Разделительный трансформатор руководство - Arganabio.ru - инструкции по эксплуатации и многое другое

Напряжение 220 В небезопасно для человека. Случайное прикосновение к фазному проводу или к корпусу прибора, оказавшемуся под напряжением, может привести к летальному исходу, если человек стоит на земле или заземленной поверхности. Особую опасность представляют сетевой ток во влажных помещениях. Безопасную эксплуатацию оборудования обеспечивает разделительный трансформатор. Он применяется для развязки гальванической связи блока питания с сетевым напряжением, что сводит к нулю вероятность поражения током.

Конструкция и принцип действия

Главное отличие разделительного трансформатора – отсутствие гальванической связи между катушками, которые надежно отделены гальванической изоляцией. Обычно обмотки образующие первичную цепь трансформатора по параметрам идентичны обмоткам во вторичных цепях. В таком случае коэффициент трансформации для данного разделительного трансформатора равен 1. То есть, устройство используется исключительно для гальванической развязки. Пример разделительного аппарата смотрите на рис. 1.

Рис. 1. Разделительный трансформатор

Характерной особенностью трансформаторов этого типа является то, что цепи вторичных обмоток в разделительной трансформации не оборудуются защитным заземлением. С целью обеспечения надежности гальванической развязки применяют дополнительную изоляцию между катушками. В отдельных случаях витки первичных обмоток отделяют защитным экраном от вторичных обмоток или разносят их физически на разные части магнитопровода.

В остальном конструкция и принцип работы не отличается от трансформаторов других типов:

на первичную обмотку поступает напряжение от сети;
возникающая при этом магнитная индукция распространяется по всему магнитопроводу.
ЭДС индукции возбуждает электрический ток в витках вторичной катушки.

Между напряжениями в катушках и токами существует зависимость: величины вторичных напряжений прямо пропорциональны первичным напряжениям, с коэффициентом пропорциональности k=W₂/W₁, а выходной ток обратно пропорционален току в первичной обмотке.

Благодаря отсутствию гальванической связи между катушками и отделению от цепи заземления первичной обмотки случайное прикасание к любому выводу вторичной катушки не приводит к поражению током. Остерегаться необходимо только одновременного касания разных выводов трансформатора.

Таким образом, при электрическом контакте с токоведущими частями оборудования запитанного от разделительного трансформатора электрическая цепь с землей не образуется, что исключает возможность поражения электротоком. Разделительные трансформаторы обеспечивают также защиту подключенных электроприборов при однофазных замыканиях. Если КЗ произойдет в первичной цепи, то вторичная цепь просто обесточивается. Однако для полной защиты в первичную цепь подключайте УЗО.

Назначение

Автономные силовые обмотки в основном применяются для отделения цепей электротехнических устройств от напряжений, поставляемых электрической сетью. При этом мощность нагрузки составляет от 100 Вт до 60 кВт. Электрические приборы, отделенные от питающей сети, получают дополнительную защиту, они безопаснее в обслуживании.

Разделительные трансформаторы применяются для подключения нагрузки в помещениях с условиями. повышающими уровень опасности поражения электрическим током. Такими сооружениями являются подвалы, ванные комнаты, и другие помещения с повышенной сыростью.

В целях безопасности делают гальваническую развязку оборудования применяемого в медицинских учреждениях. Подключать разделительный трансформатор целесообразно везде, где существуют повышенные требования к безопасности, там, где нет надежной изоляции с землей.

Разновидности

В электротехнике довольно часто используют понижающий трансформатор с гальваническим разделением цепей первичной обмотки и вторичной катушки.

Такого типа разделительный понижающий аппарат позволяет решить две задачи:

понизить напряжение до требуемого уровня;
обеспечить безопасную эксплуатацию оборудования.

Семейство силовых трансформаторов включает в себя серии однофазных трансформаторов, обладающими различными номинальными мощностями. Промышленные силовые агрегаты обычно бывают внушительных размеров и устанавливаются стационарно в специальных боксах (см. рис. 2).

Рис. 2. Промышленный разделительный трансформатор

Существуют компактные переносные устройства (см. рис. 3).

Применение переносных трансформаторов удобно в тех случаях, когда электрооборудование не может быть установлено стационарно, а используется периодически. Например, при использовании электроинструмента в кабельных колодцах, в подвалах и т.п. При номинальных первичных напряжениях эти устройства стабильно работают. Они хорошо защищены от воздействия влаги и прочих влияний окружающей среды.

Рис. 3. Переносной разделительный агрегат

Во входных сигнальных блоках, а также в других цепях электронного оборудования применяются малогабаритные, высокочастотные импульсные трансформаторы.

По конструкции сердечника сетевой трансформатор чаще всего бывает стержневого типа. Встречаются также тороидальные модели.

Рис. 4. Тороидальный разделительный трансформатор

Технические характеристики

Промышленность поставляет на рынок множество моделей с различными характеристиками. Запомнить их просто невозможно. Да в этом нет необходимости. Большинство характеристик будут интересны только узким специалистам.

Для практических целей достаточно знать основные параметры трансформатора. Обычно эти параметры указаны в паспорте устройства.

