Трансформатор. для чего нужен трансформатор? устройство и принцип действия трансформаторов

Возможные неисправности

Как известно, любой трансформатор состоит из следующих компонентов:

• первичная и вторичная катушки (вторичных может быть несколько);
• сердечник или магнитопровод;
• корпус.

Таким образом, перечень возможных поломок довольно ограничен:

1. Поврежден сердечник.
2. Перегорел провод в какой-либо из обмоток.
3. Пробита изоляция, вследствие чего имеется электрический контакт между витками в катушке (межвитковое замыкание) либо между катушкой и корпусом.
4. Изношены выводы катушек или контакты.

Читать также: Как разобрать парогенератор тефаль

Трансформатор тока Т-0,66 150/5а

Некоторые из дефектов определяются визуально, поэтому трансформатор в первую очередь нужно внимательно осмотреть

Вот на что при этом следует обращать внимание:

• трещины, сколы изоляции либо ее отсутствие;
• состояние болтовых соединений и клемм;
• вздутие заливки или ее вытекание;
• почернения на видимых поверхностях;
• обуглившаяся бумага;
• характерный запах горелого материала.

Если явных повреждений нет, следует проверить устройство на работоспособность при помощи приборов. Для этого нужно знать, к каким обмоткам относятся все его выводы. На преобразователях больших размеров данная информация может быть представлена в виде графического изображения.

Как подключить понижающий трансформатор 220/12В

Существует определённый порядок подключения понижающего трансформатора. Сначала к вторичной обмотке подключаются потребители, и только затем на первичную подаётся напряжение. Монтаж производится по схеме, которая содержится в технической документации. Заземление может подключаться различными способами. Если корпус устройства металлический, то он также может быть заземлён. Ниже представлены фото различных типов трансформаторов.

Очень важно! Все работы, связанные с электромонтажом, производятся исключительно при снятом напряжении. Помните, что поражение электрическим током опасно для жизни и здоровья

Если планируется подключение светодиодных ламп, то необходимо приобретать трансформатор со встроенным выпрямителем либо отдельно включать в схему диодный мост, который обеспечит постоянное напряжение, необходимое для стабильной работы световых диодов.

Функционирование

Чтобы понять, что такое трансформаторы повышающие напряжение, нужно вникнуть в принцип работы. Оборудование изготавливается для электростанций, схемы конструкции которых относятся к проходной категории.

Повышающий трансформатор на электростанциях используется для обеспечения населенных пунктов, прочих объектов током с определенными техническими показателями. Без преобразователя высокое напряжение по пути своего следования постепенно снижается. Конечный потребитель получал бы недостаточное количество электроэнергии. На конечной в цепи электростанции благодаря этой установке, принимают электричество соответствующего значения. Потребитель получает напряжение в сети до 220 В. Промышленные сети обеспечиваются до 380 В.

Схема, показывающая работу трансформатора в линии, включает в себя несколько элементов. Генератор на электростанции производит электричество 12 кВ. Оно поступает по проводам к повышающим подстанциям. Здесь устанавливается трансформаторный аппарат, призванный повышать показатель в линии до 400 кВ.

От подстанции электричество поступает в высоковольтную линию. Далее энергия попадает на понижающую подстанцию. Здесь она снижается до 12кВ.

Трансформаторами с обратным принципом действия ток направляется в низковольтную линию передач. В конце устанавливается еще один понижающий агрегат. От него электричество с показателем 220 В поступает в дома, квартиры и т. д.

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.

Преимущества и область применения

Изолирующие трансформаторы получили широкое применение практически во всех сферах электротехники. Они предоставляют пользователю широкий спектр специфических преимуществ в зависимости от отрасли, где они используются:

• устройства с коэффициентом трансформации 1:1 применяются в электросетях переменного тока без необходимости дополнительного заземления и изоляции периферийного оборудования;
• изоляция цепей постоянного тока в линиях связи. В случае необходимости использования усилителей сигнала применение РТ дает возможность отделить постоянный ток для подключения усилителя от компонентов информационного электроимпульса;
• повышение безопасности эксплуатации электрооборудования. Минимизирует риск фатального поражения электрическим током, отделяя пользователь или оператора от высокомощных источников;
• при тестировании, сервисном обслуживании или ремонте оборудования дает возможность проводить работы на включённых устройствах. При этом используются разделительные трансформаторы с коэффициентом 1:1, но имеющие небольшую мощность напряжения вторичной цепи;
• отфильтровывают (отсекают вне рабочего диапазона) искаженную синусоидальную форму напряжения, приводя ее к правильной. Снижают негативное влияние широтно-импульсных модуляций;
• нейтрализует широкий спектр шумов, образующихся при подключении аудиоустройств (усилителей) к динамикам.

