Beim Betrieb elektrischer Anlagen besteht häufig die Notwendigkeit, bestimmte elektrische Größen mit einer vorgegebenen Proportionalität umzuwandeln. Dies geschieht zur Simulation bestimmter Prozesse in Anlagen sowie zur Durchführung von Messungen. Die Erfindung der Transformatoren ermöglichte die Lösung vielfältiger Probleme bei der Übertragung von Elektrizität über große Entfernungen sowie beim Schutz von Geräten. Die Einfachheit und Zuverlässigkeit solcher Geräte haben zu ihrer weiten Verbreitung geführt.

Der moderne Elektroinstallationsmarkt bietet eine große Vielfalt an Transformatoren unterschiedlicher Leistung und Verwendungszweck. Es gibt viele Unternehmen „Link 2“, die diese Geräte verkaufen und warten und auch bei der Auswahl helfen können. Versuchen wir als Nächstes herauszufinden, wie ein Spannungswandler funktioniert und warum er benötigt wird.

Zweck des Transformators

Die Hauptaufgabe dieses Geräts besteht darin, den Spannungswert zu ändern. Je nach Grad der Spannungswandlung werden folgende Transformatortypen unterschieden:

• Boosting (Umrechnungsfaktor größer als 1);
• nach unten (weniger als 1);

Aufwärtstransformatoren sind in der Lage, die Spannung erheblich zu erhöhen (bis zu 1150 kV) und dadurch Verluste in Stromleitungen (PTLs) zu reduzieren. Diese Eigenschaft erleichtert den Stromtransport.

Step-Down-TRs werden direkt vor Stromverbrauchern installiert. Ihre Funktion besteht darin, die Spannung auf akzeptable Werte (380 V oder weniger) zu reduzieren. Darüber hinaus ist der Einsatz solcher Transformatoren in Haushaltsgeräten weit verbreitet – in Fernsehern, Computern, Tonbandgeräten, Ladegeräten. Sie dienen der Stromversorgung von Stromkreisen und Platinen, die nicht für 220 V ausgelegt sind.

Transformatorklassifizierung

Gemäß dem Zweck der TR gibt es:

• TP-Spannung;
• TR-Strom;
• schützend;
• dazwischenliegend;
• Labor

Je nach Bauart gibt es Trockentransformatoren (Kühlung durch Luft) und Öltransformatoren (Magnetkern und Wicklungen befinden sich in einem Tank mit Öl).

Basierend auf der Anzahl der Wicklungen sind TRs:

• Zweiwicklungen (primär und sekundär);
• Dreiwicklungen (eine Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen oder umgekehrt);
• mehrphasig (mehrere Primär- und Sekundärwicklungen).

Zweck, Gerät, Funktionsprinzip eines Spannungswandlers

Das TP-Spannungsgerät umfasst einen Kern und mehrere Wicklungen. Der Transformatorkern wird durch Stanzen einzelner Stahlplatten hergestellt. Dies geschieht, um den Wert der Wirbelströme zu reduzieren, die durch ein magnetisches Wechselfeld induziert werden. Die Wicklungen bestehen aus isoliertem Kupferdraht, der um einen Kern gewickelt ist. An eine der Wicklungen ist ein Kraftwerk (primär) angeschlossen, an die andere sind Stromleitungen oder Verbraucher (sekundär) angeschlossen. Mit dieser Konstruktion von Spannungswandlern können Sie einen maximalen Wirkungsgrad erreichen. Ein großer Katalog von Leistungstransformatoren ist auf der Website http://lipetsk.vsetmg.ru/ verfügbar.

Das Funktionsprinzip eines Spannungswandlers wird durch das Phänomen der elektromagnetischen Induktion beschrieben. Wenn Wechselstrom durch die Primärwicklung fließt, erzeugt er einen magnetischen Wechselfluss. Dieser Fluss durchläuft den Kern (Magnetkreis) und beide Wicklungen, in denen die EMF induziert wird. Wenn die Sekundärwicklung belastet ist, beginnt unter dem Einfluss der EMF Strom im Stromkreis zu fließen. Das Verhältnis der EMF-Werte entspricht dem Verhältnis der Windungszahlen der Wicklungen. Das heißt, durch Auswahl einer bestimmten Anzahl von Windungen können Sie die gewünschte Ausgangsspannung erhalten.

Es ist zu beachten, dass ein ähnlicher Effekt bei Anschluss an die Wicklung eines Gleichstromtransformators nicht möglich ist. Dies liegt daran, dass Gleichstrom einen konstanten magnetischen Fluss erzeugt, der keine EMK induziert. Daher wird keine Energie zwischen den Wicklungen übertragen.

Stromwandler, Zweck und Funktionsprinzip

Im Kern ist ein Stromwandler (CT) ein Messgerät. Der Hauptzweck dieses Geräts besteht darin, den Stromwert auf für das Amperemeter akzeptable Werte zu reduzieren.

