Назначение и принцип действия трансформатора


СОДЕРЖАНИЕ:

Трансформатор напряжения

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 20 января 2020 · Обновлено 29 августа 2020

Своим появлением трансформатор обязан английскому ученому Майклу Фарадею. В 1831 году физик описал явление, которое назвал «электромагнитная индукция». Оно заключается в том, что в близко расположенных катушках (обмотках) проявляется ярко выраженная

электромагнитная взаимосвязь. То есть, если в первой катушке (первичной обмотке) создать переменный ток, то во второй катушке (вторичной обмотке) возбуждается напряжение с аналогичной частотой и мощностью, зависящей от многих параметров, которые рассмотрим далее.

Трансформаторы напряжения назначение и принцип действия

Трансформаторы напряжения предназначены для преобразования энергии источника напряжения в напряжение с нужным нам значением (амплитудой). Нужно заметить, что такие трансформаторы работают только с переменным напряжением и его частота остается неизменной.

Для чего нужен трансформатор напряжения?

Трансформаторы напряжения, в силу своей универсальности, необходимы в блоках питания, устройствах обработки сигналов, передающих устройствах, аппаратах передачи электроэнергии и во многом другом оборудовании.

По коэффициенту трансформации эти устройства могут делиться на 3 типа:

  1. трансформатор напряжения понижающий – на выходе устройства напряжение ниже входного (n>1), например, применяется в блоках питания;
  2. повышающий трансформатор – на выходе устройства напряжение выше, чем напряжение на входе (n Как работает трансформатор напряжения?

После того, как в первичной обмотке появится переменное напряжение U1, в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф, который возбуждает напряжение во вторичной обмотке U2. Это наиболее простое и краткое описание принципа работы трансформатора напряжения.

Самым главным параметром трансформаторов является «коэффициент трансформации» и обозначается латинской «n». Он вычисляется делением напряжение в первичной обмотке на напряжение во вторичной обмотке или количества витков в первой катушки на количество витков во второй катушке.

Этот коэффициент позволяет рассчитать необходимые параметры вашего трансформатора для выбранного устройства. Например, если первичная обмотка имеет 2000 витков, а вторичная -100 витков, то n=20. При напряжении сети 240 вольт, на выходе устройства должно быть 12 вольт. Так же, можно определить количество витков при заданных, входном и выходном, напряжениях.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

По определению эти устройства предназначены для работы с разными электрическими величинами, как основными и соответственно, схемы включения будут различными. Например, трансформатор тока питается от источника тока и не работает, даже может выйти из строя, если его обмотки не нагружены и через них не идет электрический ток. Трансформатор напряжения питаются от источников напряжения и, наоборот, не может долго работать в режиме с большими токовыми нагрузками.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

При эксплуатации оборудования с высокими рабочими напряжениями и большими токами потребления встает вопрос их измерения и контроля. Здесь на помощь приходят измерительные трансформаторы. Они обеспечивают гальваническую развязку измерительного оборудования от цепей с повышенной опасностью и снижение измеряемой величины до уровня, необходимого для замеров.

Дополнительная информация

Прежде чем покупать трансформатор напряжение, нужно проанализировать все требования, выдвигаемые к устройству. Необходимо учитывать не только рабочие напряжения, но и токи нагрузки при использовании трансформатора в различных приборах.

Трансформаторы напряжения можно изготовить самому, но если вам нужен простой бытовой трансформатор с напряжением на 220 вольт и понижением до 12 вольт, то лучше его приобрести. Сколько стоят трансформаторы напряжения можно узнать на любом интернет-сайте, как правило, на бытовые понижающие трансформаторы напряжения цены не очень высоки.

Трансформаторы. Назначение, принцип действия и устройство однофазного трансформатора

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Трансформаторы широко используются в промышленности и быту для различных целей.

Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-24 кВ, а передавать электроэнергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500, и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения.

Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населёнными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям, при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех распределительных узлах должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение до величины 220, 380 и 660 В (рис. 1.1)

Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входе преобразователя. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются преобразовательными.

Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др.

Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры, устройств связи и автоматики, электробытовых приборов, для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств, для согласования напряжения и пр.

Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопастности. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются измерительными.

Классификацию трансформаторов можно произвести по нескольким признакам:

1. По назначению трансформаторы разделяют на силовые общего и специального применения. Силовые трансформаторы общего применения используются в линиях передачи и распределения электроэнергии. Для режима их работы характерна частота переменного тока 50 Гц и очень малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных значений. К трансформаторам специального назначения относятся силовые специальные (печные, выпрямительные, сварочные, радиотрансформаторы), измерительные и испытательные трансформаторы, трансформаторы для преобразования числа фаз, формы кривой ЭДС, частоты и т.д.2. По виду охлаждения – с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным (масляные трансформаторы) охлаждением.3. По числу фаз на первичной стороне – однофазные и трёхфазные.4. По форме магнитопровода – стержневые, броневые, тороидальные.5. По числу обмоток на фазу – двухобмоточные, трёхобмоточные, многообмоточные (более трёх обмоток).6. По конструкции обмоток – с концентрическими и чередующимися (дисковыми) обмотками.

Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток (рис. 1.2), размещенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала.

Если пренебречь падениями напряжения в обмотках трансформатора, которые обычно не превышают 3-5 % от номинальных значений U1 и U2, и считать E1≈U1 и E2≈U2, то получим(1.2)U1 / U2 ≈ w1 / w2 .

Следовательно, подбирая соответствующим образом числа витков обмоток, при заданном напряжении U1 можно получить желаемое напряжение U2. Если необходимо повысить вторичное напряжение, то число витков w2 берут больше числа w1; такой трансформатор называют повышающим. Если требуется уменьшить напряжение U2, то число витков w2 берут меньшим w1; такой трансформатор называют понижающим.

Отношение ЭДС Eвн обмотки высшего напряжения к ЭДС Енн обмотки низшего напряжения (или отношение их чисел витков) называют коэффициентом трансформации(1.3)

. Коэффициент n всегда больше единицы.

В системах передачи и распределения энергии в ряде случаев применяют трёхобмоточные трансформаторы, а в устройствах радиоэлектроники и автоматики – многообмоточные трансформаторы. В таких трансформаторах на магнитопроводе размещают три или большее число изолированных друг от друга обмоток, что даёт возможность при питании одной из обмоток получать два или большее число различных напряжений (U2, U3, U4 и т.д.) для электроснабжения двух или большего числа групп потребителей. В трехобмоточных силовых трансформаторах различают обмотки высшего, низшего и среднего (СН) напряжения.

В трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность же остаётся приблизительно постоянной (она несколько уменьшается из-за внутренних потерь энергии в трансформаторе).

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если первичную обмотку трансформатора подключить к источнику постоянного тока, то в его магнитопроводе образуется магнитный поток, постоянный во времени по величине и направлению. Поэтому в первичной и вторичной обмотках в установившемся режиме не индуцируются ЭДС, а, следовательно, не передаётся электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Такой режим опасен для трансформатора, так как из-за отсутствия ЭДС E1 в первичной обмотке ток I1 = U1 / R1 весьма большой.

Важным свойством трансформатора, используемым в устройствах автоматики и радиоэлектроники, является способность его преобразовывать сопротивление нагрузки. Если к источнику переменного тока подключить нагрузку с сопротивлением R через трансформатор с коэффициентом трансформации n, то для цепи источника(1.5)

,где: Р1 – мощность, потребляемая трансформатором от источника переменного тока, Вт;
– мощность, потребляемая нагрузкой с сопротивлением R от трансформатора.

Таким образом, трансформатор изменяет значение сопротивления нагрузки R в n 2 раз. Это свойство широко используется при разработке электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источников электрической энергии.

Магнитная система. В зависимости от конфигурации магнитной системы, трансформаторы подразделяют на стержневые (рис. 1.3, а), броневые (рис.1.3, б) и тороидальные (рис. 1.3, в).

Стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки (рис. 1.3; 2). Часть магнитопровода, на которой обмотки отсутствуют, называют ярмом (рис. 1.3; 1). Трансформаторы большой и средней мощности обычно выполняют стержневыми. Они имеют лучшие условия охлаждения и меньшую массу, чем броневые.

Для уменьшения потерь от вихревых токов, магнитопроводы трансформаторов собирают из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,28-0,5 мм при частоте 50 Гц.

Трансформаторы малой мощности и микротрансформаторы часто выполняют броневыми, так как они имеют более низкую стоимость по сравнению со стержневыми трансформаторами из-за меньшего числа катушек и упрощения сборки и изготовления. Применяют также и маломощные трансформаторы стержневого типа с одной или двумя катушками (рис. 1.3; 3). Преимущество тороидальных трансформаторов – отсутствие в магнитной системе (рис. 1.3; 4) воздушных зазоров, что значительно уменьшает магнитное сопротивление магнитопровода. В трансформаторах малой мощности магнитопровод собирают из штамповых пластин П-, Ш- и О- образной формы (рис. 1.4, а, б, в).

Широкое применение получили магнитопроводы, навитые из узкой ленты электротехнической стали или из специальных железоникелевых сплавов типа пермаллой. Их можно использовать для стержневых, броневых, тороидальных и трёхфазных трансформаторов (рис 1.4 г, д, е, ж).

Монолитность конструкции ленточного магнитопровода обеспечивается путём применения клеющих лаков и эмалей.

Для трансформаторов, работающих при частоте 400 и 500 Гц, магнитопроводы выполняют из специальных сортов электротехнической стали с малыми удельными потерями при повышенной частоте, а также из железоникелевых сплавов типа пермаллой, которые имеют большие начальную и максимальную магнитные проницаемости и позволяют получить магнитные поля с большой индукцией при сравнительно слабой напряжённости. Толщина листов составляет 0.2; 0,15; 0.1 и 0.08 мм. При частотах более10-20 кГц магнитопроводы прессуют из порошковых материалов (магнитодиэлектриков и ферритов).

