Як називається перетворювач змінного струму на постійний

Принцип роботи та пристрій трансформатора

Трансформатор (перетворювати, трансформувати ) являє собою електромагнітний пристрій статичного типу, що містить дві або більше обмотки, пов’язані індуктивно. За допомогою методу електромагнітної індукції перетворює змінний струм на постійний. Складається з дротяних ізольованих або стрічкових котушок (обмоток), що піддаються впливу загального магнітного потоку , намотаних на сердечник з феромагнітного м’якого матеріалу.

Трохи про етапи розвитку

Під час виробництва трансформаторів використовують властивості матеріалів: металеві, магнітні, неметалеві. Для виробництва сучасного обладнання застосували свої знання та відкриття багато дослідників минулих років. А. Г. Столетов виявив петлю гістерези та особливу структуру феромагнітного сплаву. Теорію електромагнітних ланцюгів розробили Брати Гопкінсони.

Електромагнітна індукція відкрита М. Фарадеєм, це явище закладено основою дії трансформатора. Схема першого трансформатора вперше з’явилася у роботах Генрі та Фарадея у 1831 році. Але вчені тоді ще не розглядали прилад як перетворювач змінного струму.

Француз-механік 1848 року запатентував індукційну котушку, яка стала прообразом трансформатора. У 1876 році вперше винайшов трансформатор Яблучок П. Н. . , прилад був стрижень з кількома обмотками. Трансформатори, що мають замкнені осердя, були сконструйовані братами Гопкінсом в 1884 році.

Із застосуванням масляного охолодження прилад почав виконувати свої функції надійніше. Пристрій поміщався в судини з кераміки з олією, що вело до підвищення надійності обмоток. Російський винахідник механік Доливо-Добровольський М. О. сконструював перший трифазний двигун асинхронного типу, трифазну систему змінного струму та вперше зробив трифазний трансформатор з потужністю 230 КВт, що працює від напруги 5 Ст.

Силові трансформатори почали випускати 1928 року з відкриттям Московського заводу трансформаторів. На початку 1900 років англійський металург зробив першу тонну трансформаторної сталі для виробництва сердечників. А на початку 30-х років XX століття відзначено появу магнітного насичення на 50%, зменшення втрат на гістерезис у 4 рази, зростання магнітної проникності у 5 разів при комбінованому застосуванні нагрівання та прокатки.

Види трансформаторів

Автотрансформатор

Це варіант трансформатора, принцип роботи якого полягає у з’єднанні вторинної та первинної обмотки безпосередньо, в обмотках простежується електричний та електромагнітний зв’язок. Для підключення та отримання різної напруги в обмотці передбачено кілька висновків. Цей вид приладів працює з високим коефіцієнтом корисної дії, тому що перетворюється лише деяка частина потужності, що важливо при невеликій різниці вхідної та вихідної напруги.

До негативних характеристик відноситься відсутність гальванічної розв’язки (ізолюючого шару) між вторинним та первинним ланцюгом. Використовують автотрансформатори на місці звичайних агрегатів для з’єднання заземлених контурів з показниками напруги від 110 кВт, при цьому коефіцієнт трансформації не повинен перевищувати показ 3-4.

Позитивним є низька вартість через меншу вагу сердечникової сталі, мідних проводів, звідси маленька маса приладу та невеликі габарити.

Силовий

Звичайний стандартний прилад для перетворення електрики в мережах та пристроях, що приймають та використовують електричну енергію.

Трансформатор тока

Принцип роботи та пристрій трансформатора полягає у подачі живлення від джерела електрики. Найбільш актуальним є використання для зниження первинних показників струму до величини, що застосовується у вимірювальних та захисних ланцюгах, сигналізації та управління. У вторинній обмотці відзначаються показники струму 5 або 1 А. Вимірювальні пристрої підключаються до вторинної обмотки, а до первинної підключається ланцюг, в якій вимірюють струм. Для розрахунку струму в другій обмотці використовують показання первинної обмотці і ділять на коефіцієнт трансформації.

Трансформатор напруги

Це прилад для перетворення великих показників напруги в низькі значення у стандартних ланцюгах, вимірювальних лініях та контурах РЗіА. Пристрій живиться від джерела електричної напруги, ізолює логічні захисні контури та вимірювальні ланцюги від ланцюга із високими показниками напруги.

