Повышающие трансформаторные преобразователи напряжения большой мощности. Как работает трансформатор

Рассмотрим каждый тип данного устройства более подробно:

• Автотрансформатор имеет в своем наличии только одну обмотку с парой концевых клемм. Как правило, это трансформаторы однофазного типа, в которых присутствуют первичные и вторичные катушки.
• Трансформаторы тока обладают большим количеством обмоток, по сравнению с предыдущим типом. Кроме того, в конструкции подобных устройств используется магнитный сердечник, резисторы и датчики оптического типа, ответственные за регулировку частоты напряжения.
• Агрегат силового типа представляет собой специальный прибор, передающий ток между контурами через процесс электромагнитной индукции.
• Агрегат антирезонансного типа представляет собой литой прибор, которые обладает практически полностью закрытой структурой. В продаже имеются как трехфазные, так и однофазные устройства. Во многом, данные устройства схожи с силовыми агрегатами, но обладают более компактными габаритами.
• Заземляемые устройства отличаются от других специальной структурой обмоток, которые соединяются между собой зигзагом или звездой.
• Пик-трансформаторы используются для отделения постоянного и переменного тока. Данные устройства получили достаточно широкое распространение в компьютерных технологиях и средствах радиосвязи.
• Домашние устройства разделительного типа применяются в качестве передатчика электричества от источника переменного тока к самому прибору. Бытовые устройства, обладающие мощностью 220 вольт, применяются в качестве защитной меры от воздействия электрического тока и предотвращения помех в работе различных устройствах.

Трансформатор преобразовывает мощность в сетях и установках, предназначенных для приема электричества и работы с ним. Повышающий трансформатор - это статический агрегат, получающий питание от источника напряжения для трансформирования высокой мощности в низкие показатели. Его применяют для обособления логических защитных контуров и измерительных линий от высокого напряжения.

Понятие трансформатора

Электромагнитное устройство с двумя или больше обмотками, связанными индукцией на магнитопроводе, называется трансформатором. Оно разработано для изменения напряжения переменного тока с сохранением частоты и используется при производстве, трансляции на расстояние и приемке электроэнергии.

Агрегат, повышающий напряжение, содержит проволочную катушку, охваченную магнитными линиями, располагающуюся на сердечнике для проведения потока. Материалом стержня служат ферромагнитные сплавы. Агрегат работает с большими мощностями, его применение обусловлено разными показателями напряжений городских линий (около 6,2 кВ), потребительского контура (0,4 кВ) и мощности, необходимой для функционирования электроприборов и машин (от единичных показаний до нескольких сотен киловольт).

Применение в сетях

Приборы устанавливаются в электрических линиях и источниках питания потребительских точек. В соответствии с законом Джоуля - Ленца при увеличении силы тока выделяется тепло, которое нагревает провод. Для транслирования энергии на большие линейные расстояния увеличивают напряжение, а токи уменьшают. При поступлении к потребителю мощность снижают, поскольку в целях безопасности пришлось бы использовать массивную изоляцию.

В начале цепочки устанавливают повышающий трансформатор, а в точке приема понижают показатели. Такие комбинации на протяжении ЛЭП используют многократно, добиваясь выгодных условий транспортировки электричества и создавая приемлемые значения для потребителя.

Из-за присутствия в сети трех фаз для трансформации энергии используют трехфазные агрегаты. Иногда применяют группу, в которой устройства объединены в модель звезды, при этому них общий проводящий стержень.

Хоть коэффициент полезного действия у агрегатов большой мощности достигает почти стопроцентного значения, всё равно выделяется много тепла. Типичный трансформатор электрической станции 1 гВт выдает несколько мегаватт. Чтобы снизить это явление, разработана охладительная система в виде бака с негорючей жидкостью или трансформаторным маслом и сильным устройством для воздушной раздачи тепла. Охлаждение чаще водяное, сухой принцип используют при небольшой мощности.

Магнитная система

Магнитопровод представляет собой комплекс пластин или других элементов из электротехнической стали, составленных в выбранной геометрической конфигурации. В конструкции сосредоточены поля агрегата. Магнитопровод в сборе вместе с узлами и соединительными элементами образует остов трансформатора. Деталь, на которую намотаны обмотки, является стержнем. Область системы, предназначенная для замыкания цепи и не несущая витков контура, называется ярмом. Расположение в пространстве стержней служит для разделения системы на следующие виды:

Обмотки агрегата

Обмотка состоит из отдельных витков, являющихся проводниками, или комплекса таких передатчиков (жилы из нескольких проводов). Оборот однократно обходит стержень, ток которого совместно с токами других сердечников и систем воспроизводит магнитное поле. В результате возникает электродвижущая сила (ЭДС).