Обмотки. В современных трансформаторах первичную (рис. 1.5; 1) и вторичную (рис. 1.5; 3, 4, 5) обмотки стремятся расположить для лучшей магнитной связи как можно ближе одну к другой. При этом на каждом стержне магнитопровода (рис. 1.5; 2) размещают обе обмотки либо концентрически – одну поверх другой (рис. 1.5 а), либо в виде нескольких дисковых катушек, чередующиеся по высоте стержня (рис. 1.5 б). В первом случае обмотки называют концентрическими, во втором – чередующимися. В силовых трансформаторах обычно применяют концентрические обмотки, причём ближе к стержням располагают обмотку НН, требующей меньшей изоляции относительно остова трансформатора, а снаружи – обмотку ВН.

В трансформаторах малой мощности и микротрансформаторах используют однослойные и многослойные обмотки из круглого провода с эмалевой или хлопчатобумажной изоляцией, которые наматывают на гильзу или на каркас из электрокартона (рис. 1.5; а); между слоями проводов прокладывают изоляцию из кабельной бумаги или ткани.

Рис.1.5В микротрансформаторах часто выполняют из алюминиевой фольги толщиной 30-20 мкм. Изоляцией здесь служит окисная плёнка фольги, которая обладае достаточной теплоёмкостью, теплопроводностью и может выдерживать рабочее напряжение до 100В.

Дата добавления: 2020-04-04 ; просмотров: 168 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

Виды трансформаторов. Где и для чего применяются?

Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня поговорим про виды трансформаторов, рассмотрим их общее устройство и принцип работы, узнаем где применяются. И так…

В энергетике и электротехнике постоянно требуется преобразование тока из одного состояния в другое. В этих процессах активно участвуют различные виды трансформаторов, представляющие собой электромагнитные статические устройства, без каких-либо подвижных частей. В основе их действия лежит электромагнитная индукция, посредством которой переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения. При этом частота остается неизменной, а потери мощности совсем незначительные.

Общее устройство и принцип работы

Каждый трансформатор оборудуется двумя или более обмотками, индуктивно связанными между собой. Они могут быть проволочными или ленточными, покрытыми изоляционным слоем. Обмотки наматываются на сердечник, он же магнитопровод, выполненный из мягких ферромагнитных материалов. При наличии одной обмотки, такое устройство называется автотрансформатором.

Принцип действия трансформатора довольно простой и понятный. На первичную обмотку устройства подается переменное напряжение, что приводит к течению в ней переменного тока. Этот переменный ток, в свою очередь, вызывает создание в магнитопроводе переменного магнитного потока. Под его воздействием в первичной и вторичной обмотках происходит наведение переменной электродвижущей силы (ЭДС). Когда вторичная обмотка замыкается на нагрузку, по ней также начинает течь переменный ток. Этот ток во вторичной системе отличается собственными параметрами. У него индивидуальные показатели тока и напряжения, количество фаз, частота и форма кривой напряжения.

В конструкцию простейшего силового трансформатора входит магнитопровод, изготавливаемый из ферромагнитных материалов, преимущественно из листовой электротехнической стали. На стержнях магнитопровода – сердечника располагаются первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка соединяется с источником переменного тока, а вторичная подключается к потребителю.

Типы трансформаторов

В соответствии со своими параметрами и характеристиками, все виды трансформаторов разделяются:

  • По количеству фаз могут быть одно- или трехфазными
  • В соответствии с числом обмоток, трансформаторы бывают двух- или трехобмоточными, а также двух- или трехобмоточными с расщепленной обмоткой
  • По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н)
  • По видам охлаждения – с естественным масляным охлаждением (М), с масляным охлаждением и воздушным дутьем (Д), принудительная циркуляция масляного охлаждения (Ц), сухие трансформаторы с воздушным охлаждением (С). Кроме того, существуют устройства без расширителей, для защиты которых используется азотная подушка.

Виды трансформаторов

Среди многообразных трансформаторных устройств чаще всего встречаются трансформаторы:

Силовые трансформаторы

Термином «силовой» определяют назначение, связанное с преобразованием высоких мощностей. Вызвано это тем, что большинство бытовых и производственных потребителей электрических сетей нуждаются в питании напряжением 380/220 вольт. Однако доставка его на большие расстояния связана с огромными потерями энергии, которые снижаются за счет использования высоковольтных линий.

Воздушные ЛЭП высокого напряжения соединяют в единую сеть подстанции с силовыми трансформаторами соответствующего класса.

Силовой трансформатор 110 кВ

А по другим линиям напряжение 6 или 10 кВ подводится к силовым трансформаторам, обеспечивающих питанием 380/220 вольт жилые комплексы и производственные предприятия.

Силовой мачтовый трансформатор 10 на 0,4 кВ

Измерительные трансформаторы

В этом классе работают два вида устройств, обеспечивающих в целях измерения параметров сети преобразования:

Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики периодически подвергают поверке на правильность измерения как величин, так и углов отклонения векторов тока и напряжения.

Трансформаторы тока

Главная особенность их устройства заключается в том, что они постоянно эксплуатируются в режиме короткого замыкания. У них вторичная обмотка полностью закорочена на маленькое сопротивление, а остальная конструкция приспособлена для такой работы.

Чтобы исключить аварийный режим входная мощность ограничивается специальным устройством первичной обмотки: в ней создается всего один виток, который не может создать при протекании по нему тока большого падения напряжения на обмотке и, соответственно, передать в магнитопровод высокую мощность.

Этот виток врезается непосредственно в силовую цепь, обеспечивая его последовательное подключение. У отдельных конструкций просто создается сквозное отверстие в сердечнике, через которое пропускают провод с первичным током.

Нагрузку вторичных цепей трансформатора тока, находящегося под напряжением, нельзя разрывать. Все провода и соединительные клеммы по этой причине изготавливаются с повышенной механической прочностью. В противном случае на разорванных концах сразу возникает высоковольтное напряжение, способное повредить вторичные цепи.

Благодаря работе трансформаторов тока создается возможность обеспечения постоянного контроля и анализа нагрузок, протекающих в электрической системе. Особенно это актуально на высоковольтном оборудовании.

Измерительные трансформаторы тока 110 кВ

Номинальные значения вторичных токов измерительных трансформаторов энергетики принимают в 5 ампер для оборудования до 110 кВ включительно и 1 А — выше.

Широкое применение трансформаторы тока нашли в измерительных приборах. За счет использования конструкции раздвижного магнитопровода удается быстро выполнять различные замеры без разрыва электрической цепи, что необходимо делать при использовании обычных амперметров.

Токовые клещи с раздвижным магнитопроводом трансформатора тока позволяют обхватить любой проводник с напряжением и замерить величину и угол вектора тока.

Трансформаторы напряжения

Отличительная особенность этих конструкций заключается в том, что они работают в режиме, близком к состоянию холостого хода, когда величина их выходной нагрузки невысокая. Они подключается к той системе напряжений, величина которой будет измеряться.

Измерительный трансформатор напряжения 110 кВ

Измерительные трансформаторы напряжения обеспечивают гальваническую развязку оборудования первичных и вторичных цепей, работают в каждой фазе высоковольтного оборудования.

Из них создают целые комплексы систем измерения, позволяющие фильтровать и выделять различные составляющие векторов напряжения, учет которых необходим для точной работы защит, блокировок, систем сигнализации.

За счет работы трансформаторов тока и напряжения снимают вектора вторичных величин, пропорциональные первичным в реальном масштабе времени. Это позволяет не только создавать цепи измерения и защит по току и напряжению, но и за счет математических преобразований векторов анализировать состояние мощностей и сопротивлений в действующей электрической системе.

Специальные виды трансформаторов

К этой группе относят:

  • разделительные
  • согласующие
  • высокочастотные
  • сварочные и другого типа трансформаторные устройства, созданные для выполнения специальных электрических задач

Разделительные трансформаторы

Размещение двух обмоток совершенно одинаковой конструкции на общем магнитопроводе позволяет из 220 вольт 50 герц на входе получать такое же напряжение на выходе.

Напрашивается вопрос: зачем делать такое преобразование? Ответ прост: в целях обеспечения электрической безопасности.

Разделительный трансформатор с системой контроля изоляции, тока нагрузки, температуры трансформатора

При пробое изоляционного слоя провода первичной схемы, на корпусе прибора появляется опасный потенциал, который по случайно сформированной цепи через землю способен поразить человека электрическим током, нанести ему электротравму.

Гальваническое разделение схемы позволяет оптимально использовать питание электрооборудования и в то же время исключает получение травм при пробоях изоляции вторичной схемы на корпус.

Поэтому разделительные трансформаторы широко используются там, где проведение работ с электроинструментом требует принятия дополнительных мер безопасности. Также они широко используются в медицинском оборудовании, допускающем непосредственный контакт с телом человека.

Высокочастотные трансформаторы

Отличаются от обычных материалом магнитопровода, который способен, в отличие от обычного трансформаторного железа, хорошо, без искажений передавать высокочастотные сигналы.

Используется в электротермии, в частности при индукционном нагреве в электротермических установках для высокочастотной сварки металлов, плавки, пайки, закалки и т.д.

Согласующие трансформаторы

Основное назначение — согласование сопротивлений разных частей в электронных схемах. Согласующие трансформаторы нашли широкое применение в антенных устройствах и конструкциях усилителей на электронных лампах звуковых частот.

Сварочные трансформаторы

Первичная обмотка создается с большим число витков, позволяющих нормально обрабатывать электрическую энергию с входным напряжением 220 или 380 вольт. Во вторичной обмотке число витков значительно меньше, а ток протекающий по ним высокий. Он может достигать тысяч ампер.

Поэтому толщина провода этой цепи выбирается повышенного поперечного сечения. Для управления сварочным током существует много различных способов.

Сварочные трансформаторы массово работают в промышленных установках и пользуются популярностью у любителей изготавливать различные самоделки своими руками.

Рассмотренные виды трансформаторов являются наиболее распространёнными. В электрических схемах работают и другие подобные устройства, выполняющие специальные задачи технологических процессов.