Імпульсної дії

Прилад використовується для перетворення сигналів імпульсу з мінімальним спотворенням форми та тривалістю до десятків мікросекунд. В основному застосовується передачі імпульсу прямокутного типу (найбільш крутий зріз і фронт, приблизно постійне коливання амплітуди). Служить для перетворення коротких відеоімпульсів, що постійно повторюються, основним завданням є передача імпульсів, що трансформуються в початковому і неспотвореному вигляді. На виході обмоток потрібно отримати ту саму форму імпульсу напруги, але іноді змінюється полярність або амплітуда.

Розділовий тип

У цього приладу первинна та вторинна обмотки ніяк не пов’язані. Трансформатор використовується для збільшення безпечного підключення до електричних мереж, для випадків одночасного торкання струмопровідних деталей і землі. Захищає від одночасного торкання деталей, які не знаходяться під дією струму, але можуть під ним опинитися внаслідок порушення ізоляції. Агрегати покликані забезпечити гальванічну розв’язку (ізоляцію) електричних кіл.

Пик-трансформатор

Служить для перетворення синусоїдального струму імпульсну напругу з полярністю, що змінюється через кожні півперіоду.

Здвоєний дросель

Індуктивний зустрічний фільтр або здвоєний дросель є типом пристрою з використанням двох обмоток. Через взаємну котушкову індукцію він діє ефективніше, ніж одинарний дросель. Використовується як вхідний фільтрувальний пристрій перед блоками живлення, в сигнальних диференціальних цифрових контурах і в техніці зі звуком.

Броньовий трифазний

Випускають дві різні базові конструкції:

Обидві конструкції не змінюють експлуатаційні якості та надійність приладу, але при виготовленні є суттєві відмінності:

  • стрижневий тип включає осердя і обмотки, при погляді на конструкцію осердя прихований за обмотками, видно тільки нижнє і верхнє ярмо, вісь обмоток має вертикальне розташування;
  • броньовий вид приладу включає осердя у вигляді обмоток, при цьому видно, що сердечник приховує за собою частину обмоток трансформатора, вісь обмоток може розташовуватися у вертикальному або горизонтальному положенні.

Основні складові

Як їх вступають:

  • магнітна система (сердечник, магнітопровід);
  • обмотки;
  • охолоджувальна система.

Магнітна система

Складається з елементів у комплекті, найчастіше застосовуються пластини з феромагнітного матеріалу або електротехнічних сталей, які компонуються у певній геометричній формі. Її вибір визначається локалізацією у ній основного трансформаторного магнітного поля. Система магнітного впливу одночасно з усіма вузлами, елементами та деталями для з’єднання частин у загальну конструкцію, носить назву кістяка трансформатора.

Частина магнітної системи, що включає основні обмотки, називається стрижнем. Інша частина магнітного комплекту, де немає робочих обмоток, і служить для з’єднання магнітної ланцюга, має найменування ярмо. Залежно від того, як розташовані стрижні, поділяють:

  • плоска система, де поздовжні стрижні та ярма розташовані в одній площині;
  • просторова система включає різноплощинне розташування сердечників і ярм;
  • симетрична система відрізняється однаковою формою та довжиною стрижнів, а їх розташування по відношенню до ярма є стандартним для всіх елементів;
  • несиметрична система, у ній все стрижні різняться формою і розміру, які розташування не відрізняється симетрією і від інших елементів.

Обмотки

Основним конструктивним елементом обмотки служить виток, що є поруч паралельних з’єднаних провідників (у багатодротяному варіанті жили), один раз, що охоплює частину магнітного сердечника. Струм витка спільно зі струмом інших витків, провідників і частин трансформатора продукує магнітне трансформаторне поле, в якому наводиться під дією магнітного поля сила, що рушить струм.

Обмоткою називається загальна кількість витків, що утворюють електричний контур для підсумовування ЕРС у витках. Трифазний трансформатор має в конструкції комплект обмоток із трьох робочих фаз. Провідник зазвичай квадратного перерізу, щоб збільшити площу його ділять на два або кілька стрижня, що проводять. Цей прийом допомагає знизити вихрові струми та полегшити роботу обмотки. Квадратний провідник називається жилою. Як обмотка використовується транспонований кабель.