Обмотка представляет собой упорядоченный комплекс витков. Она образует цепь, в которой складываются силы, наведенные в оборотах. Обмотка трехфазного агрегата состоит из нескольких объединенных обвивок трех фаз с одинаковым напряжением.

Стержни обмоток понижающего и повышающего трансформатора делают квадратной конфигурации для наилучшего использования пространства (повышения коэффициента наполнения в окне стержня). Если требуется увеличить поперечное сечение сердечника, то его делят на несколько проводников. Это применяется для уменьшения вихревых токов в обвивке. Проводник квадратного поперечного сечения называется жилой. По функционированию обмотки делят на несколько типов:

Изоляцией жилы служит слой бумаги или эмалевый лак. Два параллельно проходящих защищенных провода, расположенные рядом, отгораживаются общей бумажной оберткой и называются транспонированным кабелем. Его отдельный вид составляет непрерывное продолжение, складывающееся при перемещении жилы одного слоя к следующему пласту с одинаковым шагом в единой изоляции. Бумажная защита делается из тонких полос шириной 2-4 см, нанесенных вокруг кабеля. Для получения требуемого пласта заданной толщины бумага накладывается в несколько слоёв. В зависимости от конструкции обмотка бывает:

Охладительный резервуар

Является емкостью для масла и одновременно защищает активные компоненты агрегата от перегрева. В конструкции исполняет роль опоры для дополнительных и управляющих устройств. Перед наполнением из бака удаляют воздух, подвергающий разрушению изоляцию и уменьшающий ее защитные свойства. Из-за этого резервуар работает в условиях низкого атмосферного давления.

Для уменьшения шума от функционирования трансформатора должны совпадать звуковые частоты, воспроизводимые стержнем агрегата, и аналогичные показатели резонанса конструктивных элементов. Для сброса при увеличении объема жидкости в баке от нагревания устанавливается отдельно расположенная расширительная емкость.

Повышение номинальных значений мощности увеличивает скорость движения электронов снаружи и внутри трансформатора, что разрушает конструкцию. Аналогично действует рассеивающее магнитное течение в баке. Применяют вкладыши из материала, не подверженного намагничиванию. Их располагают вокруг изоляторов сильного потока, что уменьшает риск нагревания. Внутреннюю отделку бака выполняют так, чтобы она не пропускала магнитный поток через ограждения емкости. Материал с малым сопротивлением магнетизму поглощает течение перед его проникновением через наружные стенки.

Количество полуокружностей почти соответствует числу оборотов обвивки. С увеличением витков делается больше дуг, но строгая пропорциональность отсутствует. Возле выхода жирной точкой указывают начало обмоток (на двух катушках и больше). Ставят обозначения мгновенно возникающей ЭДС, они на выходах обычно одинаковы.

Такой подход используется при показе промежуточности агрегатов в преобразовательных цепочках для наметки синхронности или противофазности. Обозначение актуально и при нескольких катушках, если для их эффективного функционирования требуется соблюдать полярность. Отсутствие явного обозначения обвивок говорит о том, что они идут в одном направлении, то есть конец предыдущей соответствует началу последующей.

Особенности эксплуатации

Для определения времени службы используют понятие экономического и технического срока работы. Экономический отрезок заканчивается, когда цена трансформации мощности с помощью искомого трансформатора превышает удельную стоимость таких же услуг в соответствующей рыночной нише. Технический срок службы прекращается с выходом из строя большого числа элементов, требующих капитального ремонта агрегата.

Использование в параллельном режиме

Такой регламент применяется из-за того, что при небольшой нагрузке силовой понижающий агрегат допускает значительные потери на холостом ходу. Для исправления ситуации он заменяется группой устройств небольшой мощности, которые при необходимости отключают поодиночке. Требования к такому подсоединению:

Агрегаты, входящие в группу, используют с одинаковыми техническими параметрами.

