Трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки

Трансформатор состоит из двух отдельных обмоток, называемых первичной и вторичной обмотками. Входное напряжение переменного тока прикладывается к первичной обмотке и создает изменяющееся магнитное поле. Это магнитное поле взаимодействует со вторичной обмоткой, индуцируя в ней напряжение переменного тока (точнее, ЭДС). Напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, имеет ту же частоту, что и входное напряжение, но его амплитуда определяется соотношением числа витков вторичной и первичной обмоток.

Если входное напряжение на выводах первичной обмотки = V1
выходное напряжение на выводах вторичной обмотки = V2
число витков первичной обмотки = T1
число витков вторичной обмотки = T2

Кроме того, I1/ I2 = T1/ T2, где I1 и I2 – токи первичной и вторичной обмоток соответственно.

Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора

Приведенные выше соотношения предполагают, что трансформатор имеет 100%-ный КПД, т. е. полностью отсутствуют какие-либо потери мощности. Следовательно,
Входная мощность I1•V1 = Выходная мощность I2•V2.
На практике трансформаторы имеют КПД около 96-99%. Для увеличения КПД трансформатора его первичная и вторичная обмотки наматываются на одном магнитном сердечнике (рис. 7.10).

Повышающий и понижающий трансформаторы

Повышающий трансформатор вырабатывает на выходе (во вторичной обмотке) более высокое напряжение, чем приложено на входе (к первичной обмотке). Для этого число витков вторичной обмотки делается больше числа витков первичной обмотки.
Понижающий трансформатор вырабатывает на своем выходе меньшее напряжение, чем на входе, поскольку его вторичная обмотка имеет меньшее число витков по сравнению с первичной.

Коэффициент приведения сопротивления

Трансформатор, изображенный на рис. 7.11, имеет в цепи вторичной обмотки нагрузочный резистор r2. Сопротивление r2 можно пересчитать или, как говорят, привести к первичной обмотке, т. е. к сопротивлению трансформатора r1 со стороны первичной обмотки. Отношение r1/ r2 называется коэффициентом приведения сопротивления. Этот коэффициент можно рассчитать следующим образом. Поскольку r1 = V1 / I1 и r2 = V2 / I2, то

Рис. 7.11. Коэффициент приведения
сопротивления

Рис. 7.12. Автотрансформатор.

Рис. 7.13. Автотрансформатор с несколькими отводами.

Но V1 / V2 = T1 / T2 = n и I2 / I1 = T1 / T2 = n, поэтому

Например, если сопротивление нагрузки r2 = 100 Ом и отношение числа витков обмоток (коэффициент трансформации) T1 / T2 = п = 2 : 1, то со стороны первичной обмотки трансформатор можно рассматривать как резистор с сопротивлением r1 = 100 Ом • 22 = 100 • 4 = 400 Ом.

Автотрансформатор

Трансформатор может иметь одну-единственную обмотку с одним отводом от части витков этой обмотки, как показано на рис. 7.12. Здесь T1 — число витков первичной обмотки и T2 — число витков вторичной обмотки. Напряжения, токи, сопротивления и коэффициент трансформации определяются теми же формулами, которые применимы к обычному трансформатору.
На рис. 7.13 показан еще один трансформатор с единственной обмоткой, в котором сделано несколько отводов от этой обмотки. Все соотношения для напряжений, токов и сопротивлений по-прежнему определяются коэффициентом трансформации (V1/Va = Т1/Тa, V1/Vb = Т1/Тb и т. д.).

Трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки

На рис. 7.14 изображен трансформатор с отводом от середины его вторичной обмотки. С верхней и нижней половин вторичной обмотки снимаются выходные напряжения Va и Vb, Отношение входного напряжения (на первичной обмотке) к каждому из этих выходных напряжений определяется отношением числа витков, причем

где Т1, Тa и Тb — число витков первичной, вторичной а и вторичной b обмоток соответственно. Поскольку отвод сделан от середины вторичной обмотки, напряжения Va и Vb равны по амплитуде. Если средняя точка заземлена, как в схеме на рис. 7.14, то выходные напряжения, снимаемые с двух половин вторичной обмотки, находятся в противофазе.

