Виды трансформаторов

Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

Автотрансформатор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет. Зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость. Особенно эффективен автотрансформатор в случаях, когда необходимо получить вторичное напряжение, не сильно отличающееся от первичного.

Трансформатор тока — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение - для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации.

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение - преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана с вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Пик-трансформаторы

В электронной технике для регулирования управляемых вентилей (тиристоров, тиратронов, ртутных вентилей и пр.) необходимо иметь импульсы напряжения резко заостренной (пикообразной) формы. Такие импульсы можно получить от синусоидально изменяющегося напряжения с помощью пик-трансформаторов.

Пик-трансформатор представляет собой обычный двухобмоточный трансформатор с сильно насыщенным сердечником. Первичную обмотку его подклю­чают к сети переменного тока через большое активное Rдоб (рис. 3, а) или линейное индуктивное сопротивление. При достаточно большом активном сопротивлении по первичной обмотке пик-трансформатора протекает синусо­идальный ток I1; при этом магнитный поток Φ не изменяется по синусоиде, так как он возрастает пропорционально току только при малых его значениях, когда сердечник не насыщен. В результате кривая изменения потока имеет плоскую форму (рис. 3, б), а во вторичной обмотке индуцируется пикообразное напряжение U₂. Пик напряжения U_2m возникает тогда, когда магнитный поток Φ и ток I₁ проходят через нулевое значение и скорость их изменения максимальна. При включении трансформатора через актив­ное сопротивление пик напряжения U_2m образуется в момент, когда напряжение U₁ проходит через нулевое значение (ток I₁ и напряжение U₁ совпадают по фазе). Если же требуется, чтобы этот пик возникал при прохождении напряжения U₁ через максимум, то в цепь первичной обмотки включают индуктивное сопротивление. Для повышения крутизны пика U₂ сердечники трансформаторов изготовляют из пермаллоя, имеющего высокую начальную магнитную проницаемость и кривую намагничивания с резко выраженным насыщением.

Рис. 3. Схема включения пик-трансформатора (а) и графики изменения  его  потока и  выходного  напряжения (б)

Рис. 4. Схема включения пик-трансформатора с магнитным шунтом  (а) и  графики изменения  его  потоков  и  напряжений  (б)

 Магнитную систему пик-трансформатора часто выполня­ют с магнитным шунтом (рис. 4), который сильно увеличивает потоки рассеяния, а, следовательно, и индуктив­ное сопротивление обмоток. В таком трансформаторе пер­вичная обмотка располагается на сравнительно толстом стержне 1, а вторичная — на тонком стержне 3. При этом магнитный поток Ф₁, проходящий по стержню 1, имеет синусоидальную форму и замыкается в основном через магнитный шунт 2; стержень же 3 с вторичной обмоткой будет быстро насыщаться и проходящий через него поток Ф₂ будет иметь плоскую форму. В результате во вторичной обмотке возникает пик напряжения U_2m (рис. 4, б) в мо­мент прохождения тока I1 и потока Φ₁ через нулевое значение (т. е. при прохождении питающего напряжения U₁ через максимум). Изменяя угол сдвига фаз между питаю­щим напряжением и током I₁ в первичной обмотке (путем включения в ее цепь активных и реактивных сопротивлений или с помощью фазорегулятора), можно изменять положение пика напряжения U_2m относительно синусоиды напряжения U₁.

Расчет