Конструкция силового трансформатора: Силовые трансформаторы. Устройство трансформатора силового сухого/масляного

Содержание

Силовые трансформаторы. Устройство трансформатора силового сухого/масляного

 

Силовой трансформатор – это электротехническое оборудование. Он изменяет напряжение переменного электрического тока. Если на входе в трансформатор ток имеет более высокое напряжение, чем на выходе – то перед вами силовой понижающий трансформатор. Если из устройства выходит ток с более высоким напряжением, чем на входе – то трансформатор повышающий. Частота тока на входе и на выходе не меняется.

Работа трансформатора основана на электромагнитной индукции. Суть явления индукции: если через замкнутый контур пропускать магнитный поток, то в контуре возникнет электрический ток. Электромагнитную индукцию в 1831 году открыл знаменитый английский ученый Майкл Фарадей.

 

 

 Устройство силового трансформатора сухого и масляного

Любой трансформатор состоит их магнитопровода, обмоток, системы охлаждения, регулирующих и контролирующих устройств.

Обмотки намотаны на сердечник из специальной электротехнической стали.

Сердечники бывают стержневые, броневые и тороидальные. В трансформаторах стержневого типа обмотка наматывается на весь сердечник. Поэтому вы видите только верхнюю и нижнюю части электромагнитного стержня. Если сердечник броневой – то обмотка почти полностью скрыта внутри сердечника. Тороидальный сердечник – это тот же стержень, но замкнутый в кольцо. Отец трансформатора Фарадей именно с помощью тороидальной катушки открыл электромагнитную индукцию.

Без системы охлаждения силовой трансформатор работать не может. Потому что под нагрузкой нагревается рабочая часть устройства – сердечник и обмотка на нем. Охлаждается трансформатор воздухом или маслом. Соответственно по способу охлаждения выделяют типы силовых трансформаторов: сухие и масляные.

Регулирует работу устройства специалист. Для этого на силовом трансформаторе производитель устанавливает реле и различные переключатели. Некоторые модели трансформаторов можно регулировать под нагрузкой, другие – только в выключенном состоянии.

Контролирует работу трансформатора инженер-электрик. Он следит за показателями датчиков температуры и давления внутри трансформатора.

Конструкция сухого силового трансформатора

Магнитопровод и обмотки есть во всех трансформаторах. Главное отличие между сухими и масляными трансформаторами в системе охлаждения.

  • В сухом трансформаторе нагретый воздух от магнитопровода и катушек движется естественным путем или его «гоняют» специальные вентиляторы.
  • В защитном кожухе сухого трансформатора делают специальные отверстия для лучшей вентиляции. Потому что воздушное охлаждение менее эффективно, чем масляное. Иногда ТС выпускаются в незащищенном исполнении.
  • К изоляции в сухих трансформаторах предъявляются повышенные меры пожарной безопасности. Потому что основная изолирующая среда для устройства – это воздух. А изолирующие свойства у воздуха хуже, чем у масла.

В сухих трансформаторах нет жидкостей. Поэтому обслуживать оборудование не так хлопотно. Кроме того, отсутствие масла в системе охлаждения позволяет устанавливать трансформатор рядом с потребителями электрической энергии.

Устройство трансформатора силового масляного

Рабочая часть масляного силового трансформатора состоит из сердечника и обмоток. А охлаждается трансформатор маслом. Его заливают в специальный бак с крышкой. Сверху на крышке расположены датчики давления и температуры масла, входы и выходы обмоток ВН и НН, регуляторы и переключатели.

Трансформаторы отличаются по конструкции масляного бака. Есть герметичные масляные силовые трансформаторы ТМГ. В них устанавливают бак с гофрированными стенками. Масло заливается в бак в вакууме. Оно не соприкасается с окружающей средой. Масляный силовой трансформатор обычной конструкции имеет на крышке расширитель и газовое реле. При сильном нагреве дополнительный объем масла поступает в расширитель.

Масляная система в состоянии охладить мощный трансформатор. Но масло – это горючая жидкость. Поэтому «начинка» масляного трансформатора спрятана в прочный корпус.

Силовые трансформаторы – это габаритные устройства. Для удобного ремонта и установки их комплектуют дополнительными устройствами. Например, колесиками или дополнительными датчиками.

 

Конструкция и техническая характеристика силовых трансформаторов 6-10 кВ

Конструкция масляных трансформаторов.

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования (трансформирования) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения — более низкого или более высокого. Трансформаторы, понижающие напряжение, называют понижающими, а повышающие напряжение — повышающими.
Трансформаторы изготовляют двухобмоточные и трехобмоточные. Последние кроме обмотки НН и ВН имеют обмотку СН (среднего напряжения). Трехобмоточный силовой трансформатор позволяет снабжать потребителей электроэнергией разных напряжений. Обмотка, включенная в сеть источника электроэнергии, называется первичной, а обмотка, к которой присоединены электроприемники,— вторичной.
В рассматриваемых распределительных устройствах и подстанциях промышленных предприятий применяют трехфазные двухобмоточные понижающие трансформаторы, преобразующие напряжение 6 и 10 кВ в 0,23 и 0,4 кВ.
В зависимости от изолирующей и охлаждающей среды различают трансформаторы масляные ТМ и сухие ТС. В масляных основной изолирующей и охлаждающей средой являются трансформаторные масла, в сухих — воздух или твердый диэлектрик. В специальных случаях применяют трансформаторы с заполнением баков негорючей жидкостью — совтолом.
Основой конструкции трансформатора служит активная часть, состоящая из магнитопровода 4 (рис. 1) с расположенными на нем обмотками низшего напряжения 3 и высшего напряжения 2 отводов и переключающего устройства. Магнитопровод, набранный из отдельных тонких листов специальной трансформаторной стали, изолированных друг от друга покрытием, состоит из стержней, верхнего и нижнего ярма. Такая конструкция способствует уменьшению потерь на нагрев от перемагничивания (гистерезис) и вихревых токов.
Соединительные провода, идущие от концов обмоток и их ответвлений, предназначенные для регулирования напряжения, называют отводами, которые изготовляют из неизолированных медных проводов или проводов, изолированных кабельной бумагой либо гетинаксовой трубкой.
Переключающие устройства обмоток трансформатора служат для ступенчатого изменения напряжения в определенных пределах, поддерживания номинального напряжения на зажимах вторичной обмотки при изменении напряжения на первичной или вторичной обмотке. С этой целью обмотки ВН трансформаторов снабжают регулировочными ответвлениями, которые подсоединяют к переключателям.

Рис. 1. Активная часть трансформатора серии ТМ: 1 — ярмо, 2 и 3 — обмотки ВН и НН, 4 — магнитопровод
Необходимость регулирования вызвана тем, что в электросистемах возможны различные отклонения от нормального режима электроснабжения, приводящие к неэкономичной работе приемников, преждевременному износу и сокращению сроков их службы. Особенно чувствительны к повышению напряжения электролампы, радиолампы и лампы телевизоров: срок их службы резко сокращается при систематическом увеличении напряжения.
В трансформаторах могут быть два вида переключений ответвлений: под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой) и без нагрузки после отключения трансформатора — ПБВ (переключение без возбуждения). С помощью ПБВ и РПН можно поддерживать напряжение, близким к номинальному во вторичных обмотках трансформаторов.
Переключение осуществляют изменением числа витков с помощью регулировочных ответвлений обмоток, т. е. изменением коэффициента трансформации, который показывает, во сколько раз напряжение обмотки ВН больше напряжения обмотки НН или во сколько раз число витков обмотки ВН больше числа витков обмотки НН. Пределы регулирования вторичных напряжений для разных трансформаторов различны: на ±10% 12 ступенями по 1,67% или 16 ступенями по 1,25% с помощью РПН; на ±5% четырьмя ступенями по 2,5% с помощью ПБВ.
Бак трансформатора, в который погружена активная часть, представляет собой стальной резервуар овальной формы, заполненный трансформаторным маслом. Масло, являясь охлаждающей средой, отводит теплоту, выделяющуюся в обмотках и магнитопроводе, и отдает ее в окружающую среду через стенки и крышку бака. Кроме охлаждения активной части трансформатора масло повышает степень изоляции между токоведущими частями и заземленным баком.
Для увеличения поверхности охлаждения трансформатора баки изготовляют ребристыми, вваривают в них трубы или снабжают съемными радиаторами (только у трансформаторов мощностью до 25 кВ-А стенки бака гладкие). Радиаторы присоединяют к стенкам бака патрубками со специальными радиаторными кранами. У верхнего торца бака к его стенкам приваривают раму из угловой или полосовой стали, к которой крепят крышку на прокладках из маслоупорной резины.
В нижней части бака всех типов трансформаторов имеется кран для взятия пробы и слива масла, а в его днище (в трансформаторах мощностью выше 100 кВ-А) — пробка для спуска осадков после слива масла через кран. Второй кран устанавливают на крышке бака, через который заливают в него масло. Оба крана служат одновременно для присоединения к ним маслоочистительных аппаратов.
К дну баков трансформаторов массой выше 800 кг приваривают тележку с поворотными катками, конструкция крепления которых позволяет изменять направление передвижения трансформаторов с поперечного на продольное. Для подъема трансформатора на баке имеется четыре кольца-рыма. Активная часть поднимается за скобы в верхних консолях магнитопровода.
На крышке бака размещены вводы, расширитель и защитные устройства (выхлопная предохранительная труба, реле давления, газовое реле, пробивной предохранитель). К стенкам бака приваривают подъемные крюки, прикрепляют манометрический сигнализатор (у трансформаторов мощностью свыше 1000 кВ- А) и устанавливают фильтры. Трансформатор серии ТМ-1000-10 показан на рис. 2.

Рис. 2. Трехфазный силовой трансформатор мощностью 1000 кВ А с масляным охлаждением:
1 — бак, 2 и 5 — нижняя и верхняя ярмовые балки магнитопровода, 3 — обмотка ВН, 4 — регулировочные отводы к переключателю, 6 — магнитопровод, 7 — деревянные планки, 8 — отвод от обмотки ВН, 9 — переключатель, 10 — подъемная шпилька, 11 — крышка бака, 12 — подъемное кольцо (рым), 13 и 14 — вводы ВН и НН, 15 — предохранительная труба, 16 — расширитель (консерватор), 17 — маслоуказатель, 18 — газовое реле, 19 — циркуляционные трубы, 20 — маслоспускной кран, 21 — катки

Вводы 14 и 15 представляют собой фарфоровые проходные изоляторы, через которые выводы обмоток трансформатора присоединяются к электрическим сетям.
Большинство трансформаторов оборудовано расширителями (рис. 3), обеспечивающими постоянное заполнение бака маслом и уменьшающими поверхность соприкосновения масла с воздухом, следовательно, защищающими масло от увлажнения и окисления. У расширителя есть отверстие для всасывания и вытеснения воздуха при изменении уровня содержащегося в нем масла (дыхательная пробка).

