторичной обмотки. Соединение экрана трансформатора с заземлением первичной или вторичной обмотки создает пути тока для высокочастотных помех в опорном проводнике изолируемой цепи. Конкретный выбор заземления для подключения экрана обеспечивает только выбор более тихой из первичной и вторичной цепей. Во многих приложениях этот путь тока устраняет любой изолирующий эффект, который может обеспечить трансформатор.

Изолирующий трансформатор предназначен для решения проблем, связанных с заземлением его внутренних экранов. Он состоит из двух изолированных экранов Фарадея между первичной и вторичной обмотками. При правильной установке экран, ближайший к первичной обмотке, подключается к общему заземлению источника питания, а экран, ближайший к вторичной обмотке, подключается к экрану изолируемой цепи. Использование двух экранов в конструкции изолирующего трансформатора отводит высокочастотные шумы, которые обычно проходят через трансформатор, на землю цепи, в которой они возникают. Два экрана обеспечивают более эффективную изоляцию первичной и вторичной цепей за счет изоляции их заземления. Изолирующий трансформатор добавляет третью емкость между двумя экранами Фарадея, что может обеспечить передачу высокочастотного шума между заземлением системы. Однако увеличение расстояния между двумя экранами Фарадея обычно минимизирует эту третью емкость. Кроме того, диэлектрический эффект экранов плюс увеличенное разделение обмоток значительно уменьшают межфазную емкость между обмотками.

Как правило, проводящая фольга, полностью закрывающая обмотки, обеспечивает путь заземления для шума первичной цепи и имеет то преимущество, что между первичной и вторичной обмотками существует гораздо меньшая емкость, чем в случае простого экрана Фарадея. Экран Фарадея — это просто заземленный одиночный виток проводящей фольги из цветного металла, помещенный между катушками для отвода первичных помех на землю. Ограждающий экран при правильном заземлении не будет повторно излучать шумовой сигнал и обеспечит эффективное подавление электромагнитных помех. Как правило, согласно Топазу, на расстоянии 18 дюймов от геометрического центра трансформатора напряженность поля будет меньше 0,1 Гс и будет примерно соответствовать законам обратного куба. Поскольку межобмоточные емкости являются основным путем, по которому значительный шум линии электропередачи и связанный с переходными процессами шум попадают в систему, для описания того, что происходит, требуется дополнительная информация. В то время как мощность передается между обмотками трансформатора, шумовые потенциалы между первичными цепями и землей аналогичным образом связаны со вторичными через емкостные и резистивные пути. Этот шум обычно проявляется в трех формах в цепи трансформатора: синфазный, поперечный и электромагнитный.

Общий режим шума

Этот шум появляется между обеими сторонами линии электропередач и землей. Поскольку этот шум связан с заземлением энергосистемы, наиболее очевидным методом устранения этого шума является заземление центрального ответвления трансформатора на заземление системы через путь с наименьшим возможным сопротивлением. Конструкции внутренних трансформаторов, которые разделяют катушки для уменьшения емкостной связи, имеют некоторое преимущество, но они также увеличивают индуктивность рассеяния и снижают передачу мощности.

Поперечный - Режим

Шум поперечной моды устранить гораздо труднее, чем шум синфазной помехи. Ключевым моментом здесь является различие между мощностью и шумом, а затем уменьшение шума.

Шум и мощность разделены разницей в их частотах. Наиболее эффективным преобразователем будет конструкция, прямо противоположная звуковому преобразователю. Цель состоит в том, чтобы передать мощность, требуемую нагрузке, на основной частоте сети и исключить все более высокие и низкие частоты. Субгармонические частоты ослабляются за счет работы трансформатора при относительно высокой плотности потока, что эффективно для их уменьшения или устранения. Выше основной частоты шум снижается за счет введения как можно большей индуктивности рассеяния, что согласуется с хорошей передачей мощности на вторичную обмотку.

