Что такое строчный трансформатор

Что такое строчный трансформатор?

Строчные трансформаторы применяются для создания разверток в телевизоре. Приборы заключены в корпус, защищающий от высокого напряжения соседние детали. Раньше в цветных, черно-белых телевизорах при помощи строчного трансформатора ТВС получали ускоряющее напряжение. В схеме применялся умножитель. Строчный высоковольтный трансформатор передавал преобразованный электрический сигнал на представленный элемент. Умножитель вырабатывал напряжение фокусировки, обеспечивая работу второго катодного анода.

Сегодня применяется в схемах телевизора трансформатор диодно-каскадный строчной развертки (ТДКС). Что собой представляет подобная техника, как проверить ее своими руками и произвести ремонт, будет рассмотрено далее.

Для схемы «УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ CB-РАДИОСТАНЦИИ»

ВЧ усилители мощностиУСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ CB серийно выпускается усилитель РЧ модели 737, предназначенный для работы в СВ-диапазоне. Мною была разработана печатная плата под отечественные радиоэлементы, построена и опробована схема этого усилителя мощности. Схема с нашими аналогами работоспособна и показала очень неплохие результаты несмотря на простоту изготовления. Усилитель получился широкополосным, захватывающим все радиолюбительские диапазоны со 160 м до 10 м включительно. Принципиальная схема усилителя показана на рис.1. На рис.2 и 3 приведены печатная плата и расположение деталей на плате. Для изготовления трансформатора
Т1 были использованы шесть колец с магнитной проницаемостью 600 НН (до 1000 НН — некритично) типоразмера 7 х 4 х 2, по три кольца склеены клеем БФ2, а потом полученные ферритовые «трубки» складывают бок о бок и тоже заливают клеем. Таким образом, продевая в эти трубки по три витка первичной обмотки и вторичной, получаем трансформатор Т1 (рис.4).Для изготовления
трансформатора
Т2 нужны те же кольца — 20 шт, латунные или медные трубки — 2 шт. Терморегулятор рябушка схема по 22 мм длиной каждая и наружным диаметром 4 мм. Мною была использована трубка от старой телескопической антенны. Подробно останавливаться не буду, сошлюсь на [I], где есть методика постройки широкополосного
трансформатора
с короткозамкнутым витком, привожу лишь эскиз расположения выводов
трансформатора
Т2 (рис.5). Катушка L1 выполнена на цилиндрическом каркасе диаметром 8 мм и длиной 10 мм. Обмотка состоит из 19 витков ПЭЛ-0,16 мм. Намотка — виток к витку. Правильно собранная схема усилителя работает сразу, гок холостого хода усилителя зависит от применяемых транзисторов и выставляется R3. Усилитель работает от источника +12 В, но сохраняет работоспособнос…
Смотреть описание схемы …

Что такое однофазный трансформатор

Электрическая энергия, выработанная генераторами электростанций, передается потребителям, находящимся в большинстве случаев на большом расстоянии от станций. Для удешевления стоимости электропередачи и уменьшения потерь энергии в ней приходится повышать напряжение электропередачи до cотен киловольт. При распре делении энергии между потребителями необходимо понизить напряжение до десятков и сотен вольт. Все это вызывает необходимость многократного изменения (трансформирования) напряжения, которое осуществляется трансформаторам

Трансформатором называется статический аппарат, имеющий две (иногда более) обмотки, связанные переменным магнитным полем, служащий для трансформации переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, при неизменной частоте.

Число трансформаций от станции до потребителя обычно велико, и поэтому на 1 квт мощности генераторов, установленных на станции, приходится 4— 5 ква установленной мощности трансформаторов. Суммарные потери электроэнергии в трансформаторах составляют значительную долю потерь всей энергосистемы. Поэтому необходимо, чтобы трансформатор имел очень высокий к.п.д. В современных мощных трансформаторах к.п.д доходит до 0,995 при номинальной мощности.