При выборе разделительного трансформатора обращайте внимание на следующие основные характеристики:

номинальная мощность;
частота тока;
первичное напряжение;
выходное (вторичное) напряжение;
условное обозначение схемы соединения обмоток;
напряжение в режиме короткого замыкания;
тепловые потери при коротком замыкании;
ток в режиме холостого хода;
тепловые потери при работе в режиме холостого хода;
габаритные размеры.

Номинальная мощность должна совпадать или немного превышать мощность нагрузки. Первичное напряжение должно соответствовать параметрам первичной сети, а вторичное – напряжению питания подключаемых электроприборов. При выборе импульсных трансформаторов обращайте внимание на частоту тока.

Характеристики, выделенные курсивом важны, но для их понимания требуются более глубокие познания в сфере электротехники.

Порядок подключения

Однофазное напряжение формируется методом подключения одной из фаз к нулевому проводу через нагрузку. В нашем случае нагрузкой служит первичная обмотка. Поэтому, когда фазный ток попадает на корпус прибора, то при его касании и одновременном контакте с заземленным предметом, через тело оператора проходит электрический ток.

Применение метода гальванической развязки исключает такую возможность, так как вторичная обмотка не заземлена. Поэтому, перед подключением убедитесь, что вы действительно имеете дело с разделительным трансформатором. Для этого тестером проверьте отсутствие соединения вторичной обмотки с корпусом и с витками первичной обмотки.

В том случае, если вторичная обмотка одна, а обе катушки физически разнесены на разные части сердечника, можно обойтись визуальным осмотром. В противном случае проверка обязательна. Заметьте, что между вторичными обмотками (если их несколько) гальваническая связь может существовать, и это нормально.

Пример схемы подключения приведен на рисунке 5. Обратите внимание, что корпус подключенного оборудования в первичную цепь на этой схеме заземлен. Кроме того, того, чтобы усилить защиту применено УЗО. Если вы используете переносной или стационарный разделительный трансформатор то заземлять оборудование во вторичной цепи не нужно.

Рис. 5. Схема подключения

Разница потенциалов между фазой и землей в первичной цепи составляет 220 В, в то время, как в защищенной цепи напряжение между фазой и землей нулевое.

Подключайте нагрузки, мощность которых не превышает номинала трансформатора. Несоблюдение этого правила может привести к перегреву обмоток, что чревато разрушениями изоляции.

Использованная литература

Тихомиров П.М. «Расчет трансформаторов» 1976
И С. Таев «Основы теории электрических аппаратов» 1987
Г. Н. Александрова «Теория электрических аппаратов». 1985
Г. Н. Александрова «Теория электрических аппаратов». 1985

Источник

Разделительными называют трансформаторы с одинаковыми характеристиками напряжения или силы тока на выходе и выходе. У таких аппаратов одинаковое количество витков на первичной и вторичной катушке. В результате коэффициент трансформации равен единице. Применение подобных агрегатов повышает безопасность, так как во вторичных цепях отсутствуют электрические связи с источником напряжения или землёй.

Разделение обмоток на входе и выходе обеспечивается посредством усиленной двойной изоляции. Дополнительная мера – размещение катушек на физически разных сердечниках.

Вторичная обмотка выполнена без заземления нулевого контакта, поэтому случайное прикосновение к ней не вызовет поражения электрическим током, если человек одновременно не дотронется до металлической трубы, не будет стоять во влажном месте, или опасность прохождения электротока через тело возникнет другим способом.

Содержание

Принцип работы
Классификация
Применение
Порядок подключения
Преимущества и недостатки устройства
Как сделать самому разделительный трансформатор
Цена разделительных трансформаторов

Принцип работы

Прибор работает на принципе, аналогичном обычному трансформатору: при подаче тока на первичную катушку, в ней индуцируется магнитный поток, с последующим его образованием во вторичной обмотке, что вызывает передачу электротока. Поскольку характеристики катушек идентичны, параметры электротока первичной и вторичной обмоток будут одинаковы.

Схема разделительного трансформатора

Классификация

В настоящее время промышленно выпускается несколько разновидностей разделительных трансформаторов, предназначенных для безопасной эксплуатации электроустановок. Различают следующие виды таких устройств:

токовые – первичная катушка служит для подключения источника тока, вторичная направляется к электросчётчику или аналогичному аппарату. Устанавливается в измерительной или релейной электросети;
пиковые – для преобразования синусоидального напряжения, в большинстве случаев применяются в цифрующих устройствах;
импульсного типа – преобразуют полученный сигнал в импульс, сглаживают высокочастотные помехи;
автоматические – в конструкции воедино соединяются входная и выходная обмотки, что формирует связь электрическую, вместе с магнитной;
силовые – с несколькими обмотками, позволяющими одновременно с передачей трансформировать характеристики;
портативные – применяются для организации осветительных систем на улице или в помещении.

Аппараты могут предусматривать узкоспециализированные условия применения. Подобные аппараты устанавливаются в медицинских учреждениях для электроснабжения операционных, стационарных и других важных отделений, где предъявляются высокие требования к безопасности.

Разделительный трансформатор

Применение

Использование разделительных трансформаторов особенно необходимо в помещениях, к эксплуатации которых предъявляются повышенные требования к электробезопасности. Это касается:

подвальных помещений;
кабельных колодцев;
объектов с повышенным уровнем влажности;
газоопасных мест;
при использовании электроинструмента первого класса электробезопасности.