Силовые трансформаторы устройство и принцип действия

Транспортировка электрической энергии на большие расстояния неизбежно приводит к определенным потерям. Для того чтобы снизить потери, в системе передачи применяется свойство трансформации. С этой целью электрический ток проходит через трансформаторную подстанцию, с помощью которой осуществляется повышение амплитуды напряжения, подаваемого в ЛЭП для дальнейшей транспортировки.

Конечная точка ЛЭП подключается к вводу удаленной подстанции. Здесь выполняется снижение напряжения, после чего электричество распределяется среди потребителей. На обеих подстанциях установлены силовые трансформаторы, устройство и принцип действия которых позволяет преобразовывать электроэнергию большой мощности. Они отличаются особенностями устройства и техническими характеристиками.

Основные детали и системы силового трансформатора

Металлический корпус предназначен для размещения внутри него электрического оборудования трансформатора. Он представляет собой герметичный бак с крышкой, заполненный трансформаторным маслом. Такой сорт масла имеет высокие диэлектрические качества, с его помощью отводится тепло от деталей, подверженных значительным токовым нагрузкам.

Охлаждение трансформатора осуществляется с помощью гидравлической системы. Залив и слив масла производится с использованием задвижек и вкручивающихся пробок. Отбор масла для химического анализа производится через запорный вентиль, расположенный в нижней части бака.

Циркуляция масла в силовом трансформаторе происходит по двум контурам – внешнему и внутреннему. В состав внешнего контура входит радиатор, состоящий из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных между собой металлическими трубками. Нагретое масло проходит через магистрали охладителя, остывает и вновь поступает в бак. Внутри бака масло может циркулировать естественным путем или принудительно под действием давления, создаваемого насосами. Теплообмен значительно улучшается за счет специальных гофр, устанавливаемых на поверхности бака.

Важнейшим элементом силового трансформатора является его электрическая схема. Все ее элементы размещаются внутри корпуса. Верхняя и нижняя балки составляют остов, на котором крепятся все остальные детали. В состав схемы входит магнитопровод, обмотки высокого и низкого напряжения, высоковольтные и низковольтные отводы, регулировочные ответвления обмоток. В нижней части располагаются вводы высокого и низкого напряжения.

Основной функцией магнитопровода является снижение потерь магнитного потока, проходящего через обмотки. Для его изготовления используется специальные сорта электротехнической стали. Ток нагрузки протекает через обмотки фаз. Изоляция витков выполняется специальными сортами хлопчатобумажной ткани или кабельной бумаги. Механическая и электрическая прочность обмоточной изоляции повышается за счет пропитки поверхностей специальным лаком. Подключение обмоток может выполняться по схеме «звезда», «треугольник» или «зигзаг». Для маркировки концов каждой обмотки используются латинские символы.

Принцип действия и режимы работы

Силовые трансформаторы действуют по такому же принципу, как и обычные трансформаторные устройства. Во входную обмотку поступает электрический ток, колебания которого изменяются по времени. Это приводит к наведению в магнитопроводе изменяющегося магнитного поля. Далее изменяющийся магнитный поток проходит через витки второй обмотки, после чего в ней возникает электродвижущая сила.

Во время проверок и в процессе эксплуатации работа трансформатора может происходить в различных режимах:

  • Рабочий режим. В этом случае источник напряжения подключается к первичной обмотке, а нагрузка – к вторичной. Величина тока в каждой обмотке должна быть не более допустимого расчетного значения. В данном режиме обеспечивается устойчивое и надежное питание потребителей в течение длительного времени. В рабочем режиме может создаваться холостой ход и короткое замыкание с целью проверки характеристик трансформаторного устройства.
  • Холостой ход. Создается путем размыкания вторичной цепи, чтобы исключить протекание по ней тока. Данный режим позволяет определить коэффициент полезного действия, коэффициент трансформации, потери в стальных деталях, затраченные для намагничивания сердечника.
  • Режим короткого замыкания. В этом случае накоротко шунтируются выводы вторичной обмотки. На входе трансформатора напряжение оказывается заниженным до значения, при котором создается вторичный номинальный ток с постоянным значением. Данный способ позволяет установить потери в меди.
  • Аварийный режим. К нему относятся любые нарушения работы трансформатора, вызывающие отклонение рабочих показателей за пределы допустимого значения. Особую опасность представляет короткое замыкание, возникающее внутри обмоток. Для предотвращения последствий аварийного режима в силовых трансформаторах устанавливаются автоматические средства защиты и сигнализации. Они поддерживают нормальную работу первичной схемы и полностью отключают ее в случае неисправностей и аварийных ситуаций.

Защита силовых трансформаторов

В первую очередь необходимо постоянно контролировать уровень масла, циркулирующего внутри бака. На его температуру оказывает влияние целый комплекс различных факторов. В связи с этим происходит постоянное изменение объема и главной задачей становится поддержание уровня масла в установленных границах. Важную роль в этом играет использование расширительного бачка, компенсирующего все объемные отклонения. Кроме того, он позволяет вести наблюдения за текущим уровнем масла.

Данные о состоянии уровня снимаются с помощью маслоуказателя, подключаемого параллельно с расширительным бачком.

Силовые трансформаторы должны быть защищены от проникновения влаги, поскольку расширительный бак своей верхней частью плотно контактирует с окружающей средой. С этой целью устанавливается осушитель воздуха, создающий препятствия попаданию влаги в масло, что существенно снижает его диэлектрические свойства.

Важной составляющей масляной системы считается газовое реле, защищающее трансформатор от внутренних повреждений. Оно монтируется внутри трубопровода, который соединяет между собой основной и расширительный баки. Во время нагрева масло и органическая изоляция выделяют газы, попадающие в емкость газового реле, содержащую внутри чувствительный элемент.

В некоторых случаях может возникнуть аварийное повышение давления внутри бака. В целях защиты на крышке трансформатора выполняется монтаж выхлопной трубы. Ее нижний конец должен сообщаться с емкостью бака, а масло – поступать внутрь до необходимого уровня в расширителе. Над расширителем возвышается верхняя часть трубы, которая отводится в сторону и незначительно загибается вниз. Ее конец герметично закрывает стеклянная предохранительная мембрана, разрушающаяся в случае аварийного повышения давления.

Силовые трансформаторы, имеющие обмотку высокого напряжения свыше 1000 В, оборудуются релейной защитой от основных повреждений и неисправностей. Непосредственными защитными устройствами являются вторичные реле прямого или косвенного действия. Их подключение осуществляется не напрямую, а через измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Монтаж и дальнейшая эксплуатация силовых трансформаторов

Большинство конструкций силовых трансформаторов обладают значительным весом. Поэтому для их транспортировки к месту монтажа используется специальный транспорт. Оборудование поставляется полностью собранным и готовым к подключению.

Монтаж силового трансформатора выполняется на заранее подготовленном фундаменте или в специальном помещении. Во избежание воздушных мешков под крышкой бака в процессе установки, под катки со стороны расширителя подкладываются стальные пластинки. Их толщина должна обеспечивать подъем 1% с узкой и 1,5% с широкой стороны трансформатора. Длина прокладок составляет не менее 150 мм. При массе устройства до 2 тонн установка выполняется непосредственно на фундамент. Корпус в обязательном порядке соединяется с системой заземления.

Перед началом установки силовые трансформаторы проходят испытания в лабораторных условиях. В это время измеряется коэффициент трансформации, проверяется качество соединений, изоляции, а также соответствие трансформаторного масла.

Назначение и принцип действия трансформатора.

Трансформатор – устройство, для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в другое той же частоты.

Принцип действия основан на законе эл.-магн. индукции, согласно которому возникает ЭДС взаимоиндукции между двумя индуктивно связанными контурами.

Повышение напряжения с помощью трансформатора снижает ток и, соответственно, потери энергии в линии при передаче ее от источника к приемнику:∆P=I 2 P.

Поэтому в месте производства електрической енергии (на эл.мтанции) напряжение повышают до 10 4 . 10 5 В и выше, а в местах потребления снижают его до требуемых значений (рис. 1.79).

ЛЭП
Источник
Тр2
Приемник
Тр1

Рис. 1.79. Схема передачи электроэнергии на большое расстояние.

В обычных (не энергетически большой мощности) эл.схемах трансформаторы обозначают иначе:

Рис. 1.80. Схематическое обозначение трансформаторов: а)с сердечником; б) без сердечника.

Трансформаторы без сердечника (воздушные) применяются на радиочастотах (f>50кГц). В остальных случаях используются трансформаторы с сердечником (Рис. 1.81.)

Рис. 1.81. Устройство и принцип действия трансформатора.

На замкнутом магнитопроводе, собранном из изолированных друг от друга пластин листовой стали (или навитом из стальной ленты), помещены гальванически разобщенные обмотки W1 и W2.

Обмотка W1, к выводам которой подключается источник е, называется первичной, а обмотка W2, к выводам которой подключается нагрузка, называется вторичной.

Протекающий по первичной обмотке переменный ток вызывает в стальном магнитопроводе переменный магнитный поток

который сцеплен с обеими обмотками и вызывает в каждой из них переменную ЭДС.

Значение ЭДС, индуктируемой в одном витке первичной и вторичной обмоток, определяется на основании закона электромагнитной индукции (закон Фарадея):

Следовательно, индуктируемая ЭДС отстает по фазе от магнитного потока на угол π/2.

Действующее ЄДС в одном витке:

Если а первичной обмотке W1 витков, а во вторичной – W2, то бействующее значение ЭДС в каждой обмотке:

Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток, или отношение их числа витков называется коэффициентом трансформации:

Для повышающего трансформатора E1

Дата добавления: 2015-06-17 ; просмотров: 512 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Принцип работы трансформатора напряжения

Во время эксплуатации электросистем часто возникает необходимость преобразовать определенные электрические величины с заданной пропорциональностью. Это делается для того, чтобы смоделировать определенные процессы в установках, а также провести измерения. Изобретение трансформаторов позволило решать широкий спектр задач относительно передачи электроэнергии на длительное расстояние, а также защиты оборудования. Простота и надежность такого оборудования определили его широкое распространение.

Современный рынок электроустановок предлагает огромное разнообразие трансформаторов различной мощности и назначения. Существует очень много фирм «ссылка 2», которые занимаются реализацией и обслуживанием данного оборудования, а также способны помочь с выбором. Далее попробуем разобраться, как работает трансформатор напряжения и для чего он нужен.