Изобретателем трансформатора был выдающийся конструктор и ученый П. Н. Яблочков (1847 -1894).

Рис. 2. Однофазный трансформатор.

1 — магнитопровод; 2 — обмотка высшего напряжения; 3 — обмотка низшего напряжения; 4—путь полезного потока; 5 — путь потоков рассеяния первичной обмотки; 6 — путь потоков рассеяния вторичной обмотки.

Устройство и принцип действия однофазного трансформатора

Работа трансформатора основана на использовании явления взаимоиндукции. Трансформатор (рис. 9-1) имеет обычно две магнитно-связанные обмотки 2—2 и 3—3 с разными числами витков, помещенные для усиления магнитной связи на стальном, замкнутом магнитопроводе — сердечнике 1. Сердечник для уменьшения потерь энергии от вихревых токов набирается из стальных листов толщиной 0,5—0,35 мм, а при повышенной частоте тока — из более тонких листов (0,2—0 ,1 мм). Листы, перед сборкой, покрываются с двух сторон лаком для изоляции друг от друга. Трансформаторная сталь содержит 4—5% кремния, при этом сильно уменьшаются потери от гистерезиса и вихревых токов.

Те части сердечника, на которых располагаются обмотки, называются стержнями, а части, замыкающие их, называются ярмом. Внутреннее пространство между стержнем и ярмом служит для размещения обмоток и называется окном.

Сборка сердечника производится «внахлестку». На рис. 3 показаны два слоя листов, которые накладываются друг на друга при сборке сердечника трансформатора. При такой сборке достигается минимальный воздушный зазор в стыках.

Рис. 3 . Расположение листов стали однофазного трансформатора при сборке.

Листы предварительное стягиваются изолированными болтами в пакеты сначала так, чтобы на стержни можно было надеть изготовленные обмотки (рис.9-3), а затем окончательно, чтобы после установки обмоток, замкнуть магнитопровод. Сечение стержней, получаемое при этом, показано на рис. 9-4 — квадратное при малой мощности, или крестовидное, приближающееся к кругу, при средней и большой мощности трансформаторов.

Обмотки трансформатора представляют собой катушки разных конструкций. Различают обмотку низшего напряжения (НН), рассчитанную на низшее напря жение трансформатора, которая помещается ближе к стерж ню, и обмотку высшего напряжения (ВН), рассчитанную на высшее напряжение и помещаемую по верх обмотки (НН), концентрически с ней.

На рис. 2 обмотки ВН и НН показаны сдвинутыми друг относительно друга для упрощений рисунка. В однофазных трансформаторах (рис. 2) каждая обмотка делится пополам и помещается на двух стержнях. Обе половины обмотки НН и обмотки ВН соединяются так, чтобы э. д. с. половин обмоток складывались.

Рис. 3. Сборка сердечника трансформатора.

1 — стержень магнитопровода; 2 — обмотки.

Начала и концы обмоток трансформаторов обозначаются буквами латинского алфавита. Начала обмоток обозначают Л, В, С и a, b, с, а концы — X, Y, Z и х, y, z. Заглавные буквы приняты для обмотки высшего напряжения, а строчные — для обмотки низшего напряжения (рис. 2 ).

Та обмотка, к которой энергия подводится, называется первичной, а та, от которой энергия отдается потребителю, называется вторичной. Энергия передается с первичной обмотки на вторичную при помощи магнитного потока, связывающего обмотки. Если напряжение вторичной обмотки меньше, чем первичной, то трансформатор называется понижающим; в обратном случае он будет повышающим.

Рис. 4. Сечение сердечников трансформаторов.

Таким образом, трансформатор, показанный на рис. 2 — понижающий. Однако если к обмотке ах подать энергию при номинальном для этой обмотки напряжении, а к обмотке АХ подключить потребителя, то трансформатор будет повышающим.