Обратимся к рис. 7.15. (а) Рассчитайте напряжение между выводами В и С трансформатора, (б) Если между выводами А и В намотано 30 витков, то сколь¬ко всего витков имеет вторичная обмотка трансформатора?
Решение
a) VBC = VAD – VAB – VCD = 36 В – 6 В – 12 В = 18 В.
Число витков между А и В
b) VAB / VAD == ———————————————
Число витков между А и D

Следовательно, 6 В/36 В = 30/ TAD, отсюда TAD = 30 • 36/6 = 180 витков.

Рис. 7.14. Трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки.

Рис. 7.15. VAD = 36 В, VAB = б В,
VCD = 12 В.

Магнитная цепь

Принято говорить, что в магнитной цепи магнитный поток (или магнитное поле), измеряемый в теслах, создается силой, называемой магнитодвижущей силой (МДС). Магнитная цепь обычно сравнивается с электрической цепью, причем магнитный поток сопоставляется с током, а магнитодвижущая сила с электродвижущей силой. Точно так же, как говорят о сопротивлении R электрической цепи, можно говорить о магнитном сопротивлении S магнитной цени; эти понятия имеют аналогичный смысл. Например, такой магнитомягкий материал, как ковкое железо, обладает низким магнитным сопротивлением, т. е. низким сопротивлением для магнитного потока.

Магнитная проницаемость

Магнитная проницаемость материала это мера легкости его намагничивания. Например, ковкое железо и другие электромагнитные материалы, такие, как ферриты, обладают высокой магнитной проницаемостью. Эти материалы применяются в трансформаторах, катушках индуктивности, реле и ферритовых антеннах. В отличие от них немагнитные материалы имеют очень низкую магнитную проницаемость. Магнитные сплавы, такие, как кремнистая сталь, обладают способностью сохранять состояние намагниченности в отсутствие магнитного поля и поэтому применяются в качестве постоянных магнитов в громкоговорителях (динамических головках), магнитоэлектрических измерительных приборах с подвижной катушкой и т. д.

Экранирование

Рассмотрим полый цилиндр, помещенный в магнитное поле (рис. 7.16). Если этот цилиндр изготовлен из материала с низким магнитным сопротивлением (магнитомягкого материала), то магнитное поле будет концентрироваться в стенках цилиндра, как показано на рисунке, не попадая в его внутреннюю область.

Рис. 7.16. Магнитное экранирование.

Рис. 7.17. Электростатическое экранирование в трансформаторе.

Следовательно, если в эту область поместить какой-либо предмет, он будет защищен (экранирован) от влияния магнитного поля в окружающем пространстве. Такое экранирование, называемое магнитным экранированием, применяется для защиты от внешних магнитных полей электронно-лучевых трубок, магнитоэлектрических измерительных приборов с подвижной катушкой, динамических головок громкоговорителей и т. п.
В трансформаторах иногда применяется другой тип экранирования, называемый электростатическим или электрическим экранированием. Между первичной и вторичной обмотками трансформатора размещается экран из тонкой медной фольги, как показано на рис. 7.17. При заземлении такого экрана сильно уменьшается влияние емкости между обмотками, которая возникает из-за разности потенциалов этих обмоток. Электростатическое экранирование применяется также в коаксиальных кабелях и всюду, где проводники имеют разные потенциалы и находятся в непосредственной близости друг от друга.

В этом видео рассказывают о том, что такое трансформатор:

Источник

Принцип работы и характеристика трансформаторов со средней точкой, подключение

Трансформатор — электромагнитное устройство, при помощи которого преобразуется ток одного напряжения в ток с другими показателями идентичной частоты. Принцип работы тс — это явление взаимоиндукции. Трансформатор со средней обмоточной точкой является наиболее распространенным видом оборудования.

Но следует изначально понимать, что точка не является символической где-то в начале, средине или конце обмотки, а реальное соединение между концом первой и началом второй обмотки. Ситуации могут различаться, в зависимости от этого меняются конструктивные особенности и ряд технических характеристик устройства.