Vom Aufbau her ähnelt der Stromwandler einem Spannungswandler. Es verfügt außerdem über einen Stahlkern und ein Wicklungspaar. Bei einem solchen Gerät hat die Primärwicklung wenige Windungen, aber einen großen Querschnitt. Daran wird der Stromkreis angeschlossen, in dem die Messung durchgeführt werden soll. An die Sekundärseite ist ein Amperemeter angeschlossen (enthält eine größere Windungszahl). Aufgrund der größeren Windungszahl ist der Strom in der Sekundärwicklung deutlich geringer als in der Primärwicklung, weshalb der Anschluss eines Messgerätes möglich wird.

Da der Widerstand des Amperemeter sehr klein ist, befindet sich ein solcher Transformator im Kurzschlusszustand. Bei CT ist dies im Gegensatz zur TP-Spannung die Betriebsart.

Arten von Stromwandlern

• trocken (die Wicklungen haben eine physische Verbindung, sodass der Strom in der Sekundärwicklung direkt vom Übersetzungsverhältnis beeinflusst wird);
• Ringkern (es gibt keine Primärwicklung, stattdessen gibt es einen Bus oder ein Kabel);
• Hochspannung.

Es ist zu beachten, dass der Stromwandler nur mit angeschlossenem Amperemeter oder mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung betrieben werden sollte. Andernfalls entsteht an der Sekundärwicklung Hochspannung, die zum Tod führen kann.

Transformer (transformieren, transformieren) ist ein statisches elektromagnetisches Gerät, das zwei oder mehr induktiv verbundene Wicklungen enthält. Mithilfe der elektromagnetischen Induktionsmethode wandelt es Wechselstrom in Gleichstrom um. Besteht aus isolierten Draht- oder Bandspulen (Wicklungen). Einfluss des allgemeinen magnetischen Flusses, gewickelt auf einen Kern aus ferromagnetischem Weichmaterial.

Ein wenig über die Entwicklungsstadien

Bei der Herstellung von Transformatoren werden die Eigenschaften von Materialien genutzt: metallisch, magnetisch, nichtmetallisch. Viele frühere Forscher haben ihr Wissen und ihre Entdeckungen genutzt, um moderne Geräte herzustellen. A.G. Stoletov entdeckte eine Hystereseschleife und eine spezielle Struktur einer ferromagnetischen Legierung. Die Theorie elektromagnetischer Schaltkreise wurde von den Hopkinson Brothers entwickelt.

Die elektromagnetische Induktion wurde von M. Faraday entdeckt; dieses Phänomen ist die Grundlage für den Betrieb eines Transformators. Die Schaltung für den ersten Transformator erschien erstmals 1831 in der Arbeit von Henry und Faraday. Wissenschaftler betrachteten das Gerät jedoch noch nicht als Wechselstromwandler.

Französischer Mechaniker 1848 patentierte er eine Induktionsspule, die zum Prototyp des Transformators wurde. 1876 ​​zum ersten Mal Erfand den Transformator Yablochkov P. N.. Das Gerät war ein Stab mit mehreren Windungen. Transformatoren mit geschlossenen Kernen wurden 1884 von den Hopkins-Brüdern entworfen.

Verwendung von Ölkühlung Das Gerät begann seine Funktionen zuverlässiger auszuführen. Das Gerät wurde in Keramikgefäße mit Öl gelegt, was zu einer erhöhten Zuverlässigkeit der Wicklungen führte. Der russische Erfinder, der Mechaniker M. O. Dolivo-Dobrovolsky, entwarf den ersten dreiphasigen Asynchronmotor, ein dreiphasiges Wechselstromsystem, und stellte erstmals einen dreiphasigen Transformator mit einer Leistung von 230 kW her, der mit einer Spannung von 100 kW betrieben wurde 5 V.

Leistungstransformatoren begann 1928 mit der Eröffnung des Moskauer Transformatorenwerks mit der Produktion. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts stellte ein englischer Metallurge die erste Tonne Transformatorenstahl für die Kernproduktion her. Und in den frühen 30er Jahren des 20. Jahrhunderts wurde das Auftreten einer magnetischen Sättigung um 50 %, eine Verringerung der Hystereseverluste um das Vierfache und eine Erhöhung der magnetischen Permeabilität um das Fünffache bei der kombinierten Verwendung von Erhitzen und Walzen festgestellt.

Arten von Transformatoren

Spartransformator

Dies ist eine Variante eines Transformators, dessen Funktionsprinzip darin besteht, die Sekundär- und Primärwicklung direkt zu verbinden; elektrische und elektromagnetische Verbindungen können in den Wicklungen verfolgt werden. Zum Anschluss und Erhalt unterschiedlicher Spannungen sind in der Wicklung mehrere Anschlüsse vorgesehen. Dieser Gerätetyp arbeitet mit einem hohen Wirkungsgrad, da nur ein bestimmter Teil der Leistung umgewandelt wird, was wichtig ist, wenn die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung gering ist.