Частота и регулирование мощности

В случаях равного напряжения на первичных обмотках агрегаты с определенной частотой могут эксплуатироваться при увеличенных показателях сети с рекомендованной заменой навесного оборудования. При частоте меньше номинальной индукция повышает значения в магнитном приводе, что ведет к скачку тока при холостой работе и изменению его вида.

Регулирование напряжения трансформатора применяется в сети из-за того, что нормальная работа потребителей возможна только при мощности определенных параметров и минимальных от них отклонениях.

Изоляция и перенапряжение

Специалисты проводят регулярные испытания и ремонты защитного слоя трансформатора, так как он теряет свои свойства от высоких температур. Это касается агрегатного масла в охладительном баке и изоляции активных элементов. После проверки сведения о состоянии защитных материалов вписываются в паспорт агрегата.

Иногда устройства работают в условиях повышенной мощности. Перенапряжение подразделяется на два вида:

• кратковременное действие сильного фактора продолжается от одной секунды до 2-4 часов;
• переходное перенапряжение длится от 2-5 наносекунд до 3-5 миллисекунд, оно бывает колебательным или неколебательным, но всегда имеет одинаковое направление.

Иногда при перегрузке комбинируются оба вида перенапряжения. Причинами их возникновения могут быть грозовые разряды, при этом токовый показатель импульса зависит от расстояния между трансформатором и местом удара. Второй причиной являются изменения условий работы, сформированные внутри системы. Они заключаются в поломках, нарушениях проводимости, коротких замыканиях, возгораниях, частых подключениях и отключениях.

При контроле качества в заводских условиях агрегаты проверяют и выдают сведения о возможности бесперебойной работы в соответствии со стандартами.

Часто в деревнях и на дачах говорят о плохом напряжении в электросети. Это связанно не только с их плохим техническим состоянием, но и с покупкой разнообразной бытовой техникой, которой требуется электричество, которого часто не хватает.

В то же время местные электросети не спешат менять оборудование на современное, а значит, на более совершенное которое с достоинством выдержит повышенные нагрузки.

Участник дачного форума "Дом и Дача" Terristor как-то столкнулся с проблемой – стиральная машина перестала работать. То есть барабан с трудом крутился, да и насос не мог поднять воду из скважины.

На 1-ом Рисунке обычная работа понижающего трансформатора.
На 2-ом уже переделанный трансформатор готовый к работе на повышение напряжения.

Он замерил напряжение, и прибор показал всего 180 вольт, а этого напряжения не хватает для работы многих бытовых электроприборов.

Но нет, худа без добра. Как-то раз он читал журнал «Радио» и на глаза ему попалась статья о том, как при помощи обычного понижающего трансформатора сделать повышающий.

А фокус состоял в том, что если взять , который из 220 вольт делает 40, поковыряться в нём, то после небольших изменений можно получить на выходе не понижение, а повышения напряжения на 40 вольт от напряжения в сети.

Случайно у Terristor был такой трансформатор. И обладая небольшими познаниями в радиотехнике, он через 15 минут его переделал и сделал пробный пуск.

Перед испытанием напряжение было 192 вольта, а после, как и намечалось, напряжение увеличилось на 40 вольт. Это оказалось отличным решением в сложившейся ситуации и несмотря на нехватку напряжения электроприборы работали безотказно.

Выводы

Плюсы этой систем:

Простота при сборке. Например, при мощности вторичной обмотки трансформатора 100 вольт, можно не опасаясь подключить насос мощностью 500 Вт.
Реальная дешевизна прибора.

Минусы этой системы:

Напряжение, выдаваемое прибором, автоматически не регулируется и если вдруг напряжение в сети стабилизировалось, и стало 220 вольт то на выходе у вас будет 260 вольт, многовато, но не опасно, если вовремя заметить.

Сам Terristor всю зиму пользовался этим трансформатором. За это время он ни разу не проверял напряжение и ни один электроприбор не испортился.

На случай если напряжение в вашем районе часто меняется можно использовать специальную розетку которая отключает электроприборы которые к ней подключаются если напряжение повысилось сверх нормы.

Формулы для расчётов

Нужен трансформатор с первичной обмоткой на 220 вольт. Вторичная обмотка - на необходимое «недостающее напряжение». На вторичной обмотке максимальный ток даже у маломощных понижающих трансформаторов достаточен.

Расчёт можно сделать по нескольким формулам.