Стержневой трансформатор

Трансформатор с сердечником рассмотренного выше типа называется стержневым. Однако существуют трансформаторы броневого типа (рис. 5), у которых магнитопровод разветвлен и охватывает обмотки как бы броней.

P ис 5 Броневой трансформатор.

Обмотки ВН и НН таких трансформаторов изготовляются в виде плоских катушек, размещающихся на одном и том же стержне. Трансформаторы броневого типа применяются, например, в радиотехнических устройствах.

Номинальной мощностью трансформатора называется мощность его вторичной обмотки, обозначенная на щитке трансформатора и выраженная в вольт-амперах или киловольт-амперах.

Трансформатор Автотрансформатор

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника С, собранного из листового железа (для уменьшения потерь на вихревые токи), на котором имеются две обмотки: первичная K₁, которая включается в питающую сеть, и вторичная К₂, к которой подключается нагрузка.

Пренебрегая падением напряжения на активном сопротивлении обмоток, можно приравнять э. д. с. самоиндукции напряжению, приложенному к первичной обмотке, а э. д. с. индукции во вторичной обмотке — напряже нию на ее зажимах, тогда

, т. е. напряжения в обмотках трансформатора прямо пропорциональны числу их витков. Отношение числа витков n₁ первичной к числу витков п₂ вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации k:

Если пренебречь потерями в трансформаторе, то мощности тока в первичной и во вторичной обмотках можно считать равными и тогда токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны числу витков:

Трансформаторы являются неотъемлемой частью почти всех радиоприборов, электромедицинских аппаратов и т. д. При этом часто пользуются автотрансформатором — прибором, подобным трансформатору, но имеющим только одну обмотку, в которой совмещены функции первичной и вторичной обмоток трансформатора. Пусть обмотка автотрансформатора имеет n витков. Питающее напряжение U₁ подводится к n₁ виткам обмотки.

Нагрузка присоединяется к выводам от n ₂ витков. Витки n ₁ являются первичными. Ток в первичных витках образует в сердечнике магнитный поток, связанный со всеми n витками обмотки. При этом во всех п витках наводится электродвижущая сила, которая в n₁ витках является э. д. с. самоиндукции, а в остальных витках — э. д. с. индукции. Электродвижущая сила в любом витке имеет одинаковую величину E_i и одно и то же направление. Поэтому, подключив нагрузку к n ₂ виткам, которые являются вторичными витками (безразлично, будет ли n₂>n₁ или n₂>n₁ ), получим на нагрузке напряжение:

В то же время приложенное напряжение U₁ уравновешивается обратной электродвижущей силой самоиндукции, возбуждаемой в n₁ витках, т. е. U₁=E_in₁ . Поэтому можно составить соотношение, аналогичное трансформатору:

Автотрансформатор

Автотрансформатор часто применяют для регулировки напряжения или для обеспечения нормального напряжения на нагрузке (радиоприемники, телевизоры, медицинские электронные аппараты и т. д.) при колебаниях напряжения в сети. В этом случае обмотка автотрансформатора имеет несколько отводов, которые присоединяют к контактам переключателя.

Напряжение сети подводится к началу обмотки и среднему контакту переключателя П. Нагрузка включается между крайним выводом и подвижным контактом переключателя. Если переключатель поставить на средний контакт, то питающее напряжение будет подаваться на нагрузку без изменения. Если напряжение сети ниже нормального, то перекл но передвинуть в сторону большего числа витков.

При напряжении сети выше нормального — наоборот. Для удобства регулировки на выход автотрансформатора подключается вольтметр. При лабораторных работах часто применяется автотрансформатор с плавной регулировкой вторичного напряжения в широких пределах.

Всё об энергетике

При изученнии работы трансформаторов лучше начинать с упрощеной модели — идеального трансформатора. Такой подход позволяет сосредоточится на сущности процессов протекающих внутри устройства.

Перед чтением этой стать рекомендуем ознакомится с устройством трансформатора.