Zu den negativen Eigenschaften gehört das Fehlen einer galvanischen Trennung (Isolierschicht) zwischen Sekundär- und Primärkreis. Spartransformatoren werden anstelle herkömmlicher Geräte zum Anschluss geerdeter Stromkreise mit Spannungspegeln ab 110 kW eingesetzt, wobei das Übersetzungsverhältnis einen Wert von 3-4 nicht überschreiten sollte.

Positiv sind die geringen Kosten aufgrund des geringeren Gewichts des Stahlkerns und der Kupferdrähte, daher das geringe Gewicht des Geräts und die geringen Abmessungen.

Leistung

Ein gängiges Standardgerät zur Stromumwandlung in Netzwerken und Geräten, die elektrische Energie empfangen und nutzen.

Funktionsprinzip und Aufbau des Transformators besteht darin, Strom aus einer elektrischen Quelle zu liefern. Am relevantesten ist die Verwendung zur Reduzierung der Primärstromindikatoren auf einen Wert, der in Mess- und Schutzschaltungen, Signalisierung und Steuerung verwendet wird. In der Sekundärwicklung sind Stromanzeigen von 5 A oder 1 A vermerkt. Messgeräte sind mit der Sekundärwicklung verbunden, und der Stromkreis, in dem der Strom gemessen wird, ist mit der Primärwicklung verbunden. Zur Berechnung des Stroms in der zweiten Wicklung Verwenden Sie die Messwerte in der Primärwicklung und teilen Sie sie durch das Übersetzungsverhältnis.

Das Gerät zur Umwandlung von Hochspannungsmesswerten zu niedrigen Werten in Standardstromkreisen, Messleitungen sowie Relaisschutz- und Automatisierungsstromkreisen. Das Gerät wird von einer elektrischen Spannungsquelle gespeist und trennt logische Schutzschaltungen und Messkreise von Hochspannungskreisen.

Impulsaktion

Das Gerät dient zur Umwandlung von Impulssignalen mit minimaler Formverzerrung und einer Dauer von bis zu mehreren zehn Mikrosekunden. Wird hauptsächlich zur Übertragung von Rechteckimpulsen verwendet (steilster Schnitt und Front, annähernd konstante Amplitudenschwankung). Es dient der Umwandlung kurzer, sich ständig wiederholender Videoimpulse; die Hauptaufgabe besteht darin, die transformierten Impulse in ihrer ursprünglichen und unverzerrten Form zu übertragen. Am Ausgang der Wicklungen ist es erforderlich, die gleiche Spannungsimpulsform zu erhalten, manchmal ändert sich jedoch die Polarität oder Amplitude.

Teilungstyp

Die Primär- und Sekundärwicklungen dieses Geräts sind in keiner Weise miteinander verbunden. Der Transformator dient zur Erhöhung der sicheren Verbindung zu elektrischen Netzen bei gleichzeitigem Kontakt mit spannungsführenden Teilen und der Erde. Schützt vor gleichzeitigem Berühren von Teilen, die nicht unter Stromeinfluss stehen, diesem aber aufgrund eines Isolationsversagens ausgesetzt sein können. Die Geräte dienen der galvanischen Trennung (Isolation) von Stromkreisen.

Spitzentransformator

Dient zur Umwandlung von sinusförmigem Strom in gepulste Spannung, wobei sich die Polarität jede Halbwelle ändert.

Doppeldrossel

Ein induktiver Gegenfilter oder Doppeldrossel ist ein Gerätetyp mit zwei Wicklungen. Aufgrund der gegenseitigen Spuleninduktion arbeitet es effizienter als eine Einzeldrossel. Wird als Eingangsfiltergerät vor Netzteilen, in Signaldifferential-Digitalschaltungen und in Audiogeräten verwendet.

Dreiphasig gepanzert

Es gibt sie in zwei verschiedenen Grundausführungen:

• Kern;
• gepanzert

An der Leistung und Zuverlässigkeit des Gerätes ändern sich durch beide Ausführungen nichts, allerdings gibt es deutliche Unterschiede in der Herstellung:

• der Stabtyp umfasst einen Kern und Wicklungen; bei Betrachtung des Designs ist der Kern hinter den Wicklungen verborgen, nur das untere und obere Joch sind sichtbar, die Achse der Wicklungen ist vertikal;
• Der gepanzerte Typ des Geräts umfasst einen Kern in Form von Wicklungen, und es ist klar, dass der Kern einen Teil der Transformatorwicklungen verbirgt und sich in einer vertikalen oder horizontalen Position befinden kann.