Назначение трансформатора

Главной задачей данного устройства является изменение значения напряжения. По степени преобразования напряжения выделяют следующие виды трансформаторов:

  • повышающие (коэффициент преобразования больше 1);
  • понижающие (меньше 1);

Повышающие трансформаторы способны значительно повышать напряжение (до 1150 кВ), таким образом уменьшая потери в линии электропередач (ЛЭП). Это свойство облегчает транспортировку электроэнергии.

Непосредственно перед потребителями электричества устанавливаются понижающие ТР. Их функция состоит в том, чтобы понизить напряжение до приемлемых значений (380 В и меньше). Кроме того, широко распространено применение таких трансформаторов в бытовой технике — в телевизорах, компьютерах, магнитофонах, зарядных устройствах. Они используются для питания электрических схем и плат, которые не рассчитаны на напряжение 220 В.

Классификация трансформаторов

По назначению ТР бывают:

  • ТР напряжения;
  • ТР тока;
  • защитные;
  • промежуточные;
  • лабораторные.

По конструкции выделяют сухие (охлаждение за счет воздуха) и масляные (магнитопровод и обмотки находятся в резервуаре с маслом) трансформаторы.

По количеству обмоток ТР бывают:

  • двухобмоточные (первичная и вторичная);
  • трехобмоточные (одна первичная и две вторичные или наоборот);
  • многофазные (несколько первичных и вторичных обмоток).

Назначение, устройство, принцип работы трансформатора напряжения

Устройство ТР напряжения включает сердечник и несколько обмоток. Сердечник трансформатора изготавливают штампованием отдельных стальных пластин. Это делается для уменьшения значения вихревых токов, которые наводятся переменным магнитным полем. Обмотки представляют собой изолированную медную проволоку, которая обматывается вокруг сердечника. К одной из обмоток подключается электростанция (первичная), а к другой — ЛЭП или потребители (вторичная). Подобное устройство трансформаторов напряжения позволяет достичь максимальной эффективности. Большой каталог силовых трансформаторов приведен на сайте http://lipetsk.vsetmg.ru/.

Принцип работы трансформатора напряжения описывается явлением электромагнитной индукции. Когда по первичной обмотке проходит переменный ток, он образовывает переменный магнитный поток. Этот поток проходит сквозь сердечник (магнитопровод) и обе обмотки, в которых наводится ЭДС. В случае, когда вторичная обмотка имеет нагрузку, то в цепи под действием ЭДС начинает протекать ток. Отношение значений ЭДС будет равно отношению числа витков обмоток. То есть, подбирая определенное количество витков, можно получать нужное напряжение на выходе.

Стоит отметить, что подобный эффект невозможен при подключении к обмотке трансформатора постоянного тока. Все из-за того, что постоянным током создается постоянный магнитный поток, который не наводит ЭДС. Следовательно, энергия между обмотками не передается.

Трансформаторы тока, назначение и принцип действия

По своей сути трансформатор тока (ТТ) есть измерительным аппаратом. Главное назначение данного устройства — понижать значение тока до приемлемых для амперметра значений.

Конструктивно ТТ сходен с трансформатором напряжения. Он так же имеет стальной сердечник и пару обмоток. В таком устройстве первичная обмотка имеет мало витков, но большого сечения. К ней подключается цепь, в которой нужно провести измерение. Ко вторичной (содержит большее число витков) подключают амперметр. Благодаря большему количеству витков, ток во вторичной обмотке существенно ниже, чем в первичной, именно поэтому становится возможным подключение измерительного прибора.

Поскольку сопротивление амперметра очень мало, то такой трансформатор находится в состоянии короткого замыкания. Для ТТ это является рабочим режимом, в отличии от ТР напряжения.

Виды трансформаторов тока

  • сухие (обмотки имеют физическую связь, поэтому на ток во вторичной обмотке непосредственно влияет коэффициент трансформации);
  • тороидальные (первичная обмотка отсутствует, вместо нее шина или кабель);
  • высоковольтные.

Следует отметить, что эксплуатироваться трансформатор тока должен только с подключенным амперметром или с закороченной вторичной обмоткой. В противном случае на вторичной обмотке возникает высокое напряжение, способное убить.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Назначение и принцип действия трансформаторов

Силовой трансформатор — это электрический аппарат, который предназначен для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в электрическую энергию другого значения напряжения. Трансформаторы бывают:

• в зависимости от количества фаз: однофазные и трехфазные;

• по количеству обмоток: двухобмоточные и трехобмоточные;

• в зависимости от места их установки: наружной и внутренней установки;

• по назначению: понижающие и повышающие;

Кроме того, силовые трансформаторы различают по группам соединения обмоток, по способу охлаждения. Также при установке трансформаторов учитывают климатические условия.

Принцип работы любого силового трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Если к обмотке данного устройства подключить источник переменного тока, то по виткам этой обмотки будет протекать переменный ток, который создаст в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток. Замкнувшись в магнитопроводе, переменный магнитный поток будет индуктировать электродвижущую силу (ЭДС) в другой обмотке трансформатора. Это объясняется тем, что все обмотки трансформатора намотаны на один магнитопровод, то есть они связаны между собой магнитной связью. Значение индуктируемой ЭДС будет пропорционально количеству витков данной обмотки.

При передаче электрической энергии по распределительным сетям её напряжение повышается для снижения потерь в этих сетях. У потребителя напряжение снижается до уровня, которое удобно для её использования приемниками электрической энергии. Несмотря на высокий КПД трансформаторов стоимость энергии теряемой в трансформаторах, составляет значительную величину. Поэтому, при проектировании, реконструкции ЭУ необходимо стремиться к уменьшению числа ступеней трансформации, уменьшению установленной мощности и улучшению её использованию.

13.6.2 Технические характеристики и параметры трансформаторов

Все трансформаторы, изготавливаемые отечественной промышленностью, выпускаются, со следующей шкалой номинальных мощностей (кВ·А) установленной ГОСТ:

10 — 16 — 25 — 40 — 63

100 — 160 — 250 — 400 — 630

1000 — 1600 — 2500 — 4000 — 6300

10000 — 16000 — 25000 32000 40000 — 63000 80000

100000 125000 160000 200000 250000 320000 400000 500000 630000 800000

Основными требованиями, предъявляемыми к работе трансформаторов, является их надежность и экономичность. Потери электрической энергии в трансформаторах складываются из потерь холостого хода и короткого замыкания. Способы и методы уменьшения этих потерь изучаются в курсе «Электромеханика».

Группы соединений трансформаторов характеризуются угловым смещением векторов э. д. с. в обмотках ВН, СН и НН. Смещение этих векторов определяется схемой соединения обмоток и направлением намотки обмоток. Обмотки ВН, СН и НН трансформатора могут быть соединены в различные схемы.
Соединяя обмотки ВН, СН и НН одним из этих способов и изменяя направление их намотки, можно получать различные группы соединения обмоток. Для силовых трехфазных трансформаторов применяются соединения обмоток в звезду и треугольник. При различных соединениях обмоток в звезду и треугольник можно получить 12 различных углов сдвига фаз линейных э. д. с. от 0 до 330° через каждые 30°, т. е. получить

12 различных групп.
Удобно для определения угла сдвига фаз пользоваться часовым обозначением, которое принято ГОСТ. Часовое обозначение векторов э. д. с. заключается в следующем: вектор линейной э. д. с. обмотки ВН изображается на часовом циферблате минутной стрелкой и всегда устанавливается на 12 а вектор линейной э. д. с. обмотки СН (трехобмоточного трансформатора) или НН изображается часовой стрелкой и укажет группу в часовом обозначении. Так, сдвиг фаз 0 или 360° соответствует 12 группе соединения обмоток Y/Y-12. Схема соединений и векторная диаграмма на рисунке 61.

Рисунок 61. Двенадцатая группа соединения обмоток трансформатора Y/Y-12;

а — схема соединений, б — векторная диаграмма.

Сдвиг фаз 330 0 соответствует 11 группе соединения обмоток (рисунок 62).

Такая группа соединения применяется для понижающих трансформаторов,

т. к. при соединении обмоток вторичного напряжения в треугольник исключается трансформация гармоник кратных трём в обмотку высшего напряжения и в сеть первичного напряжения.

Рисунок 62. Одинадцетая группа соединения обмоток трансформатора Y/∆-11;

а — схема соединений, б — векторная диаграмма.

Для случаев, когда нагрузка потребителя несимметрична, имеет место значительный прекос линейных и фазных токов и напряжений применяется схема соединения обмоток трансформатора в «Зигзаг». Такое соединение обмоток низкого напряжения обладает симметрирующими свойствами.

Первичные обмотки трансформаторов соединены в звезду, вторичные в зигзаг – звезду (рисунок 63, а). Для этого вторичная обмотка каждой фазы составляется из двух половин: одна половина расположена на одном стержне, другая – на другом. Конец, например x1, соединен с концом (а не с началом!) y2 и так далее. Начала a2, b2 и c2 соединены и образуют нейтраль. К началам a1, b1, c1 присоединяют линейные провода вторичной сети. При таком соединении электродвижущие силы (э. д. с.) обмоток, расположенных на разных стержнях, сдвинуты на 120°; векторная диаграмма э. д. с. вторичной обмотки приведена на рисунке 63, б.

Эта векторная диаграмма построена следующим способом. Предположим, что соединены концы x1, y1, c1 и получена диаграмма (рисунок 63, в). Затем предположено, что соединены начала a2, b2, c2. Это соответствует диаграмме на рисунке 63, г, повернутой относительно диаграммы на рисунке 63, в на 180°.

Рисунок 63. Схема соединения обмоток трансформатора в «Зигзаг» и векторные диаграммы.

Наконец, в соответствии со схемой на рисунке 63, а произведено геометрическое сложение векторов, которые изображены на рисунках 63, в и г.