Для чего нужен трансформатор

Трансформатор любого типа нужен для изменения энергетической составляющей. Аппарат необходим для изменения переменного тока одного напряжения в переменный, но другой. Частота соблюдается такая же. Технические характеристики оборудования выбираются в зависимости от того, какие обмотки установлены (присутствуют определенные схемы и обмоточные данные к каждому устройству).

Не допускается, чтоб напряжение излишне падало или прибор перегревался. Показатели магнитного провода определяются в зависимости от частоты тока и мощности, которая показывается на входе и будет получаться на выходе из оборудования. В обязательно порядке при расчете трансформатора, в том числе и со средней точкой, учитываются характеристики:

количество обмоток;
качество используемых материалов, их диаметр, назначение;
полная электрическая схема;
схема подключаемой нагрузки, например, сопротивление или напряжение — рассчитывается в индивидуальном порядке);
частота питающей сети;

напряжение активной части трансформатора;
габариты и масса оборудования в целом;
техника безопасности;
удобство и способы монтажа;
условия эксплуатации.

Расчет тс, когда предлагается активная нагрузка, выполняется относительно бес проблемно. Но гораздо чаще встречаются ситуации, когда трансформатор со средней точкой работает на выпрямитель. Это свойство в свою очередь приводит к тому, что емкость оказывает внимание на показатели постоянного тока. Выделяют несколько видов нагрузки (активную, емкостную и индуктивную). В зависимости от типологии изменяются способы подсоединения и вариации технических показателей.

Что представляет собой тс со средней точкой

Трансформатор состоит из нескольких отдельных обмоток — первичной и вторичной. Начинается движение тока от первичной, туда подается напряжение. Сразу же создается магнитное поле, которое изменяется во времени. Магнитное поле действует со вторичной обмоткой. При этом в ней индуцируется определенное напряжение тока переменного типа. Сокращенно это явление в физике называется ЭДС.

Показатели напряжения обмотки вторичной по своей частоте идентичный той, что и установлена на входе трансформатора. Однако характеристики амплитуды целиком зависят от соотношения числа витков, которые есть на первичной и вторичной обмотках. Разработаны определенные соотношения, позволяющие без непосредственного измерения показателей тока в проводах вычислить искомые характеристики. Все они вносятся в инструкции по применению моделью трансформатора.

В трансформаторе с точкой коэффициент полезного действия достигает 99 процентов. Но по сути расчет берется без учета потерь мощности, которые неизменно возникают в результате сопутствующих факторов, как 100 процентов. Чтоб уменьшить показатели выбирают качественные обмотки и наматывают их на единичном магнитном сердечнике.

Когда обсуждают трансформатор со средней точкой принцип работы говорят о том, что огромное влияние имеет обмотка устройства. Да, это действительно так, но следует понимать, что обмотка – это определенный провод с диаметром малым или большим, определенным числом витков, с началом и концом. Что такое средняя точка трансформатора можно понять, если детально рассмотреть обмотку.

Именно точка соединения двух обмоток, то есть внутренней и внешней (конец одной подключается к началу второй, или же наоборот) и образуют искомую нами среднюю точку.

Принцип работы

Средняя точка трансформатора зачем нужна определяется в зависимости от типа трансформатора. Повышающего типа оборудование вырабатывает на выходе высокий показатель напряжения, который существенно больше, чем поданный на входе. То есть на вторичной обмотке происходит работа, которая приводит к увеличению напряжения. Для этой цели число витков вторички увеличивается, оно будет больше, чем количество кругов на первичке. При расчете расположения средней точки тс обращают внимание на показатель и учитывают нахождение.

Понижающего типа трансформатор по принципу действия обратный. На выходе получается меньшее напряжение, чем было подано на входе. Вторичная обмотка обладает меньшим числом витков, чем первичная. Это необходимо учитывать при составлении схемы расположения.