Hauptbestandteile

Sie sind:

• Magnetsystem (Kern, Magnetkreis);
• Wicklungen;
• Kühlsystem.

Magnetisches System

Es besteht aus Elementen in einem Satz, am häufigsten werden Platten aus ferromagnetischem Material oder Elektrostählen verwendet, die in einer bestimmten geometrischen Form angeordnet sind. Seine Wahl wird durch die Lokalisierung des Hauptmagnetfelds des Transformators darin bestimmt. Das System der magnetischen Beeinflussung wird gleichzeitig mit allen Komponenten, Elementen und Teilen zur Verbindung der Teile zu einer gemeinsamen Struktur als Kern des Transformators bezeichnet.

Der Teil des Magnetsystems, der die Hauptwicklungen umfasst, wird Kern genannt. Der andere Teil des Magnetsatzes, auf dem sich keine Arbeitswicklungen befinden und der zur Verbindung des Magnetkreises dient, wird Joch genannt. Je nachdem, wie sich die Stäbe befinden, werden sie unterteilt in:

• flaches System, bei dem Längsstäbe und Joche in derselben Ebene liegen;
• das räumliche System umfasst unterschiedliche ebene Anordnungen von Kernen und Jochen;
• ein symmetrisches System zeichnet sich durch die gleiche Form und Länge der Stäbe aus, und ihre Lage im Verhältnis zu den Jochen ist für alle Elemente einheitlich;
• ein asymmetrisches System, bei dem sich alle Stäbe in Form und Größe unterscheiden und ihre Anordnung nicht symmetrisch ist und sich von anderen Elementen unterscheidet.

Wicklungen

Das Hauptstrukturelement der Wicklung ist eine Spule, die aus einer Reihe parallel geschalteter Leiter (in der verseilten Version ein Kern) besteht und einmal einen Teil des Magnetkerns bedeckt. Der Windungsstrom erzeugt zusammen mit dem Strom anderer Windungen, Leiter und Teile des Transformators ein magnetisches Transformatorfeld, in dem unter dem Einfluss des Magnetfelds eine den Strom antreibende Kraft induziert wird.

Eine Wicklung ist die Gesamtzahl der Windungen, die einen Stromkreis zur Windungssummierung der EMK bilden. Ein Dreiphasentransformator verfügt über einen Wicklungssatz mit drei Arbeitsphasen. Der Leiter hat normalerweise einen quadratischen Querschnitt. Um seine Fläche zu vergrößern, ist er in zwei oder mehr leitfähige Stäbe unterteilt. Diese Technik trägt dazu bei, Wirbelströme zu reduzieren und die Wicklung einfacher zu betreiben. Ein quadratischer Leiter wird Leiter genannt. Als Wicklung dient ein gedrehtes Kabel.

Die Isolierung erfolgt mit Papierumhüllung oder Lack auf Emailbasis. Zwei parallele Leiter können in einer einzigen Isolierung hergestellt werden; ein solcher Satz wird Kabel genannt. Um zu verstehen, wie ein Transformator funktioniert, müssen Sie die Aufteilung der Wicklungen nach Typ kennen. Je nach Zweck der Wicklungen gibt es:

• einfach, solche, die umgewandelte Energie empfangen oder Wechselstrom abführen;
• Es werden regulierende Elemente bereitgestellt, um den Spannungskoeffizienten bei niedrigen Stromwerten in den Wicklungen zu normalisieren.
• Hilfsgeräte sind für die Stromversorgung des Eigenbedarfs mit weniger Leistung als der Nennleistung des Transformators vorgesehen und versorgen das Magnetsystem mit einem konstanten Strom.

Je nach Ausführungsmöglichkeit werden die Wicklungen aufgeteilt:

• gewöhnlich - Windungen werden über die gesamte Länge in Richtung der Achse ausgeführt, nachfolgende Windungen werden dicht und ohne Lücken gewickelt;
• Schraube - haben eine mehrschichtige Auflage, die Abstände zwischen den Windungen oder Wicklungen sind vorgesehen;
• Scheibenwicklungen bestehen aus in Reihe geschalteten Scheiben, in deren Mitte jeweils eine spiralförmige Wicklung gewickelt ist.
• Die Folienwicklung besteht aus unterschiedlich dicken Aluminium- oder Kupferblechen.

Kühltank

Es ist ein Ölreservoir, schützt den Wirkstoff und dient als Träger für Steuergeräte und Hilfsgeräte. Vor dem Einfüllen von Öl wird die Luft im Tank abgepumpt, um eine sichere Spannungsfestigkeit der Isolierung zu gewährleisten. Bei der Herstellung müssen die Schallfrequenzen des Transformatorkerns und der Kesselelemente übereinstimmen.