В домашних условиях такие аппараты могут устанавливаться в ванных комнатах, бассейнах и других технических помещениях, где предъявляется повышенный уровень к защите от поражения электрическим током. Возможно их подключение к котельным агрегатам.

Порядок подключения

Подключить аппарат очень просто. Предварительно на объекте отключается электрический ток. Сначала подсоединяются контакты объекта, затем со стороны подачи напряжения.

После плотного подсоединения контактов на трансформатор подаётся электрический ток и проверяется правильность его работы.

Преимущества и недостатки устройства

Использование разделительных трансформаторов позволяет добиться следующих преимуществ:

увеличить срок службы электрических приборов;
снизить величину электротока при коротком замыкании;
дополнительной защиты при эксплуатации электрического оборудования;
улучшить качественные характеристики электрической сети;
отфильтровать помехи высокой частоты.

Недостаток данных устройств в дополнительном усложнении домашней или производственной сети, невозможности обеспечения полной защиты от поражения электрическим током.

Как сделать самому разделительный трансформатор

Аппарат небольшой мощности несложно изготовить самостоятельно, при наличии подобных навыков и элементарных знаний в области электротехники.

Последовательность операций:

на двух идентичных сердечниках выполняются по две половинных обмотки – катушки разделяются напополам;
пара половинных обмоток соединяется последовательным способом;
дополнительно можно оборудовать аппарат дросселем или стабилизатором.

Детальнее схема устройства и порядок соединения полуобмоток показан на схеме:

Аппарат может использоваться для запитывания мастерской или другого вспомогательного помещения. Перед подключением к стационарной электросети, устройство необходимо проверить электрическим током небольшой величины. В качестве потребляющего устройства подойдёт обычная лампа небольшой мощности.

Но если у домашнего мастера недостаточно электротехнических знаний и отсутствует опыт подобных работ, рекомендуется обратиться к специалисту соответствующего профиля.

Цена разделительных трансформаторов

Стоимость данных аппаратов зависит от характеристик и назначения, а также ценовой политики производителя и торговой организации. В среднем такое оборудование может стоить от 9 до 70 тыс. руб., в зависимости от указанных характеристик.

В таблице приведено несколько примеров цен данных аппаратов:

Модель	Нагрузочная мощность, ВА	Напряжение на входе, В	Величина номинального электротока, А	Масса, кг	Цена, руб.
ОРСЗ-400	400	220	1,8	7	9600
ОРСЗ-1000	1000	220	4,5	15	11500
ОРСЗ-3000	3000	220	13,6	28	19900
ОРСЗ-15000	15000	220	68	70	66000

Использование разделительных трансформаторов позволяет добиться высокого уровня безопасности в помещениях, где к эксплуатации электрических сетей предъявляются особые требования. Пользователь может подобрать устройство с необходимыми характеристиками, учитывая финансовые возможности и параметры предполагаемой эксплуатации.

Источник

Как устройство защищает электроприборы

Наши жилища наполнены бытовой техникой и аппаратурой, которые подключены к электросети. Сами по себе электроприборы безопасны в обращении, что обеспечено производителями еще при их изготовлении и гарантируется соответствующими сертификатами качества.

Однако ряд неблагоприятных факторов, воздействующих на приборы и сетевую проводку в каждом отдельном помещении, способен ухудшить их изоляцию и создать условия для прохождения тока через человеческое тело, что приведет к электротравме. К таким факторам относятся:

высокая температура;
влажность в воздухе и в местах прохождения проводки;
наличие металлоизделий с неустойчивым заземлением;
механические повреждения изоляции.

При утечке электротока напряжение появляется на металлических поверхностях не только самих приборов, но и на трубопроводах или на других металлических предметах, окружающих пользователя.

Наиболее высока вероятность поражения током в ванной. Поскольку в ней присутствуют все негативные факторы воздействия на изоляцию.

Поражений от электрического тока удается избежать применением защитных мер. Это надежное заземление корпусов электроприборов, чтобы в случае случайных пробоев изоляции опасные токи проходили через цепи заземления.

Также защищаются использованием УЗО или дифференциальных автоматов во входных цепях подключения нагрузки, отключающих сеть в случае возникновения утечек на землю.

Такие меры защиты основаны на том, что земля для всех потребителей электроэнергии является частью электрической цепи. Защитное электрическое заземление просто шунтирует контур, который может возникнуть между фазой, случайно попавшей на корпус электрооборудования и землей через человеческое тело при случайном соприкосновении.

Интересно почитать: как собрать катушку тесла самостоятельно.

Другим способом защиты будет исключить связь земли с электрической сетью и достичь этого удается путем полной гальванической развязки первичных и вторичных электрических сетей. Добиваются этого путем применения безопасных разделительных трансформаторов, устройства которых коснемся ниже.

Специфика некоторых бытовых приборов типа стиральной машины или фена требует постоянного их подключения к энергосети в условиях повышенной влажности, что повышает степень риска поражения током от неисправного прибора или пробитой проводки.

Случайные прикосновения к проводящим фазам и к нулевому проводу приведут к трагическим последствиям. Напряжение 220 В из питающей энергосети формируется по схеме соединения всех трех цепей при разности потенциала 380 В между ними с нулевым проводом, который соединен (заземлен, как принято говорить в обиходе) с потенциалом в землю.