Рис. 3. Расширитель:

1 — бак расширителя, 2 — маслоуказатель, 3 — маслоуказательное стекло, 4 — угольник, 5 — запирающий болт, 6 — крышка трансформатора, 7 — газовое реле, 8 — плоский кран, 9 — трубопровод, 10— опорная пластина

Расширитель имеет цилиндрическую форму, закрепляется на кронштейне, установленном на крышке 6 трансформатора, и сообщается с баком трансформатора трубопроводом, не выступающим ниже внутренней поверхности крышки трансформатора и заканчивающимся внутри расширителя выше его дна во избежание попадания осадков масла в бак 1. Внутренняя поверхность расширителя имеет защитное покрытие, предохраняющее масло от соприкосновения с металлической поверхностью и расширитель от коррозии. В нижней части расширителя имеется пробка для слива масла из него.
Объем расширителя определяют так, чтобы уровень масла оставался в его пределах как летом при 35 °С и полной нагрузке трансформатора, так и зимой при минимальной температуре масла и отключенном трансформаторе. Обычно объем расширителя составляет 11 —12% объема масла в баке трансформатора. Для наблюдения за уровнем масла на боковой стенке расширителя устанавливают маслоуказатель 2, выполненный в виде стеклянной трубки в металлической оправе.
Емкость расширителя должна обеспечивать постоянное наличие в нем масла при всех режимах работы трансформатора от отключенного состояния до номинальной нагрузки и при колебаниях температуры окружающего воздуха, причем при допустимых перегрузках масло не должно выливаться.
В герметичных масляных трансформаторах и трансформаторах с жидким негорючим диэлектриком поверхность масла защищают сухим азотом, а в заполненных совтолом -10 — сухим воздухом. Негерметичные масляные трансформаторы мощностью 160 кВ- А и более, в которых масло в расширителе соприкасается с окружающим воздухом, имеют термосифонный или адсорбционный фильтр, а трансформаторы мощностью 1 мВ • А и более с естественным масляным охлаждением и азотной подушкой — термосифонный фильтр (кроме трансформаторов с жидким негорючим диэлектриком).
Масляные трансформаторы мощностью 1 мВ * А и более с расширителем снабжают защитным устройством, предупреждающим повреждение бака при внезапном повышении внутреннего давления более 50 к Па. К защитным устройствам относят выхлопную трубу со стеклянной диафрагмой и реле давления. Масляные трансформаторы и трансформаторы с жидким диэлектриком с азотной подушкой без расширителя имеют реле давления, срабатывающее при повышении внутреннего давления более 75 кПа.
Нижний конец выхлопной трубы соединяют с крышкой бака, а на верхний ее конец устанавливают тонкую стеклянную мембрану (от 2,5 до 4 мм) диаметром 150, 200 и 250 мм, которая разрушается при определенном давлении и дает выход газу и маслу наружу раньше, чем произойдет деформация бака. Реле давления размещают на внутренней стороне крышки трансформатора. Основными его элементами являются ударный механизм и стеклянная диафрагма. При достижении определенного давления в баке механизм срабатывает, разбивает диафрагму и обеспечивает свободный выход газам.
Трансформаторы мощностью 1 мВ * А и более, имеющие расширитель, снабжают газовым реле, которое реагирует на повреждения внутри бака трансформатора (электрический пробой изоляции, витковое замыкание, местный нагрев магнитопровода), сопровождающиеся выделением газа или резким увеличением скорости перетекания масла из бака в расширитель. Выделение газообразных продуктов происходит в результате разложения масла и других изоляционных материалов под действием высокой температуры, возникающей в месте повреждения. На этом явлении основана работа газовой защиты трансформатора от внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газов при их утечке, утечке масла и попадании воздуха в бак. Основной элемент этой защиты — газовое реле, устанавливаемое обычно на трубопроводе, который соединяет расширитель с баком, имеющим наклон к горизонтали от 2 до 4 В газовом реле имеются две пары контактов для работы на сигнал или отключение.
Пробивные предохранители служат для защиты от пробоя обмоток ВН на обмотки НН. Устанавливают их на крышке бака и подсоединяют к нулевому вводу НН, а при напряжении 690 В — к линейному вводу.
При пробое изоляции между обмотками ВН и НН промежуток между контактами, в котором проложены тонкие слюдяные пластины с отверстиями, пробивается и вторичная обмотка оказывается соединенной с землей.
Для заземления трансформаторов служит специальный заземляющий контакт с резьбой не менее Ml2, расположенный в доступном месте нижней части бака со стороны НН и обозначенный четкой несмывающейся надписью «Земля» или знаком заземления. Поверхность заземляющего контакта должна быть гладкой и зачищенной; заземление осуществляют подсоединением стальной шины сечением не менее 40><4 мм.
Для измерения температуры масла на трансформаторах монтируют ртутные термометры со шкалой от 0 до 150° С или термометрические сигнализаторы ТС со шкалой от 0 до 100° С. Последние снабжены двумя передвижными контактами, которые можно установить на любую температуру в пределах шкалы. Первый контакт, будучи включенным в сигнальную цепь, при определенной температуре масла дает сигнал; в случае дальнейшего повышения температуры масла второй контакт, соединенный с реле, отключает трансформатор. На трансформаторах мощностью 6300 кВ * А и выше установлены термометры сопротивления.
Для сушки и очистки увлажненного и загрязненного воздуха, поступающего в расширитель при температурных колебаниях масла, все трансформаторы снабжены воздухоочистительным фильтром — воздухоосушителем (рис. 4), который представляет собой цилиндр, заполненный силикагелем и размещенный на дыхательной трубке 1 расширителя.

Рис. 4. Воздухоочистительный фильтр (воздухоосушитель):
1 — дыхательная трубка, 2 — соединительная муфта, 3 — смотровое окно, 4 — бак трансформатора, 5 — масляный затвор, 6 — указатель уровня масла в затворе, 7— кронштейн
В нижней части цилиндра расположен масляный затвор 5 для очистки засасываемого воздуха, в верхней части — патрон с индикаторным силикагелем, который при увлажнении меняет свою окраску с голубой на розовую.
Для поддержания изоляционных свойств масла, а следовательно, продления срока его службы предназначен термосифонный фильтр (рис. 5), представляющий собой цилиндрический аппарат, заполненный активным материалом — сорбентом (поглотителем продуктов старения масла).

Рис. 5. Термосифонный фильтр:
1 — радиаторные краны, 2 — загрузочный люк, 3 — пробка с отверстием для выпуска воздуха, 4 — силикагель, 5 — сетка, 6 — дно с отверстиями, 7,8 — пробки для отбора пробы масла и его слива, 9 — корпус фильтра, 10 — стенка бака трансформатора
Фильтр присоединяют к баку трансформатора двумя патрубками и промежуточными плоскими кранами. Работа фильтра основана на термосифонном принципе: более нагретое масло верхних слоев, проходя через охлаждающее устройство, опускается вниз. Параллельно радиаторам подсоединен термосифонный фильтр. Следовательно, через фильтр масло проходит сверху вниз и непрерывно очищается. Фильтры устанавливают на трансформаторах мощностью 160 кВ * А и выше.
Особенности конструкции сухих трансформаторов. Масляный трансформатор взрыво- и пожароопасен, поэтому, когда из-за пожарной безопасности недопустимы масляные трансформаторы, используют сухие или трансформаторы с негорючим заполнителем (совтолом, пиранолом, кварцевым песком). Поскольку отсутствует масло, сухие трансформаторы можно устанавливать непосредственно в цехах промышленных предприятий без устройства специальных трансформаторных камер.
Силовые трехфазные сухие трансформаторы ТСЗ (рис. 6) в защищенном исполнении изготовляют мощностью от 160 до 1600 кВ * А, обмотки которых имеют класс напряжения 6—10 кВ для ВН и 0,23; 0,4 и 0,69 кВ для НН. Применяют также сухие трансформаторы мощностью менее 160 кВ- А (25, 40, 66, 100 кВ- А).
Условное обозначение трансформаторов. Обозначения типов трансформаторов построены по определенной системе, отражающей конструкцию (буквы) и основные электрические параметры (цифры). Буквенные обозначения следующие: первая буква — число фаз (О — однофазный, Т — трехфазный), вторая или две — вид охлаждения (М — естественное масляное, С — сухое без масла, Д — дутьевое, Ц — циркуляционное, ДЦ — принудительное циркуляционное с дутьем), третья — число обмоток (Т — трехобмоточный). В условном обозначении могут быть другие буквы, указывающие конструктивные особенности трансформатора.

Рис. 6. Силовой трехфазный сухой трансформатор ТСЗ:
I — активная часть, 2 — ввод ВН, С, 9 — коробки ввода ВН и НН, 4 — крышка люка, 5 — кожух, 6 и 8 — кольцо и пластина для подъема трансформатора, 7 — шины НН, 10 — тележка, 11 — каток
Первая цифра, стоящая после буквенного обозначения трансформатора, показывает номинальную мощность (кВ- А), вторая — номинальное напряжение обмотки ВН (кВ). В последнее время добавляют еще две цифры, означающие год разработки трансформатора данной конструкции, например обозначение трансформатора ТМ-1000/10—93 расшифровывается так: трехфазный, двухобмоточный с естественным масляным охлаждением, мощностью 1000 кВ • А и напряжением обмотки ВН 10 кВ, конструкции 1993 г.

Ещё по теме:

Элементы конструкции силовых трансформаторов



Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструктивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, бак, охлаждающее устройство, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства, тележка.

Магнитная система

В магнитной системе проходит магнитный поток трансформатора (отсюда название «магнитопровод»). Магнитопровод является конструктивной и механической основой трансформатора. Он выполняется из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Качество электротехнической стали влияет на допустимую магнитную индукцию и потери в магнитопроводе.

В течение многих лет применялась горячекатаная сталь ЭЧ1, ЭЧ2 с толщиной листов 0,5-0,35 мм, допускающая индукцию 1,4-1,45 Тл, с удельными потерями 2,5-3,5 Вт/кг. В настоящее время применяется холоднокатаная текстурованная сталь марок 3405, 3406, т.е. сталь с определенной ориентировкой зерен, допускающая индукцию до 1,7 Тл, с удельными потерями 0,9-1,1 Вт/кг. Применение такой стали позволило значительно уменьшить сечение магнитопровода за счет большей допустимой магнитной индукции, уменьшить диаметр витков обмотки, уменьшить массу и габариты трансформаторов. Масса трансформаторов на единицу мощности в 1930г. достигала 3,33 т/(МВА), а в настоящее время 0,74 т/(МВА).

Уменьшение удельных потерь в стали, тщательная сборка магнитопровода, применение бесшпилечных конструкций, соединение стержней с ярмом с помощью косой шихтовки позволяют уменьшить потери холостого хода и ток намагничивания трансформатора. В современных мощных трансформаторах ток намагничивания составляет 0,5-0,6% Iном, тогда как в трансформаторе с горячекатаной сталью ток достигал 3%; потери холостого хода уменьшились вдвое.

Листы трансформаторной стали должны быть тщательно изолированы друг от друга. Первоначально применялась бумажная изоляция — листы оклеивались с одной стороны тонким слоем специальной бумаги. Бумага создает потную электрическую изоляцию между листами, но легко повреждается при сборке и увеличивает размеры магнитопровода. Широко применяется изоляция листов лаком с толщиной слоя 0,01 мм. Лаковая пленка создает достаточно надежную изоляцию между листами, обеспечивает хорошее охлаждение магнитопровода, обладает высокой нагревостойкостью и не повреждается при сборке. Последнее время все шире применяется двустороннее жаростойкое покрытие листов стали, наносимое на металлургическом заводе после проката. Толщина покрытия меньше 0,01 мм, что обеспечивает лучшие свойства магнитной системы. Стяжка стержней осуществляемся стеклобандажами, ярм — стальными полу бандажами или бандажами.

Магнитопровод и его конструктивные детали составляют остов трансформатора. На остове устанавливают обмотки и крепят проводники, соединяющие обмотки с вводами, составляя активную часть.