Das Design bietet zusätzliche Parameter für die Ölausdehnung unter Heizbedingungen, manchmal ist dies ein zusätzlicher Ausdehnungsbehälter. Steigt die Nennleistung des Transformators, führen die Ströme innen und außen zu einer Überhitzung der Struktur. In ähnlicher Weise wirkt der magnetische Streufluss im Inneren des Tanks. Um die negativen Auswirkungen zu reduzieren, bestehen Einsätze aus nichtmagnetischen Materialien und umgeben damit Hochstrom-Durchführungsisolatoren.

Anwendung von Transformatoren

Da die Wärmeverluste eines Kabels proportional zum Quadrat des durch dieses Kabel fließenden Stroms sind, sollten bei der Übertragung von Strom über große Entfernungen hohe Spannung und niedriger Strom verwendet werden. Um die Sicherheit zu gewährleisten, verwenden Sie in häuslichen Umgebungen keine zu hohe Spannung. Um die Spannung im Netz zu regulieren, werden Transformatoren eingesetzt, die die Spannung vor der Übertragung über Hochspannungsleitungen erhöhen und dann die Leistung vor der Nutzung durch den Verbraucher senken.

Um verschiedene Stromempfangseinheiten mit Strom zu versorgen, sind unterschiedliche Spannungen erforderlich (in einem Fernseher, Computer). In früheren Zeiten war der Transformator schwer und sperrig, aber mit zunehmender Frequenz des Wechselstroms kann die Größe des Geräts verringert werden. Daher wird in modernen Geräten der elektrische Strom zunächst gleichgerichtet und dann in Impulse mit hoher Frequenz umgewandelt. Die letzten Ströme gehen zum Impulstransformator zur Umwandlung in die gewünschte Spannung.

Zweck und Arten von Transformatoren.

Ein Transformator ist ein statisches elektromagnetisches Gerät, bei dessen Betrieb Wechselstrom durch Spannungsumwandlung umgewandelt wird. Diese. Mit diesem Gerät können Sie es senken oder erhöhen. In Kraftwerken installierte Transformatoren arbeiten über große Entfernungen mit Hochspannungen bis zu 1150 kV. Und direkt an den Verbrauchsstellen sinkt die Spannung im Bereich von 127-660V. Bei solchen Werten arbeiten in der Regel verschiedene elektrische Verbraucher, die in Fabriken, Fabriken und Wohngebäuden installiert sind. Auch elektrische Messgeräte, Elektroschweißgeräte und andere Elemente im Hochspannungskreis erfordern den Einsatz eines Transformators. Sie sind ein- und dreiphasig, zwei- und mehrwicklungsfähig.

Es gibt verschiedene Arten von Transformatoren, die sich jeweils durch ihre Funktion und ihren Zweck unterscheiden. Ein Leistungstransformator wandelt elektrische Energie in Netzen um, die für die Nutzung und Aufnahme dieser Energie ausgelegt sind. dient zur Messung großer Ströme in elektrischen Anlagengeräten. Ein Spannungswandler wandelt Hochspannung in Niederspannung um. Durch die direkte Verbindung der Primär- und Sekundärwicklung verfügt der Spartransformator über eine elektrische und elektromagnetische Kopplung. Ein Impulstransformator wandelt Impulssignale um. Der Unterschied besteht darin, dass Primär- und Sekundärwicklung nicht elektrisch miteinander verbunden sind. Kurz gesagt, das Funktionsprinzip des Transformators ist bei allen Typen etwas ähnlich. Hervorzuheben ist auch der Drehmomentwandler, dessen Prinzip darin besteht, das Drehmoment vom Automotor auf das Getriebe zu übertragen. Mit diesem Gerät können Sie die Geschwindigkeit und das Drehmoment stufenlos ändern.

Aufbau und Funktionsprinzip des Transformators.

Das Funktionsprinzip eines Transformators ist die Manifestation elektromagnetischer Induktion. Dieses Gerät besteht aus einem Magnetkern und zwei darauf befindlichen Wicklungen. An einen wird Strom geliefert, an den zweiten sind Verbraucher angeschlossen. Wie oben erwähnt, werden diese Wicklungen als Primär- bzw. Sekundärwicklungen bezeichnet. Der Magnetkern besteht aus elektrischen Elementen, die mit Lack isoliert sind. Der Teil, auf dem sich die Wicklungen befinden, wird Stab genannt. Und dieses Design hat sich immer weiter verbreitet, weil hat eine Reihe von Vorteilen – einfache Wicklungsisolierung, einfache Reparatur, gute Kühlbedingungen. Wie Sie sehen, ist das Funktionsprinzip des Transformators nicht so kompliziert.