Будет интересно Как устроен силовой трансформатор и где его применяют?

Использование разделительных трансформаторов обусловлено эксплуатационными требованиями и спецификой применения электросетей:

1. Высокая влажность или присутствие воды в помещении, наличие металлических изделий без заземления либо со слабым заземлением: ванные и душевые комнаты, силовые коммутационные шкафы, расположенные на улице, кабельные колодцы, подвалы и полуподвалы.
2. Удалённые посты слежения, измерения и контроля в медицинских учреждениях, дата и колл-центрах, а также других учреждениях, где необходимо повышение уровня защиты персонала и безопасности эксплуатации оборудования.
3. Эксплуатация электроинструмента и оборудования, относящегося к первому классу безопасности.

Установка эксплуатации электрических приборов через разделительный трансформатор необходима в следующих случаях:

• при подключении устройств электропотребления, не имеющих потенциала заземления;
• в импульсных электросетях, требующих повышения показателей изоляции. В особенности в медицинском и лабораторном оборудовании;
• при лабораторных испытаниях электрических и электронных устройств для обеспечения безопасности персонала.

При использовании разделительного трансформатора также необходимо применять для эксплуатируемой цепи устройство защитного отключения (УЗО). Несмотря на высокую надежность и безопасность возможны случаи повреждения изоляции.

При этом потенциал может быть выведен на корпус устройства и появится вероятность поражения электрическим током, если коснуться корпуса и металлического проводника, связанного с землёй. Именно поэтому разделительные трансформаторы рекомендуется подключать через УЗО. Трансформатор разделительный однофазный в зависимости от его конструкции, можно использовать в следующих случаях:

1. При наличии крепежных пластин и открытых клеммных колодок. Установка в монтажный шкаф. При этом может быть реализована вертикальная или горизонтальная схема установки или специальные крепежи для монтажа на din-рейку.
2. При отсутствии клеммных колодок – выведение вторичной обмотки через ответвление кабеля. Применяется как составная часть электрооборудования, установок любого назначения.
3. Переносной вариант при наличии корпуса, розетки и выключателя. Дополнительно может быть доукомплектован кабелем (удлинителем).

Трёхфазный разделительный трансформатор – фактически является тремя однофазными устройствами, установленными на одной монтажной планке:

• открытый вариант как горизонтального и вертикального расположения с соединением в звезду или треугольник;
• расположение элементов в корпусе, в том числе герметичном.
• Разделительный трансформатор является нужным и полезным устройством, особенно в домашней мастерской. Его можно использовать в режиме пониженного переменного напряжения для проверки высоковольтных устройств.

Трехфазные разделительные трансформаторы.

К примеру, подключение схемы на 220 V к источнику питания на 36V позволит безбоязненно прослеживать протекание в тестируемых цепях тока.

При этом допускается использование любых унифицированных разделительных трансформаторов, так как современные электронные устройства не отличается большим потреблением.

Как проверить трансформатор блока питания

Чтобы измерить сопротивление первичной и вторичной обмоток трансформатора, можно воспользоваться любым из измерительных приборов, такими как:

Соответственно, тот или иной измерительный прибор нужно установить в диапазон измерения сопротивления. Для измерения напряжения на выводах проводов вторичной обмотки трансформатора, измерительный прибор (стрелочный тестер, мультиметр) нужно установить в диапазон измерения соответствующего напряжения.

В первом фотоснимке показано, как нужно пользоваться стрелочным тестером при измерении сопротивления обмотки (первичной, вторичной) трансформатора. Стрелочный тестер, в данном примере, устанавливается в диапазон измерения сопротивления и соответственно, стрелка прибора укажет сопротивление обмотки трансформатора в зависимости от количества витков в этой обмотке и сечения провода обмотки (фото 1).

Во втором фотоснимке наглядно показано, как проводится измерение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора (фото 2). То-есть, в этом примере, измерительный прибор устанавливается в диапазон измерения переменного напряжения от 20 до 200 вольт, так как трансформатор выдает на выходах проводов вторичной обмотки — округленно, 28 вольт.