Шум поперечной моды проявляется как напряжение как на первичной, так и на вторичной обмотках изолирующего трансформатора. Это происходит, когда синфазный шумовой сигнал вызывает протекание тока в первичной обмотке (или вторичной обмотке) и оттуда на землю через емкость к заземленному экрану. Синфазный шум также может быть преобразован в поперечный шум и, таким образом, через магнитную связь загрязнить вторичную обмотку изолирующего трансформатора. Обычно при правильном выборе отношения потерь в сердечнике к индуктивности первичной обмотки хорошо спроектированный изолирующий трансформатор устраняет большую часть этого типа шума. Опять же, заземление экрана трансформатора на путь с наименьшим доступным сопротивлением приведет к возникновению шумовых токов, использующих этот обратный путь, а не какой-либо другой путь с более высоким импедансом к земле источника шума.

Электромагнитный шум не представляет серьезной проблемы в большинстве приложений, но иногда имеет решающее значение в некоторых системах записи или цифровых данных, а также при измерениях электромагнитных помех.

Приложения уровня коробки

Разделительные трансформаторы часто используются для защиты цепей с высоким коэффициентом усиления или предотвращения зашумленных участков земли в измерительных приборах. Экранирование на приборном уровне сложно и часто неэффективно. Поскольку в силовом трансформаторе большинства коммерческих приборов имеется один экран, разработчики иногда надеются, что путем добавления изолирующего трансформатора можно устранить проблемы с заземлением. Такой подход часто не приносит пользы системе, если только все остальные пути заземления в приборе не могут быть полностью изолированы. Разделительный трансформатор не заменяет надлежащее экранирование или заземление отдельных приборов. . Величина изоляции заземления, обеспечиваемая трансформатором на уровне коробки, ограничена использованием одного экрана шасси, закрывающего коробку. Высокочастотные шумовые токи, генерируемые схемой коробки, могут быть связаны с опорными проводниками цепи через соединение экранов обоих трансформаторов с опорной цепью. Кроме того, любая разность потенциалов между заземлением системы питания на входе первичной обмотки изолирующего трансформатора и заземлением системы питания на оборудовании и заземлением системы питания на шасси оборудования вызовет протекание токов в опорном проводнике схемы.

Наиболее эффективное применение разделительных трансформаторов — со стойками оборудования. Стойка действует как внешний экран для внутренних инструментов, а также служит эталоном нулевого сигнала для выходных сигналов системы. Изолирующие трансформаторы используются для управления токами экрана и для разрыва взаимной емкости между приборами стойки и неизвестным заземлением.

Основным преимуществом использования разделительного трансформатора со стойкой оборудования является улучшенный контроль токов в экранах оборудования. Любая разность потенциалов между заземлением сети электропитания и заземлением стойки вызовет протекание токов в петле. Изолирующий трансформатор позволяет направлять эти «земляные» токи через часть экрана стойки, что не влияет на работу чувствительных цепей, и полностью изолирует эти токи от опорных проводников внутреннего оборудования.

Применение на уровне комнаты

Часто бывает необходимо изолировать корпуса для испытаний на ЭМС от шумной территории здания. Изолирующие трансформаторы можно использовать не только для эффективной развязки электропитания здания, но и потому, что они также действуют как настроенные цепи; они уменьшают дифференциальный шум от внешнего оборудования, который достигает вашей экранной комнаты. Хотя признано, что второй изолирующий трансформатор внутри испытательной комнаты значительно уменьшит окружающую среду линии электропередачи, в этом разделе рассматривается только использование трансформаторов на линиях электропередач в типичной комнате с экраном.

Как и любой трансформатор, изолирующие трансформаторы излучают магнитные поля. Физическое расположение трансформатора рядом с экранной комнатой или подключение к ней может увеличить, а не уменьшить окружающий шум. Поскольку физический корпус трансформатора, а также экран первичной обмотки обычно подключаются к заземлению третьего провода источника питания, экран вторичной обмотки должен быть изолирован от корпуса трансформатора и подключен только к экрану кабелепровода, идущему в экранированную комнату, чтобы обеспечить надлежащую изоляцию заземления. Кабелепровод действует как радиочастотный экран для питания помещения и завершает соединение между экранированным помещением и экраном вторичной обмотки трансформатора.