Такая схема предопределяет наличие фазного напряжения между каждым из трех сетевых линейных проводов (в просторечии именуемых фазами) и нулевым (нейтральным) — землей. При нарушенной изоляции проводника фазное напряжение переходит на корпус бытового прибора.

Одновременное касание пользователем такого «пробитого» корпуса и заземленных металлических предметов типа батарей отопления, смесителя или водопроводного крана провоцирует прохождение электротока через человеческий организм со всеми травматическими последствиями.

Перегрузочная способность

Иногда это бывает важно. Мы посчитали трансформатор на плотность тока 2.8 А/ммг для сокращения падения напряжения на обмотке и увеличения КПД

Однако, рабочим значением плотности тока для него является и 3,2 Д/мм^2, на которую посчитано большинство трансформаторов .

При такой плотности тока в проводе диаметром 1,06 мм рабочий ток составит 2,8 А. При номинальном напряжении в сети 220 В, мощность трансформатора составит 616 Вт, а при напряжении сети 230 В, соответственно, 644 Вт, Взяв среднее значение 630 Вт. в расчете на равномерное распределение нагрузки между выходными напряжениями, будем иметь в виду, что наш 500-ваттный трансформатор в экстренном случае потянет на 130 Вт больше, однако будет немного греться.

А уж подключить к нему, полностью нагруженному на 500 Вт, еще осциллограф и паяльник на время настройки аппаратуры — нет никакой проблемы!

С. Комаров, UA3ALW. г. Москва. РМ-06-17.

Литература:

Комаров С, Передающий комплекс Индивидуального радиовещания. — Радио, 2015. № 9. стр. 21-26,
ТУ 16.705.1 10-79. Провода круглые с эмалевой изоляцией на основе полиэфиров.
Трансформаторы ТА, ТН, ТАН, ТПП на частоту 50 Гц по 0100.471.001 ТУ.
С.Комаров, UA3ALW. Правильный расчёт силового трансформатора. — Радиомир, 2021. №3, стр. 34-36.
ГОСТ 24011-80. Магнитопроводы леі-почные кольцевые. Конструкция и размеры.
ГОСТ 23436-83, Бумага кабельная, Технические условия,
ГОСТ 28034-89, Лакоткани электроизоляционные. Общие технические требования.

Принцип действия устройства

Функционирование разделительного понижающего трансформатора низкого напряжения основано на эффекте гальванической развязки. Технически, это реализовано в виде автономного функционирования обеих катушек. Катушки устройства разделены физически, то есть не соприкасаются между собой.

Это обеспечивает безопасную эксплуатацию при условии, что контуры не будут закорочены в результате механического воздействия. Чтобы полностью исключить возможность контакта обмотки изолируют несколькими слоями высококачественной изоляции.

Проходя через первичную обмотку, ток индуцирует электроэнергию во вторичной катушке, к которой и подключаются цепи с потребляющим оборудованием. Вторичная обмотка РТ или устройства к ней присоединенные не могут иметь контакта с землей или нейтралью.

Будет интересно➡ Режим холостого хода для трансформаторов

Значительное повышение безопасности эксплуатации даже при возникновении пробоя на корпусе. При такой схеме пробой не станет причиной перегрузки цепи по току, а само устройство останется полностью функциональным.

При контакте человека с электроприбором под аварийным напряжением, подключенным через разделительный трансформатор, не произойдет фатального поражения током утечки. Так как он не превысит опасного для жизни уровня.

Одной из эксплуатационных особенностей разделительных трансформаторов напряжения является коэффициент преобразования равный единице у большинства используемых моделей. Таким образом, как входное, так и выходное напряжение равно одной и той же величине – 220 или 380 В.

При расчетах необходимо учитывать затраты энергии на функционирование устройства, так как КПД большинства моделей находится в диапазоне 70-85%.

Серия AVR 2

Устройства этой серии стали самыми умными среди всех систем Torus. Серия AVR2 включает в себя функционал моделей AVR с расширенными функциями Ethernet-управления и мониторинга, высокой степенью производительности и защитой. Здесь, как и в других продуктах Torus Power, работает фильтрация NBT, имеется подавление скачков SMSS, регулировка напряжения AVR.

Под расширенными функциями управления производитель подразумевает возможность назначать отдельные группы розеток, задавать расписание работы прибора, задержку включения и т.д.

Серии AVR и AVR2 идеально подойдут для использования в инсталляционном бизнесе.

Виды приборов

На данный момент в электротехнике большинство трансформаторов обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей. Несмотря на то, что “классическое” определение разделительного трансформатора подразумевает неизменность величины трансформируемого параметра (напряжения) фактически все виды и типы являются разделительными. В зависимости от назначения различают трансформаторы нескольких видов.

Токовые

Чаще всего используется для подключения цепей, на которые установлены измерительных, регистрирующих приборов (электросчетчики, амперметры) и защитных реле.

Импульсные

Преобразует получаемый сигнал в прямоугольный импульс. Используется для предотвращения высокочастотных помех.

Силовые

Конструкция, чаще всего, состоит из нескольких вторичных обмоток, преобразующих входящий электрический импульс с одной системой напряжения в несколько исходящих с другими параметрами системы напряжения.

Пик-трансформаторы

Используются для преобразования синусоидальной составляющей напряжения. Основное назначение – предотвращение помех в цепях с аппаратурой для оцифровки.

