Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

24.05.2013

Трансформатор — статический (без подвижных частей) электромагнитный аппарат, предназначенный для повышения или понижения напряжения переменного тока.

Принципиальная схема трансформатора приведена на рис. 1.

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

Основные части трансформатора: замкнутый стальной сердечник 1 и размещенные на этом сердечнике обмотки 2 и 3. Обмотки изолированы от стального сердечника и друг от друга, т. е. обмотки электрически не связаны между собой.

Сердечники трансформаторов набирают из листов специальной так называемой трансформаторной стали толщиной 0,35 или 0,5 мм.

Листы стали изолируют друг от друга специальной бумагой или лаковой изоляцией.

Трансформаторная сталь имеет повышенное по сравнению с обычной сталью электрическое сопротивление, способствующее, так же как и наличие прокладок и лака, уменьшению вихревых токов, индуктируемых в сердечнике, и связанных с ними потерь.

В трансформаторной стали потери, связанные с гистерезисом (перемагничиванием), меньше, чем в других сортах стали.

Обмотка трансформатора, к которой подводится электрическая энергия, называется первичной обмоткой, другая, к которой присоединяются приемники энергии, — вторичной обмоткой.

Соответственно все электрические величины (мощность, напряжение, ток, сопротивление и т. д.), относящиеся к электрической цепи первичной обмотки, называются первичными, а относящиеся ко вторичной обмотке, — вторичными.

Обмотка с более высоким напряжением называется обмоткой высшего напряжения (в. н.), обмотка, присоединенная к сети с меньшим напряжением, называется обмоткой низшего напряжения (н.н.).

Если вторичное напряжение меньше первичного, то трансформатор называется понижающим, а если больше — повышающим.

Режим работы трансформатора, при котором вторичная обмотка разомкнута, а к зажимам первичной подведено напряжение, называется холостым ходом.

Если к зажимам первичной обмотки подвести напряжение переменного тока U1, то в первичной обмотке потечет ток, который создаст переменный магнитный поток.

Преобладающая часть магнитных линий потока замкнется по стальному сердечнику, пронизывая все нитки первичной и вторичной обмоток. Эта часть магнитного потока называется основным, или рабочим, магнитным потоком Фт.

Другая часть потока, обычно гораздо меньшая, замыкается через воздух, пронизывая только витки первичной обмотки, и называется потоком рассеяния первичной обмотки Фs1. При разомкнутой вторичной цепи (цепи, питаемой от вторичной обмотки) ток в ней отсутствует и с ней не связано никакое магнитное поле.

При замыкании вторичной цепи в ней появляется ток; связанное с ним магнитное поле образует два потока: один в сердечнике, другой, замыкающийся через воздух, Фs2; таким образом, около вторичной обмотки также создается поток рассеяния.

Потоки рассеяния аналогичны магнитному потоку самоиндукции, который создает ток в любой катушке индуктивности и любом проводе. Эти потоки являются вредными.

Согласно закону электромагнитной индукции при изменении основного магнитного потока индуктируется э. д. с. в первичной обмотке Е1 и во вторичной Е2.

Так как первичная обмотка с числом витков w1 и вторичная обмотка с числом витков w2 пронизываются одним и тем же основным потоком, то очевидно, что в каждом витке обеих обмоток индуктируется одинаковая по величине э. д. с. е. Следовательно, Es1 = ew1 и Е2 = ew2, откуда

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

где К — коэффициент трансформации трансформатора.

Поток рассеяния в свою очередь индуктирует э. д. с. рассеяния в первичной обмотке Es1.

Следовательно, напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора, U1 должно быть уравновешено падением напряжения в активном сопротивлении I1r1 первичной обмотки, э. д. с. Esl рассеяния и э. д. с. E1 основного потока.

При холостом ходе, т. е. при разомкнутой вторичной цепи, Es1 и I1r1 очень малы и можно считать, что э. д. с. Е1, индуктируемая в первичной обмотке, полностью уравновешивает подведенное напряжение U1.

При разомкнутой вторичной цепи э. д. с. Е2 электрического тока не вызывает, но если мы замкнем вторичную обмотку, т. е. присоединим к ней приемники электроэнергии, то под действием вторичной э. д. с. по вторичной цепи потечет ток, подводимая к трансформатору первичная мощность преобразовывается во вторичную, где используется для приемников электроэнергии (электродвигателей, электрических ламп и т. д.).