По рис. 1 можно вычислить ток вторичной обмотки где Iн – номинальный ток нагрузки А; Pн – номинальная мощность нагрузки (по паспорту трансформатора) Вт; Uн - номинальное напряжение питания нагрузки.

Зная, какое напряжение нужно добавить, определяется требуемая мощность трансформатора по рис. 2 где P – мощность трансформатора в Вт., I2 – номинальный ток вторичной обмотки А, U2 - напряжение вторичной обмотки, В. Затем нужно взять трансформатор с подходящими данными – по мощности и выходному напряжению.

В последней формуле можно видеть, что напряжение на нагрузке можно как увеличить, так и уменьшить. Чтобы правильно фазировать трансформатор, достаточно поменять местами выводы одной из обмоток.

Трансформатор лучше установить в коридоре или в подвале, потому что установка шумит, а уже оттуда сделать проводку до нужных электроприборов.

Размещено участником форума «Дом и Дача» Terristor
Редактор: Адамов Роман

Низкое напряжение в сети является серьезной проблемой, которая может повлечь за собой сгорание всей бытовой техники в доме. Если вы увидели что напряжение сети меньше чем 220вольт, то необходимо сразу же удалить эту неприятность. С недостаточным напряжением часто сталкиваются жильцы собственного дома, но в квартирах также бывает такое. В чем же заключается причина?

Низкое напряжение в сети: почему это происходит

Пониженное или слабое появление нагрузки электросети для частного дома это не редкость. Так же очень часто не хватает мощности для дачи. Этот факт доставляет много неудобств, не говоря о том, что человек не может воспользоваться помощью стиральной машины. Что делать в такой ситуации, куда позвонить, пожаловаться, а самое главное как самостоятельно проверить качество электросети? Недостаточное напряжение в сети является крайне неприятной ситуацией, но с ней сталкиваются практически все. Если освещение плохое и лампочка обозначает только свое присутствие, то это далеко не большая проблема. Хуже будет, когда стирка не возможна, кипячение воды нереально, никак не приготовить еду на электрической печке или работа холодильника проходит с перебоями. Такое часто случается при напряжении в сети меньше чем 180 вольт. Если все работает при таком напряжении, то это не очень хорошо влияет на приборы и процесс работы проходит более длительное время.

Выделим несколько основных причин низкого напряжения:

• Сечение кабеля , который входит в дом неправильное;
• Подключение выключателя выполнено не правильным образом;
• Трансформатор подстанции перезагружается или частично вышел из строя;
• Сечение магистральной линии маленькое;
• Перекошенные фазы.

Это были перечислены самые распространенные причины. Если вы поняли что причина низкого напряжения в вашем доме такая как в 1м, 2м или 6м пункте, то исправление причины можно выполнить самостоятельно. Если вам подходят остальные 3 причины или одна из них, то вам стоит обратиться в обслуживающие станции.

Слабое напряжение в сети: что делать и кто виноват

Первое что необходимо выяснить – это кто виноват в низком напряжении. В многоэтажных домах это сделать очень легко, а именно пройтись к соседям и узнать, нет ли у них такой проблемы. В собственных домах необходимо опрашивать тех людей, которые питаются электроэнергией от той линии, что и вы. А именно просмотрим на линию электропередач, запоминаем, от каких линий подходит электричество к вашему дому, от этих проводов будет подходить линия и к тем, кто запитан на вашей линии.

Можно также отключить от сети все приборы и измерить напряжение. Если напряжение нормальное, а после включения пару приборов падает, то причина низкого напряжения в доме.

Если после включение напряжение падает, то причины могут быть такие:

1. Сечение провода на вводе в дом не достаточное. Не достаточная толщина провода может быть причиной маленького напряжения сети, особенно при большой нагрузке.
2. Контакт на вводе в дом подгорел и дает дополнительное сопротивление. От такого сопротивления падает напряжение, и упасть оно может достаточно высоко.
3. Разветвление от линии к дому выполнено не качественным образом. Если контакт на смотке плохой, то повышается сопротивление, от этого падает напряжение в сети.

При маленьком сечение тепло равномерно распространяется по всей длине проводки. А вот если контакты плохие, то это повлечет за собой очень неприятные последствия. Место, где контакты плохие будет очень нагреваться и может перегореть проводка, а может возникнуть и пожар.