Некоторые источники выделяют портативные разделительные преобразователи в отдельную категорию. Следует отметить, что габаритные размеры в техническом исполнении устройства различного типа не играют ключевой роли.

Конструкция развязывающего трансформатора

Возможен также вариант со специальным защитным экраном, установленным в дополнение к основной изоляции. Число витков, а также толщина монтажного провода будет одинаковой. Именно тогда коэффициент трансформации становится равен единице. Благодаря усиленной изоляции и междуобмоточному экрану создаётся гальваническая развязка, и потребитель оказывается полностью отделённым от земли. Существуют также другие разновидности развязывающих трансформаторов:

понижающие для питания фонарей;
автоматические;
импульсные;
пиковые;
измерительные;
высокочастотные;
силовые.

Конструктивные особенности

Разные виды разделительных трансформаторов могут быть как стационарными, так и портативными. Чаще всего портативные устройства имеют дополнительную защиту от внешнего воздействия и используются в экстремальных условиях эксплуатации, на открытой местности.

Автоматические трансформаторы не являются разделительными, так как в их конструкции реализован иной принцип расположения первичной и вторичной обмотки.

Они соединяются в одну, что образует кроме электромагнитной, прямую электрическую связь. Разрабатываются РТ узконаправленного использования. К примеру, для больниц и лабораторий.

Так называемые медицинские разделительные трансформаторы используются для обеспечения электроснабжение с точно определенными параметрами чувствительных приборов, установленных в реанимации, операционных различных биологических, химических и медицинских лабораториях.

Материал в тему: интересная информация о понижающих трансформаторах.

Предназначение бытовых трансформаторных разделителей

Кардинальным решением в части обеспечения электробезопасности в помещениях, подобным ванной или подвалам, является запрет на установку в них розеток, соединяющихся непосредственно с питающей электросетью.

В этом случае недалеко от розетки устанавливается разделительный трансформатор (РТ), задача которого состоит не в преобразовании напряжения в сторону повышения или понижения, а всего лишь изолировать использующий сетевую электроэнергию прибор от самой сети.

В целях безопасного пользования той же розеткой в ванной РТ обмоткой первичной запитывается от энергосети 220 В, а своей обмоткой вторичной присоединен к розетке. Таким образом осуществляется гальваническая развязка системы питающей энергосети и прибора пользования. Принцип работы РТ иллюстрирует условная схема его подключения и приборов пользования.

Вторичную обмотку РТ и подсоединенные приборы заземлять запрещено! Заземляется только кожух (корпус) трансформатора.

Способ подключения

Типовая схема выглядит так: первичная обмотка присоединяется к электрической сети через устройство защитного отключения (УЗО), предотвращающее утечку тока. Требующий защиты прибор подсоединяется ко вторичной обмотке, образующей изолированный контур. Она, а также корпус потребителя не должны заземляться. Остальные приборы можно подсоединять напрямую к первичной цепи через устройство защитного отключения. Заземление их корпусов при этом допускается.
Таким образом, с помощью разделительных трансформаторов можно подводить питание в те места, где использование обычной электрической сети может быть небезопасным. Действие элементарных правил безопасности при этом не отменяется. Например, нельзя умышленно прикасаться к самим клеммам. Через них течёт такой же ток, как и в первичной цепи, что может стать причиной серьёзной электротравмы. Установка развязывающих трансформаторов должна осуществляться квалифицированными специалистами.

Применение трансформаторных разделителей

Устройство разделительного трансформатора выполнено в полной аналогии с компоновкой основных функциональных элементов в преобразователях напряжения повышающего или понижающего характера работы.

Так же на магнитопроводе установлены первичная и вторичная обмотки с одинаковыми характеристиками намотки, по таким же законам электромагнитной индукции происходит преобразование электроэнергии переменного тока от первичной обмотки на вторичную.

Поскольку параметры напряжения выходной цепи повторяют аналогичные характеристики поданного на первичку сетевого напряжения, векторы напряжения в цепях практически совпадают.

Главное конструктивное отличие РТ от других трансформаторов заключается в тщательной электрической изоляции обмоток друг от друга. Связь между ними только магнитная за счет магнитного потока в магнитопроводе.

Будет интересно➡ Что такое импульсный трансформатор и как его рассчитать

Такой способ передачи энергии между цепями без непосредственного электрического контакта называется гальванической развязкой. При этом вторичная цепь трансформатора не заземлена! Внезапный электрический пробой не вызовет перегрузки по току, ток утечки при случайном соприкосновении человека с оборудованием, находящимся под нагрузкой, не превысит пороговых опасных значений.

Что такое изолирующий трансформатор

Изолированный трансформатор это агрегат, преобразующий переменный ток и напряжение. Коэффициент трансформации равняется единице. Это означает, что число витков на первичной и вторичной обмотках равняется единице. Таким образом, на входе и выходе присутствует идентичное напряжение.
Между собой обмотки не связаны, они разделены двойной или тройной изоляцией, либо между ними помещается экран. Вторичная цепь изолирована от контура заземления.

Благодаря применению аппарата, можно избежать поломки бытового и промышленного оборудования от скачков напряжения, а также защитить человека от поражения током.