Оборудование с отводом от средней точки вторички

Средняя точка силового трансформатора в этом случае располагается между обмотками. Выходные напряжения вычисляются с верхней и нижней половин вторички — это обязательно условие. Важно учитывать число витков, расположенных на трансформаторе. В зависимости от количества определяется входное напряжение на первичке. Согласно расчетам, оно будет V1/Va = Т1/Тa V1/Vb = Т1/Тb. В формуле Т1, Тa и Тb являются количеством колец первичной первой половины и второй половины вторичной обмоток соответственно. По пропорции легко вычисляются искомые характеристики. Значения Тa и Тb идентичные, так как они одинаковы по собственной амплитуде. Отвод выбран из среды вторичной.

Отдельно учитывается, есть ли заземление средней точки. При положительном ответе выходные напряжения, которые возникают на обеих половинах вторички трансформатора, будут находится в полной противофазе. Если же заземления нет, то придется устанавливать дополнительные нагрузки или делать его.

Выпрямители

Выпрямитель со средней точкой силового трансформатора позволяет преобразовать переменный ток в постоянный. Используется полупроводниковый диод, который заставляет совокупность электронов помещаться в одну сторону и протекать не отклоняясь от маршрута.

Наиболее простой с технологической точки зрения, но отнюдь не эффективный, – это однополупериодный выпрямитель. Это устройство отличается те, что добавляет в нагрузку лишь единственный полупериод — отсюда и соответствующее название.

Используется данный вариант не часто. Дело в том, что это экономически неоправданно. Сложны для фильтрации и подачи в итоге ровного и чистого сигнала, он возникшие в форме кривой гармоники разного типа. Также нежелательны для трансформаторов силового типа поступающие токовые импульсы от источника переменного в нагрузку, учитывая только нахождение там в полупериоде. Используются приборы в основном в схемах, где требуется быстрое и эффективное снижение мощности с использованием резисторов. Например, при ослаблении яркости лампы будет нагрузка подаваться, а при получении полной мощности отключаться.

Меньше половины изначальной мощности поучит лампа (возьмем ее для примера), если включить ее в положении уменьшенной силы. То есть выпрямитель в данной ситуации не используется в линии подачи энергии. Мерцания света не заметно человеческим глазом по той причине, что пульсация тока гораздо быстрей получается, чем охлаждение и нагревание поэтапно нити накаливания. Нить нагревается постепенен больше, так как увеличиваются промежутки, но сила света ослабляется.

Пульсация токовых импульсов часто используется в промышленности. Это необходимо для того, чтоб получать энергию тепла, которая выделяется при выключении устройства. Схема простейшая, она служит лишь примером для начинающих специалистов, которым необходимо понять, как происходит питание и действует нагрузка.

Схема

Сложность заключается в том, что при выпрямлении переменного тока необходимо применять два значения полупериода. Объединить устройства не получится, необходимо использование прибора, который включал бы в себя преимущества оба. Инженеры придумали двухполупериодные выпрямители. Подключение вторичных обмоток силового трансформатора со средней точкой проводится именно по такому типу. Подразумевается, что использоваться будет средняя точка вторички и два диода дополнительно.

Принцип действия будет больше понятен, если описать принципы работы обоих полупериодов. Первый определяется, когда напряжение сверху сугубо положительное, а снизу отрицательное. Данные фиксируются на схеме. Если построить синусоиду подачи тока, то видно, что проводящим ток является только верхний диод. Он заметен по графику только первый период синусоиды, построенной ранее. А нижняя часть поступления тока убирается, она заблокирована. По сути, движение цикла наблюдается лишь в первой половине обмотки. Это видно по графику синусоиды, и необязательно рассматривать точки на силовом трансформаторе или выпрямителе.

Рассматривая второй цикл заметно, что полярность импульса вариативна. Ток идет по следующему диоду, который инженеры называют вторичным. Переменный ток распространяется по второй половине обмотки внешней плана. Другая же половина, которая была задействована ранее в приведенном алгоритме выше, сейчас бездействует, импульсов и токов ней нет. Ситуация по схеме синусоиды меняется. Нагрузка заметна только в той половине графика, которая ниже. Обратите внимание, что положительные характеристики тока такими же и остаются верху, внизу они будут соответственно отрицательными. Полярность идентичная при прохождении импульсом любой части устройства.