Проверка емкости конденсатора

Для измерения емкости конденсатора (фото 3), нужно установить измерительный прибор в диапазон измерения емкости конденсатора в соответствии с указанной емкостью на корпусе конденсатора. То-есть, к примеру, для конденсатора с емкостью 400 микрофарад емкость должна соответствовать показанию на дисплее прибора. Измерение емкости конденсатора нужно проводить при полной разрядке конденсатора, во избежание повреждения электрическим разрядом сам измерительный прибор.

Для Вас предоставлены примеры (фотоснимки) не именно для элементов электроники, которые состоят в этом блоке питания, а чтобы познать ту информацию, которая пригодится в Вашей дальнейшей практике по ремонту бытовой аудио и видео техники.

Как проверить диод

Диод как известно, проводит ток в одном направлении, от анода к катоду. Непроводимость от катода к аноду, объясняется наличием большого значения сопротивления и обратный ток в этом направлении очень низок. Как проверяется диод, наглядно показано на фотоснимке (фото 4). После проверки отдельных элементов электроники, можно легко установить причину неисправности ремонтируемого Вами блока питания.

Причина неисправности для блока питания, который мне пришлось ремонтировать, заключалась в простейшей поломке — в неисправности предохранителя.

Электрический трансформатор — довольно распространенное устройство, используемое в быту для решения целого ряда задач.

И в нем могут случаться поломки, выявить которые поможет прибор для измерения параметров электротока — мультиметр.

Из этой статьи вы узнаете, как проверить трансформатор тока мультиметром (прозвонить), и каких правил следует придерживаться при этом.

Разделение устройств, понижающих напряжение, по видам

Трансформаторы разделяют по конструктивным особенностям на 2 вида:

• Тороидальные, или электромагнитные – устаревший вариант, имеющий большие габариты и меньший коэффициент полезного действия (КПД). Этот вид для бытовых нужд уже практически не применяется,
• электронные (импульсные) устройства – компактные, лёгкие, с высоким процентом КПД, стремящимся к 100%.

Несмотря на то, что первые постепенно вытесняются вторыми во всех областях, не рассмотреть их будет ошибкой.

Тороидальный трансформатор 220 на 12 вольт: устройство, схема

Довольно простое устройство, состоящее из двух катушек с различным количеством витков, установленных на одном стальном сердечнике. От разницы витков зависит изменение напряжения на выходе. Согласно законам физики, любой проводник, по которому протекает электрический ток, создаёт вокруг себя электромагнитное поле, которое усиливается при сматывании провода в катушку. Таким образом, ток, протекая по первичной катушке (на которую подаётся напряжение), создаёт сильное электромагнитное поле, передающееся через стальной сердечник на вторичную катушку, с которой напряжение снимается.

Важно! Без стального сердечника такое устройство работать не будет, даже если намотать вторичную катушку непосредственно на первичную. Более того, подобная попытка приведёт к отгоранию провода первичной катушки

Ниже представлена схема простейшего тороидального трансформатора.

Электронное устройство понижения напряжения бытовой сети

Схема электронного трансформатора 220 на 12 вольт более сложна,однако, принцип работы её тот же. В роли стального сердечника с большим количеством витков здесь выступает небольшое ферритовое кольцо с обмотками. Основная работа выполняется тиристорами (динисторами), различными ограничительными резисторами и транзисторами. С подробной схемой можно ознакомиться ниже.

Импульсные понижающие устройства имеют ряд преимуществ перед электромагнитными:

• малые габариты и вес,
• высокий КПД,
• минимальный нагрев, который совершенно незаметен при правильном вентилировании,
• долгий срок службы.

Важно! Несмотря на все преимущества импульсников, у них есть один недостаток – такой трансформатор нельзя включать в сеть без нагрузки. В случае подобного включения устройство быстро сгорает

Условные обозначения и расшифровка

Группы маркируются числами от 0 до 11. Для удобства и стандартизации принято следующее:

• однотипные соединения (∆/∆, Y/Y) имеют четные номера;
• разнотипные соединения (∆/Y, Y/∆) – нечетные.

Трехфазные трансформаторы выполняются на стержневых магнитопроводах. Каждая из фаз располагается на отдельном стержне. Это во многом упрощает дальнейшую работу и согласование устройств между собой.

Если у трансформатора одинаковые фазы намотаны на одних стержнях, то группы соединений при этом называются основными (0, 6, 11, 5). Остальные группы – производные.