Характеристики устройства

По своей сути разделительный трансформатор напоминает понижающий трансформатор обыкновенного электрического прибора, состоящий из первичной и одной (нескольких) вторичных обмоток. Витки первичных обмоток таких трансформаторов отделяются гальванической изоляцией от вторичных, правда, при возникновении аварийных ситуаций, например при перегреве, разрушении изоляции или замыкании обмоток не исключалась появление фазы во вторичных цепях. Основные характеристики разделительных трансформаторов приведены на рисунке ниже.

Разделительные трансформаторы имеют коэффициент трансформации равный единице, обеспечиваемый идентичными по параметрам обмотками. А его главной особенностью является надежное гальваническое разделение обмоток.

Реализовано это применением усиленной или двойной изоляции, наиболее надежным вариантом считают развязку первичной и вторичной обмоток посредством намотки на разных катушках, смонтированных на едином магнитопроводе. КПД разделительных трансформаторов приближается к 85%, но это достойная плата за электробезопасность, недаром такие устройства называют трансформаторами безопасности.

Вероятность пострадать от вторичных напряжений в сети, работающей от разделительного трансформатора, минимизируется. Конечно же, опасность поражения электрическим током сохраняется в случае прикосновения к обоим проводам сети (понятие ноль или фаза в данной цепи неприменимы), но каждый в отдельности по отношению к земле нейтрален и поэтому опасности для жизни человека не представляет.

Промышленный разделительный трансформатор в корпусе представляет собой законченную щитовую конструкцию с трансформатором (или несколькими трансформаторами), рубильником по входу, автоматами защиты, с индикацией сети, с клеммной колодкой для подсоединения кабеля.

Гальваническая развязка, создаваемая РТ между входящей силовой системой и цепью потребительской нагрузки, обеспечивает надежную защиту для пользователей в быту и обслуживающего персонала на производстве. В модельный ряд входят в качестве базовых конструкций:

трансформатор однофазный разделительный;
трансформатор трехфазный сухой разделительный.

Какую модель выбрать для установки у себя в квартире или в отдельно стоящей постройке, уже выбирает владелец жилья в соответствии с рекомендациями специалистов. Трансформаторы выпускаются на различные виды напряжения. В числе прочих наиболее часто встречаются типовые комбинации:

разделительный трансформатор входное 380/220В – выходное 380/220В
разделительный трансформатор входное 380/220В – выходное 220/127В
разделительный трансформатор входное 220В – выходное 220В
разделительный трансформатор входное 220В – выходное 36В
разделительный трансформатор входное 220В – выходное 24В
разделительный трансформатор входное 220В – выходное 12В

В таблице 1 и 2 приведены основные характеристики трехфазных разделительных трансформаторов 380/380В и 380/220В и однофазных разделительных трансформаторов 220-220В.

Схемы включения обмоток для трехфазных трансформаторов в комбинациях вход/выход:

звезда
треугольник
зигзаг

В процессе эксплуатации трансформатора может возникнуть ситуация срабатывания термовыключателя при превышении температуры трансформатора выше 125 градусов С. В этом случае трансформатор выключается. Данная ситуация может произойти при перегрузке трансформатора или превышении входного напряжения сети. При правильной эксплуатации трансформатор возобновляет работоспособность примерно через 20 мин.

Комплектация медицинского трансформатора

Силовое оборудование медицинского трансформатора производится в виде напольного блочного агрегата, представляющего собой цельную щитовую конструкцию.

Для изготовления всех элементов корпуса разделительного медицинского трансформатора используется высокопрочная нержавеющая сталь, поверхность которой обрабатывается стойким к износу полимерным составом.

Данная техника сертифицируется согласно ГОСТ 50571.28, ГОСТ 30030-93 и соответствует нормативам инструкции РТМ 42-2-80. В стандартную комплектацию однофазного устройства включается ряд следующих компонентов:

трансформатор;
входная и выходная автоматика;
система плавного пуска;
индикаторы нормального и аварийного режима работы;
система для контроля нагрузок, температуры и изоляции;
РЕ шина.

Соответственно, трехфазные изделия – это набор из трех трансформаторов.

Техника, обслуживающая особо ответственные объекты, требует сверхнадежного и качественного сервиса. Поэтому к ней можно подключать до шести пультов ПДК, размещаемых в разных точках, реализующих комфортный доступ и работу специалистов.

Посты дистанционного контроля комплектуются световыми и аудио индикаторами, показатели которых отражают работу станции, а также дисплеями для наблюдения за нагрузочными величинами. По желанию заказчика пульты управления ПДК выпускаются в двух модификациях – навесной и встроенной.

Первый вариант поста ПДК для медицинских разделительных трансформаторов имеет накладной пластиковый корпус и подключается посредством провода, проходящего через дальнюю стенку. Встраиваемый пульт имеет металлический корпус, который вставляется в настенную нишу и рассчитан на обработку санитарными растворами.

Также в комплектации силовых установок предусмотрен выход для синхронизации с системой SCADA («Умная больница»). Для монтажа трансформаторного оборудования в медучреждениях используются следующие площади: подсобные электрощитовые пространства, ниши коридоров, палаты интенсивной терапии или хирургические операционные.