Рис.1. Обмотки трансформатора:

а — концентрическая, б — чередующаяся

Обмотки трансформаторов

Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися. В первом случае обмотки НН и ВН выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентрически одна относительно другой (рис.1,а). Такое выполнение принято в большинстве силовых трансформаторов. Во втором случае обмотки ВН и НН выполняются в виде невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой (рис. 1,б). В такой обмотке значительное число паек, она менее компактна и применяется для специальных электропечных трансформаторов или для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток.

Обмотки трансформаторов должны обладать достаточной электрической и механической прочностью. Изоляция обмоток и отводов от нее должна без повреждений выдерживать коммутационные и атмосферные перенапряжения. Обмотки должны выдерживать электродинамические усилия, которые появляются при протекании токов КЗ. Необходимо предусмотреть надежную систему охлаждения обмоток, чтобы не возникал недопустимый перегрев изоляции.

Для проводников обмотки используются медь и алюминий. Как известно, медь имеет малое электрическое сопротивление, легко поддается пайке, механически прочна, что и обеспечило широкое применение меди для обмоток трансформаторов. Алюминий дешевле, обладает меньшей плотностью, но большим удельным сопротивлением, требует новой технологии выполнения обмоток. В настоящее время трансформаторы с алюминиевой обмоткой изготовляются на мощность до 6300 кВА.

В современных трансформаторах для обмотки применяется транспонированный провод, в котором отдельные проводники в параллельном пучке периодически изменяют свое положение. Это выравнивает сопротивление элементарных проводников, увеличивает механическую прочность, уменьшает толщину изоляции и размеры магнитопровода.

Изоляция трансформатора

Изоляция трансформатора является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции.

В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом, деревом (маслобарьерная изоляция).

Значительный эффект дает применение изоляции из специально обработанной бумаги (стабилизированной), которая менее гигроскопична, имеет более высокую электрическую прочность и допускает большой нагрев. В сухих трансформаторах широко применяются новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкости на основе кремнийорганических материалов.

Активную часть трансформатора вместе с отводами и переключающими устройствами для регулирования напряжения помещают в бак. Основные части бака — стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других деталей. На стенке бака укрепляют охладительные устройства — радиаторы.

В трансформаторах небольшой мощности бак выполняется с верхним разъемом: при ремонтах необходимо снять крышку трансформатора, а затем поднять активную часть из бака.

Если масса активной части более 25т, то она устанавливается на донную часть бака, а затем накрывается колоколообразной верхней частью бака и заливается маслом. Такие трансформаторы с нижним разъемом не нуждаются в тяжелых грузоподъемных устройствах для выемки активной части, так как при ремонтах после слива масла поднимается верхняя часть бака, открывая доступ к обмоткам и магнитопроводу.

Для уменьшения потерь от потоков рассеяния стальные баки экранируются с внутренней стороны пакетами из электротехнической стали или пластинами из немагнитных материалов (медь, алюминий).




Расширитель трансформатора

Расширитель трансформатора представляет собой цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом. Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема масла при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровня масла в расширителе; при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него. Масло очень гигроскопично, и если расширитель непосредственно связан с атмосферой, то влага из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные свойства. Для предотвращения этого расширитель связан с окружающей средой через силикагелевый воздухоосушитель. Силикагель поглощает влагу из всасываемого воздуха. При резких колебаниях нагрузки силикагелевый фильтр полностью не осушает воздух, поэтому постепенно влажность воздуха в расширителе повышается. Для предотвращения этого применяются герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняется инертным газом (азотом), поступающим из специальных эластичных емкостей. Возможно применение специальной пленки — мембраны на границе масло-воздух. Осушение воздуха в расширителе осуществляют термовымораживателями.

К баку трансформатора крепится термосифонный фильтр, заполненный силикагелем или другим веществом, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции масла через фильтр происходит непрерывная регенерация его.

Рис.2. Трансформатор трехфазный трехобмоточный ТДТН-16000-110-80У1

1 — бак, 2 — шкаф автоматического управления дутьем, 3 — термосифонный фильтр,

4 — ввод ВН, 5 — ввод НН, 6 — ввод СН, 7 — установка трансформаторов тока 110 кВ,

8 — установка трансформаторов тока 35 кВ, 9 — ввод 0 ВН, 10 — ввод 0 СН,

11 — расширитель, 12 — маслоуказатель стрелочный, 13 — клапан предохранительный,

14 — привод регулятора напряжения, 15 — электродвигатель системы охлаждения,

16 — радиатор, 17 — каретка с катками

Для контроля за работой трансформатора предусматриваются контрольно-измерительные и защитные устройства. К контрольным устройствам относятся маслоуказатель и термометры. Маслоуказатель устанавливается на расширителе, термометр — на крышке бака. К защитным устройствам относятся реле понижения уровня масла и газовое реле.

На мощных трансформаторах 330-750 кВ дополнительно применяются устройства контроля изоляции вводов (КИВ) и манометры, контролирующие давление масла в герметичных вводах ВН.
Основные конструктивные узлы трансформаторов показаны на рис.2.



14. Конструкции силовых трансформаторов.

Основные конструктивные элементы
силового трансформатора напряжения —
активная часть и бак с установленными
элементами конструкции. К активной
части относят конструктивные части
магнитопровода, обмотки, отводы,
переключающие устройства, изоляцию.

Магнитопровод выполняется из листов
электротехнической стали (железа),
шихтованный. Поверхности листов
изолируются бумагой и лаком. От марки
железа зависят допустимые потери и
магнитная индукция. В настоящее время
для изготовления листов применяется
холоднокатаная текстурованная сталь
марок 3405, 3406, допускающая индукцию до
1,7 Тл с удельными потерями 0,9-1,1 Вт/кг.
Применение такой стали позволило
значительно уменьшить сечение
магнитопровода и соответственно снизить
габариты трансформаторов. Снижение
удельных потерь в стали снижает потери
на холостой ход и ток намагничивания
трансформатора.

Обмотки трансформатора выполняются
концентрическими и чередующимися. В
случае концентрических обмоток обмотки
высокого и низкого напряжений располагаются
на одном стержне магнитопровода
концетрически относительно друг друга.
В случае чередующихся обмоток — обмотки
выполняются в виде невысоких цилиндров
с одинаковыми диаметрами и располагаются
на одном стержне одна над другой. Такая
обмотка обычно применяется для специальных
трансформаторов таких как электропечные
или сухие.

Обмотки трансформатора должны обладать
электрической и механической прочностью,
выдерживать электродинамические
действия токов короткого замыкания и
хорошее охлаждение, предотвращающее
перегрев.

Обмотки выполняют медными и алюминиевыми
проводниками. Изготовление алюминиевых
обмоток имее более сложную технологтю
и электрические свойства алюминия хуже
меди. Основной матерал обмоток это медь.
Для улучшения электрических характеристик
обмотки и механической прочности медные
обмотки выполняют транспонированным
проводом. Транспонированный провод
представляет собой параллельный пучок
элементарных проводников, в котором
отдельные проводники на всем протяжении
периодически изменяют свое положение
относительно исходного в начале провода.
Это выравнивает сопротивление элементарных
проводников, увеличивает механическую
прочность, уменьшает толщину изоляции
и размеры магнитопровода.

Изоляция, применяемая в трансформаторе
должна соответствовать классам напряжения
обмоток.

В масляных трансформаторах основная
изолирующая среда — это трансформаторное
масло. Применяется в сочетании с твердыми
диэлектриками: бумагой, электрокартоном,
гетинаксом, деревом (маслобарьерная
изоляция).

В сухих трансформаторах применяется
изоляция на основе кремнийорганических
материалов и новые современные
изоляционные материалы типа «Номекс»
класса нагревостойкости Н (80oС),
литая изоляция из эпоксидной смолы с
наполнителем, залитой в вакууме.
Наполнитель состоит в основном из
тригидрата алюминия Al(OH)3, обладающего
огнегасительными свойствами, название
которого легло в основу торговой марки
Trihal.

Бактрансформатора состоит из
стенок, дна и крышки. На крышке устанавливают
вводы, выхлопную трубу, крепление
расширителя, термометры и другие,
необходимые по марке и мощности
конструкции. На стенках бака с наружной
стороны крепятся охладительные
устройства, обычно центробежные
вентиляторы и радиаторы. Радиаторы
служат для циркуляции масла и необходимы
для охлаждения.

Расширитель, это цилиндрическая
емкость, устанавливаемая на креплениях
крышки соединяется патрубком с баком
и служит для приема излишков масла и
воздуха в баке трансформатора.

В нормальном рабочем состоянии бак
трансформатора полностью залит
трансформаторным маслом. При работе
трансформатора, в результате нагрева
трансформаторное масло расширяется,
при охлаждении напротив — сжимается и
воздух над уровнем масла вытесняется
или всасывается в него. Чтобы в масло
не попадала влага, на расширителе есть
силикагелевый воздухоосушитель. В
трансформаторах герметичной конструкции
вместо расширителя над слоем масла
закачивают инертный газ (азотная
подушка), не растворяющийся в масле. Газ
поступает и специальных эластичных
емкостей, установленных на крышке.

При резком изменении температуры внешней
среды вероятность попадания влаги в
масло высокая, чтобы избежать этого в
расширителе применяют термовымораживатели.
С торца расширителя крепится маслоуказатель
по масломерному стеклу, которого
определяется уровень масла в трансформаторе.

Устройство и элементы конструкции силовых трансформаторов | Трансформаторы

Силовые трансформаторы (автотрансформаторы) в зависимости от мощности и напряжения условно делят на восемь габаритов. Так, например, к нулевому габариту относят трансформаторы мощностью до 5 кВ-А включительно, мощностью свыше 5 кВ-А — до 100 кВ-А напряжением до 35 кВ (включительно) к I габариту, выше 100 до 1000 — ко II, выше 1000 до 6300 — к III; выше 6300 — к IV, а напряжением выше 35 до 110 кВ (включительно) и мощностью до 32 000 кВ-А — к V габариту. Для отличия по конструктивным признакам, назначению, мощности и напряжению их подразделяют на типы.

Каждому типу трансформаторов присваивают обозначение, состоящее из букв и цифр. Буквы в типах масляных и сухих трансформаторов обозначают: О — однофазный, Т — трехфазный, Н — регулирование напряжения под нагрузкой, Р — с расщепленными обмотками; по видам охлаждения: С — естественно-воздушное, М — естественная циркуляция воздуха   и   масла, Д — принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла, ДЦ — принудительная циркуляция воздуха и масла, MB — принудительная циркуляция воды и естественная циркуляция масла, Ц— принудительная циркуляция воды и масла. Вторичное употребление буква С в обозначении типа показывает, что трансформатор трехобмоточный.


Рис. 1. Устройство силового масляного трансформатора мощностью 1000—6300 кВ-А класса напряжения 35 кВ:

1 — бак, 2 — вентиль, 3 — болт заземления, 4 — термосифонный фильтр, 5 — радиатор, 6 — переключатель, 7 — расширитель, 8 — маслоуказатель, 9—воздухоосушитель, 10 — выхлопная труба, 11 — газовое реле, 12 — ввод ВН, 13 — привод переключающего устройства, 14 — ввод НН, 15 — подъемный рым, 16 — отвод НН, 17 — остов, 18 — отвод ВН, 19 — ярмовая балка остова (верхняя и нижняя), 20 — регулировочные ответвления  обмоток ВН,   21 — обмотка  ВН   (внутри  НН),   22 — каток тележки

Цифры в числителе указывают мощность трансформатора (в киловольт-амперах), в знаменателе — класс напряжения обмотки ВН (в киловольтах), например: ТМ-100/6 — трехфазный, с масляным охлаждением и естественной циркуляцией, мощностью 100 кВ-А, напряжением 6 кВ; ТД-10000/110 — трехфазный, с дутьевым охлаждением, мощностью 10 000 кВ-А, напряжением 110 кВ; ТДТ-20 000/110 — трехфазный, трехобмоточный, с дутьевым охлаждением, мощностью 20 000 кВ-А, напряжением 110 кВ; ТС-630/10 — трехфазный, сухого исполнения, мощностью 630 кВ-А, напряжением 10 кВ.