Если трансформатор трехфазный и питает более одной комнаты, лучшим применением для изоляции между комнатами является использование только одной фазы для каждой комнаты с ограничением трех комнат на трансформатор. При таком подходе фильтры линий электропередач эффективно изолируют помещение, одновременно обеспечивая практическое подавление шума.

Правильная конструкция трансформатора, электропроводка и, прежде всего, заземление являются единственными эффективными средствами снижения трех типов проблем с шумом. Необходимо контролировать заземление и использовать путь с самым низким полным сопротивлением (т. е. соединение) с центральной системой эталонного заземления, чтобы обеспечить максимальное ослабление источников шума. Чтобы добиться максимальной защиты от трансформатора, он должен не только применяться должным образом, но и трансформатор должен быть специально разработан для использования с изоляцией.

Трехфазные изолирующие трансформаторы

Трехфазные изолирующие трансформаторы используются во многих областях, начиная от зерносушилок, лесопильных заводов, конвейерных систем, систем охлаждения и кондиционирования воздуха. Три фазы имеют 3 первичные и 3 вторичные обмотки, которые физически отделены друг от друга. Каждая из этих обмоток изолирована друг от друга. Выходные обмотки будут изолированы или изолированы от земли, если они не соединены во время установки.

Экранированные трехфазные изолирующие трансформаторы обладают всеми характеристиками стандартных трехфазных трансформаторов, а также полностью металлическим экраном (обычно медным или алюминиевым) между трехфазной первичной и трехфазной вторичной обмотками. Этот электростатический экран или экран Фарадея подключается к заземлению и выполняет две функции:

Он ослабляет (фильтрует) переходные процессы напряжения (скачки напряжения). Эти экранированные трехфазные изолирующие трансформаторы имеют коэффициент ослабления 100:1.

Он фильтрует синфазный шум, затухание примерно 30 децибел. Экранированный трехфазный изолирующий трансформатор предпочтительнее стандартного трехфазного изолирующего трансформатора, поскольку он обеспечивает защиту чувствительного и критического оборудования. Когда между источником и нагрузкой используется более одного экранированного трехфазного изолирующего трансформатора, это называется «каскадированием» и значительно улучшает качество электроэнергии.

Повышающие трансформаторы Buck

Понижающие повышающие трансформаторы — это небольшие однофазные трансформаторы, предназначенные для снижения (понижения) или повышения (повышания) линейного напряжения с 5 до 20 %.

Наиболее распространенным примером является повышение 208 вольт до 230 вольт. обычно для работы двигателя на 230 вольт, такого как компрессор кондиционера, от линии питания 208 вольт. Они имеют первичную обмотку двойного напряжения и вторичную обмотку двойного напряжения.

Понижающие повышающие трансформаторы представляют собой стандартный тип однофазных распределительных трансформаторов с первичным напряжением 120, 240 или 480 вольт и вторичным, как правило, 12, 16, 24, 32 или 48 вольт. Они доступны в размерах обычно от 50 вольт-ампер до 10 киловольт-ампер.

Понижающий повышающий трансформатор является идеальным решением для небольших изменений сетевого напряжения. Основными преимуществами являются их низкая стоимость, компактные размеры и легкий вес. Они также более эффективны и стоят меньше, чем эквивалентные изолирующие трансформаторы. При подключении в качестве автотрансформатора они могут выдерживать нагрузки, в 20 раз превышающие паспортные данные.

Когда повышающий трансформатор имеет соединенные первичную и вторичную обмотки, он становится автотрансформатором. Теперь только вторичные обмотки преобразуют напряжение и ток. Большая часть нагрузки кВА проходит непосредственно от источника питания к нагрузке. Вот почему они могут питать нагрузку с большей номинальной мощностью кВА, чем указано на паспортной табличке.

Они идеально подходят для управления низковольтным освещением. Они предназначены для питания низковольтных цепей освещения, пультов управления или других систем, требующих 12, 16, 24, 32 или 48 вольт. Они также подходят для низковольтного ландшафтного освещения. Они внесены в список UL для использования вне помещений, а их компактный размер делает их идеальным решением для подачи питания в приложения акцентного освещения.