Соединение в зигзаг – звезду дороже соединения в звезду, так как требует большего числа витков. Действительно, при последовательном соединении двух половин обмотки, расположенной на одном стержне, их э. д. с. складываются алгебраически, то есть в данном случае удваиваются. При соединении обмоток, расположенных на разных стержнях, ЭДС складываются геометрически под углом 120° и дают ЭДС, √3 раз больше одной из них. Следовательно, чтобы получить ЭДС той же величины при соединении в зигзаг – звезду, нужно на 15% больше витков, чем при соединении в звезду, так как 2 / 1,73 = 1,15.

Все трансформаторы разбиты на группы и габариты в соответствии мощностью и напряжением. (Таблица 13.6.1)

Т а б л и ц а 13.6.1 Габариты трансформаторов

Габарит Группа Диапазон мощностей, кВ-А Класс напряжения, кВ
I До 20 До 35 включительно
25-100
II 160-250
400-630
Продолжение таблицы 13.6.1
III 1600-2500
4000-6300
IV 10 000-32 000
Свыше 32 000
V До 16 000 110 и 150
25 000-32 000
VI 40 000-63 000 110и150
До 63 000 220 и 330
VII 80 000-200 000 110и150
80 000-200 000 220 и 330
VIII Свыше 200 000 До 330
включительно
Независимо от мощности Свыше 330
Для электропередач Независимо от
постоянного тока напряжения
независимо от мощности

Трансформаторы, имеющие мощность или напряжение, не соответствующие стандартной шкале, относятся к габариту и группе ближайшей стандартной мощности или напряжения.

13.6.3 Конструкция трансформаторов

Конструкция трансформаторов первого и второго габаритов показано на рисунке 64

Рисунок 64. Конструкция трансформаторов I и II габаритов, 1 – 4 групп.

1 –магнитопровод, 2 –обмотка низкого напряжения, 3 – обмотка высокого напряжения, 4 – бак, 5 – трубы радиатора, 6 – рукоятка переключателя напряжения, 7 – вывод обмотки низкого напряжения, 8 – вывод обмотки высокого напряжения, 9 -расширитель

Активная часть – магнитопровод – составляет магнитную цепь и служит для крепления обмоток.

Рисунок 65. Остов трансформатора.

Конструкция трансформаторов II – VI габаритов, 2 – 14 групп показана на рисунке 66.

Рисунок 66. Конструкция трансформаторов II – VI габаритов, 2 – 14 групп.

1 — ввод ВН 110 кВ; 2 — ввод НН 10 кВ; 3 — крюк для подъема трансформатора; 4 — бак; 5 — радиатор; 6 — фильтр термосифонный; 7 — скоба для подъема домкратом; 6 — вертикальный кран для слива масла; 9 — вентилятор; 10 — каток; 11— полубандажи стяжки ярма; 12 — вертикальная стяжная шпилька остова; 13 — ярмовая балка; 14 — устройство переключения ответвлений обмотки ВН; 15 — бандажи стяжки стержня; 16 — пластина с проушиной для подъема активной части; 17 — расширитель;

18 — маслоуказатель; 19 — предохранительная выхлопная труба.

При передаче мощности через трансформатор имеет место падение напряжения, определяемое сопротивлением трансформатора – напряжением короткого замыкания (UK%). Это сопротивление зависит от размеров обмоток (диаметра и высоты), материала и сечения провода которым выполнены обмотки, т. е. от номинального напряжения и мощности трансформатора.

В справочной литературе приводятся все технико-экономические параметры трансформатора: номинальная мощность в кВ·А, сочетание напряжений ВН-СН-НН в кВ, потери холостого хода (РХ) и короткого замыкания К) в кВ·А, напряжение короткого замыкания в процентах от номинального (UK%), ток холостого хода в А, расчетные данные (RT, XT, QX) Кроме этого, приводится масса в т, габаритные размеры в м.

В качестве примера в таблице 13.6.2 приведены данные некоторых двухобмоточных трансформаторов110 кВ.

Т а б л и ц а 13.6.2 Трехфазные двухобмоточные трансформаторы 110 кВ

Тип Sном, МВА Пределы регулиро­вания Каталожные данные Расчетные данные
Uном обмоток, кВ ик, % Рк, кВт Рх, кВт Iх, % Rт, Ом Xт, Ом Qх, квар
ВН НН
ТМН-2500/110 2,5 + 10×1,5% -8×1,5% 6,6; 11 10,5 5,5 1,5 42,6 508,2 37,5
ТМН-6300/110 6,3 +9×1,78% 6,6; 11 10,5 11,5 0,8 14,7 220,4 50,4
ТДН- 10000/110 +9*1,78% 6,6; 11 10,5 0,7 7,95
ТДН-16000/110 +9×1,78% 6,6; 11; 34,5 10,5 0,7 4,38 86,7
1ТДН- 25000/110 (ТРДНФ-25000/110) +9×1,78% 6,3-6,3; 6,3-10,5; 10,5-10,5 10,5 0,7 2,54 55,9
ТДНЖ-25000/110 +9×1,78% 27,5 10,5 0,7 2,5 53,5
ТД-40000/110 +2×2,5 % 3,15; 6,3; 10,5 10,5 0,65 1,46 48,4
ТРДН-40000/110 ±9×1,78% 6,3-6,3; 6,3-10,5; 10,5- 10,5 0,65 1,4 34,7

Продолжение таблицы 13.6.2

ТРДЦН-63000/110 (ТРДН) +9×1,78% 6,3-6,3; 6,3-10,5; 10,5-10,5 10,5 0,6 0,87
ТРДЦНК-63000/110 +9×1,78% 6,3-6,3; 6,3-10,5; 10,5-10,5 10,5 0,6 0,8
ТДЦ-80000/110 +2×2,5 % 6,3; 10,5; 13,8 10,5 0,6 0,71 19,2
ТРДЦН-80000/110 (ТРДН, (ТРДЦНК) +9×1,78% 6,3-6,3; 6,3-10,5; 10,5-10,5 10,5 0,6 0,6 17,4
ТДЦ- 125000/110 +2×2,5 % 10,5; 13,8 10,5 0,55 0,37 12,3 687,5
ТРДЦН- 125000/110 +9×1,78% 10,5-10,5 10,5 0,55 0,4 11,1 687,5
ТДЦ-200000/110 ±2×2,5 % 13,8; 15,75; 10,5 0,5 0,2 7,7
ТДЦ-250000/110 ±2×2,5 % 15,75 10,5 0,5 0,15 6,1
ТДЦ- 400000/110 +2×2,5 % 10,5 0,45 0,08 3,8

1. Регулирование напряжения осуществляется за счет РПН в нейтрали, за ис­ключением трансформаторов типа ТМН-2500/110 с РПН на стороне НН и ТД с ПБВ на стороне ВН.

2. Трансформаторы типа ТРДН могут изготавливаться также с нерасщепленной обмоткой НН 38,5 кВ, трансформаторы 25 МВА – с 27,5 кВ (для электри­фикации железных дорог).

14. Ограничение токов короткого замыкания 14.1. Общие сведения В мощных электроустановках и питаемых ими электросетях токи короткого замыкания могут достигать столь больших величин, что электрооборудование электрических станций и подстанций, а также сечения кабелей электросети приходится выбирать не по условиям нормального режима, а исходя из устойчивости работы их при коротких замыканиях. Применение электрооборудования и кабелей, рассчитанных на большие токи короткого замыкания, приводит к значительному увеличению затрат на сооружение электроустановок и их сетей. В некоторых случаях токи короткого замыкания могут быть настолько велики, что вообще оказывается невозможным или весьма затруднительным выбор электрооборудования и кабелей, устойчивых при коротких замыканиях. Поэтому в мощных электроустановках применяют искусственные меры ограничения токов короткого замыкания, чем достигается возможность применения более дешевого электрооборудования: более легких типов электроаппаратов, шин и кабелей меньших сечений. Существуют несколько способов ограничения токов короткого замыкания. Выбор того или иного способа ограничения определяется местными условиями установки и должен быть подкреплен технико-экономическим расчетом. В общем случае ограничение тока короткого замыкания достигается увеличением сопротивления цепи короткого замыкания либо путем осуществления раздельной работы питающих агрегатов и линий электросети, либо путем включения последовательно в цепь специальных сопротивлений. Для искусственного увеличения сопротивления цепи короткого замыкания (КЗ) включают последовательно в три фазы индуктивные сопротивления, называемые реакторами. Рисунок 67. Схема, поясняющая работу реактора. Рассмотрим два случая КЗ на схеме рисунок 67. От генератора 1 питаются сборные шины 2. От этих шин отходят линии 3 к приёмникам. Рисунок 67 Схема, поясняющая принцип действия реактора: 1. за выключателем 4 отсутствует реактор; 2. за выключателем 5 установлен реактор 6. При трёхфазном КЗ за выключателем 4 ток КЗ IK1 определяется в основном индуктивным сопротивлением генератора Ik1= где Uhom