Если не учитывать потерь, можно считать, что подводимая мощность E1I1 приблизительно равна вторичной мощности Е2I2 (I1 и I2 — первичный и вторичный токи трансформатора), т. е.

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

т. е. при трансформации первичный и вторичный токи приблизительно обратно пропорциональны числам витков соответствующих обмоток; э. д. с. первичной и вторичной обмоток прямо пропорциональны числам витков соответствующих обмоток.

Вторичный ток I2, проходя в обмотке, создает ампер-витки I2w2, действующие в той же магнитной цепи трансформатора (сердечнике), что и ампер-витки первичной обмотки. Следовательно, при нагрузке основной магнитный поток (сцепленный с первичной и вторичной обмотками) будет определяться совместным действием ампер-витков l1w1 первичной и ампер-витков I2w2 вторичной обмоток.

Читайте также:  Подключение магнитолы цвета проводов

Согласно закону Ленца индуктированный во вторичной обмотке ток направлен таким образом, что препятствует изменению сцепленного с ним магнитного потока. Изменение магнитного потока вызывается первичными ампер-витками l1w1. Следовательно, вторичный ток должен быть такого направления, чтобы создаваемые ими ампер-витки действовали против ампер-витков первичной обмотки.

Уменьшение основного магнитного потока из-за размагничивающего действия вторичных ампер-витков вызовет уменьшение индуктированной им э. д. с. Е1 в первичной обмотке. Так как напряжение, приложенное к зажимам первичной обмотки U1, остается постоянным, то при уменьшении Е1 оно не уравновешивает напряжения U1, поэтому ток увеличивается до величины, при которой восстанавливается равенство напряжения U1 и э. д. с. Е1. При этом основной магнитный поток должен практически сохранять величину, равную величине основного потока при холостом ходе.

Действительно, при всех нагрузках трансформатора напряжение сети U1 должно уравновешиваться э. д. с. Е1 (падением напряжения в первичной обмотке пренебрегаем). Для этого необходимо, чтобы основной магнитный поток Фт оставался неизменным, т. е. постоянным при любой нагрузке трансформатора. Ток I1 в первичной обмотке должен быть таким, чтобы компенсировать влияние ампер-витков, создаваемых током I2 во вторичной обмотке. Напряжения на зажимах вторичной обмотки всегда меньше э. д. с. Е2 вследствие падения напряжения в активном и реактивном сопротивлениях вторичной обмотки.

Для трансформации трехфазного тока применяют трехфазные трансформаторы (трехстержневые), или групповые, которые составляются из трех однофазных.

Создателем первой конструкции трехфазного трансформатора является М. О. Доливо-Добровольский. Ученый применил его при сооружении в 1891 г. первой линии электропередачи трехфазного тока, по тому времени самой большой в мире по мощности и протяженности, осуществленной на расстоянии 178 км при напряжении до 30 000 в.

Трехстержневые трехфазные трансформаторы имеют общую магнитную цепь для всех трех фаз, состоящую из трех вертикальных стержней и двух горизонтальных, связывающих вертикальные стержни (рис. 2). Каждый вертикальный стержень 1, 2 и 3 с двумя обмотками I и II представляет собой однофазный трансформатор. Одна из обмоток является первичной,а другая — вторичной. Процессы, происходящие в каждой фазе трехфазного трансформатора, не отличаются от процессов в однофазном трансформаторе.

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

При этом в любой момент времени основной магнитный поток каждой фазы равен алгебраической сумме магнитных потоков двух других фаз.

Первичные, а также вторичные обмотки могут соединяться между собой звездой:

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

При передаче энергии из первичной обмотки трансформатора во вторичную часть мощности расходуется: на нагревание стального сердечника (гистерезис и вихревые токи), на нагревание первичной и вторичной обмоток (тепло Ленца).

Мощность, расходуемая на нагревание стального сердечника, называется потерями в стали и обозначается Рст.

Мощность, расходуемая на нагревание обмоток, называется потерями в меди и обозначается Рм.

Отношение мощности Р2, отдаваемой вторичной обмоткой потребителям тока (вторичная мощность), к мощности Р1 подводимой к первичной обмотке (первичная мощность), называется коэффициентом полезного действия(к. п. д.) трансформатора:

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

— мощность, отдаваемая трансформатором.

Коэффициенты полезного действия трансформаторов достигают весьма высоких значений. К. п. д. некоторых мощных трансформаторов составляет 98—99%.