Читать также:

Разделительные трансформаторы 220V на 220V
Принцип действия трансформаторов безопасности
Как самому сделать бытовой разделительный трансформатор

Преимущества и область применения

Изолирующие трансформаторы получили широкое применение практически во всех сферах электротехники. Они предоставляют пользователю широкий спектр специфических преимуществ в зависимости от отрасли, где они используются:

устройства с коэффициентом трансформации 1:1 применяются в электросетях переменного тока без необходимости дополнительного заземления и изоляции периферийного оборудования;
изоляция цепей постоянного тока в линиях связи. В случае необходимости использования усилителей сигнала применение РТ дает возможность отделить постоянный ток для подключения усилителя от компонентов информационного электроимпульса;
повышение безопасности эксплуатации электрооборудования. Минимизирует риск фатального поражения электрическим током, отделяя пользователь или оператора от высокомощных источников;
при тестировании, сервисном обслуживании или ремонте оборудования дает возможность проводить работы на включённых устройствах. При этом используются разделительные трансформаторы с коэффициентом 1:1, но имеющие небольшую мощность напряжения вторичной цепи;
отфильтровывают (отсекают вне рабочего диапазона) искаженную синусоидальную форму напряжения, приводя ее к правильной. Снижают негативное влияние широтно-импульсных модуляций;
нейтрализует широкий спектр шумов, образующихся при подключении аудиоустройств (усилителей) к динамикам.

Будет интересно➡ Устройство тороидального трансформатора и его преимущества

Использование разделительных трансформаторов обусловлено эксплуатационными требованиями и спецификой применения электросетей:

Высокая влажность или присутствие воды в помещении, наличие металлических изделий без заземления либо со слабым заземлением: ванные и душевые комнаты, силовые коммутационные шкафы, расположенные на улице, кабельные колодцы, подвалы и полуподвалы.
Удалённые посты слежения, измерения и контроля в медицинских учреждениях, дата и колл-центрах, а также других учреждениях, где необходимо повышение уровня защиты персонала и безопасности эксплуатации оборудования.
Эксплуатация электроинструмента и оборудования, относящегося к первому классу безопасности.

Установка эксплуатации электрических приборов через разделительный трансформатор необходима в следующих случаях:

при подключении устройств электропотребления, не имеющих потенциала заземления;
в импульсных электросетях, требующих повышения показателей изоляции. В особенности в медицинском и лабораторном оборудовании;
при лабораторных испытаниях электрических и электронных устройств для обеспечения безопасности персонала.

При использовании разделительного трансформатора также необходимо применять для эксплуатируемой цепи устройство защитного отключения (УЗО). Несмотря на высокую надежность и безопасность возможны случаи повреждения изоляции.

При этом потенциал может быть выведен на корпус устройства и появится вероятность поражения электрическим током, если коснуться корпуса и металлического проводника, связанного с землёй. Именно поэтому разделительные трансформаторы рекомендуется подключать через УЗО. Трансформатор разделительный однофазный в зависимости от его конструкции, можно использовать в следующих случаях:

При наличии крепежных пластин и открытых клеммных колодок. Установка в монтажный шкаф. При этом может быть реализована вертикальная или горизонтальная схема установки или специальные крепежи для монтажа на din-рейку.
При отсутствии клеммных колодок – выведение вторичной обмотки через ответвление кабеля. Применяется как составная часть электрооборудования, установок любого назначения.
Переносной вариант при наличии корпуса, розетки и выключателя. Дополнительно может быть доукомплектован кабелем (удлинителем).

Трёхфазный разделительный трансформатор – фактически является тремя однофазными устройствами, установленными на одной монтажной планке:

открытый вариант как горизонтального и вертикального расположения с соединением в звезду или треугольник;
расположение элементов в корпусе, в том числе герметичном.
Разделительный трансформатор является нужным и полезным устройством, особенно в домашней мастерской. Его можно использовать в режиме пониженного переменного напряжения для проверки высоковольтных устройств.

К примеру, подключение схемы на 220 V к источнику питания на 36V позволит безбоязненно прослеживать протекание в тестируемых цепях тока.

При этом допускается использование любых унифицированных разделительных трансформаторов, так как современные электронные устройства не отличается большим потреблением.

Полезно узнать: как собрать повышающий трансформатор самостоятельно.

Трансформаторы (с выпрямителем или без него)

Сердце трансформатора — сердечник. Он набирается из пластин трансформаторной стали, изготовить которые вручную довольно проблематично. Правдами и неправдами исходный материал добывается на заводах, в строительных бригадах, на пунктах сбора металлолома. Полученная конструкция (как правило, в виде прямоугольника) должна иметь сечение не меньше, чем 55 см². Это довольно тяжелая конструкция, особенно после укладки обмоток.

При сборке обязательно надо предусмотреть регулировочный винт, с помощью которого можно двигать вторичную обмотку относительно неподвижной первички.

Чтобы не вдаваться в сложности расчетов сечения проводов, возьмем типовые параметры:

сила тока на вторичке 100–150 А;
напряжение холостого хода 60–65 вольт;
рабочее напряжение при сварке 18–25 вольт;
сила тока на первичной обмотке до 25 А.

Исходя из этого, сечение провода первички должно быть не менее 5 мм², если делать с запасом — можно взять провод 6–7 мм². Изоляция должна быть жаростойкой, из материала, не поддерживающего горение.

Вторичная обмотка набирается из провода (а лучше медной шины), сечением 30 мм². Изоляция тряпичная. Пусть толщина вас не пугает, количество витков на вторичке небольшое.

Количество витков первичной обмотки определяется по коэффициенту 0.9–1 виток на вольт (для наших параметров).