номинальное напряжение установки, кВ; Хг — сверхпереходное индуктивное сопротивление генератора, Ом. Выключатель 4 должен быть выбран по току КЗ Ik1. При КЗ напряжение на сборных шинах будет равно нулю и на всех отходящих линиях пропадет напряжение. При КЗ на линии с реактором ток определяется суммарным — сопротивлением генератора и реактора ; где ХРЕАК — индуктивное сопротивление реактора, Ом. Обычно один источник обслуживает несколько десятков приёмников. Поэтому номинальный ток линии во много раз меньше номинального тока источника. Длительный ток реактора выбирается равным току линии. Таким образом, при сделанных допущениях ток КЗ определяется только параметрами реактора. Реактор является весьма надежным аппаратом, его повреждения практически исключены. Поэтому выбор аппаратов линии производится по току 1к2 Ik1, что значительно облегчает и удешевляет распределительное устройство. 14.1 Конструкции бетонных реакторов Реактором является катушка с малым активным сопротивлением. Витки катушки изолированы друг от друга, а вся катушка в целом изолирована от заземленных частей. Промышленностью выпускаются бетонные и масляные реакторы. 14.2 Бетонные реакторы. Катушка укрепляется на каркасе из изолирующего материала, рисунок 68. Концы обмоток снабжены зажимами для последовательного включения реактора в сеть. В трёхфазных установках применяют реакторы, состоящие из трех катушек. Многожильный провод 1 соответствующего сечения с помощью шаблона наматывается в виде катушки. После этого в специальные формы заливается бетон. Застывая, бетон образует вертикальные стойки-колонны 2, которые скрепляют между собой отдельные витки. Рисунок 68. Конструкция бетонного реактора. Торцы колонн имеют шпильки, с помощью которых укрепляются изоляторы 3 и 4. Для получения необходимой прочности электрической изоляции после затвердения бетона реактор подвергают интенсивной сушке в вакууме. Затем реактор дважды пропитывается влагостойким изоляционным лаком. Между отдельными витками в ряду и между рядами выдерживается значительный зазор, что улучшает охлаждение отдельных витков реактора и повышает электрическую прочность изоляции. При больших номинальных токах (более 400 А) применяется несколько параллельных ветвей. Равномерное распределение тока по ветвям обеспечивается транспозицией витков. В качестве обмоточного материала используется многожильный медный или алюминиевый кабель большого сечения. Кабель покрывается несколькими слоями кабельной бумаги. Поверх бумаги делается хлопчатобумажная оплётка. Помещения, в которых устанавливают реакторы, должны хорошо вентилироваться, и наивысшая температура в них не должна превышать +35°С. Колебания температуры в помещении не должны быть настолько резкими, чтобы наблюдалось покрытие реакторов инеем, росой и т.п. Катушки бетонных реакторов изолируют от земли при помощи нескольких опорных изоляторов 3. Трёхфазный комплект реактора состоит из катушек, устанавливаемых в горизонтальной плоскости рядом (хорошее охлаждение витков) или в вертикальной плоскости одна над другой, при этом ухудшаются условия охлаждения витков катушек, особенно верхней. Реакторы охлаждаются, как правило, за счет естественной вентиляции. Ввиду выделения большой мощности в реакторе распределительное устройство должно предусматривать специальные каналы для охлаждения воздуха, особенно при больших номинальных токах. Реакторы, предназначенные для вертикальной установки в комплектах, имеют маркировку В (верхний), С (средний), Н (нижний). В последнем случае катушки реактора изолируют друг от друга также при помощи опорных изоляторов 4. При вертикальной установке направление обмотки катушки средней фазы берут обратным по сравнению с направлением обмоток катушек верхней и нижней фаз. Делается это для того, чтобы при протекании по двум соседним катушкам двухфазного ударного тока короткого замыкания катушки притягивались под действием возрастающих электродинамических усилий, а не отталкивались, как это было бы при одинаковом направлении обмоток всех катушек (легче выполнить надежное крепление катушек). При установке сухих реакторов в распределительных устройствах необходимо соблюдать указываемые заводом монтажные расстояния до стальных конструкций и железобетонных частей здания. При невыполнении этих требований возможен опасные нагрев стальных конструкций и стальной арматуры железобетона токами, наведенными в них магнитным потоком реактора; кроме того, близость стальных конструкций вызывает дополнительные потери электроэнергии. Бетонные реакторы хорошо себя зарекомендовали при работе в закрытых распределительных устройствах при напряжении до 35 кВ, например, реактор для внутренней установки РБУ 10-630-0,56УЗ- Р -реактор, Б — бетонный, У — ступенчатая установка фаз, на номинальное напряжение 10 кВ, длительно допустимый ток при естественном охлаждении 630 А, номинальное индуктивное сопротивление 0,56 Ом, У — для работы в районах с умеренным климатом, 3 — для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией. Основные недостатки бетонных реакторов — большой вес и значительные габариты. Например, высота трехфазного комплекта реактора горизонтальной установки на напряжение 10 кВ составляет 1040 мм, а вертикальной — 3600 мм. Этот же комплект весит 3 х 723 кг. 14.3 Конструкции масляных реакторов. При напряжениях более 35 кВ и при установке реакторов на открытой части подстанций применяются масляные реакторы. Схема такого реактора приведена на рисунке 69. Масляные реакторы могут иметь однофазное и трехфазное исполнение. В первом случае одна катушка, а во втором — три катушки помещаются в стальном баке, залитом трансформаторным маслом. Обмотки выполняют из медных проводников, изолированных кабельной бумагой и уложенных на каркас из изоляционного материала. Концы катушек выводятся наружу через проходные фарфоровые изоляторы на крышке реактора. Обмотка реактора 2 наматывается на специальный каркас из изоляционного материала типа гетинакса. Эта обмотка погружается в стальной бак с трансформаторным маслом. Применение масла позволяет уменьшить расстояние между обмоткой и заземленными Рисунок 69. Масляный реактор частями и улучшить охлаждение обмотки за счет конвекции масла. Все это дает возможность уменьшить массу и габаритные размеры. Выводы реактора присоединяются к зажимам проходных изоляторов 4. Однако такая компоновка реактора наталкивается на большую трудность. Переменный магнитный поток реактора Фо замыкается по баку, что приводит к его нагреву до недопустимых температур. Для того, чтобы избежать нагрева бака 1, внутри него устанавливается короткозамкнутая обмотка-экран 3 из меди, которая является как бы вторичной обмоткой реактора. В этом экране наводятся токи, создающие магнитный поток, который в стенках бака направлен против магнитного потока катушки реактора. В результате через стенки бака замыкается сравнительно небольшой результирующий магнитный поток. Возможен ещё один вариант уменьшения потерь на нагрев стенок бака. В этом случае на внутренней поверхности стального бака укрепляют стальные пакеты: создается как бы искусственный магнитопровод с магнитным сопротивлением, которое значительно меньше сопротивления стенок бака. Для уменьшения потерь на гистерезис шунт выполняют из электротехнической стали, а для уменьшения потерь на вихревые токи его набирают из тонких, изолированных друг от друга стальных пластин. Отечественные заводы выпускают масляные реакторы с электромагнитными экранами для наружной установки, например, РТМТ-35-200-6:Р — реактор, Т — трехфазный, М — охлаждение естественной циркуляцией воздуха и масла, Т — токоограничивающий, на номинальное напряжение 35 кВ, номинальный ток 200 А, индуктивное сопротивление 6%, масса 11000 кг. ТОРМ-220-325-12: Т- токоограничивающий, О -однофазный, Р — реактор, М — с естественным масляным охлаждением, на номинальное напряжение 220 кВ, номинальный ток 325 А, индуктивное сопротивление 12%, масса 44500 кг. Масляные реакторы значительно дороже сухих реакторов, но зато по сравнению с последними они обладают рядом существенных преимуществ. Они надежно защищены от попадания в обмотку пыли, влаги и всякого рода посторонних предметов, и, кроме того, их можно устанавливать на любом расстоянии от стальных и железобетонных конструкций в открытых установках. 14.4. Конструкции сдвоенных реакторов Для уменьшения потерь напряжения и сокращения объема зданий распределительного устройства применяются сдвоенные реакторы. Сдвоенный реакторпредставляет собой два согласно включенных реактора с сильной магнитной связью. Реакторы расположены один над другим. Схема включения сдвоенных реакторов приведена на рисунке 70. Рисунок 70. Схема включения сдвоенного реактора При обычных реакторах, каждая отходящая линия имеет свой реактор, рассчитанный на номинальный ток линии. Каждая трехфазная группа реакторов размещается в специальной ячейке распределительных устройств. В сдвоенных реакторах, рисунок 70, реакторы соседних ветвей сближены так, что между ними существует сильная магнитная связь. Совмещение в одном реакторе двух уменьшает габариты аппарата, упрощает и удешевляет распределительное устройство. В номинальном режиме магнитные поля реакторов направлены встречно и оказывают размагничивающее действие. В результате индуктивное сопротивление ветви падает. Соответственно уменьшается падение напряжения на реакторе. Падение напряжения на ветвях реактора при номинальном токе: где ХР — индуктивное сопротивление ветви реактора; КСВ коэффициент связи является одним из основных параметров сдвоенного реактора и зависит от расстояния между ветвями. Чем ближе ветви друг к другу, тем больше КСВ . Обычно в реакторах КСВ колеблется в пределах 0,4-0,6. С увеличением КСВ возрастают электродинамические силы, стремящиеся оторвать одну ветвь от другой. В номинальном режиме сопротивление ветви реактора уменьшается на 40-60 %, что повышает качество электроэнергии (уменьшаются потери напряжения). Исследования показали, что бетонные сдвоенные реакторы без применения специальных мер подвержены разрушению при одновременном КЗ в обеих ветвях. Увеличение электродинамической стойкости достигается в сборной конструкции. На рисунке 71, а) показана в разрезе левая половина такого реактора. Стяжка реактора осуществляется с помощью металлических стержней 1 и стержней 2 из изоляционного материала. Катушка реактора уложена на изоляционных прокладках 3. Рисунок 71. Конструкция сдвоенного реактора Векторы, помеченные Рн, обозначают силу взаимодействия витка с нижней частью реактора. Векторы, помеченные Рв — силы, действующие на виток со стороны верхней части реактора. Векторы без пометки являются результирующей силой. Наибольшая отталкивающая сила действует на витки рядов 4 и 5, расположенные близко друг к другу. Для получения необходимой электродинамической стойкости близлежащие ряды ветвей реактора бандажируются стеклянной лентой, как это показано на рис. 1.5.в). Промышленностью выпускаются, например, реакторы РБС 10-2×630-0,25УЗ:Р -реактор, Б — бетонный, С — сдвоенный, вертикальной установки (отсутствует буква У или Г), на номинальное напряжение 10 кВ, длительно допустимый ток при естественном охлаждении 2×630 А, номинальное индуктивное сопротивление 0,25 Ом, У — для работы в районах с умеренным климатом, 3 — для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.

14. Координация токов КЗ в современных энергосистемах

Дата добавления: 2020-12-27 ; просмотров: 5142 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Принцип действия трансформаторов и их назначение

Трансформаторные установки — преобразователи электрической энергии. Они применяются в большинстве электрических приборов, в электросетях, устройствах автоматики, бытовых приборах и коммуникационных аппаратах. Принцип действия трансформаторов опирается на закон электромагнитной индукции Фарадея.