В обозначении автотрансформатора добавляют букву А. Если автотрансформатор понижающий, то буква А стоит в начале обозначения, если повышающий — в конце.

В условном обозначении типа трансформатора указывают также год разработку конструкции, климатическое исполнение и категорию размещения, например: ТДЦ-63 000/110-75У1 (У — предназначен для работы в условиях умеренного климата, 1 — на открытом воздухе).

По стандарту номинальные мощности трехфазных трансформаторов и автотрансформаторов должны соответствовать ряду: 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250 и т. д.

Составными частями масляного трансформатора являются: остов обмотки, переключающее устройство, вводы, отводы, изоляция, бак, охладители, защитные и контрольно-измерительные и вспомогательные устройства.

Конструкция, включающая в собранном виде остов трансформатора, обмотки с их изоляцией, отводы, части регулирующего устройства, а также все детали, служащие для их механического соединения, называется активной частью трансформатора. На рис. 1 показано устройство и компоновка основных частей силового масляного трансформатора мощностью 1000— 6300 кВ-А.

Силовой трансформатор: устройство и принцип работы

Трансформаторы силовые используются для преобразования выходного напряжения генератора в более высокий уровень, подходящий для передачи энергии. Они же на следующем этапе понижают его до нужных потребителям значений.

Принципы работы ничем не отличаются от функционирования типичного трансформатора. Ток проходит по первичной обмотке. Этот процесс образует магнитное поле. Его силовые линии создают ЭДС – появляется ток во вторичной обмотке.

Промышленные установки создаются с учетом повышенной мощности, поэтому в конструкцию добавляют специальные изменения:

  • Обмотки создают из алюминиевых и медных проводников с большой площадью сечения.
  • Изоляционные слои обмоток дополняют лаками, увеличивающими механическую прочность.
  • Чтобы регулировать в нужном диапазоне напряжения с небольшим шагом во вторичной обмотке делают необходимое количество ответвлений.
  • Для переключения без отсоединения нагрузки применяют специальные устройства, которые создают электрические контакты между соседними элементами. С применением ограничивающих ток резисторов компенсируют негативные воздействия на оборудования при возникновении короткого замыкания.

При преобразовании напряжения выделяется большое количество тепла, которое отводится с помощью масла. В стандартной схеме охлаждения применяют следующие элементы:

  • Расширительный бак, в который поступает жидкость при расширении в процессе нагрева.
  • Выхлопная труба, через которую выпускаются газы.
  • Радиатор – для улучшения эффективности системы.
  • Осушитель воздуха, не допускающий проникновение влаги в теплоноситель.
  • Указатель уровня масла.
  • Специальное реле, регистрирующее интенсивность газообразования. Оно включает предупреждающие сигналы и отключает водные и выходные цепи при возникновении опасных режимов работы.

Даже из этого краткого описания понятно, что масляное охлаждение– это сложная система. Большое количество компонентов само по себе снижает общий уровень надежности. Для поддержания хорошего функционального состояния требуется тщательный контроль, регулярная замена масла.

Чтобы снизить нагрузки на персонал, и уменьшить расходы в процессе эксплуатации применяют трансформаторы силовые сухого типа. В них применяют литые изоляционные материалы, а для отвода тепла используют системы воздушного охлаждения.

Устройство силовых трансформаторов — GlobeCore.ru

Рассмотрим устройство силовых трансформаторов. Обычно в состав силовых трансформаторов входит замкнутый магнитопровод и две или более обмоток, проводящих электрический ток.

Изоляция силового трансформатора

Во время эксплуатации изоляция трансформаторов подвергается воздействию электрического поля, эквивалентного номинальному рабочему напряжению. Возможны также недлительные перенапряжения, появляющиеся в результате протекания коммутационных процессов в электрических сетях, аварийных режимов или воздействия атмосферных грозовых разрядов.

Именно такие условия являются предпосылкой нагревания токоведущих частей трансформатора, что способствует старению изоляции и снижению ее диэлектрических свойств. Поэтому к выбору изоляции силового трансформатора необходимо подходить максимально ответственно. Именно от него зависит длительность эксплуатации оборудования в условиях различных воздействий (тепловых, электрических, механических и т.д.) в процессе эксплуатации. Трансформаторы небольшой мощности обычно имеют обмотки с бумажной, лаковой или тканевой изоляцией.

В трансформаторах большей мощности функцию изоляционной среды выполняет специальное трансформаторное масло. Если сравнивать конструкцию сухих и маслонаполненных трансформаторов, то нужно отметить, что устройства второго типа более сложны.

Устройство силовых трансформаторов: бак, магнитопровод и обмотки

В состав силовых масляных трансформаторов входит бак с радиаторами, наполненными маслом, а также магнитопровод и обмотки. В баке есть заливная пробка и указатели уровня изоляционной жидкости. Повышение температуры приводит к расширению объема масла. С целью компенсации внутренняя поверхность бака выполняется гофрированной. Предусматривается также защита от избыточного давления в виде предохранительного клапана.

При установке трансформаторов негерметичного исполнения необходимо учитывать все требования противопожарной безопасности и санитарных норм, что обусловлено опасностью паров масла для здоровья человека и их горючестью.

Но даже несмотря на перечисленные моменты, силовые масляные трансформаторы обладают рядом несомненных преимуществ и пользуются спросом. Трансформаторы герметичной конструкции характеризуются большей безопасностью, поскольку в этом случае исключается контакт изоляционного масла с окружающей средой. Они не требуют какого-либо сложного ухода. Наиболее часто обслуживающему персоналу приходится доливать масло до необходимого уровня. К преимуществам масляных силовых трансформаторов относят относительно небольшое реактивное сопротивление, длительный срок службы и минимальные внеплановые вмешательства.

Выбор силового трансформатора

При выборе трансформатора в первую очередь необходимо учитывать класс его напряжения, а уже потом остальные факторы: цену, надежность, удобство использования, пожаробезопасность и т.д.

Существуют трансформаторы следующих классов напряжений: трансформатор 3 кВ, трансформатор 6 кВ, трансформатор 10 кВ, трансформатор 110 кВ, трансформатор 220 кВ, трансформатор 500 кВ и др.

Силовые трансформаторы — конструкция и применение

Силовые трансформаторы увеличивают или уменьшают величину напряжения и тока в энергосистеме. Это преобразование происходит из-за принципа индукции Фарадея и изменения ампер-витков (или витков обмотки). Обратите внимание, передаваемая мощность остается прежней (за вычетом нескольких потерь в сердечнике и меди).

Конструкция трансформатора

Силовой трансформатор состоит из 6 основных компонентов.

  • Сердечник
  • Обмотка
  • Втулки
  • Устройство РПН
  • Бак
  • Охлаждение

Как энергетик, понимание конструкции компонентов означает, что вы можете правильно подобрать трансформаторы.

Конструкция сердечника

Для чего нужен сердечник трансформатора?

Ядро выступает в роли посредника. Поскольку первичная и вторичная обмотки электрически изолированы, сердечник поддерживает процесс индукции, обеспечивая путь для движения магнитного потока от первичной обмотки ко вторичной. Для поддержки этой миссии он должен правильно выполнять две вещи
— Обеспечивать хорошую магнитную проницаемость.
— Минимизируйте утечку флюса.
Это достигается с использованием ламинированных листов холоднокатаной стали с ориентированной зернистостью (CRGO).

Сердечник трансформатора — сталь CRGO. Пластины предотвращают возникновение вихревых токов. В чем разница между трансформатором с сердечником и трансформатором с оболочкой?

Ламинированные листы имеют форму сердцевины или оболочки. Обратите внимание на их различия на изображениях ниже.

Рисунок 1: Формы строительства. Изображение предоставлено — Справочник по электрическим T&D инженерам Westinghouse.

  • Трансформатор с сердечником. Обратите внимание, как обмотки герметизируют сердечник (ламинированные листы).
  • Трансформатор оболочковый. Обратите внимание на то, как материал сердечника (ламинированные листы) герметизирует обмотки.

Почему трансформатор с оболочкой лучше, чем трансформатор с сердечником?

Трансформатор кожухового типа, хотя и дорогой в изготовлении (из-за дополнительных материалов), лучше, чем трансформатор с сердечником по следующим причинам.
1. Обеспечивает высокую способность выдерживать токи короткого замыкания. По сути, ламинированные листы металла вокруг обмоток скрепляют их, когда они изгибаются или скручиваются во время короткого замыкания.
2. Наружные части обеспечивают дополнительный путь для потока утечки. Без этого пути эвакуации, как и в случае сердечника, происходит локальный перегрев.
3. Он лучше выдерживает скачки напряжения благодаря чередованию дисковых обмоток (поясняется ниже).

Конструкция обмотки

Как устроены обмотки трансформатора?

Обмотки проводят ток. Таким образом, вы можете увеличить индуцированное напряжение за счет увеличения витков вокруг сердечника и уменьшить напряжение за счет уменьшения витков.

Для первичной и вторичной обмоток использование непрерывно транспонированного проводника (CTC) обеспечивает высокую механическую стабильность (за счет компенсации магнитных полей). Для третичных или стабилизирующих обмоток используется плоский медный проводник.

  • Непрерывный транспонированный проводник CTC
  • Плоский медный провод
  • Метод поворота обмотки трансформатора. Слоистые и спиральные обмотки обычно используются для третичных обмоток. Дисковые обмотки обычно используются в первичных и вторичных обмотках.

Как помогает чередование обмоток трансформатора?

Хотя обмотки можно просто вращать по спирали вокруг сердечника, чередование витков (см. Изображение) создает мини-конденсаторы, которые помогают устранить скачок входящего напряжения и скрыть его в обмотках. Вставка экранированного провода (плоской меди) между витками — еще один способ отвода перенапряжения.

Установка обмотки трансформатора для защиты от скачков напряжения Как выполняется изоляция обмоток трансформатора?

Для отвода тока каждый дюйм меди изолирован (крафт-бумагой): между витками, между обмоткой НН и сердечником, между обмоткой ВН и обмоткой НН, между обмоткой ВН и сердечником.

  • Вторичная обмотка на многослойных листах металлического сердечника
  • Обратите внимание на изоляцию между витками, между катушками и между катушкой и рамой (вверху). Также обратите внимание на экранированный провод.

Конструкция ввода

Для чего нужен ввод на трансформаторе? Втулки

обеспечивают прохождение тока от проводника под напряжением (высокого напряжения) к обмоткам внутри резервуара (без включения резервуара). Вас должны беспокоить две точки соприкосновения.Один, вверху, куда приземляется проводник. Фарфоровый изолятор поддерживает зазор между фазой и землей. Во-вторых, внутри ввода мини-конденсаторы, созданные из бумаги и фольги, поддерживают зазор (конденсаторы снижают напряжение). Этот тип ввода называется емкостным или конденсаторным. Это типично для трансформаторов с напряжением высокого, сверхвысокого и сверхвысокого напряжения. При средних напряжениях и ниже втулки из смолы (сухие) являются альтернативой.