Es gibt auch Transformatoren in gepanzerter Bauweise, die ihre Abmessungen deutlich reduzieren. Am häufigsten handelt es sich dabei um Einphasentransformatoren. In solchen Geräten spielen Seitenjoche eine Schutzfunktion für die Wicklung vor mechanischer Beschädigung. Das ist ein sehr wichtiger Faktor, denn... Kleine Transformatoren haben kein Gehäuse und werden an einem gemeinsamen Ort mit der übrigen Ausrüstung untergebracht. am häufigsten mit drei Stäben durchgeführt. Die Panzerstabkonstruktion wird auch in Hochleistungstransformatoren eingesetzt. Dies erhöht zwar die Energiekosten, ermöglicht jedoch eine Reduzierung der Höhe des Magnetkerns.

Transformatoren zeichnen sich durch die Art der Verbindung der Stäbe aus: stumpf und laminiert. Bei Stoßverbindungen werden Stäbe und Joche getrennt zusammengesetzt und durch Befestigungsteile verbunden. Und bei laminierten Platten überlappen sie sich. Laminierte Transformatoren werden immer häufiger eingesetzt sie haben eine viel höhere mechanische Festigkeit.

Das Funktionsprinzip des Transformators hängt auch von den Wicklungen ab, die zylindrisch, scheibenförmig und konzentrisch sind. Geräte mit hoher und mittlerer Leistung verfügen über ein Gasrelais.

Sein Aussehen verdankt der Transformator dem englischen Wissenschaftler Michael Faraday. Im Jahr 1831 beschrieb ein Physiker ein Phänomen, das er „elektromagnetische Induktion“ nannte. Es liegt darin, dass bei eng beieinander liegenden Spulen (Wicklungen) ein ausgeprägter

elektromagnetische Kopplung. Das heißt, wenn in der ersten Spule (Primärwicklung) ein Wechselstrom erzeugt wird, dann wird in der zweiten Spule (Sekundärwicklung) eine Spannung mit ähnlicher Frequenz und Leistung angeregt, abhängig von vielen Parametern, die wir später betrachten werden.

Zweck und Funktionsprinzip von Spannungswandlern

Spannungswandler dienen dazu, die Energie einer Spannungsquelle in eine Spannung mit dem gewünschten Wert (Amplitude) umzuwandeln. Es ist zu beachten, dass solche Transformatoren nur mit Wechselspannung arbeiten und deren Frequenz unverändert bleibt.

Warum braucht man einen Spannungswandler?

Spannungswandler werden aufgrund ihrer Vielseitigkeit in Stromversorgungen, Signalverarbeitungsgeräten, Übertragungsgeräten, Leistungsübertragungsgeräten und vielen anderen Geräten benötigt.

Basierend auf dem Übersetzungsverhältnis können diese Geräte in 3 Typen unterteilt werden:

1. Abwärtsspannungstransformator– die Ausgangsspannung des Geräts ist niedriger als die Eingangsspannung (n>1), wie sie beispielsweise in Netzteilen verwendet wird;
2. Aufwärtstransformator– Die Ausgangsspannung des Geräts ist höher als die Eingangsspannung (n<1), например, применяется в ламповых усилителях;
3. Passend - Transformator Die Spannungsparameter ändern sich nicht, es erfolgt lediglich eine galvanische Trennung der Stromkreise (n~1), die beispielsweise in Audioverstärkern verwendet wird.

Der Betrieb eines Transformators basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Für eine möglichst vollständige Energieübertragung und zur Reduzierung von Verlusten bei der Transformation ist das Gerät normalerweise auf einem Magnetkern aufgebaut.

In der Regel gibt es eine Primärspule, es können jedoch auch mehrere Sekundärspulen vorhanden sein, alles hängt vom Verwendungszweck des Transformators ab.

Nachdem in der Primärwicklung eine Wechselspannung U1 auftritt, entsteht im Magnetkreis ein magnetischer Wechselfluss Ф, der eine Spannung in der Sekundärwicklung U2 anregt. Dies ist die einfachste und prägnanteste Beschreibung des Funktionsprinzips eines Spannungswandlers.

Der wichtigste Parameter von Transformatoren ist das „Übersetzungsverhältnis“ und wird mit dem lateinischen „n“ bezeichnet. Sie wird berechnet, indem die Spannung in der Primärwicklung durch die Spannung in der Sekundärwicklung oder die Anzahl der Windungen in der ersten Spule durch die Anzahl der Windungen in der zweiten Spule dividiert wird.

Mit diesem Koeffizienten können Sie die erforderlichen Parameter Ihres Transformators für das ausgewählte Gerät berechnen. Wenn beispielsweise die Primärwicklung 2000 Windungen und die Sekundärwicklung 100 Windungen hat, dann ist n=20. Bei einer Netzspannung von 240 Volt sollte die Ausgangsspannung des Gerätes 12 Volt betragen. Sie können auch die Anzahl der Windungen bei gegebenen Eingangs- und Ausgangsspannungen bestimmen.

Was ist der Unterschied zwischen einem Stromwandler und einem Spannungswandler?