Устройство трансформатора

Конструктивно трансформатор состоит из одной или нескольких изолированных обмоток, которые намотаны на ферромагнитный сердечник. В простейшей схеме это первичная и вторичная обмотки. На первичную подаётся напряжение, со вторичной снимается. Под воздействием переменного тока, который подаётся на первичную обмотку, в магнитопроводе образуется синусоидальный магнитный поток Ф. Пронизывая обмотки, он индуцирует в первичной обмотке электродвижущую силу самоиндукции (ЭДС), а во вторичной — ЭДС индукции.

Обе эти электродвижущие силы индуцируются магнитным потоком Ф, следовательно, ЭДС (E) одинакова в каждом витке. Витки соединены последовательно, поэтому ЭДС первичной обмотки будет E1 = E · w1. Для вторичной это соотношение: E2 = E · w2, где w1, w2 — число витков.

При разомкнутой вторичной обмотке ток в ней не течёт, и напряжение на концах равно ЭДС, U2 = E2. При небольшом токе в первичной обмотке потери будут незначительны и U1 ≈ E1. Заменим E1 и E2, и тогда отношение напряжений выразится некоторой постоянной K, называемой коэффициентом трансформации, U1/U2 = E1/E2 = w1/w2 = K.

Виды преобразователей

Назначение и принцип действия трансформатора заключаются в возможности повышать и понижать напряжение, изменять число фаз, преобразовывать частоту. В зависимости от выполняемых функций трансформаторы подразделяются на следующие виды:

  • Силовые трансформаторные установки. Генераторы на электростанциях вырабатывают энергию высокого напряжения 6—24 кВ. Чтобы избежать больших потерь в линиях электропередач, требуется повышать напряжение до 750 кВ. Для распределения энергии между конечными потребителями приходится понижать напряжение до 380 В. Силовые трансформаторы выполняют эти задачи преобразования напряжений.
  • Трансформаторные установки тока. Применяются для измерений в электрических цепях. Первичную обмотку подключают в цепь, ток в которой требуется измерить, а вторичная служит для подключения измерительных приборов. Во вторичной обмотке течёт ток, пропорциональный току первичной.
  • Трансформаторные установки напряжения. Преобразуют высокое напряжение в низкое.

Сварочные трансформаторные установки. Применяются в сварочных агрегатах. Преобразовывают высокое напряжение в низкое, при этом ток повышается до тысяч ампер.

  • Автотрансформаторы. Обе обмотки соединены, имеется и магнитная, и электрическая связь.
  • Импульсные трансформаторные установки. Служат для преобразования импульсных сигналов.

По количеству обмоток различают:

  • Двухобмоточные установки.
  • Трехобмоточные установки.
  • Многофазные трансформаторные установки.

По конструкции трансформаторы бывают сухие и масляные. При работе трансформаторных установок возникают тепловые потери. Для маломощных агрегатов они невелики, там применяется воздушное охлаждение. Это сухие трансформаторы. Масляные трансформаторы более мощные и нуждаются в охлаждении жидкостью. Для этого их помещают в баки с трансформаторным маслом, что способствует более полному охлаждению и улучшает изоляцию. Масляные агрегаты предназначаются для работы при напряжениях выше 6 тыс. В.

Режимы работы трансформаторных устройств

Все устройства могут работать в режимах холостого хода, под нагрузкой и короткого замыкания. Холостой ход — это условия работы, при которых отсутствует нагрузка, вторичная обмотка разомкнута. При этом режиме рассчитываются:

  • Коэффициенты трансформации.
  • Сопротивление ветви намагничивания. Для этого во вторичную обмотку включается вольтметр. Сопротивление должно быть таким, чтобы величина тока была минимальна.
  • Коэффициент мощности.
  • Короткое замыкание — условия работы, при которых концы вторичной обмотки соединяются. При работе агрегата короткое замыкание — это аварийный режим. Первичный и вторичный токи возрастают в десятки раз. Для предотвращения аварии включаются механизмы защиты.

В условиях испытаний определяется напряжение короткого замыкания. Это паспортная характеристика агрегата. Для определения характеристики соединяют концы вторичной обмотки, а напряжение на первичной понижается до такого, при котором ток не превышает номинальных значений.

При таких испытаниях вместе с испытаниями на холостом ходу определяется коэффициент полезного действия установок.

Критерии выбора оборудования

При приобретении трансформаторного оборудования необходимо рассматривать его основные параметры:

  • Напряжение.
  • Коэффициент трансформации.
  • Угловая погрешность для трансформаторов тока.

Учитываются также условия эксплуатации. Очень важны для выбора область применения, нагрузки и напряжения короткого замыкания. Особенно нужно правильно эксплуатировать установки. Существуют нормативы по пуску, наладке и использованию агрегатов. Главным моментом является обслуживание установок, при котором следует проверять сопротивление на обмотках и ток.

Периодически следует проверять уровень масла и чистоту изоляции. При выполнении всех требований регламента по установке и обслуживанию агрегатов будет обеспечена безопасность эксплуатации и гарантийный срок службы устройств.

Принцип работы и предназначение трансформатора

Принцип действия:

  1. В устройстве существуют 2 обмотки, их называют первичной и вторичной. К внешнему источнику подключается только первичная обмотка, тогда как вторичная обмотка предназначена для снятия напряжения.
  2. Включая в электросеть первичную обвивку, в магнитопроводе создаётся магнитное поле (переменное) от первичной обмотки, в результате чего образуется ток вторичной обмотки, если его замкнуть через приёмник.
  3. Синхронно в первичной обвивке образуется нагрузочный ток.
  4. Отсюда происходит трансформирование электрической энергии, когда первичная сеть передаёт её вторичной. В результате, приёмник получит ту величину, на которую рассчитан прибор.

схема работы

Явление взаимной индукции, является основой работы трансформатора:

  1. Чтобы улучшить магнитную связь 2 обмоток, они укладываются на магнитопровод стальной структуры.
  2. В свою очередь, делается изоляция не только между ними, но и с магнитопроводом.
  3. Каждая обмотка имеет свою маркировку. Если обмотка с высоким напряжением, её обозначают (ВН), низким – (НН).
  4. Первичная обмотка подключается к электросети, вторичная – к приёмнику.

Напряжение на обвивках имеют различную величину, и от того в каких целях будет применяться устройство, зависит величина на обвивках:

  1. Повышающий трансформатор будет иметь меньше напряжение на первичной обвивке, чем на второй.
  2. Понижающий прибор, в точности всё наоборот.

Использование их различно:

  1. На больших расстояниях используются повышающие приборы.
  2. Если надо распределить электроэнергию потребителям – понижающие.

Обвивки такого устройства также изолированы друг от друга и имеют подключение от электроэнергии одной обвивкой, когда 2 другие подсоединяются к разным приёмникам:

  1. Обвивки имеют форму цилиндра и выполняются намоткой медного провода, имеющего круглое сечение для малых токов.
  2. Для тока большой величины используются шины с прямоугольным сечением.
  3. На сердечник магнитопровода делается обвивка для малого напряжения, так как она легко изолируется, по сравнению с обвивкой высокого номинала.
  4. Сам сердечникисполняется круглой формы, если обвивка в форме цилиндра. Это делается для уменьшения немагнитных зазоров, и уменьшить длину витков обвивок. Отсюда уменьшится и масса меди на заданную площадь сечения круглого магнитопровода.
  5. Круглый стержень проходит сложный процесс сборки из стальных листов. И чтобы упростить задачу, в устройствах с большим напряжением используются стержни со ступенчатым поперечным сечением, когда их число достигает всего 17 штук.
  6. В мощных агрегатах устанавливаются дополнительные вентиляционные каналы, для охлаждения магнитопровода. Это достигается расположением их перпендикулярно и параллельно поверхности листов из стали.
  7. В менее мощных устройствах сердечник выполняется с прямоугольным сечением.

Назначение и типы

Трансформатор, можно назвать преобразователем одной величины напряжения или тока в другую.

Они могут быть:

  • трёхфазными;
  • однофазными;
  • понижающими;
  • повышающими;
  • измерительными и т.д.;

Назначение прибора: передаёт и распределяет электроэнергию заказчику.

В приборе есть активные компоненты: обвивка и сердечник магнитопоровода. В свою очередь, сердечник может быть стержневым и броневым. Для них используется холоднокатаная горячекатаная электротехническая сталь.

Обвивку используют непрерывную, винтовую, цилиндрическую, дисковую.

Среди современных изделий можно отметить следующие:

Они имеют характеристики похожие друг с другом, с высокой надёжностью. Единственное, что их различает – это способ изготовления.

В стержневом варианте, обвивка наматывается вокруг сердечника, тогда как в броневом типе идёт включение в сердечник. Поэтому, в стержневом типе, обвивку можно увидеть и располагается она только горизонтально, а в броневом, она скрыта, но может быть, как горизонтально, так и вертикально размещена.

Какой бы тип мы не рассматривали, у него имеются 3 компонента:

  • система охлаждения;
  • обвивка;
  • магнитопровод;

За счёт приборов удаётся значительно повысить напряжённость, идущую с электрических станций, на дальние расстояния, при этом, потери энергии будут минимальные по проводам. На основании вышеизложенного, можно использовать провода на линиях передач, с меньшей площадью сечения.

Область применения и виды

Бытовые трансформаторы защищают технику при перепадах напряжения.

Поэтому применяют их в следующих приборах:

  • в освещении;
  • осциллографах;
  • телевизорах;
  • радиоприёмниках;
  • измерительных устройствах и т.д;

Сварочные экземпляры, разделяющие силовую и сварочную сеть, активно используются при сварке и электротермических конструкциях, где успешно понижают величину напряжения до обязательных номиналов.

В энергосети используются масляные агрегаты, где напряжённость 6 и 10 кВ.

Многие автоматические конструкции используют трансформаторы, где напряжение на обвивках несуидальное.