Трансформаторы, обычно применяемые в береговых установках, погружают в бак со специальным трансформаторным маслом. Масло имеет большую теплоемкость, чем воздух, лучше отводит теплоту и является хорошим изоляционным материалом. Масло повышает электрическую прочность изоляции обмоток трансформатора. Поэтому масляные трансформаторы имеют меньшие габариты, чем воздушные той же мощности и с таким же напряжением. Стенки бака для лучшей теплоотдачи изготовляются из волнистого железа; иногда к баку пристраивается специальный радиатор.

Трансформатор, имеющий только одну обмотку, часть которой является общей для первичной и вторичной цепи, называется автотрансформатором (рис. 3, б).

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

Первичная обмотка (рис. 3, а) — витки w1 (участок обмотки 1—3), а вторичная — витки w2 (участок обмотки 1′ — 2′).

В общей части обмотки 1—2 ток равен разности I2 — I1, так как в автотрансформаторе вторичная обмотка совмещена с первичной.

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

называется коэффициентом трансформации автотрансформатора.

Преимуществами автотрансформатора (по сравнению с трансформатором) являются уменьшение сечения общей части обмотки, больший к. п. д. и меньший вес.

Наряду с указанными достоинствами автотрансформатор имеет существенный недостаток, а именно: возможность проникновения высокого напряжения в сеть низкого напряжения, так как первичные обмотки имеют электрическое соединение; поэтому автотрансформаторы применяются главным образом в установках низкого напряжения.

Трансформаторы, предназначенные для береговых и общепромышленных установок, отличаются от судовых. Обычно трансформаторы мощностью свыше 10 кВА, применяемые в береговых установках, погружают в бак, наполненный специальным трансформаторным маслом.

Для установки на судах отечественная промышленность выпускает специальные типы судовых трансформаторов — однофазные и трехфазные. Все судовые трансформаторы имеют естественное воздушное охлаждение. Масляные трансформаторы, несмотря на их преимущества, на судах не применяют, так как масло обладает горючестью и может выплескиваться при качке.

Однофазные судовые трансформаторы выпускаются мощностью до 10,5 кВА, а трехфазные — до 50 ква.

Первичное напряжение их равно 400, 230 и 133 в (последнее только для однофазных трансформаторов), а вторичное — 230, 133, 115 и 25 в.

Читайте также:  Ортофосфорная кислота и цинк

Для возможности регулирования вторичного напряжения первичная обмотка трансформатора имеет несколько выводов. У трансформаторов для номинального первичного напряжения 380 в эти выводы соответствуют напряжению сети 400, 390, 380 и 370 в, а у трансформатора на 220 в — 230, 225, 220 и 215 в.

Если при номинальном напряжении первичной сети к ней будет подключена более высокая ступень напряжения первичной обмотки (например 400 или 390 в при номинале 380 в), то на вторичной стороне трансформатора напряжение будет ниже номинального. При подключении на первичной стороне более низкой ступени, чем номинальное напряжение, на вторичной стороне получим напряжение выше номинального.

Судовые трансформаторы выпускаются для установки на открытых палубах и для установки в закрытых помещениях.

Изоляция их рассчитана на длительное пребывание в условиях большой влажности окружающей среды.

Все судовые трансформаторы выпускаются в гладких, закрытых металлических кожухах, снабженных лапами с отверстиями для крепления трансформаторов болтами к палубе или переборкам.

Тема: как сделать, намотать, перемотать вторичную, выходную обмотку трансформатора под нужный ток и напряжение, её простой расчёт.

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатораНапомню, что трансформатор – это электротехническое устройство, способное преобразовывать электрическую энергию через промежуточную среду в виде электромагнитного поля. Устройство трансформатора достаточно простое. Он состоит из магнитного сердечника (может иметь различные формы) на который наматываются витки изолированного провода. Классический вариант трансформатора содержит две обмотки: первичная (она же входная) и вторичная (она же выходная). В зависимости от материала магнитного сердечника, общей мощности трансформатора, нужных параметров (входное и выходное напряжение и сила тока) данное устройство содержит определённое количество витков и сечение обмоточного провода.

Первичные обмотки трансформаторов в большинстве своем рассчитаны на стандартное сетевое напряжение величиной 220 вольт (реже на 380 вольт, это трансформаторы используют в промышленной сфере). Одной из главных характеристик трансформатора является его мощность. Зная мощность данного устройства и имея первичную обмотку, рассчитанную на 220 вольт можно легко переделать любой трансформатор под свои нужды (если этой мощности вам будет хватать) намотав вторичную обмотку под нужное выходное напряжение и силу тока.