Ізоляцію роблять паперовою обмоткою чи лаком на емалевій основі. Дві паралельні жили можуть виконуватись у єдиній ізоляції, такий комплект називається кабелем. Щоб зрозуміти, як працює трансформатор, потрібно знати поділ обмоток за типами. Залежно від призначення обмотки бувають:

  • основні ті, що приймають перетворену енергію або відводять змінний струм;
  • регулюючі передбачені для нормалізації коефіцієнта напруги при невеликих показаннях струму в обмотках;
  • допоміжні призначені для електричного постачання потреб меншої потужності, ніж номінальна трансформаторна потужність, підмагнічування магнітної системи струмом постійного значення.

Залежно від варіанта виконання обмотки ділять:

  • рядові – витки робляться по всій довжині в напрямку осі, наступні витки намотують щільно, без прогалин;
  • гвинтові – мають багатошарове накладення, передбачені відстані між витками або заходами обмотки;
  • дискові обмотки містять послідовно з’єднані диски, при цьому центр кожного намотується обмотка у формі спіралі;
  • фольговий вид обмотки виконаний з листа алюмінію або міді різної товщини.

Бак для охолодження

Є масляним резервуаром, забезпечує захист активного інгредієнта, служить опорою для приладів управління і допоміжних приладів. Перед додаванням олії в баку викачують повітря для безпечної міцності діелектричної ізоляції. При виготовленні звукові частоти від сердечника трансформатора та елементів бака повинні збігатися.

Конструкція передбачає додаткові параметри для розширення олії за умов нагрівання, іноді це додатковий розширювальний бак. Якщо збільшується номінальна потужність трансформатора, то струми всередині та зовні ведуть до перегріву конструкції. Аналогічно діє магнітний розсіяний потік усередині бака. Щоб знизити негативний вплив, роблять вставки з немагнітних матеріалів, оточуючи ними прохідні сильноточні ізолятори.

Застосування трансформаторів

Так як втрати для нагрівання дроту пропорційні силі струму в квадраті, що йде по цьому дроту, то при передачі електрики на довгі відстані слід застосовувати високу напругу при низькій силі струму. Через безпеку в побутових умовах не застосовують занадто високу напругу. Для регулювання напруги в мережі використовують трансформатори, які підвищують напругу перед передачею високовольтних ліній, потім зниження показників перед споживчим застосуванням.

Для живлення різних вузлів прийому електроенергії потрібні різноманітні показники напруги (у телевізорі, комп’ютері). У минулих періодах трансформатор був важким та громіздким, але зі збільшенням частоти змінного струму розміри приладу можна зменшити. Тому в сучасних пристроях спочатку випрямляють електричний струм, потім його перетворюють на імпульси з високою частотою. Останні струми йдуть на імпульсний трансформатор для трансформації у потрібну напругу.

Як перетворити постійний струм в змінний

Перетворення постійного струму в змінний полягає в виключенні і включенні постійного джерела живлення (наприклад, батареї) з високою швидкістю. Для цього використовуються пристрої, які називаються “переривниками”. Під`єднана до ланцюга котушка (індуктор, трансформатор і т.п.) при включенні буде генерувати струм, поточний в зворотному напрямку. У цій статті описані два методи переривання струму, в одному з яких використовується електромагнітний зумер, а в другому – реле з однополюсним перемикачем.

Кроки

Метод 1 з 2: Електромагнітний зумер

  1. 1 Підключіть електромагнітний зумер між джерелом постійного струму і змінним навантаженням. Зумер представляє з себе електромагніт для зміни напрямку струму, який можна використовувати і як переривника.

Метод 2 з 2: Без електромагнітного зумера

  1. 1 Цей метод складніше, ніж перший, але дасть той же результат, і ним можна скористатися, якщо у вас немає під рукою зумера.
  2. 2 Підключіть реле так, щоб котушка була з`єднана послідовно з замкнутим перемикачем реле. Саме так підключається електромагнітний зумер. Можливо, знадобиться також під`єднати конденсатор (ємністю приблизно 100 UФ) до контактів котушки для того, щоб зменшити частоту, інакше схема може не спрацювати.

Поради

Попередження

  • Як зазначено вище, другий спосіб можна використовувати для отримання високих напряженій- хоча це й звучить красиво, високі напруги небезпечні, тому тут необхідний здоровий глузд. Удар електричним струмом небезпечний для життя.