Втулка конденсатора трансформатора. Обратите внимание, как больше слоев появляется по мере приближения к фланцу бака трансформатора.Это причина того, что у основания есть небольшая выпуклость. Втулка из пластмассы (сухая). Узнайте больше на ABB.

Конструкция устройства РПН

Какова цель устройства РПН?

При увеличении или уменьшении нагрузки напряжение на подстанции соответственно уменьшается или увеличивается. Чтобы напряжение оставалось стабильным, количество витков обмотки может быть добавлено или удалено (помните, что добавление вторичных витков увеличивает напряжение или наоборот). Это функция устройства РПН — стабилизировать напряжение путем изменения оборотов.Обмотки устройства РПН остаются в основном баке (вокруг сердечника), а оператор и его аксессуары устанавливаются в отдельном отсеке.

Что входит в устройство РПН?

Между каждым ответвлением внутри трансформатора существует разность потенциалов в сотни вольт. Таким образом, когда вы подключаете или разрываете соединение отвода, искрение устраняется вакуумными выключателями. Когда вы соединяете два положения ответвлений, разность потенциалов управляет циркулирующим током. Предупреждающий автотрансформатор действует как индуктор, ограничивая броски тока, связанные с циркулирующим током. Это ваш РПН реактивного типа. Другой вариант — резистивный РПН.

  • Вакуумные переключатели (белые баллоны) на LTC
  • Механизм переключения ответвлений
  • Превентивный автотрансформатор регулирует пусковой ток при перекрытии двух положений ответвлений.

ABB VRLTC Reactive loadtap changer. Подробнее о том, как это работает: URL.

Дизайн резервуара

Дизайн резервуара — это то, где вы проявляете творческий подход, чтобы соответствовать требованиям местоположения и проекта.Вы можете указать вводы с любой стороны, установить системы охлаждения, снизить уровень шума с помощью уникальной панели резервуара, выбрать изолированные фазовые шинопроводы — отдельные или несегрегированные шинные каналы и т. Д.

Еще одно важное проектное решение — выбрать три однофазных или один трехфазный трансформатор. Повышающие трансформаторы генераторов на крупных электростанциях, трансформаторы на подстанциях сверхвысокого напряжения идут по трехфазному маршруту.

Три однофазных трансформатора имеют каждый блок изолирован от другого и, таким образом, обеспечивают непрерывность обслуживания при выходе из строя одного блока.Один трехфазный трансформатор, будь то сердечник или оболочка, не будет работать даже при выходе из строя одной батареи. Однако этот трехфазный трансформатор дешевле в производстве, занимает меньше места и работает относительно с более высоким КПД.

Конструкция системы охлаждения

Как отводится тепло внутри бака?

При протекании тока в медной обмотке выделяется тепло. Вихревой ток и ток возбуждения в сердечнике выделяют тепло. Минеральное масло извлекает это тепло. Обычно естественный конвекционный поток масла отводит тепло: горячее масло поднимается вверх -> движется к радиаторам -> масло охлаждается, оседает и перемещается в основной бак -> масло снова нагревается и поднимается (процесс повторяется).

Для улучшения охлаждения прикрепите к радиаторам или теплообменникам блок вентиляторов. Для дальнейшего улучшения принудительного движения масла (через бак или обмотки) с помощью насосов.

Поскольку масло может собирать влагу / кислород / мусор, система консервации масла или фильтрации помогает продлить срок службы трансформатора.

Для чего нужен бак-расширитель?

Масло расширяется и сжимается под нагрузкой трансформатора. Поскольку резервуар герметичен и находится под вакуумом, объем масла контролируется двумя способами.
Метод 1. Используйте бак расширителя. Основной бак полностью заполнен. Излишки масла проливаются в этот резервуар.
Метод 2: Основной бак не заполнен полностью (но сердечник и обмотки погружены). «Одеяло» из газообразного азота заполняет пустоту наверху. По мере расширения нефти выделяется газ. Когда он сжимается, внешний баллон с азотом заполняет газ.

Может ли трансформатор работать сверх номинальных значений, указанных на паспортной табличке?

Мощность трансформатора ограничена номинальной тепловой мощностью.Это означает, что трансформатор может работать за пределами своего номинального значения в МВА, пока температура его верхнего масла остается в пределах 65 ° C, превышающей температуру окружающей среды (см. Стандарт IEEE C57.12.00-2015). Например, если температура окружающей среды составляет 45 ° C, трансформатор может быть доведен до значения менее 45 ° C + 65 ° C = 110 ° C.

Не рекомендуется длительная перегрузка трансформатора из-за насыщения его сердечника (более высокие потери), сокращения срока службы и ухудшения изоляции обмотки.

Трансформатор с баком расширителя. Когда масло расширяется, оно сжимает мешок, выпуская воздух. Когда он сжимается, обезвоженный воздух заполняет мешок. Таким образом, трансформатор может «дышать», будучи полностью герметичным.

Соединение обмотки трансформатора

После того, как катушки установлены, три первичные обмотки и три вторичные обмотки могут быть соединены треугольником или звездой (или звездой). Один из таких вариантов показан ниже.

Подключение трансформатора звезда-треугольник. Обратите внимание, жилы изображены в виде квадратов.Это сделано для визуализации соединений звезда-треугольник. В действительности первичная и вторичная обмотки находятся на одной ветви.

Хотя может показаться, что вы замыкаете накоротко, привязав один конец катушки к заземлению нейтрали (звездой) и привязав одну катушку к другой (треугольником), это не так. Эти связи работают по закону Ленца.

Использование любой комбинации: треугольник-звезда, звезда-треугольник, звезда-звезда или дельта-треугольник оказывает огромное влияние на конструкцию энергосистемы.Так что выбор подключения имеет решающее значение.

Преимущества трансформатора «звезда-земля»

  • Обеспечивает экономию изоляции, что приводит к снижению затрат на трансформатор.
  • Упрощенная фазировка, т.е. отсутствие сдвига фаз — упрощает параллельное включение трансформаторов.

Звезда-земля Недостатки трансформатора «звезда-земля»

  • Гармоники (нежелательные частоты) распространяются через трансформатор, потенциально вызывая радиопомехи.
  • Ток нулевой последовательности протекает через трансформатор.
  • Внешнее замыкание на землю приведет к отключению трансформатора (если соединение нейтрали допускает возврат тока короткого замыкания, то в зоне дифференциальной защиты входящий ток отличается от выходного тока).
  • Существует возможность по-разному нагружать фазы, что приводит к несбалансированной системе высокого напряжения.

Преимущества трансформатора «звезда-треугольник»

  • Поскольку обмотка треугольником улавливает ток нулевой последовательности, можно предположить, что реле на входе трансформатора треугольник-звезда срабатывает только при замыканиях на землю на стороне высокого напряжения.Это позволяет устанавливать очень чувствительные настройки звукоснимателя. Напротив, комбинация звезда-звезда пропускает ток нулевой последовательности, что затрудняет оценку места повреждения. Короче, релейная защита улучшена.

Недостатки трансформатора треугольник-звезда-земля

  • Из-за фазового сдвига, связанного с этими трансформаторами, необходимо уделять больше внимания конструкции. При параллельном подключении и подключении трансформатора тока возникают потенциальные ошибки.
  • Высокая стоимость изоляции приводит к дорогостоящему трансформатору.

Дополнительные сведения о плюсах и минусах различных конфигураций обмоток можно найти в статье General Electric под названием «Почему лучше».

Чтобы охватить преимущества каждой комбинации, силовой трансформатор может быть изготовлен с тремя наборами обмоток (вместо двух), обычно с первичной звездой, вторичной звездой и третичным треугольником.

Третичный треугольник и его применение

В трехобмоточном трансформаторе звезда-звезда-треугольник треугольная третичная обмотка позволяет подключать:

  • Блок конденсаторов — для коррекции напряжения или коэффициента мощности
  • Реакторы — для предотвращения напряжения от выпуклости (эффект Ферранти) на линиях сверхвысокого напряжения в условиях малой нагрузки.
  • Подстанционный трансформатор — питание переменного тока для оборудования внутри подстанции
  • С точки зрения защиты и управления он улавливает ток нулевой последовательности (замыкание на землю). Если вы вставите трансформатор тока в третичную обмотку, вы можете измерить этот ток. Поскольку эта обмотка также улавливает 3-е гармоники, она называется стабилизирующей обмоткой.
  • Третичные треугольники индуцируют ток только в одном направлении, независимо от того, где происходит короткое замыкание — на стороне высокого или низкого уровня. Таким образом, направленное реле может быть поляризовано с использованием третичного треугольного трансформатора тока.

Как заземление трансформатора влияет на конструкцию энергосистемы

Не вдаваясь в подробности, для экономии затрат и безопасности соединение звездой является предпочтительным соединением для передачи высокого напряжения. В этом сценарии общая точка — нейтраль — заземлена или заземлена. Это приводит к снижению напряжения между фазой и нейтралью или между фазой и землей в 1 / sqrt (3). Вы не получите этого снижения при подключении треугольником (без заземления).

Имеет смысл использовать трансформатор треугольник-звезда только рядом с генерирующей станцией, где треугольник подключен к клеммам генератора, а звезда подключена к линиям передачи высокого напряжения. При заземлении звездой со стороны высокого напряжения обмотка трансформатора может быть изолирована для более низких напряжений (фаза-земля). Система передачи также будет иметь более низкие требования к изоляции. Это обеспечивает огромную экономию затрат на проектирование и строительство системы передачи.

Токовый путь замыкания на землю

Однако заземление нейтрали трансформатора имеет недостаток. Когда одна линия или все три линии на стороне звезды замыкаются накоротко на землю, заземленная нейтраль трансформатора служит обратным путем для тока короткого замыкания. Эти токи короткого замыкания, если их не устранить за доли секунды, могут серьезно повредить трансформатор и все подключенное к нему оборудование. Токи замыкания на землю также богаты токами третьей гармоники. Третья гармоника в линии передачи нарушает все каналы связи (например, несущая линии электропередачи — ретрансляция пилот-сигнала) в непосредственной близости.

Но еще не все потеряно с комбинацией звезда-треугольник / треугольник-звезда (из-за заземления нейтрали). Соединение по схеме «треугольник» обеспечивает высокий импеданс для третьей гармоники и улавливает ток замыкания на землю, тем самым предотвращая его распространение с одной стороны на другую.

Сводка

  • Трансформаторы треугольником: применяются на электростанциях и центрах нагрузки.
  • Трансформаторы звезда-звезда-треугольник: Применяются на передающих подстанциях (765 кВ, 500 кВ, 345 кВ).
  • Заземление нейтрали обеспечивает более высокие токи замыкания на землю, однако экономия средств за счет более низких требований к изоляции делает заземление нейтрали приемлемым.

Поддержите этот блог, поделившись статьей

Power Transformers Basics | Типы и конструктивные формулы трансформаторов

Трансформатор передает электроэнергию из одной цепи в другую без изменения частоты. Он содержит первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка подключается к основному источнику питания, а вторичная — к требуемой цепи. В нашей проектной схеме мы взяли конструкцию однофазного силового трансформатора 50 Гц малой мощности (10 кВА) в соответствии с нашими требованиями в проекте.

Трансформатор в основном бывает трех типов:

  1. Тип сердечника
  2. Тип оболочки
  3. Тороидальный

В сердечнике тип обмотки окружает часть сердечника, а в сердечнике типа оболочки — обмотки. В типе Core есть два основных типа, а именно тип E-I и тип U-T. В этой конструкции трансформатора мы использовали сердечник типа E-I. Мы выбрали сердечник E-I, так как обмотка намного проще по сравнению с тороидальной, но КПД очень высок (95% -96%). Причина в том, что в тороидальных сердечниках потери магнитного потока намного меньше.