Если проблема с низким напряжением связана с энергопоставляющей компанией, то кажется, решение этой проблемы будет очень легко и стоит только написать заявление.

Отвечает за электрические падения или, наоборот, за высокое напряжение электросетевая компания. Именно в электросетевую или энергосбытовую компанию вам придется писать заявления, образец которых вы сможете найти на сайте, о факте падения напряжения. Пишется такое письмо не долго и как правило отвечает компания достаточно быстро, претензия рассматривается и определяется вольтаж уже на месте при помощи электриков, они определяют где напряжение просаживается, а так же осматривают нехватающие участки.

Изначально специалисты отключают свет, определяют, где находится просадка и принимают решение, что необходимо сделать в данной ситуации, кому поднять малое напряжение или снизить повышенное. Подключение, которое делается с помощью сварки, не всегда создается ситуация, которая оплачивается заявщиком, почему специалисты не всегда с охотой берутся за то чтобы повысить показатель.

Как повысить напряжение в сети до 220

Если вы написали заявление в компанию о недостаточном напряжении в сети и компания никак не реагирует и не проводит замену трансформатора на более мощный, а так же не меняет магистраль проводов на более мощное сечение, то вам придется устранять эту проблему самостоятельно. Поставщики электричества устраняя недостаточное напряжение сети сталкиваются с очень большими затратами и идут на это неохотно.

Увеличить или понизить напряжение можно и самостоятельно. Повышающий фактор всегда могут сыграть дополнительные установки, но при подключении на повышение придется приобрести немало документов, поэтому не многие решаются усилить подачу самостоятельно, это касается и той ситуации, когда напряженка высокая и ее нужно понизить. Иногда, лучший вариант – это жалоба и напряг специалистов.

Одним вариантом решения проблемы с недостаточным напряжением является подвод к дому трех фаз, но для этого вам необходимо получить разрешение в энергосбыте. Если вы получили такое разрешение, то на вводе в дом ставим переключатель фаз и при нужде используем не загруженную.

Еще несколько вариантов решения проблемы с недостаточным напряжением в сети, а именно:

1. Проводим монтаж на вводе в дом стабилизатора напряжения, но не забывайте, то, что если напряжение будет меньше 160вольт, то в этом случае он бесполезен. Качественный стабилизатор стоит очень дорого и если по вашей улице установят десяток стабилизаторов, то сеть упадет до предела, и он не будет эффективным.
2. Выполняем установку повышающего трансформатора с подобными параметрами. Вся проблема в том, что такой трансформатор будет выдавать необходимое напряжение, если на линии оно будет не достаточным, но если напряжение на линии нормализуется, то он поднимет его до 260 вольт и до высшего придела и все бытовые приборы просто сгорят. Для избегания такой ситуации необходимо установить реле, которое разорвет цепь при достижении предела.
3. Также можно установить дополнительное заземление на вводе в дом. С такой установкой понижается сопротивление нуля и проводки в целом. Но такой способ повышения напряжения в сети очень опасный. Есть вероятность, что при ремонте можно перепутать этот провод с фазой и получить короткое замыкание сети, но это не самое опасное. Самое опасное если обрыв произойдет в подстанции и напряжение может пойти через этот кабель и этим самым повлечет за собой серьезные проблемы.
4. Для собственного дома идеальным вариантом будет установка преобразователя энергии с накопителем. Это самый радикальный вариант.

Преобразователь с накопителем дает возможность получать нормальное напряжение сети в случае отключения электричества. Работает он по принципу бесперебойника для компьютера, но при этом имеет мощность от 3 до10 кВт. Также он может быть подключен к дизельному генератору, который начинает работать после отключения электроэнергии.

Дополнительный способ: как увеличить напряжение

Есть еще один способ получать достаточное напряжение сети – это использование понижающего трансформатора. Такой трансформатор понижает напряжение в пределы 12 – 36В.

Он имеет такие возможности выдерживать такое напряжение:

• Мощность 100В нормально перенесет нагрузку в пол киловатта;
• 1кВт может выдержать нагрузку в 5кВт.

Понижающая обмотка в квартире подключается к сети, и получаем плюс 12 – 36 вольт в зависимости от трансформатора. Для того чтобы избежать перенапряжения сети, которое может причинить множество вреда вашим бытовым приборам, оптимальным вариантом будет трансформатор на 24В, а еще лучше будет установить реле на входе после трансформатора.