Существует два основных типа понижающих повышающих трансформаторов: саморегулирующиеся (активные) и пассивные конструкции. Активные типы контролируют входящее напряжение и регулируют исходящее напряжение, чтобы оно находилось в допустимом диапазоне. Обычно это значение составляет от 115 В переменного тока до 225 В переменного тока для компьютерных систем ИБП. Система либо понизит, либо повысит напряжение, если обнаружит отклонение входящего напряжения.

Пассивные трансформаторы используются для более крупного оборудования, где количество фиксировано. Это обычно используется, когда кто-то хочет использовать оборудование, предназначенное для европейской сети (от 220 В до 230 В переменного тока) в Соединенных Штатах, которое имеет как 208 В, так и 240 В.

Пассивные трансформаторы рассчитаны на вольт-ампер и рассчитаны на процент падения или повышения напряжения. Например, понижающий повышающий трансформатор, рассчитанный на повышение на 10% при 208 В переменного тока, повысит входное напряжение с 210 В переменного тока до 231 В переменного тока. Падение на 5% при 240 В переменного тока даст результат 233 В переменного тока, если фактическое входное напряжение составляет 245 В переменного тока. Номинальные значения 208 В переменного тока для трехфазной сети бизнес-класса и 240 В переменного тока для электроэнергии жилого класса являются приблизительными и будут варьироваться на несколько вольт в зависимости от местоположения и даже времени суток и местного спроса.

Трансформаторы Buck Boost регулируют только напряжение, а не частоту или циклы электричества, поэтому вы не можете использовать их для настройки оборудования, требующего 50 Гц в США. Все электростанции США используют системы с частотой 60 Гц. Некоторое оборудование рассчитано на работу с частотой 50 Гц или 60 Гц и будет работать нормально.

Большинство пассивных трансформаторов поставляются полупроводниковыми, где вы выполняете последние внутренние соединения, чтобы устройство выполняло необходимое количество понижающего или повышающего преобразователя. Они имеют несколько ответвлений как на первичной, так и на вторичной катушках для достижения этой гибкости. Они предназначены для жесткой проводной установки (без вилок) и позволяют использовать один и тот же трансформатор в нескольких различных приложениях. Один и тот же трансформатор можно перемонтировать для повышения или понижения на 5%, 10% или 15% для приложений 208 В переменного тока или 240 В переменного тока, в зависимости от окончательной проводки, выполненной электриком.

В кожевенной промышленности (и для использования в других отраслях) есть новые стационарные трансформаторы, которые стоят примерно столько же, но имеют другую конфигурацию. Они уже предварительно подключены, поэтому вы должны приобрести их точно за ту сумму, которая вам нужна для вашего приложения. Вместо того, чтобы быть проводными устройствами, они имеют вилки и розетки, что делает установку очень быстрой и легкой. Это устраняет необходимость в электрике, если вы можете определить точное входное напряжение. Чтобы еще больше упростить их использование, они предлагают номинал в амперах, а не в вольт-амперах, что упрощает подбор подходящего трансформатора для задачи. Они используются почти исключительно в приложениях от легких до умеренных, требующих 240 В переменного тока, 40 ампер или меньше.

Не все оборудование на 240 В нуждается в трансформаторе для понижения или повышения напряжения. Эти типы трансформаторов используются, когда часть электрического оборудования имеет электрические требования, которые немного выходят за допустимые пределы с входным источником питания. Это наиболее распространено при использовании оборудования 240 В в бизнесе с обслуживанием 208 В или наоборот. Это также характерно для электроники, которая производится в стране, отличной от страны, в которой она используется.

Часто оборудование будет рассчитано на диапазон напряжения, например, от 220 В до 230 В переменного тока, требуя повышающего трансформатора, если входящая мощность не находится в пределах диапазона. Важно, чтобы вы использовали понижающие повышающие трансформаторы с номинальным значением, равным или превышающим номинальную нагрузку оборудования, иначе вы можете повредить трансформатор и оборудование.