Трансформаторы, используемые в проекте:

  1. Трансформатор серии: Для обеспечения необходимого повышающего или понижающего напряжения и
  2. Управляющий трансформатор: Для измерения выходного напряжения и для источника питания.
Расчетные формулы:

Здесь мы берем ссылку на данные обмоток в таблице эмалированных медных проводов и размеры таблицы штамповок трансформатора для выбора входных и выходных обмоток SWG и сердечника трансформатора для заданных спецификаций.

Процедура проектирования выполняется при условии, что даны следующие характеристики трансформатора: —

  • Вторичное напряжение (Vs)
  • Вторичный ток (Is)
  • Коэффициент трансформации (n2 / n1)

Из этих данных мы рассчитываем ширину язычка, высоту пакета, тип сердечника, площадь окна следующим образом: —

  • Вторичный вольт-ампер (SVA) = вторичное напряжение (Vs) * вторичный ток (Is)
  • Первичный вольт-ампер (PVA) = вторичный Вольт-амперы (SVA) / 0.9 (при КПД трансформатора 90%)
  • Первичное напряжение (Vp) = Вторичное напряжение (Vs) / соотношение витков (n2 / n1)
  • Первичный ток (Ip) = Первичный вольт-ампер (PVA) / Первичное напряжение (Vp)
  • Требуемая площадь поперечного сечения жилы определяется по формуле: — Площадь жилы (CA) = 1,15 * sqrt (первичные вольт-амперы (PVA))
  • Общая площадь жилы (GCA) = Площадь жилы (CA) ) * 1,1
  • Число витков обмотки определяется соотношением, которое определяется как: — Число витков на вольт (Tpv) = 1 / (4. 44 * 10-4 * площадь жилы * частота * плотность потока)

Данные обмотки эмалированного медного провода

(@ 200A / см²)

4

Таблица размеров:

3 1.27

903

9

Макс. Максимальный ток (А)

витков / кв. см

SWG

Макс. Максимальный ток (А)

витков / кв. см

SWG

0,001

81248

50

0.1874

711

29

0,0015

62134

49

3 9013

3 903 0,0026

39706

48

0,2726

504

27

0. 0041

27546

47

0,3284

415

26

3

903 903 903 903 903 11

903

341

25

0,0079

14392

45

0.4906

286

24

0,0104

11457

44

903 903 903 0,0131

9337

43

0,7945

176

22

0. 0162

7755

42

1.0377

137

21

903 9013 903 903 903

106

20

0,0233

5595

40

1.622

87,4

19

0,0274

4838

39

3 9013

3 903 0,0365

3507

38

3,178

45,4

17

0. 0469

2800

37

4,151

35,2

16

3 903 9013 903 903 903 903 903

26,8

15

0,0715

1902

35

6.487

21,5

14

0,0858

1608

34

3 8,579

3 8,579

3 8,579

0,1013

1308

33

10,961

12,8

12

0. 1182

1137

32

13,638

10,4

11

3 903 903 15

3 903

8,7

10

0,1588

881

30

Типовой номер

Ширина языка (см)

Площадь окна (кв.см)

Типовой номер

Ширина языка (см)

Площадь окна (кв. см)

17

12

2,223

7,865

12A

1,588

1,897

3

7,865

74

1,748

2,284

11A

903 903 903 903 903 1.905

2.723

4A

3.335

10.284

30

3

2

3

2

3

2

. 905

10,891

1,588

3,329

16

3

903 903

3,703

3

3,81

12,704

10

1.588

4,439

4AX

2,383

13,039

15

3

2,54

3

2,54

14,117

33

2,8

5,88

75

2. 54

15,324

1

1,667

6,555

4

3

3 903 903 903 903 2,54

6,555

7

5,08

18,969

11

1.905

7,259

6

3,81

19,356

34

3

3 1,588

3

3 1,588

3 903

39,316

3

3,175

7,562

8

5. 08

49,803

Для работы от сети частота составляет 50 Гц, а плотность потока можно принять равной 1 Вт / см2. для штамповок из обычной стали и 1,3 Вт / кв. см для штамповок из CRGO, в зависимости от используемого типа.

Отсюда

  • Количество витков первичной обмотки (n1) = число витков на вольт (Tpv) * первичное напряжение (V1)
  • Число витков вторичной обмотки (n2) = число витков на вольт (Tpv) x напряжение вторичной обмотки (V2) * 1,03 (Предположим, что имеется составляет 3% падения в обмотках трансформатора)
  • Ширина язычка пластин приблизительно определяется как: —

Ширина язычка (Tw) = Sqrt * (GCA)

Плотность тока

Это допустимая нагрузка по току провода на единицу площади поперечного сечения.Выражается в ампер / см². Вышеупомянутая таблица проводов рассчитана на продолжительную работу при плотности тока 200 А / см². Для прерывистого или прерывистого режима работы трансформатора можно выбрать более высокую плотность до 400 А / см², то есть вдвое большую, чем нормальная, для экономии удельных затрат. Это выбрано, поскольку повышение температуры для случаев прерывистой работы меньше для случаев непрерывной работы.

Итак, в зависимости от выбранной плотности тока, мы теперь вычисляем значения первичного и вторичного токов, которые нужно искать в таблице проводов для выбора SWG: —

n1a = первичный ток (Ip) вычислен / (плотность тока / 200)

n2a = Расчетный вторичный ток (Is) / (плотность тока / 200)

Для этих значений первичного и вторичного токов мы выбираем соответствующие SWG и число оборотов на кв. см из таблицы проводов.Затем мы приступаем к расчету следующим образом: —

  • Первичная площадь (Па) = Первичные витки (n1) / (Первичные витки на кв. См)
  • Вторичная площадь (sa) = Вторичные витки (n2) / (Вторичные витки на кв. См)
  • Общая площадь окна, необходимая для сердечника, определяется по формуле: —

Общая площадь (TA) = Основная площадь (pa) + Вторичная площадь (sa)

  • Дополнительное пространство, необходимое для первой и изоляции, может быть принято как На 30% больше места, чем требуется для фактической площади намотки. Это значение является приблизительным и, возможно, его придется изменить в зависимости от фактического метода намотки.

Площадь окна (Wacal) = Общая площадь (TA) * 1,3

Для вычисленного выше значения ширины язычка мы выбираем номер сердечника и площадь окна из основной таблицы, гарантируя, что выбранная площадь окна больше или равна Общая площадь ядра. Если это условие не выполняется, мы выбираем шпонку большей ширины, обеспечивая такое же условие с соответствующим уменьшением высоты штабеля, чтобы поддерживать примерно постоянную общую площадь сердечника.

Таким образом, мы получаем доступную ширину язычка (Twavail) и площадь окна ((avail) (aWa)) из базовой таблицы

  • Высота стека = Общая площадь сердечника / ширина язычка ((available) (atw)).

Для коммерческих целей прежнего размера мы приближаем отношение высоты штабеля к ширине язычка к ближайшим следующим значениям 1,25, 1,5, 1,75. В худшем случае мы принимаем отношение равным 2. Однако можно взять любое отношение до 2, что потребовало бы создания собственного прежнего.

Если соотношение больше 2, мы выбираем большую ширину язычка (aTw), обеспечивая все условия, указанные выше.

  • Высота стопки (ht) / ширина язычка (aTw) = (некоторое соотношение)
  • Измененная высота стопки = ширина языка (aTw) * Ближайшее значение стандартного отношения
  • Модифицированная общая площадь сердцевины = Ширина языка (aTw) * Изменено высота стопки.

Такая же процедура проектирования применяется для управляющего трансформатора, где нам нужно обеспечить, чтобы высота стопки была равна ширине язычка.

Таким образом находим номер ядра и высоту стека для заданных спецификаций.

Проектирование трансформатора на примере:
  • Приведены следующие детали: —
  • п.напряжение (Vs) = 60V

Sec, ток (Is) = 4.44A

  • Оборотов на соотношение (n2 / n1) = 0,5

Теперь нам нужно произвести следующие вычисления: —

  • Sec. Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4 ВА
  • Первичное напряжение-ампер (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00 ВА
  • Первичное напряжение (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120 В
  • Первичный ток (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467 A
  • Площадь ядра (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 см²
  • Общая площадь сердечника площадь (GCA) = CA * 1.1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 см²
  • Оборотов на вольт (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * частота * плотность потока) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 оборота на вольт
  • Обороты первичного оборота (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 оборота
  • Обороты секунд (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 оборота
  • Ширина языка (TW) = Sqrt * (GCA) = 4,690 см
  • Мы выбираем плотность тока как 300A / см², но плотность тока в таблице проводов указана для 200A / cm², тогда
  • Значение поиска первичного тока = Ip / (плотность тока / 200) = 2. 467 / (300/200) = 1.644A
  • Значение поиска вторичного тока = Is / (плотность тока / 200) = 4.44 / (300/200) = 2.96A

Для этих значений первичного и вторичного токов мы выбираем соответствующие SWG и число оборотов на квадратный см от таблицы проводов.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Оборотов на кв. См первичной обмотки = 87,4 см² витков на 1 см² вторичной обмотки = 60,8 см²

  • Площадь первичной обмотки (Па) = n1 / витков на см² (первичной) = 272.73 / 87,4 = 3,120 см²
  • Вторичная площадь (sa) = n2 / витков на кв. См (вторичная) = 140,46 / 60,8 = 2,310 см²
  • Общая площадь (at) = pa + sa = 3,120 + 2,310 = 5,430 см²
  • Окно площадь (Wa) = общая площадь * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 см²

Для вычисленного выше значения ширины язычка мы выбираем номер сердечника и площадь окна из основной таблицы, гарантируя, что выбранная площадь окна больше или равна в основную площадь брутто. Если это условие не выполняется, мы выбираем шпонку большей ширины, обеспечивая такое же условие с соответствующим уменьшением высоты штабеля, чтобы поддерживать примерно постоянную общую площадь сердечника.

Таким образом, мы получаем доступную ширину язычка (Twavail) и площадь окна ((avail) (aWa)) из основной таблицы:

  • Таким образом, доступная ширина язычка (atw) = 3,81 см
  • Доступная площадь окна (awa) = 10,891 см²
  • Номер ядра = 16
  • Высота стопки = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 см

Из соображений производительности мы приблизили отношение высоты стопки к ширине язычка (aTw) к ближайшим следующим значениям: 1,25, 1,5, и 1,75. В худшем случае принимаем отношение равным 2.

Если соотношение больше 2, мы выбираем большую ширину язычка, обеспечивая все условия, указанные выше.

  • Высота стопки (ht) / ширина язычка (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
  • Измененная высота стопки = ширина язычка (aTw) * Ближайшее значение стандартного соотношения = 3,810 * 1,516 = 5,715 см
  • Измененная общая площадь ядра = Ширина язычка (aTw) * Измененная высота стопки = 3,810 * 5,715 = 21,774 см²

Таким образом, мы находим номер ядра и высоту стопки для заданных спецификаций.