Минусы

Минус оборудования состоит в том, что нужный становится вариант отвода от средней точки. Речь идет о вторичной обмотке трансформатора. Используется отвод в маломощных системах и вариантах со средними показателями. Для соединения элементов мощной схемы не удаться обойтись единственным выпрямителем со средней точкой. Придется заказывать профессиональный тс, который имеют большую цену. Отдельно отметить стоит, что:

изменить полярность выпрямителя возможно просто включив обратным образом диоды;
установленные обратным образом детали располагаются параллельным образом.

Зачем нужно изменять ход течения тока станет понятно, если рассмотреть схемы подключения. Получается, что возможен вход двух полярный, что упрощает использование устройства в домашних и промышленных целях. Используется идентичная компоновка, что и в мостовой цепи.

Есть вариант выпрямителя, строящиеся не и двух диодов с идентичной конфигурацией, а из четырех. Носит он название моста, ток проходит только в одну сторону. Типология его движения не зависит от ходовой полярности. Инженер должен заметить, что положительный знак на нагрузке равняется отрицательному у подключаемого прибора. Отметим, что:

выбор полярности не играет роли;
в любом случае ток направится по параллельным образом подключенным диодам;
уменьшение показателей линейное, оно удваивается, если использованы стандартные кремниевые пластины.

Критична эта потеря напряжения в удвоенной сумме лишь для низковольтных источников питания. Для высоковольтных подобные характеристики не действительны.

Особенности

Выпрямитель с любым типом фаз дает на выход ток, относящийся к пульсирующему типу. Для современных приборов поступление тока с пульсирующими, временными характеристикам неприемлемо. Оборудование нуждается в постоянном импульсе, чтоб поддерживать работоспособность. Схемы со средней точкой используются в случае небольшой мощности и несущественных экстремальных колебаний показателей.

Число пульсаций, которые получаются на выходе, вычисляется в зависимости от количества оборотов тока по кругу. Эту характеристику вычисляют стандартным методом, просто умножив импульс на полный цикл движения и выявив геометрическую прогрессию. То есть, если речь идет о однополупериодном варианте, то коэффициент составит единицу. То есть за цикл перехода тока наблюдался единственный импульс за все время.

Для двух выпрямителя характерно увеличение пульсации вдвое, как уже говорилось, частота пульсаций прямо пропорциональна увеличению на 2 сетевой частоте. Для двухполупериодного устройства характеристика равна двойке Для двухполупериодного оборудования коэффициент умножается на шесть (два на каждые два проводника, установленных в системе). Возможна установка многофазных систем, то в таком случае потребуется применение систем соединения треугольник-звезда, звезда-треугольник и других. Расчет для средней точки производится индивидуально.

Регулировка напряжения

Для части приборов возможна настройка средней точки, вернее регуляция ее напряжения. Для настройки усилителей используются две методики: установление равновесия между транзисторами и установление в состояние покоя.

Сигнализатор для оборудования силового типа измеряет коэффициент снижения тока при ее заземлении, то есть сколько ушло тока в землю посредством использования изоляционных методик. Средняя точка и фильтр отвечают за подачу регулировщиком сигнала. Данные фиксируются вольмеров, который измеряет уровень уменьшения напряжения, который наблюдается на вторичной обмотке, изоляционных материалах и других конструктивных деталях механизма.

Если наблюдается перекос, то проводится регулировка до знания, приемлемого для класса прибора и срока службы. Просмотреть информацию и значение можно в таблицах и инструкциях по эксплуатации (в последних данные есть не всегда).

Активно используется технология получения нулевого вывода. Это значит, что от средней точки тс делается мост. Получается два идентичных по значению напряжения, одинаковых по направлению, но различных по фазе. При помощи проявления фазового сдвига удается выяснить неполадки при работы двухтактных каскадного типа усилителей средней мощности.

Средняя точка не выводится, если это не требуется системой. Потециометром дополнительно дается баланс системе. Удлинители используются, если не согласованы выходы преобразователей. Заземление частично не требуется, если речь идет о маломощных вариантах оборудования ил трансформаторах, выпрямителях со средними мощностными характеристиками.

Источник

Трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки

Двухтактный преобразователь с отводом от середины обмотки трансформатора