Если для части оборудования требуется понижающий повышающий трансформатор, но он не используется, это может привести к повреждению оборудования. Работа оборудования при напряжении ниже номинального значения может привести к увеличению силы тока, чтобы удовлетворить требования к общей мощности оборудования. Это может привести к повреждению, включая расплавление проводов или деталей. Работа при слишком высоком напряжении может привести к другим типам повреждений. Тип повреждения, которое может произойти, зависит от типа оборудования и его чувствительности к неправильному напряжению, но в большинстве случаев это, по крайней мере, значительно сократит срок службы оборудования и сделает его более подверженным отказам. Трансформаторы Buck-Boost — это экономичный способ решить эту потенциально очень серьезную проблему. В любое время, когда требуется изменение сетевого напряжения в диапазоне 5-20%, повышающе-понижающий трансформатор следует рассматривать как первую линию защиты.

Когда величина подъема или падения входного напряжения составляет более 15–20 %, это обычно выходит за пределы того, для чего предназначен понижающий повышающий трансформатор, и требуется линейный трансформатор. Линейные трансформаторы в основном одинаковы, но с разными точками отвода для обеспечения большего повышения или падения напряжения, например, от 240 В до 120 В переменного тока.

Использование трансформатора Buck-Boost:

• Типичное применение: 120 вольт на входе, 12 вольт на выходе для низковольтного освещения или схемы управления. В большинстве приложений этот низковольтный трансформатор подключается на месте как автотрансформатор.
• Низкое напряжение питания, так как оборудование установлено в конце шинной системы.
• Когда система подачи работает на проектной мощности или превышает ее.
• Там, где общий потребительский спрос может быть настолько высоким, коммунальное предприятие снижает подачу напряжения к потребителю, вызывая «отключение».

Эти трансформаторы обеспечивают огромную мощность и гибкость в размерах кВА и комбинациях входного/выходного напряжения. По сути, вы можете получить 75 различных трансформаторов в одной удобной упаковке.

Самый распространенный вопрос о трансформаторах Buck-Boost

1. Чем понижающе-повышающий трансформатор отличается от изолирующего трансформатора?

Трансформатор Buck-Boost является трансформатором изолирующего типа, когда он отгружается с завода. Когда он подключен на рабочем месте, подводящий провод на первичной обмотке соединяется с подводящим проводом на вторичной обмотке, тем самым изменяя характеристики трансформатора на характеристики автотрансформатора. Первичная и вторичная обмотки больше не «изолированы», а вторичные обмотки больше не «изолированы», а его мощность кВА значительно увеличена.

2. Чем отличается повышающе-понижающий трансформатор от автотрансформатора?

Когда первичный и вторичный провода вольтодобавочного трансформатора электрически соединены друг с другом, в рекомендуемом соединении с понижением или повышением напряжения, трансформатор является автотрансформатором. Однако, если соединение между первичной и вторичной обмотками не выполнено, то блок является трансформатором изолирующего типа.

3. Почему трансформаторы Buck-Boost имеют 4 обмотки?

Чтобы они были универсальными. Четыре обмотки имеют 2 первичные и 2 вторичные обмотки и могут быть соединены восемью различными способами, чтобы обеспечить множество выходных напряжений и кВА.

4. Будет ли понижающе-повышающий трансформатор стабилизировать напряжение?

НЕТ, выходное напряжение является функцией входного напряжения. Если входное напряжение изменяется, то и выходное напряжение будет изменяться на тот же процент.

5. Существуют ли какие-либо ограничения на тип нагрузки, которая может работать от повышающе-понижающих трансформаторов?

Ограничений нет.

6. Почему повышающе-понижающий трансформатор может работать с нагрузкой в кВА, во много раз превышающей номинальную мощность в кВА, указанную на его паспортной табличке?

Трансформатор был автоматически подключен таким образом, что вторичное напряжение 22 В добавляется к первичному напряжению 208 В, что дает выходное напряжение 230 В.

7. Можно ли использовать повышающе-понижающие трансформаторы для нагрузки двигателя?

Да, либо однофазный, либо трехфазный.

8. Можно ли использовать понижающе-повышающие трансформаторы в трехфазных и однофазных системах?