Так как минимальный сдвиг фаз может составлять 300, то количество вариантов равно 12, что соответствует положениям стрелок часов. 0-е и 12-е положения совпадают. На основании этого говорят, что номер группы совпадает с положением часовой и минутной стрелок. Сдвиг фаз вычисляется просто:

Номер группы*300.

Приняты следующие обозначения на электросхемах и устройствах:

• Y, У – звезда;
• Yн, Ун – звезда на стороне низкого напряжения;
• Yо, Уо – звезда с нулевой точкой;
• ∆, Д, D – треугольник;
• ∆н, Дн, Dн – треугольник на стороне низкого напряжения.

Пример маркировки двухобмоточного трансформатора:

• ∆/Yн – 11. Первичная обмотка треугольник, вторичная (понижающая) звезда. Сдвиг фаз 3300;
• Y/Yо -0. Обе обмотки соединены звездой, вторичная с выведенной нулевой точкой. Сдвиг фаз отсутствует.

Также на электрических схемах обмотки высокого напряжения (ВН) обозначают символами:

• A,B, C – начало обмотки;
• X, Y, Z – конец обмотки.

Аналогично для стороны низкого напряжения:

• a, b, c;
• x, y, z.

Подобным образом маркируются многообмоточные устройства, например:

Yо/Y/∆ – 0 – 11.

Вместо нулевой группы может указываться двенадцатая, что совершенно равнозначно.

Режимы работы

Холостой ход (ХХ)

Такой порядок работы реализуется от размыкания вторичной сети, после чего в ней прекращается течение электротока. В первичной обмотке течет ток холостого хода, составной его элемент — ток намагничивающий.

Когда вторичный ток равен нулю, электродвижущая сила индукции в первичной обмотке целиком возмещает напряжение питающего источника, а потому при пропаже нагрузочных токов, идущий сквозь первичную обмотку ток по своему значению соответствует току намагничивающему.

Функциональное назначение работы трансформаторов вхолостую — определение их важнейших параметров:

• КПД;
• показателя трансформирования;
• потерь в магнитопроводе.

Режим нагрузки

Режим характеризуется функционированием устройства при подаче напряжения на вводы первичной цепи и подключении нагрузки во вторичной. Нагружающий ток идет по «вторичке», а в первичной — суммарный ток нагрузки и ток холостой работы. Этот режим функционирования считается для прибора преобладающим.

На вопрос, как работает трансформатор в основном режиме, отвечает основной закон ЭДС индукции. Принцип таков: подача нагрузки к вторичной обмотке вызывает образование во вторичной цепи магнитного потока, образующего в сердечнике нагружающий электроток. Направлен он в сторону, противоположную его течению, создающегося первичной обмоткой. В первичной цепи паритет электродвижущих сил поставщика электроэнергии и индукции не соблюдается, в первичной обмотке осуществляется повышение электротока до того времени, пока магнитный поток не вернется к своему исходному значению.

Короткое замыкание (КЗ)

Переход прибора в этот режим осуществляется при кратковременном замыкании вторичной цепи. Короткое замыкание — особый тип нагрузки, прилагаемая нагрузка — сопротивление вторичной обмотки — единственная.

Принцип работы трансформатора в режиме КЗ таков: к первичной обмотке приходит незначительное переменное напряжение, выводы вторичной соединяются накоротко. Напряжение на входе устанавливается с таким расчетом, чтобы величина замыкающего тока соответствовала величине номинального электротока устройства. Величина напряжения определяет энергопотери, приходящиеся на разогрев обмоток, а также на активное сопротивление.

Такой режим характерен для приборов измерительного типа.

Исходя из многообразия устройств и видов назначения трансформаторов, можно с уверенностью сказать, что на сегодня они — незаменимые, использующиеся практически повсеместно устройства, благодаря которым обеспечивается стабильность и достижение необходимых потребителю значений напряжения, как гражданских сетей, так и сетей предприятий промышленности.

Примерная схема

На входе у вас будет либо 220 вольт, либо 380. В первом случае, если все сделано по уму, проводов будет три – фаза, ноль и земля. Во втором – пять (три фазы, ноль и земля).

Рассмотрим подключение на 220 В. Вводный автомат на 25 А ставится на провод фазы. Далее на провода нуля и фазы ставится УЗО (40А, 100 мА), после чего провод нуля подсоединяется к шине N. Затем на три группы потребителей ставятся три автомата – последовательно на провод фазы. К каждой группе потребителей с шин N и РЕ идет свой провод, так, чтобы к потребителю шло по три провода – фаза, нуль и земля. Ниже картинка, иллюстрирующая приведенную схему.