Формула выглядит так:

W(количество витков) = U(напряжение) / коэффициент.

То есть, при напряжении в сети 200–210 вольт, это будет порядка 230–250 витков.

Соответственно, при напряжении вторички 60–65 вольт, количество ее витков составит 67–70.

С технической точки зрения трансформатор готов. Для удобства использования рекомендуется выполнить небольшой запас по вторичной обмотке, с несколькими ответвлениями (на 65, 70, 80 витках). Это позволит уверенно работать в местах с пониженным напряжением сети.

Прятать агрегат в корпус, или оставлять открытым — это вопрос безопасности использования. Типовой изготовленный сварочный трансформатор своими руками выглядит так:

Оптимальный материал для корпуса — текстолит 10–15 мм.

Добавляем выпрямитель

Самодельный мощный сварочный трансформатор с точки зрения схемотехники — обычный блок питания. Соответственно выпрямитель устроен так же просто, как в сетевом заряднике для мобильного телефона. Только элементная база будет выглядеть на несколько порядков массивнее.

Как правило, в простую схему из диодного моста добавляют пару конденсаторов, гасящих импульсы выпрямленного тока.

Можно собрать выпрямитель и без них, но чем ровнее ток, тем качественней получается сварочный шов. Для сборки собственно моста применяются мощные диоды типа Д161–250(320). Поскольку при нагрузке на элементах выделяется много тепла, его нужно рассеивать с помощью радиаторов. Диоды крепятся к ним с помощью болтового соединения и термопасты.

Разумеется, ребра радиаторов должны либо обдуваться вентилятором, либо выступать над корпусом. Иначе вместо охлаждения они будут греть трансформатор.

Мини сварочный трансформатор

Если вам не нужно варить рельсы или швеллера из стали 4–5 мм, можно собрать компактный сварочник для спайки стальной проволоки (изготовление каркасов для самоделок) или сварки тонкой жести. Для этого можно взять готовый трансформатор от мощного бытового прибора (идеальный вариант — микроволновка), и перемотать вторичную обмотку. Сечение провода 15–20 мм², потребляемая мощность не более 2–3 кВт.

Расчет схемы производится также, как и для более мощных агрегатов. При сборке выпрямителя можно использовать менее мощные диоды.

Микросварочник

Если сфера применения ограничена спайкой медных проводов (например, при монтаже распределительных коробок), можно ограничиться конструкцией размером с пару спичечных коробков.

Выполняется на транзисторе КТ835 (837). Трансформатор изготавливается самостоятельно. Фактически — это высокочастотный повышающий преобразователь.

Трансформатор мотаем на ферритовом стержне. Две первичные обмотки: коллекторная (20 витком 1 мм), базовая (5 витков 0.5 мм). Вторичная (повышающая) обмотка — 500 витков 0.15 проволоки.

Собираем схему, припаиваем по схеме резисторную обвязку (чтобы трансформатор не перегревался на холостом ходу), аппарат готов. Питание от 12 до 24 вольт, с помощью такого аппарата можно сваривать жгуты проводов, резать тонкую сталь, соединять металлы толщиной до 1 мм.

В качестве сварочных электродов можно использовать толстую швейную иглу.

Примеры использования

Применение разделительных трансформаторов обязательно в помещениях повышенной опасности. Типичный пример – ванная комната, где использование обычной электросети ограничено:

высокой влажностью воздуха;
возможностью попадания воды на токоведущие части;
наличием металлических предметов с неустойчивым заземлением.

При проведении временных работ в особо опасных помещениях допускается использование переносных трансформаторов безопасности. Благодаря медицинскому разделительному трансформатору появляется возможность создания специальных IT- сетей, обязательных для питания помещений 2 группы (реанимационные отделения, операционные), полностью безопасных как для пациентов, так и для медицинского персонала.

Номинальная мощность однофазных трансформаторов для таких сетей может лежать в пределах 0.5 – 10 кВт. При необходимости используются трехфазные разделительные трансформаторы. В видеоролике представлена информация о разделительном трансформаторе самостоятельной сборки.

Центростремительный реактивный турбодетандер

Турбодетандеры — лопаточные машины непрерывного действия, в которых поток проходит через неподвижные направляющие каналы (сопла), преобразующие часть потенциальной энергии газа в кинетическую, и систему вращающихся лопаточных каналов ротора, где энергия потока преобразуется в механическую работу, в результате чего происходит охлаждение газа.

Они делятся по направлению движения потока на центростремительные, центробежные и осевые; по степени расширения газа в соплах — на активные и реактивные; по числу ступеней расширения — на одно- и многоступенчатые. Наиболее распространён реактивный одноступенчатый центростремительный детандер разработанный П. Л. Капицей. Торможение турбинных детандеров осуществляется электрогенератором, гидротормозом, нагнетателем, насосом.

Турбодетандеры применяются главным образом в установках с холодильным циклом низкого давления 0,4-0,8 Мн/м2

(4-8
кгс/см2
) для объёмных (физических) расходов газа 40-4000
м3/ч
. Созданы турбодетандеры для холодильных циклов низкого, среднего и высокого давлений с объёмными расходами газа 1,5-40
м3/ч
. Эти машины характеризуются малыми размерами (диаметр рабочего колеса 10-40
мм
) и высокой частотой вращения ротора (100000-500000
об/мин
).

Источник