Конструкция малогабаритного трансформатора управления на примере:

Приведены следующие детали: —

  • п. напряжение (Vs) = 18V
  • Sec, ток (Is) = 0.3A
  • Turn per ratio (n2 / n1) = 1

Теперь нам нужно произвести следующие расчеты: —

  • Sec.Volt-Amps (SVA ) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4 ВА
  • Первичный вольт-ампер (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6 ВА
  • Прим. Напряжение (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
  • Prim.ток (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
  • Площадь сердечника (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 см²
  • Площадь поперечного ядра (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 см²
  • Оборотов на вольт (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * частота * плотность потока) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 витка на вольт
  • Прим. Обороты (N1) = Tpv * Vp = 15,963 * 18 = 287,337 оборота
  • Обороты в секундах (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 оборотов
  • Ширина языка (TW) = Sqrt * (GCA ) = Sqrt * (3. 132) = 1,770 см

Мы выбираем плотность тока как 200 А / см², но плотность тока в таблице проводов указана для 200 А / см², затем

  • Значение поиска первичного тока = Ip / (плотность тока / 200 ) = 0,333 / (200/200) = 0,333 А
  • Значение поиска вторичного тока = Is / (плотность тока / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3 А

Для этих значений первичного и вторичного токов мы выберите соответствующий SWG и Turns per Sq. см от проволочного стола.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Поворотов на кв. см первичной обмотки = 415 витков Оборотов на кв. см вторичной обмотки = 504 витка

  • Первичная площадь (Па) = n1 / витков на кв. см (первичная) = 287,337 / 415 = 0,692 см²
  • Вторичная площадь (sa) = n2 / витков на квадратный см (вторичная) = 295.957 / 504 = 0,587 см²
  • Общая площадь (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1,280 см²
  • Площадь окна (Wa) = общая площадь * 1.3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 см²

Для рассчитанного выше значения ширины язычка мы выбираем номер сердечника и площадь окна из таблицы сердечников, гарантируя, что выбранная площадь окна больше или равна общей площади сердечника. Если это условие не выполняется, мы выбираем шпонку большей ширины, обеспечивая такое же условие с соответствующим уменьшением высоты штабеля, чтобы поддерживать примерно постоянную общую площадь сердечника.

Таким образом, мы получаем доступную ширину язычка (Twavail) и площадь окна ((avail) (aWa)) из базовой таблицы

  • Таким образом, доступная ширина язычка (atw) = 1.905см
  • Доступная площадь окна (awa) = 18,969 см²
  • Номер сердечника = 23
  • Высота стека = gca / atw = 3,132 / 1,905 = 1,905 см

Следовательно, был разработан управляющий трансформатор.

Конструкция силового трансформатора | Проектирование электрического трансформатора

Инженерная группа вашей компании SPX Transformer Solutions имеет опыт работы с широким спектром конфигураций трансформаторов и особыми требованиями, включая:

ОПТИМИЗАЦИЯ ДИЗАЙНА

В процессе проектирования

SPX Transformer Solutions используется стратегия оптимизации с целью обеспечения минимальной совокупной стоимости владения (отпускная цена + стоимость потерь) и наилучшей конструкции трансформатора для каждого приложения клиента. Для достижения этой цели команда опытных инженеров, наиболее хорошо знакомых со спецификациями заказчика, назначается для работы над проектом, который начинается с доступа к проектным данным из одной из крупнейших в отрасли компьютеризированных библиотек конфигураций энергетического оборудования. Чтобы оптимизировать материалы, планирование производства и доставку, для каждого предложения могут быть рассмотрены сотни альтернативных конструкций сердечников и катушек, что позволяет инженерам SPX Transformer Solutions выбрать оптимальную конструкцию с учетом индивидуальных потребностей каждого клиента.

Оптимальная конструкция трансформатора достигается при достижении баланса между стоимостью

  1. Переменные товары, такие как сталь, медь и масло
  2. Убытки
  3. Рабочие часы на производстве
  4. Ограничения возможностей завода
  5. Ограничения по доставке

Наша цель — разработать и поставить трансформатор с техническими характеристиками, которые соответствуют или превосходят требования каждого клиента.

ТЕХНИКА ДИЗАЙНА И ИНСТРУМЕНТЫ

Трансформаторы Waukesha ® разработаны и изготовлены в соответствии с последними стандартами IEEE, NEMA, ANSI или IEC, а также стандартами качества ISO 9001: 2015.Также используются передовые инженерные инструменты и программное обеспечение:

Программное обеспечение для электротехники

  • Программы проектирования трансформаторов — для расчета импеданса, потерь, тепловых характеристик и т. Д.
  • Technical Advisories — онлайн-проектная документация, содержащая правила проектирования для построения трансформатора; уровень редакции контролируется в соответствии с рекомендациями ISO 9001: 2015
  • Программа распределения импульсов — анализ диэлектрических напряжений в обмотках при импульсных испытаниях трансформатора.
  • Программы короткого замыкания — анализ сил, воздействующих на обмотки и конструкции во время короткого замыкания, с использованием анализа конечных элементов (FEA) или методов граничных элементов.
  • Ansys Maxwell — Электростатический и электромагнитный анализ 2D / 3D с подключением цепей
  • ANSYS Mechanical — Статический структурный и установившийся / переходный термический анализ
  • Расчетные программы охлаждения — расчет требований к охлаждению трансформатора и характеристик перегрузки
  • Программа оптимизации — определяет проект с самой низкой совокупной стоимостью владения (TOC) для каждого приложения клиента.

Программное обеспечение для машиностроения

  • PTC-CREO ® — настоящая программа трехмерного моделирования с полностью параметрическими моделями; проектировать входные данные из базы данных SQL с выходными данными непосредственно в нашу систему MRP и в производственные машинные центры
  • CREO-SIMULATE TM — приложение FEA, используемое для разработки нового продукта.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Программное обеспечение 3D CAD PTC-CREO ® и программное обеспечение CREO-SIMULATE TM FEA являются зарегистрированными товарными знаками Parametric Technology Corporation, Needham, MA, USA. Для получения дополнительной информации посетите сайт www.ptc.com
  • Technical Advisories — онлайн-проектная документация, содержащая правила проектирования для построения трансформатора; уровень редакции контролируется в соответствии с рекомендациями ISO 9001: 2015
  • Программы выбора размера резервуара — индивидуальные программы выбора размера резервуара для силовых трансформаторов средней и большой мощности автоматически устанавливают размер резервуара и расположение вводов для каждой конструкции

ИЗМЕНЕНИЯ В КОНСТРУКЦИИ

Когда требуются изменения в конструкции, инженерная группа SPX Transformer Solutions тесно сотрудничает с нашими отделами производства и качества, чтобы постоянно предоставлять обновленные компьютеризированные заказы на технические изменения (ECO).Чтобы добиться стабильного качества, рабочие процессы регулируются строгими рекомендациями ISO 9001: 2015. Эта совместная работа помогает предоставлять компоненты и узлы, которые производятся в соответствии со спецификациями каждого клиента, с самой последней технической информацией.

Разработка индивидуальных трансформаторов с использованием одного расчетного уравнения

На протяжении многих лет я наблюдал, что есть две категории людей, когда дело доходит до разработки магнетиков. Во-первых, у вас есть те, кто умеет собирать деталь.Обычно это опытные инженеры или техники, которые знают, что существуют простые и понятные методологии проектирования, обеспечивающие успех. Во-вторых, у вас есть остальной инженерный мир, который глубоко напуган магнетизмом. Кажется, есть бесконечные неразрешимые уравнения, скрывающие элегантную простоту «с чего начать дизайн».

Ничто не заменит создание и повторение деталей, это единственный способ по-настоящему получить знания и опыт. Мы видели, как это применимо к конструкции индуктора, и теперь мы собираемся обратить наше внимание на второй магнитный элемент — трансформатор.

Два типа элементов магнитной цепи

В теории цепей доступно всего два типа магнетиков — простой индуктор и идеальный трансформатор. Если у вас одна обмотка на сердечнике, у вас есть индуктор. Если у вас две или более обмоток или даже один ответвитель на одной обмотке, у вас есть трансформатор. Это не будет идеальный трансформатор, который возможен только в моделировании, но мы по-прежнему называем его трансформатором.

Рисунок 1: Два типа магнитных компонентов

Как мы увидим, когда вы пытаетесь построить идеальный трансформатор, необходимо добавить дополнительные индуктивные компоненты, чтобы полностью объяснить его работу.Вот что делает магнетизм таким интересным — правильный контроль над этими дополнительными компонентами отличает эксперта от новичка. Детальные методы построения приводят к очень продвинутым проектам без бесконечных уравнений. Но давайте начнем с самого начала. Как мы узнали из предыдущих статей, большинство публикаций по магнетизму делают процесс проектирования излишне сложным. Что касается индуктора, мы показали, что существует только одно уравнение, которое необходимо соблюдать для правильной конструкции. Помимо этого уравнения, инженерам рекомендуется использовать итерацию проектирования, чтобы исследовать возможности задачи проектирования.Для индуктора уравнение:

Рисунок 2: Расчетное уравнение одиночного индуктора

Это единственное уравнение говорит нам, что для данной индуктивности и пикового тока, который он должен выдерживать, вам необходимо определенное минимальное количество витков на выбранном сердечнике, чтобы не пропитать материал сердечника. Это так просто. То, как вы разместите эти витки с помощью проволоки, фольги, литца или других материалов, определит характеристики индуктора.Трансформаторы более сложны, поскольку на них есть две или более обмоток. Однако они являются основным элементом в симуляторе цепей, и их символ на вашей схеме также прост.

Рисунок 3: Идеальный трансформатор и его эквивалентная схема

Как видно из схем на Рисунке 3, работу идеального трансформатора легко определить. Если трансформатор имеет коэффициент трансформации n: 1, выходное напряжение трансформатора просто равно входному напряжению, деленному на n.Точно так же входной ток трансформатора равен выходному току, деленному на n.

Эта простая эквивалентная схема с двумя источниками дает нам важную информацию. Обратите внимание, что мощность на первой обмотке точно равна мощности на выходе второй обмотки. Другими словами, в идеальном трансформаторе нет накопителя энергии. Следствием этого является то, что трансформатору не присваивается номинальная мощность. Мы можем вложить неограниченную мощность в одну обмотку и получить неограниченную мощность из второй обмотки.

Это стало возможным из-за отсутствия накопителя энергии. Если вы работали с трансформаторами линейной частоты, вы это уже знаете. Трансформатор с номинальной мощностью 50 Вт на этикетке вполне способен дать вам 500 Вт в течение короткого времени без каких-либо негативных последствий. При замене линейных источников питания на коммутаторы этот факт легко упустить.

Строительство трансформатора

На рисунке 4 показано, как устроен трансформатор. У нас есть ядро, которое обычно не имеет пробелов.Первичные и вторичные витки обычно наматываются один на другой, хотя есть исключения. Ядро имеет площадь поперечного сечения для данного размера и формы сердечника и проницаемость, определяемую материалом сердечника. При изготовлении трансформатора существует бесконечный выбор обмоток и их расположения.

Рисунок 4: Конструкция трансформатора

Независимо от того, как расположены витки или выбран сердечник, сделать идеальный трансформатор невозможно.Идеальный трансформатор может существовать только в теоретическом элементе схемы. Сердечник, используемый для ограждения полей трансформатора, добавляет устройству множество дополнительных схемных элементов. Первым и наиболее важным из них является индуктивность намагничивания, и она отображается в эквивалентной схеме, как показано ниже.

Обратите внимание, что у нас все еще есть идеальный трансформатор в этой модели схемы, способный обрабатывать неограниченную мощность. Однако параллельно с этим идеальным устройством находится намагничивающая индуктивность трансформатора.Этот элемент схемы ведет себя как любой другой индуктор — если мы пропустим через него слишком большой ток, мы можем насытить материал. Обычно это разрушительное событие, которого следует избегать при любых обстоятельствах.