ВНИМАНИЕ! УЗО в бане рекомендуют ставить все без исключения. Однако дифференциальный автомат – то же самое, но с большим функционалом

Приведенная схема очень простая, не рассматривающая варианты с подключением трансформатора.

Подключение на 380 В ненамного сложнее. На входе делается заземление и ставится на три фазы вводный автомат. Из последнего три провода фазы и ноль подаются на УЗО, после чего ноль подключается к шине, а уже оттуда – ко всем автоматическим выключателям, предшествующим группам потребителей. Также к каждому из выключателей подключается одна из трех фаз (выбор распределяется равномерно).

Групп потребителей может быть произвольное количество, но обычно выделяют три – группа освещения, группа розеток и силовая группа (приборы с большой мощностью). В сауне принято выделять в отдельную группу электропечь. В нашем случае для нее специально установлены автомат нуля и выключатель.

Все описанное наглядно показано на следующей схеме:

ВАЖНО! Не воспринимайте эти схемы как некий общий случай, его просто нет. Ориентируйтесь на свои представления о безопасности – от этого зависит количество автоматов и УЗО, на количество и мощность потребителей, на то, какая система заземления принята в местности, где стоит ваша баня

Если захотите сделать цепь с напряжением 12, 24, 36 вольт, ставьте трансформатор в группу освещения – ее можно поделить на подгруппу потребителей 220 В и подгруппу низкого напряжения, которая будет питать парилку (и, возможно, моечную).

Технические характеристики

Основными характеристиками при эксплуатации трансформатора считаются:

• Напряжение входное.
• Величина напряжения на выходе.
• Мощность прибора.
• Ток и напряжение холостого хода.

Величина отношения напряжений на входе и выходе устройства называется коэффициентом трансформации. Это соотношение зависит только от количества витков в обмотках и остаётся неизменным при любом режиме функционирования устройства.

От диаметра проводов и от типа сердечника напрямую зависит мощность трансформатора, которая со стороны первичной намотки равна сумме мощностей вторичных обмоток, за исключением потерь.

Напряжение, получаемое на выходной обмотке устройства, без подключения нагрузки, называется напряжением холостого хода. Разница между этим показателем и напряжением с нагрузкой указывает на величину потерь за счёт разного сопротивления проводов обмотки.

От качественных показателей сердечника трансформатора полностью зависит величина тока холостого хода. В идеальном случае, ток первичной обмотки создаёт в сердечнике устройства магнитное поле переменного значения, по величине электродвижущая сила которого равна току холостого хода и противоположна по направлению. Но вот в реальности величина электродвижущей силы всегда меньше напряжения на входе, за счёт возможных потерь в сердечнике.

Именно поэтому для уменьшения величины тока холостого хода, требуется материал высокого качества при изготовлении сердечника и минимальный зазор между его пластинами. Таким условиям в большей мере соответствуют тороидальные сердечники.

Принцип действия устройства

Функционирование разделительного понижающего трансформатора низкого напряжения основано на эффекте гальванической развязки. Технически, это реализовано в виде автономного функционирования обеих катушек. Катушки устройства разделены физически, то есть не соприкасаются между собой.

Это обеспечивает безопасную эксплуатацию при условии, что контуры не будут закорочены в результате механического воздействия. Чтобы полностью исключить возможность контакта обмотки изолируют несколькими слоями высококачественной изоляции.

Схема разделительного трансформатора.

Проходя через первичную обмотку, ток индуцирует электроэнергию во вторичной катушке, к которой и подключаются цепи с потребляющим оборудованием. Вторичная обмотка РТ или устройства к ней присоединенные не могут иметь контакта с землей или нейтралью.

Будет интересно Режим холостого хода для трансформаторов

Значительное повышение безопасности эксплуатации даже при возникновении пробоя на корпусе. При такой схеме пробой не станет причиной перегрузки цепи по току, а само устройство останется полностью функциональным.

При контакте человека с электроприбором под аварийным напряжением, подключенным через разделительный трансформатор, не произойдет фатального поражения током утечки. Так как он не превысит опасного для жизни уровня.

Одной из эксплуатационных особенностей разделительных трансформаторов напряжения является коэффициент преобразования равный единице у большинства используемых моделей. Таким образом, как входное, так и выходное напряжение равно одной и той же величине – 220 или 380 В.

При расчетах необходимо учитывать затраты энергии на функционирование устройства, так как КПД большинства моделей находится в диапазоне 70-85%.