Допущения идеального трансформатора

Основные допущения принимаемые для идеального трансформатора перечислены ниже [1, c. 118] .

• Отсутствуют тепловые потери в обмотках;
• Отсутствуют потери на перемагничевание магнитопровода;
• Весь магнитный поток замыкается по магнитопроводу;
• Магнитный поток сцепляется со всеми витками первичной и вторичной обмотке одинаково;
• Вебер-амперная характеристика магнитопровода линейна.

Далее в качестве примера использум схему однофазного двухобмоточного трансформатора, приведенную на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схема однофазного двухобмоточного трансформатора

На рисунке выше изображен общий магнитопровод на котором намотаны первичная обмотка с числом витков (w_1) и вторичная обмотка с числом витков (w_2). В первичной обмотке протекает ток (dot_1), во вторичной — (dot_2).

При подключении к первичной обмотке источника переменной ЭДС (dot_1) напряжением (dot_1) в ней возникает переменный ток (dot_1). Он, в свою очередь, создает переменный магнитный поток (dot<Ф>) который замыкается по магнитопроводу. Этот магнитный поток создает в первичной обмотке трансформатора переменную ЭДС самоиндукции (dot_), а во вторичной обмотке — ЭДС (dot_). Под действием ЭДС (dot_) во вторичной обмотке возникает переменный ток (dot_2), а на её концах появляется напряжение (dot_2). ЭДС (dot_) и (dot_) пропорциональны числу витков (w_2) и (w_1) и скорости изменения магнитного потока (dФ/dt). Закон и формула, связывающая эти величины воедино была открыта Максвелом:

Коэффициент трансформации

Из формул выше видно, что изменяя число витков одной из обмоток мы изменяем ЭДС в ней. Разделив левую и правую части выражений (1) и (2) друг на друга получим коэффициент трансформации:

Так как ранее был принят ряд допущений, можно записать: (dot_1 = dot_1, dot_2 = dot_2). Тогда коэффициент трансформации будет определятся следующим выражением:

Значение (n) характеризует отношение напряжений и токов первичной и вторичной обмоток, а также трансформацию сопротивления нагрузки на вторичной обмотке трансформатора.

Отношение токов первичной и вторичной обмотки

Преобразуя формулу (4) для напряжений (U_1) и (U_2) можно записать:

Заменив в формуле (5) напряжение (U_1) и (U_2) на выражения (P_1over I_1) и (P_2over I_2) соответственно:

Из принятых допущений следует, что (P_1 = P_2 = P). Разделим выражение (6) на (P):

Умножим выражение (7) на (I_1×I_2) чтобы избавится от дроби:

begin I_2 = n×I_1 end

Выражение (8) отражает отношение токов первичной и вторичной обмоток идеального двухобмоточного трансформатора.

Трансформация сопротивления нагрузки

Для определения зависимости трансформации сопротивления нагрузки рассмотрим мощность, потребляемую нагрузкой (R_2):

Помня, что (P_1 = P_2), можно записать следующее:

где (R_1) — сопротивление нагрузки подключенной ко вторичной обмотке, приведённое к ВН. Подставляя выражение (8) в выражение (10) получим:

Разделив выражение (11) на (^2) и умножив его на (n^2) получим формулу приведения сопротивления вторичной обмотки (нагрузки) к первичной.

begin R_1 = n^2×R_2 end

Обобщая выражения (4) и (8) относительно (n) можно записать:

Иначе говоря, трансформатор, при повышении величины напряжения на выводах одной из обмоток (ВН или НН) понижает величину тока в ней, и наооборот при понижении напряжения на выводах одной из обмоток возрастает протекающий по ней ток.