А как можно определить эту самую мощность трансформатора? По его сердечнику! Электрическая мощность трансформатора (в ваттах) равна квадрату площади (в сантиметрах) поперечного сечения той части магнитопровода, на которую наматывается провод.

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

Напомню, что электрическая мощность равна произведению напряжения на силу тока. То есть, если мы узнали мощность трансформатора, с которой он может работать мы можем вычислить номинальную силу тока, что может выдавать вторичная обмотка (зная величину напряжения).

К примеру, вы решили сделать себе блок питания относительно небольшой мощности. Берём от старой, ненужной электротехники (если таковая у вас имеется в доме, гараже) понижающий силовой трансформатор (с железным магнитопроводом) или его покупаем. Допустим, по сердечнику вы определили, что трансформатор имеет мощность около 120 ватт. Это значит, что при напряжении в 12 вольт (на вторичной обмотке) он может обеспечивать силу тока величиной до 10 ампер (мощность разделили на напряжение и получили силу тока). В действительности же нужно учитывать, что у малогабаритных трансформаторов КПД равен около 80%, значит и максимальный выходной ток будет чуть меньше, чем 10 ампер (исходя из данного примера).

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатораТрансформатор, который вы нашли, приобрели, оказался рассчитанный (его вторичная, выходная обмотка) на другое напряжение, не то, которое нужно именно вам. Не беда! Мы его аккуратно разбираем, разматываем старую вторичную обмотку и наматываем новую. Если диаметр провода может обеспечить вам нужный ток, то просто перематываем старую вторичную обмотку под нужное напряжение. От количества витков зависит напряжение (чем больше витков, тем выше напряжение на выходе). От сечения провода обмотки зависит сила тока (чем больше сечение, тем больший ток провод может пропустить через себя, не перегреваясь).

У различной мощности трансформаторов количество витков на 1 вольт будет также различное. Чем больше мощность, тем меньше нужно наматывать провода для получения 1 вольта (а в целом нужной величины напряжения). Сечение провода в значительной степени зависит от той плотности тока, которую вы можете допустить. Если площадь намотки велика, то и охлаждаться она будет лучше, следовательно, и плотность тока можно выбрать больше. Когда же обмотка намотана кучно, то лучше плотность тока брать меньше. В среднем плотность тока равна 2 А/мм2. При этой плотности диаметр провода (без учета изоляции) можно рассчитать по формуле:

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

Количество витков вторичной обмотки проще будет определить практическим путём. Для этого, на скорую руку, на трансформатор мотаем, допустим, 20 витков. Подаем на первичную обмотку питание. Далее измеряем напряжение на вторичной обмотке (этих самых 20 витках), после чего эти 20 витков делим на измеренное напряжение, и получаем количество витков, которые будут выдавать нам 1 вольт. Ну, а потом, чтобы узнать общее количество витков вторичной обмотки, мы напряжение вторичной обмотки умножаем на количество витков на один вольт. К примеру, 1 вольт мы получим при намотке 10 витков, следовательно, мы 10 умножаем на 12 вольт (которые мы хотим получить на выходе трансформатора). В итоге наша вторичная обмотка должна содержать 120 витков.

Читайте также:  Пеллетная установка своими руками

Прежде чем подключать трансформатор к сети,нужно определить первичную обмотку трансформатора, прозвонить его первичные и вторичные обмотки омметром.

У понижающих трансформаторов сопротивление сетевой обмотки намного больше, чем сопротивление вторичных обмоток и может отличаться в сто раз.

Первичных (сетевых) обмоток может быть несколько, либо единственная обмотка может иметь отводы, если трансформатор универсальный и рассчитан на использование при разных напряжениях сети.

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

В двух каркасных трансформаторах на стержневых магнитопроводах, первичные обмотки распределены по обоим каркасам.

При пробном включении трансформаторов можно воспользоваться приведённой схемой. При неправильном определение первичного напряжения трансформатора, предохранитель FU защитит сеть от короткого замыкания, а трансформатор от повреждения.

Видео: Простой способ диагностики силового трансформатор

Когда неизвестен тип силового трансформатора, тем более мы не знаем его паспортных данных, на помощь приходит обыкновенный стрелочный тестер и не хитрое приспособление в лице лампы накаливания.