Per Definition sind diese Geräte für den Betrieb mit unterschiedlichen elektrischen Größen ausgelegt und dementsprechend sind auch die Schaltkreise unterschiedlich. Beispielsweise wird ein Stromwandler von einer Stromquelle gespeist und funktioniert nicht oder kann sogar ausfallen, wenn seine Wicklungen nicht belastet sind und kein elektrischer Strom durch sie fließt. Ein Spannungswandler wird von Spannungsquellen gespeist und kann umgekehrt bei hohen Strombelastungen nicht über einen längeren Zeitraum betrieben werden.

Spannungs- und Strommesswandler

Beim Betrieb von Geräten mit hohen Betriebsspannungen und hohem Stromverbrauch stellt sich die Frage nach deren Messung und Steuerung. Hier kommen Messwandler zum Einsatz. Sie sorgen für eine galvanische Trennung der Messgeräte von Stromkreisen mit erhöhter Gefahr und reduzieren den Messwert auf das für die Messung erforderliche Maß.

Weitere Informationen

Bevor Sie einen Spannungswandler kaufen, müssen Sie alle Anforderungen an das Gerät analysieren. Beim Einsatz eines Transformators in verschiedenen Geräten müssen nicht nur Betriebsspannungen, sondern auch Lastströme berücksichtigt werden.

Sie können Spannungswandler selbst herstellen. Wenn Sie jedoch einen einfachen Haushaltstransformator mit einer Spannung von 220 Volt und einer Absenkung auf 12 Volt benötigen, ist es besser, einen zu kaufen. Wie viel Spannungstransformatoren kosten, können Sie auf jeder Website herausfinden. Die Preise für Haushalts-Spannungstransformatoren sind in der Regel nicht sehr hoch.

Von n/a Vladimir Vasiliev

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Wie funktioniert ein Transformator?

Ein Transformator ist ein statisches (d. h. ohne bewegliche Teile) elektromagnetisches Gerät, einphasig oder dreiphasig, bei dem das Phänomen der Gegeninduktion zur Umwandlung elektrischer Energie genutzt wird. Ein Transformator wandelt Wechselstrom einer Spannung in Wechselstrom gleicher Frequenz, aber unterschiedlicher Spannung um.

Der Transformator verfügt über mehrere voneinander isolierte elektrische Wicklungen: einphasig – mindestens zwei, dreiphasig – mindestens sechs.

Die an die Stromquelle angeschlossenen Wicklungen werden als Primärwicklungen bezeichnet. Die übrigen Wicklungen, die externe Stromkreise mit Energie versorgen, werden als Sekundärwicklungen bezeichnet. Die folgende Abbildung zeigt schematisch die Primär- und Sekundärwicklung eines Einphasentransformators; Sie sind mit einem gemeinsamen geschlossenen Kern aus Elektroblech ausgestattet.

Der ferromagnetische Kern dient dazu, die magnetische Kopplung zwischen den Wicklungen zu verstärken, d. h. sicherzustellen, dass der größte Teil des magnetischen Flusses der Primärwicklung mit den Windungen der Sekundärwicklung kämmt. Rechts sind der Kern und sechs Wicklungen eines Dreiphasentransformators zu sehen. Diese Wicklungen sind in Stern- oder Dreieckschaltung geschaltet.

Um die Kühl- und Isolationsbedingungen zu verbessern, wird der Transformator in einen mit Mineralöl (ein Produkt der Erdöldestillation) gefüllten Tank gestellt. Dies ist der sogenannte Öltransformator.

Bei einer Wechselstromfrequenz über etwa 20 kHz ist die Verwendung eines Stahlkerns in Transformatoren aufgrund der großen Verluste im Stahl durch Hysterese und Wirbelströme unpraktisch.

Für hohe Frequenzen werden Transformatoren ohne ferromagnetische Kerne eingesetzt – Lufttransformatoren.

Ist die Spannung an den Anschlüssen der Primärwicklung, die Primärspannung U1, kleiner als die Sekundärspannung U2, spricht man von einem Aufwärtstransformator. Ist die Primärspannung größer als die Sekundärspannung, handelt es sich um eine Abwärtsspannung (U1>U2). Entsprechend dem relativen Wert der Nennspannung wird üblicherweise zwischen der Hochspannungswicklung (HV) und der Niederspannungswicklung (LV) unterschieden.

Werfen wir einen kurzen Blick auf die Funktionsweise eines einphasigen Zweiwicklungstransformators mit Stahlkern. Sein Arbeitsablauf und seine elektrischen Zusammenhänge können grundsätzlich als charakteristisch für alle Arten von Transformatoren angesehen werden.