Виды:

  1. Вращающийся. Передача сигнала ведётся на объекты, которые вращаются. Например, видеомагнитофон, где передача сигнала ведётся на барабан узла магнитной головки. Здесь существуют 2 половины магнитопровода и вращение их происходит с минимальным зазором в отношении друг друга. На основании этого, реализуется большая скорость оборотов, в контактном способе сигнала достичь такого эффекта не считается возможным.
  2. Пик-трансформатор. В этом варианте происходит преобразование синусоидального напряжения в сплески, имеющие пикообразную форму. Активно используются в управлении тиристоров, а также электронных и полупроводниковых устройств.
  3. Согласующий. Принимает участие в согласовании сопротивлений в разных промежутках электронной схемы, при этом, форма сигнала искажается минимально. Синхронно обеспечивается гальваническая развязка между зонами схем.
  4. Разделительный. Здесь 2 обмотки не соединены между собой электрически. Такая схема даёт возможность повысить безопасность электрических сетей. Когда происходит случайное одновременное прикосновение к токоведущей части и земли, выдаётся гальваническая развязка электрической цепи.
  5. Импульсный. В этом варианте преобразуются импульсные сигналы за очень короткий промежуток времени (десятки микросекунд), при этом, искривление конфигурации импульса минимально.
  6. По напряжению. Здесь происходит конверсия большого напряжения в низкую величину. Этот вариант позволяет изолировать измерительные и логические цепи от большого напряжения.
  7. По току. В этом типе измеряются цепи с большим током. Например, в конструкциях релейных щитов электроэнергетических систем. Поэтому, применяются достаточно жёсткие требования к точности.
  8. Автотрансформатор. В этом типе соединение 2 обмоток ведётся напрямую. В результате, создаётся электрическая и электромагнитная связь, чем объясняется высокий КПД этого вида. Недостатком такого устройства, можно назвать отсутствие изоляции, то есть не существует гальваническая развязка.
  9. Силовой. Этот вариант используется при изменяемом токе и преобразует электрическую энергию в установках и электросетях. Широко применяется этот тип на линиях ЛЭП с высокой напряжённостью (35-750 кВ), городских электрических сетях (10 и 6 кВ).
  10. Сдвоенный дроссель. Наличие 2 равных обвивок, даёт возможность получить более результативный дроссель, чем обычный. Их используют на вводе фильтра в блоке питания, а также в звуковом оборудовании.
  11. Трансфлюксор. Оставшаяся намагниченность магнитного провода имеет большую величину, что позволяет использовать его для сохранения сведений.

Немного из истории

Изобретение трансформаторов начиналось ещё в 1876 году, великим русским учёным П.Н. Яблоковым. Тогда его изделие не имело замкнутого сердечника, который появился значительно позже – 1884 год. И с появлением прибора учёные активно стали интересоваться переменным током.

Например, уже в 1889 году, М.О. Доливо-Добровольским (русским электротехником) была предложена трёхфазная система переменного тока. Им был построен первый 3-х фазный асинхронный двигатель и трансформатор.

Уже через пару лет, электромеханик предоставил свои работы на выставке, где произошла презентация трёхфазной высоковольтной линии, имеющую протяженность 175 км, где успешно повышалась и понижалась электроэнергия.

Немного позже, пришла очередь масляным агрегатам, так как масло не только оказалось хорошим изолятором, но и прекрасной охлаждающей средой.

В 20 столетии появились изделия более компактные и экономичные. Производителями продукции являлись иностранные фирмы. На настоящий момент, выпуском продукции занимаются и отечественные фирмы.

Устройство и принцип действия трансформатора

Трансформатор — статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения и переменный ток той же частоты, но другого напряжения. Потребность трансформирования — повышения и понижения переменного напряжения — вызвана необходимостью передачи электрической энергии на большие расстояния. Чем выше напряжение, чем при равной мощности источника энергии меньше ток. Следовательно, для передачи энергии требуются провода меньшего сечения, что приводит к значительной экономии цветных металлов, из которых изготовляются провода линий электропередачи. Потери электрической энергии в проводах также уменьшаются с уменьшением тока. При передаче электрической энергии от электростанций к потребителям происходит многократное повышение и понижение напряжения.

По назначению трансформаторы можно разделить на следующие типы:

силовые одно — и трехфазные трансформаторы номинальной мощностью от нескольких единиц до 1 млн кВ-А и напряжением до 1250 кВ используются в сетях для распределения электроэнергии. К силовым относятся и трансформаторы малой мощности от 10 до 300 В-А, применяемые в устройствах радиотехники, промышленной электроники и автоматики. По способу охлаждения силовые трансформаторы подразделяются на масляные и воздушные;

автотрансформаторы — используются для изменения (регулирования) напряжения, имеют, как правило, плавную регулировку выходного напряжения;

измерительные трансформаторы — применяются в качестве элементов измерительных устройств;

трансформаторы специального назначения — применяются в конкретных электротехнических устройствах для различных целей. Примерами могут служить сварочные трансформаторы для различных видов сварки, импульсные трансформаторы для преобразования высокочастотных импульсных периодически повторяющихся сигналов в радиолокационной технике и телевидении.

Конструктивное исполнение и электромагнитные процессы, происходящие в трансформаторах различных типов, имеют много общего. Поэтому для изучения их работы рассмотрим однофазный двухобмоточный трансформатор.

Трансформатор состоит из обмоток и магнитопровода — стального сердечника, набранного из листов электрической стали толщиной 0,35. 0,5 мм для уменьшения потерь от вихревых токов. Листы сердечника покрываются лаком для изоляции друг от друга. Части магнитопровода, на которых располагаются обмотки, называются стержнями. Части магнитопровода, замыкающие стержни, называются ярмом. Трансформатор имеет не менее двух обмоток, связанных между собой общим магнитным потоком. Обмотки электрически изолированы друг от друга; исключением в этом отношении являются автотрансформаторы, у которых обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения.

Однофазные трансформаторы по форме магнитопровода подразделяются на стержневые и броневые (рис.1). У маломощных трансформаторов сечение стержней выполняется прямоугольным, у мощных — близким к круглому.

Рис.1. Расположение обмоток однофазных трансформаторов со стрежневым (а) и броневым (б) магнитопроводами.

Обмотка трансформатора, соединенная с источником электроэнергии, называется первичной (рис.2). Соответственно первичными именуются все величины, относящиеся к этой обмотке: число витков w1 напряжение u1 , сила тока i1 и т.д. Обмотка, соединенная с нагрузкой, называется вторичной, относящиеся к ней величины также называются вторичными (w2 , и2 , i2 ). У некоторых трансформаторов может быть несколько вторичных обмоток, питающих разные цепи.

Рис.2. Электромагнитная схема (а) и условные обозначения (б) однофазного двухобмоточного трансформатора.

Под действием подведенного переменного напряжения в первичной обмотке возникает токi1 , и возбуждается изменяющийся магнитный поток. Этот магнитный поток индуцирует в первичной обмотке трансформатора ЭДС самоиндукции е 1 , а во вторичной обмотке — ЭДС взаимоиндукции е2 . ЭДС е2 создаст напряжение u2 на выходных зажимах трансформатора. При замыкании вторичной цепи на нагрузку возникает ток i2 , который образует собственный магнитный поток, накладывающийся на поток первичной обмотки. В результате создастся общий поток Ф. Стрелки направления напряжения u1 и тока е 1 , представляют первичную обмотку как приемник энергии. Положительное направление потока Ф связано с током i1 , правилом правоходового винта. Стрелки направления е2 и i2 соответствуют представлению вторичной обмотки источником энергии. Силовые линии магнитного поля замыкаются как по сердечнику, так и по воздуху вокруг витков обмоток, создавая магнитные потоки рассеяния Фр! и Фр2 , которые, в свою очередь, наводят в первичной и вторичной обмотках ЭДС рассеяния ер1 и ер2.. Для идеализированного трансформатора, у которого потоки рассеяния и активные сопротивления обмоток пренебрежимо малы, и1 — е1 ; и2 = е2 , откуда

Таким образом, при синусоидальном входном напряжении магнитный поток и1 в сердечнике Ф (t ) также синусоидален и отстает от напряжения на уголπ /2. Поток Ф (t ) индуцирует в обмотках синусоидальные ЭДС, мгновенные значения которых

Из этих выражений видно, что е1 и е2 отстают от Ф на угол π /2, а от и1 на уголπ. Действующие значения синусоидальных ЭДС обмоток

2. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Асинхронные машины являются машинами переменного тока. В основном они применяются в качестве двигателей. Асинхронные двигатели составляют 80 % всего парка электродвигателей. Такое широкое распространение они получили из-за простоты конструкции и хороших эксплуатационных характеристик. Эти двигатели надежны в работе и требуют минимального технического обслуживания. Различают несколько вариантов асинхронных двигателей: трехфазные, двухфазные, однофазные и линейные. Выпускают асинхронные двигатели в широком диапазоне мощностей — от нескольких ватт до нескольких мегаватт.

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения вала от механического момента на валу n= f (M2 ). Зависимость п= f (М2 ) показана на рис.1. Механическая характеристика является достаточно жесткой в рабочей области, где момент изменяется от 0 до Mном . Для значений момента, превышающих Mном , механическая характеристика является более крутой, а при значениях Mmax >Мдвигатель останавливается,, по обмотке статора протекают большие токи, которые вызывают перегрев двигателя. Если двигатель не отключается от сети, это приводит к выходу из строя обмотки статора. В серийных асинхронных двигателях при номинальной нагрузке скольжение изменяется в диапазоне 0,02. 0,06. Обычно меньшая граница соответствует более мощным асинхронным двигателям.

При увеличении сопротивления ротора (в двигателе с фазным ротором сопротивление ротора можно регулировать, подключая к нему реостат) зависимость становится более крутой (менее жесткой) (рис.2). Из характеристик видно, что при увеличении сопротивления ротора R2 , частота вращения ротора уменьшается (n”2 М’2пуск2пуск) .

Рис.1. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Рис.2. Влияние сопротивления ротора на механическую характеристику

Список литературы

1. Бутырин П.А. Электротехника: учебник. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 272 с.

Каждый электрик должен знать:  Светодиодные светильники мигают в паре, один не мигает
Добавить комментарий