Как подобрать предохранитель для трансформатора

Рассчитываем ток предохранителя обычным способом:

I – ток, на который рассчитан предохранитель (Ампер),
P – габаритная мощность трансформатора (Ватт),
U – напряжение сети (

Ближайшее значение – 0,25 Ампер.

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора определение первичного напряжения трансформатора

Схема измерения тока Холостого Хода (ХХ) трансформатора. Ток ХХ трансформатора обычно замеряют, чтобы исключить наличие короткозамкнутых витков или убедится в правильности подключения первичной обмотки.

При замере тока ХХ, нужно плавно поднимать напряжение питания. При этом ток должен плавно возрастать. Когда напряжение превысит 230 Вольт, ток обычно начинает возрастать более резко. Если ток начинает резко возрастать при напряжении значительно меньшем, чем 220 Вольт, значит, либо Вы неправильно выбрали первичную обмотку, либо она неисправна.

Мощность (Вт)Ток ХХ (мА)
5 — 1010 — 200
10 -5020 — 100
50 — 15050 — 300
150 — 300100 — 500
300 — 1000200 — 1000

Ориентировочные токи ХХ трансформаторов в зависимости от мощности.
Нужно добавить, что токи ХХ трансформаторов даже одной и той же габаритной мощности могут очень сильно отличаться. Чем более высокие значения индукции заложены в расчёт, тем больше ток ХХ.

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора Схема подключения, при определения количества витков на вольт.

Можно подобрать готовый трансформатор из числа унифицированных типа ТН,
ТА, ТНА, ТПП и других. А если Вам необходимо намотать или перемотать
трансформатор под нужное напряжение, что тогда делать?

Тогда необходимо подобрать подходящий по мощности силовой трансформатор
от старого телевизора, к примеру, трансформатор ТС-200 и ему подобные.

Надо четко понимать, что чем больше количества витков в первичной обмотке тем больше её сопротивление и поэтому меньше нагрев и второе, чем толще провод, тем больше можно получить силу тока, но это зависит от размеров сердечника — сможете ли разместить обмотку.

Что делаем далее, если неизвестно количество витков на вольт?

Для этого необходим ЛАТР, мультиметр (тестер) и прибор измеряющий переменный ток —
амперметр. Наматываем по вашему усмотрению обмотку поверх имеющейся,
диаметр провода любой, для удобства можем намотать и просто монтажным
проводом в изоляции.

Формула для расчета витков трансформатора

P=U2*I2 (мощность трансформатора)

Sсерд(см2)= √ P(ва) N=50/S

I1(a)=P/220 (ток первичной обмотки)

W1=220*N (количество витков первичной обмотки)

W2=U*N (количество витков вторичной обмотки)

D1=0,02*√i1(ma) D2=0,02*√i2(ma)
K=Sокна/(W1*s1+W2*s2)

Что такое первичная и вторичная обмотка трансформатора

50/S — это эмпирическая формула, где S — площадь сердечника трансформатора в см2 (ширину х толщину), считается, что она справедлива до мощности порядка 1кВт.
Измерив площадь сердечника, прикидываем сколько надо
витков намотать на 10 вольт, если это не очень трудно, не разбирая
трансформатора наматываем контрольную обмотку через свободное
пространство (щель).

Подключаем лабораторный автотрансформатор к
первичной обмотке и подаёте на неё напряжение, последовательно включаем
контрольный амперметр, постепенно повышаем напряжение ЛАТР-ом, до начала
появления тока холостого хода.

Если вы планируете намотать трансформатор с достаточно
«жёсткой» характеристикой, к примеру, это может быть усилитель мощности
передатчика в режиме SSB, телеграфном, где происходят довольно резкие
броски тока нагрузки при высоком напряжении ( 2500 -3000 в), например,
тогда ток холостого хода трансформатора устанавливаем порядка 10% от
максимального тока, при максимальной нагрузке трансформатора. Замерив
полученное напряжение, намотанной вторичной контрольной обмотки, делаем
расчет количества витков на вольт.

Пример: входное напряжение 220вольт, измеренное напряжение вторичной обмотки 7,8 вольта, количество витков 14.

Рассчитываем количества витков на вольт
14/7,8=1,8 витка на вольт.

Если нет под рукой амперметра, то вместо него можно использовать
вольтметр, замеряя падение напряжение на резисторе, включенного в разрыв
подачи напряжения к первичной обмотке, потом рассчитать ток из
полученных измерений.