Die an den Anschlüssen der Primärwicklung anliegende Spannung U1 erzeugt in dieser Wicklung einen Wechselstrom i1. Der Strom regt im Transformatorkern einen magnetischen Wechselfluss F an. Durch die periodische Änderung dieses Flusses wird in beiden Wicklungen eine EMK induziert Der Transformator.

e1= - w1 (?ф: ?t) und e2= - w2 (?ф:?t), wobei

w1 und w2 – die Anzahl der Windungen beider Wicklungen.

Somit ist das Verhältnis der in den Wicklungen induzierten EDEs gleich dem Verhältnis der Windungszahlen dieser Wicklungen:

e1: e2 = w1: w2

Dies ist das Übersetzungsverhältnis des Transformators.

Der Wirkungsgrad des Transformators ist relativ sehr hoch, im Durchschnitt etwa 98 %, was es ermöglicht, bei Nennlast davon auszugehen, dass die vom Transformator aufgenommene Primärleistung und die ihm zugeführte Sekundärleistung annähernd gleich sind, d. h. p1? p2 oder u1i1? u2i2, auf deren Grundlage

i1:i2? u2: u1? w 2: w 1

Dieses Verhältnis der Momentanwerte von Strömen und Spannungen gilt sowohl für Amplituden als auch für Effektivwerte:

L1:l2? w 2: w 1?u2: u1,

Das heißt, das Verhältnis der Ströme in den Wicklungen eines Transformators (bei einer Last nahe der Nennlast) kann als Kehrwert des Verhältnisses der Spannungen und der Anzahl der Windungen der entsprechenden Wicklungen betrachtet werden. Je kleiner die Last, desto stärker beeinflusst der Leerlaufstrom und das vorgegebene ungefähre Stromverhältnis wird verletzt.

Beim Betrieb eines Transformators ist die Rolle der EMF in seinen Primär- und Sekundärwicklungen völlig unterschiedlich. Die dadurch in der Primärwicklung induzierte EMK entsteht als Widerstand des Stromkreises zur Änderung des Stroms i1 in ihm. Die Phase dieser EMK ist der Spannung nahezu entgegengesetzt.

Wie in einem Stromkreis, der eine Induktivität enthält, der Strom in der Primärwicklung eines Transformators

i1=(u1 + e1) : r1,

wobei g 1 der aktive Widerstand der Primärwicklung ist.

Daraus erhalten wir die Gleichung für den Momentanwert der Primärspannung:

u1 = -e1 + i1r1 = w t(?ф: ?t) + i1r1,

was als Bedingung des elektrischen Gleichgewichts gelesen werden kann: Die an den Anschlüssen der Primärwicklung anliegende Spannung u1 wird immer durch die EMK und den Spannungsabfall im aktiven Widerstand der Wicklung ausgeglichen (der zweite Term ist relativ sehr klein).

Andere Zustände treten im Sekundärkreis auf. Hier wird der Strom i2 durch die EMK e1 erzeugt, die die Rolle der EMK der Stromquelle spielt, und bei aktiver Last r/n im Sekundärkreis dieser Strom

i2= l2: (r2 +r/n),

wobei r2 der aktive Widerstand der Sekundärwicklung ist.

In erster Näherung lässt sich die Wirkung des Sekundärstroms i2 auf den Primärkreis des Transformators wie folgt beschreiben.

Der durch die Sekundärwicklung fließende Strom i2 neigt dazu, im Transformatorkern einen magnetischen Fluss zu erzeugen, der durch die Magnetisierungskraft (MF) i2w2 bestimmt wird. Nach dem Lenzschen Prinzip muss diese Strömung entgegengesetzt zur Richtung der Hauptströmung erfolgen. Andernfalls können wir sagen, dass der Sekundärstrom dazu neigt, den magnetischen Fluss, der ihn induziert, zu schwächen. Eine solche Verringerung des Hauptmagnetflusses F t würde jedoch das elektrische Gleichgewicht stören:

u 1 = (-е 1) + i1r1,

da e1 proportional zum magnetischen Fluss ist.

Es entsteht ein Übergewicht der Primärspannung U1, daher steigt gleichzeitig mit dem Auftreten des Sekundärstroms der Primärstrom zudem soweit an, dass die entmagnetisierende Wirkung des Sekundärstroms kompensiert wird und somit das elektrische Gleichgewicht aufrechterhalten wird. Folglich sollte jede Änderung des Sekundärstroms eine entsprechende Änderung des Primärstroms bewirken, während der Strom der Sekundärwicklung aufgrund des relativ kleinen Werts der Komponente i1r1 nahezu keinen Einfluss auf die Amplitude und Art der zeitlichen Änderungen hat im Hauptmagnetfluss des Transformators. Daher kann die Amplitude dieser Strömung Ft als nahezu konstant angesehen werden. Diese Konstanz von Ft ist typisch für den Transformatorbetrieb, bei dem die an den Anschlüssen der Primärwicklung anliegende Spannung U1 konstant gehalten wird.