Взаимодействие напряжения, тока, магнитного потока и ЭДС в трансформаторе

Как было написано выше, ЭДС напряжением (dot_1), создает ток (dot_1), который в свою очередь создает магнитный поток (dot<Ф>) в магнитопроводе. Этот магнитный поток (dot<Ф>) наводит в первичный обмотке ЭДС самоиндукции (dot_1), а во вторичной ЭДС взаимоиндукции (dot_2). [2, с. 342][3, с. 199]

Если ко вторичной обмотке трансформатора не подключена нагрузка (режим холостого хода), то ЭДС самоиндукции (dot_1) уравновешивает напряжение (dot_1) приложеное к первичной обмотке, что в свою очередь приводит к уменьшению тока (dot_1). На выводах вторичной обмотке появляется напряжение (dot_2 = dot_2), а ток (dot_2 = 0). [3, с. 199]

При наличии нагрузки на вторичной обмотке трансформатора (рабочий режим) под действием напряжения (dot_2) по ней начинает протекать ток (dot_2). Он в свою очередь создает магнитный поток (dot<Ф'>) который складывается потоком (dot<Ф>).

Трансформатор в цепи постоянного тока

Трансформатор работает только в цепях переменного напряжения и тока. Причина в сущности протекающих в нём процессов — переменный ток протекающий по обмотке создаёт переменный магнитный поток который в свою очередь наводит в другой обмотке переменную ЭДС. Если же подключить трансформатор к цепи постоянного тока, то магнитный поток созданный им будет постоянный ( = 0) и им не будет индуцироваться переменная ЭДС во вторичной и первичной обмотках. В таком режиме ток первичной обмотки достаточно велик, поскольку ограничен только активным сопротивлением, а отсутствие в магнитопроводе магнитного потока (dot<Ф'>) приводит к нагреву стали магнитопровода.

Типы устройств

В зависимости от мощности, конструкции и сферы их применения, существуют такие виды трансформаторов:

• Автотрансформатор конструктивно выполнен как одна обмотка с двумя концевыми клеммами, а также в промежуточных точках устройства имеются несколько терминалов, в которых располагаются первичные и вторичные катушки.
• Трансформатор тока включает в себя первичную и вторичную обмотку, сердечник из магнитного материала, а также оптические датчики, специальные резисторы, позволяющие ускорять способы регулировки напряжения.
• Силовой трансформатор — это устройство, передающее ток, при помощи индукции электромагнитного поля, между двумя контурами. Такие трансформаторы могут быть повышающими или понижающими, сухими или масляными.
• Антирезонансные трансформаторы могут быть как однофазными, так и трёхфазными. Принцип работы такого устройства мало чем отличается от трансформаторов силового типа. Конструктивно представляет собой устройство литого типа с хорошей теплозащитой и полузакрытой структурой. Трансформаторы антирезонансного типа применяются при передаче сигнала на большие расстояния и в условиях больших нагрузок. Идеально подходят для работы в любых климатических условиях.
• Заземляемые трансформаторы (догрузочные). Особенностью этого типа является расположение обмоток в форме звезды или зигзага. Часто заземляемые приборы применяют для подключения счётчика электрической энергии.
• Пик — трансформаторы используются в устройствах радиосвязи и технологиях компьютерного производства, по принципу отделения постоянного и переменного тока. Конструкция такого трансформатора является упрощённой: обмотка с определённым количеством витков расположена вокруг сердечника из ферромагнитного материала.
• Разделительный домашний трансформатор применяется при передаче энергии переменного тока к другому устройству или оборудованию, блокируя при этом способности источника энергии. В бытовых условиях такие приборы обеспечивают регулирование напряжения и гальваническую развязку. Чаще всего применяются для подавления электрических помех в чувствительных приборах и защиты от вредного воздействия электрического тока.

Заключение по теме

Трансформаторы используются в большинстве окружающей нас техники. Знание об их внутреннем строении дает возможность при необходимости произвести их ремонт, обслуживание или замену.

Отличить первичную обмотку от вторичной бывает важно для правильного подключения устройства в сеть. Подобная проблема может возникнуть и при использовании самодельных устройств или трансформаторов без маркировки.