Да, один блок используется для понижения или повышения однофазного напряжения. Два или три устройства используются для снижения или повышения трехфазного напряжения. Количество блоков, используемых в трехфазной установке, зависит от количества проводов в линии питания. Если трехфазное питание представляет собой 4-жильный провод Y, используйте три понижающе-повышающих трансформатора. Если 3-фазное питание представляет собой 3 провода Y (нейтраль отсутствует), используйте два повышающе-понижающих трансформатора.

9. Следует ли использовать понижающе-повышающие трансформаторы для создания трехфазной 4-проводной схемы Y из трехфазной 3-проводной схемы треугольника?

Нет, трехфазное соединение повышающе-понижающего трансформатора по схеме «звезда» следует использовать только с 4-проводным источником питания. Соединение «треугольник-звезда» не обеспечивает достаточной пропускной способности по току для компенсации несимметричных токов, протекающих в нейтральном проводе трехпроводной цепи.

10. Почему повышающе-понижающие трансформаторы поставляются с завода как изолирующие трансформаторы, а не подключаются на заводе?

Четырехобмоточный повышающе-понижающий трансформатор можно подключить восемью различными способами, чтобы обеспечить множество комбинаций выходного напряжения и кВА. Правильное подключение трансформатора зависит от напряжения питания пользователя, напряжения нагрузки и кВА нагрузки. Для производителя более целесообразно поставлять устройство в виде изолирующего трансформатора и позволять пользователю подключать его на рабочем месте в соответствии с доступным напряжением питания и требованиями его нагрузки.

11. Являются ли понижающе-повышающие трансформаторы такими же тихими, как стандартные изолирующие трансформаторы?

Да, изолирующий трансформатор должен быть физически больше, чем повышающе-понижающие трансформаторы, а меньшие трансформаторы работают тише, чем большие.

12. Какова стоимость повышающе-понижающего трансформатора по сравнению со стоимостью изолирующего трансформатора — оба способны выдерживать одинаковую нагрузку?

Экономия в долларах обычно превышает 75% по сравнению с использованием распределительного трансформатора изолирующего типа для того же приложения.

13. Каков ожидаемый срок службы повышающе-понижающего трансформатора?

Он такой же, как и у других сухих трансформаторов.

Прежде чем выбрать повышающе-понижающие трансформаторы, у вас должна быть следующая информация:

• Линейное напряжение — напряжение, которое вы хотите уменьшить или увеличить. Это можно узнать, измерив напряжение питающей сети вольтметром.
• Напряжение нагрузки — напряжение, на которое рассчитано ваше оборудование. Это указано на паспортной табличке оборудования.
• Нагрузочная кВА или амперная нагрузка — вам не нужно знать оба значения — для выбора достаточно одного или другого. Обычно это указано на паспортной табличке оборудования.
• Частота – частота питающей сети должна быть такой же, как и у работающего оборудования – однофазного или трехфазного.

Авто Трансформеры

Применение автотрансформатора

Автотрансформаторы в основном используются для повышения или понижения однофазного или трехфазного линейного напряжения до желаемого уровня.

Строительство автотрансформатора

Конструкция характеризуется одной катушкой из медного провода, общей как для первичной, так и для вторичной цепей, намотанной на сердечник из силиконовой стали. Хотя теоретически отдельные части обмотки можно использовать для входа и выхода, на практике более высокое напряжение будет подключено к концам обмотки, а более низкое напряжение с одного конца к отводу. Например, трансформатор с отводом в центре обмотки можно использовать с напряжением 230 вольт по всей обмотке и оборудованием на 115 вольт или перевернуть для питания оборудования на 230 вольт от 115 вольт. Поскольку одна и та же обмотка используется для входа и выхода, поток в сердечнике частично компенсируется, и можно использовать сердечник меньшего размера. При отношении напряжений, не превышающем примерно 3:1, автотрансформатор дешевле, легче, меньше и эффективнее, чем настоящий (двухобмоточный) трансформатор того же номинала.

Обнажив часть катушек обмотки и подключив вторичную обмотку через скользящую щетку, можно получить автотрансформатор с почти непрерывно изменяющимся коэффициентом трансформации, допускающим очень малые приращения напряжения.

Автотрансформаторы против изолирующих трансформаторов

Физически меньший размер и более экономичный в приобретении, автотрансформатор может быть привлекательной альтернативой изолирующему трансформатору с эквивалентным номиналом при соблюдении правильных условий.

Принципиальное различие между автотрансформатором и разделительным трансформатором заключается в разделении вторичных обмоток. Поскольку в автотрансформаторе используется одна обмотка катушки как для первичного входа, так и для вторичного выхода, любые электрические помехи, скачки напряжения, провалы или любые другие нежелательные явления не будут контролироваться. Оборудование, подверженное повреждению из-за плохого состояния линии, не будет защищено. А шумы и гармоники, генерируемые компонентами на вторичной стороне, будут передаваться на основную линию питания. Поскольку автотрансформатор может напрямую передавать помехи в линии, местные строительные нормы и правила могут запрещать их использование в определенных зонах. Автотрансформаторы также не следует использовать в замкнутых соединениях треугольником, поскольку они вносят в цепь фазовый сдвиг, который приводит к более высокому потреблению энергии.

Автотрансформаторы лучше всего использовать в приложениях, где необходимо согласовать линейное напряжение с защищаемым оборудованием. Хорошим примером может служить станок европейского производства, предназначенный для работы от сети 400 В. Приводы и элементы управления внутри машины будут защищены либо катушками индуктивности, либо трансформаторами, уже установленными в станке. Изолирующий трансформатор может преобразовать напряжение питания 480 В в 400 В, но дополнительная изоляция будет избыточной и дорогой. Автотрансформатор будет выполнять преобразование напряжения за долю стоимости изолирующего трансформатора в корпусе, который будет примерно на две трети меньше.

Трансформаторы высокого напряжения

Существует множество различных типов трансформаторов напряжения. Трансформатор высокого напряжения работает с высоким напряжением.

Как правило, эти трансформаторы напряжения используются в системах передачи электроэнергии, где напряжения достаточно высоки, чтобы представлять угрозу безопасности. Также трансформатор высокого напряжения используется в микроволновой печи. Говорят, что высоковольтные трансформаторы являются «мышцами» микроволновки. При входном напряжении 120 В переменного тока (или 240 В переменного тока во многих коммерческих моделях), подаваемом на первичные обмотки, высоковольтный трансформатор повышает это первичное напряжение до очень высокого напряжения. Затем это высокое напряжение повышается еще выше за счет удвоения напряжения конденсатором и диодом.

Не существует общепринятого определения высоковольтного трансформатора, хотя в некоторых отраслевых стандартах указаны различные минимальные напряжения. Эти определения обычно основаны на соображениях безопасности или на напряжении, при котором возникает дуга. Было бы удобно, если бы высокое напряжение было общепринятым и начиналось с красивого круглого числа. Вместо этого мы видели напряжения до 5 В, называемые высоким напряжением. В соответствии с Управлением энергетики Бонневилля, чтобы считаться высоким напряжением, оно должно быть 100 кВ или выше.

Трансформаторы высокого напряжения предназначены для обработки повышенного количества электроэнергии в диапазоне от 600 до 5000 вольт, хотя также доступны трансформаторы напряжения, изготовленные по индивидуальному заказу. Тип измерительного трансформатора, трансформаторы высокого напряжения часто используются для измерения и защиты в высоковольтных цепях, а также в электростатических промышленных и научных приложениях. Поскольку они способны повышать первичное напряжение до очень высокого напряжения, их часто также называют силовыми трансформаторами.

Из-за высокого напряжения и частоты, с которыми он должен работать, высоковольтный трансформатор имеет значительно другую геометрию сердечника, методы намотки и методы изоляции, чем обычные трансформаторы. Например, необходимо тщательно учитывать такие факторы, как номинальное напряжение/виток вторичного провода, тепловыделение изоляционного материала и уровень коронного разряда.

Трансформаторы среднего напряжения

Трансформаторы напряжения используются для измерения напряжения в электрических цепях. Их основная роль состоит в том, чтобы обусловить (понизить) измеряемое напряжение до уровней, подходящих для