Рисунок 5: Идеальный трансформатор с параллельной индуктивностью намагничивания

Ток, протекающий через индуктивность намагничивания, НЕ является током нагрузки. Ток намагничивания определяется формой волны напряжения, приложенного к трансформатору, и не имеет ничего общего с током, протекающим в идеальной части трансформатора.

На рисунке 6 показано, как мы используем магнитный материал в конструкции трансформатора. Для преобразователя прямого типа поток в сердечнике начинается с нуля в начале каждого цикла и увеличивается до пикового уровня материала в конце времени включения переключателя (-ов). Для мостовых преобразователей мы можем управлять ядром в двух квадрантах, и это может уменьшить размер ядра. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы поток в сердечнике оставался центрированным около нуля, что может быть трудно контролировать.

Рисунок 6: Колебания потока в сердечнике трансформатора

Рисунок 7: Влияние приложенного напряжения и тока намагничивания

Одно уравнение для трансформаторов

На рисунке 7 показана форма волны приложенного напряжения на трансформаторе и соответствующий ток намагничивания.Ток нарастает во время включения переключателя и снова снижается до нуля в течение периода сброса. Сброс осуществляется по различным схемам. Каждый из них включает приложение отрицательного напряжения к первичной обмотке трансформатора для уменьшения тока намагничивания. Наклон тока намагничивания во время включения переключателя, показанный синим цветом, определяется значением индуктивности и напряжением, приложенным к трансформатору. Легко показать, что существует эквивалентность этой намагничивающей индуктивности и тока следующим образом:

Рисунок 8: Уравнение единой конструкции для трансформаторов

Наличие ОДНОГО УРАВНЕНИЯ, которое является КЛЮЧЕВЫМ уравнением для трансформаторов, является открытием.Чтобы начать наматывать трансформаторы, не нужно углубляться. Для трансформатора, работающего в преобразователе, мы знаем максимальное напряжение и максимальное время включения переключателя. Если мы возьмем максимальный уровень магнитного потока для ферритового материала 0,3 Тл, то любой заданный сердечник с его площадью имеет определенное количество витков, необходимых для предотвращения насыщения. Уровень магнитного потока 0,3 Тл, используемый при проектировании надежных коммерческих источников питания. Источники высокой надежности могут снизить этот уровень до 0,25 или 0,2 Тл, в зависимости от области применения.

Теоретически мы могли бы удвоить это значение до 0,6 Тл для мостовых преобразователей, учитывая, что поток может колебаться в обоих направлениях. Однако нам нужно позаботиться о первоначальном запуске трансформатора. Поток может быть нулевым. Большие переходные процессы в преобразователе могут варьироваться от очень небольшой до полной нагрузки. Это осторожное суждение, подкрепленное обширным тестированием, которое определяет, какую часть доступного запаса следует использовать.

Прочие расчетные уравнения и соображения

Наличие ОДНОГО УРАВНЕНИЯ все упрощает.Однако, читая учебники по магнетизму или заметки по применению, вы обнаружите много дополнительных расчетных уравнений и ограничений. Как и в случае с конструкцией индуктора, большинство из них — дополнительная попытка исключить итерацию конструкции и найти «оптимальную» конструкцию за одну попытку. На мой взгляд, это бесполезно. Невозможно оптимизировать каждую конструкцию с одним и тем же набором ограничений и рекомендаций, когда устройства и конструкции охлаждения сильно различаются от одного приложения к другому. В этом отношении мы игнорируем общепринятые рекомендации по коэффициенту заполнения, произведению площади окна и плотности тока в проводнике. Допущения, содержащиеся в учебниках, просто не применимы к современным магнитным структурам. Они происходят из старых времен магнетизма линейной частоты. Гораздо лучше использовать ОДНО УРАВНЕНИЕ и учиться на ходу.

Сводка

Для создания конструкции трансформатора необходимо одно расчетное уравнение. Это уравнение можно найти во всех книгах по магнетизму, но оно не выделено как ЕДИНОЕ УРАВНЕНИЕ, которое необходимо. Он похоронен под сотнями других уравнений. Как только это будет понято, очень просто приступить к проектированию и созданию собственных трансформаторов.

Трансформаторы представляют собой интригующие элементы, поскольку они не накапливают энергию и, следовательно, не имеют явной номинальной мощности. Это приводит к очень большому разнообразию размеров и форм, которые вы увидите в производственных проектах. Сердечник трансформатора мощностью 100 Вт одной компании будет использоваться на мощности 800 Вт другой компанией. Поначалу это вызывает недоумение, но понимание ОДНОГО УРАВНЕНИЯ дает понимание.

Предлагаемый нами подход заключается в использовании ОДНОГО УРАВНЕНИЯ и быстрого построения и повторения проектов. Практический опыт в проектировании трансформаторов ничем не заменит.

Об авторе

Доктор Рэй Ридли является президентом Ridley Engineering с 1991 года. Он занимается проектированием и исследованием источников питания более 35 лет. Он получил степень бакалавра наук в области электротехники в мае 1981 года в Бостонском университете, Бостон, Массачусетс. Он получил степень магистра электротехники и доктора философии электротехники в Политехническом институте Вирджинии и Государственном университете в Блэксбурге, Вирджиния.

Список литературы

Эта статья изначально была опубликована в журнале Bodo’s Power Systems.

Конструкция трансформатора

| Электротехнические услуги

Трансформаторы — это электрические машины, которые играют очень важную роль в энергосистеме здания. Они в основном предназначены для изменения любого напряжения переменного тока с помощью электромагнитной индукции.

Если у вас есть здание или, возможно, предприятие, занимающееся производством, то нет сомнений, что у вас есть потребность в постоянной подаче электроэнергии.Наряду с этим возникает необходимость бороться с нестабильностью напряжения, а также с неисправностями на некоторых машинах из-за проблем с напряжением.

Здесь на помощь приходит трансформатор. По сути, это решение для устранения таких сбоев. Однако могут быть случаи, когда трансформатор может работать неэффективно из-за плохой конструкции — случая, которого можно было бы избежать, если бы такие конструктивные проблемы были решены заранее.

К счастью, NY Engineers специализируется в этой области.С помощью наших услуг по 3D-проектированию и моделированию трансформаторов мы сможем разработать надежный и индивидуальный дизайн для вашего трансформатора, что позволит вам изготовить его в соответствии с вашими требованиями.

Имея филиалы в нескольких местах по всей территории США, вы можете легко связаться с нами, будь вы из Чикаго, Нью-Йорка, Нью-Джерси и т. Д.

Типы трансформаторов

Зная различные типы трансформаторов, вы сможете определить, какой из них наиболее подходит для вашего предприятия.Кроме того, сообщив нам желаемый тип трансформатора, мы сможем узнать, как мы можем продолжить разработку вашего дизайна.

Имейте в виду, что трансформаторы подразделяются на следующие категории на основе их классификации:

Уровни напряжения

Трансформаторы

классифицируются как повышающие или понижающие в зависимости от уровня их напряжения. Эти трансформаторы считаются наиболее широко используемым типом во всех приложениях.Важно помнить, что между ними не будет никакой разницы в первичной и вторичной мощности.

Повышающий трансформатор, как следует из названия, преобразует низковольтный сильный переменный ток в систему высокого напряжения и низкого переменного тока. Это достигается за счет увеличения витков на вторичных обмотках, чем на первичной.

С другой стороны, понижающий трансформатор преобразует переменный ток высокого напряжения с низким током в переменный ток низкого напряжения с высоким током.В отличие от повышающего варианта, у этого варианта на первичной обмотке больше витков, чем на вторичной.

Обмоточные устройства

Обычный трансформатор имеет две обмотки с двух разных сторон. Однако в автотрансформаторе первичная и вторичная обмотки соединены друг с другом. По сути, это трансформатор особого типа, так как две обмотки связаны между собой электрически и магнитно.

По сравнению со стандартными двухобмоточными трансформаторами, автотрансформатор имеет более низкие начальные значения.Кроме того, он также имеет меньшее падение напряжения и намного более эффективен. Однако его использование в обычных распределительных цепях небезопасно. Причина в том, что высоковольтные первичные цепи напрямую подключены к вторичной цепи.

Использование

Каждый тип трансформатора предназначен для определенной функции. При этом по применению трансформатор можно классифицировать следующим образом:

  • Силовой трансформатор — силовой трансформатор обычно имеет большие размеры и в основном используется для передачи большой мощности, особенно в сетях передачи с более высоким напряжением.Поскольку они разработаны для обеспечения 100% эффективности, они в основном используются на передающих подстанциях и генерирующих станциях.
  • Измерительный трансформатор — как следует из названия, этот тип трансформатора используется для измерения электрических величин, таких как мощность, ток, напряжение и т. Д. Его можно дополнительно классифицировать как потенциал и ток, причем первый используется для измерения напряжения, а второй — для измерение токов.
  • Распределительный трансформатор — этот тип трансформатора используется для распределения электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, на промышленные и бытовые объекты. По сравнению с другими типами трансформаторов, распределительный тип имеет КПД только около 50-70% и не всегда полностью загружен.

Используемая основная среда

Трансформаторы

можно классифицировать как трансформаторы с воздушным сердечником и железным сердечником в зависимости от используемой в сердечнике среды.

В трансформаторе с воздушным сердечником обе обмотки намотаны на немагнитной полосе, и связь между ними осуществляется по воздуху. Трансформаторы с воздушным сердечником обычно имеют меньшую взаимную индукцию по сравнению с трансформаторами с железным сердечником.Однако они могут уменьшить или даже устранить текущие потери и гистерезис.

Между тем, трансформатор с железным сердечником имеет обе обмотки, намотанные на железные пластины, а связь осуществляется через железо. Благодаря магнитным свойствам железа меньше сопротивление потоку связи. По сравнению с трансформаторами с воздушным сердечником трансформаторы с железным сердечником имеют более высокий КПД.

Поставка б / у

Что касается источника питания, то трансформатор может быть однофазным или трехфазным.Однофазный трансформатор — это в основном стандартный трансформатор с первичной и вторичной обмотками. Обычно он используется для увеличения или уменьшения вторичного напряжения.

Между тем, трехфазный трансформатор имеет три первичные обмотки и три вторичные обмотки, которые соединены друг с другом.

В некоторых приложениях один трехфазный трансформатор идеален по сравнению с тремя однофазными блоками, поскольку он может предложить более высокий КПД при более низкой стоимости и может быть установлен в ограниченном пространстве.Проблема, однако, в том, что его тяжелее транспортировать, и в этом случае однофазные термометры более предпочтительны.

Компоненты трансформатора

Помимо различных типов трансформаторов, мы также принимаем во внимание различные компоненты, из которых состоит трансформатор. Таким образом, наша команда не упустит ни одной детали, которая должна войти в конструкцию вашего трансформатора. Чтобы дать вам представление, вот самые основные компоненты трансформатора, которые мы тщательно помним:

Сердечник — это тот сердечник, который служит для поддержки обмотки.Кроме того, он предлагает путь к магнитному потоку с низким сопротивлением. Как правило, он сделан из многослойного сердечника из мягкого железа, что снижает потери на вихревые волны и гистерезис.

Другой важный компонент трансформатора — это обмотка. Стандартный трансформатор имеет два набора обмоток, изолированных друг от друга. Каждая обмотка имеет несколько витков медных проводников, которые соединяются вместе, а затем соединяются последовательно.

Обмотка классифицируется по диапазону напряжений и входному и выходному питанию.Что касается диапазона напряжения, обмотка может быть как высокого, так и низкого напряжения. В классе высокого напряжения обмотка сделана из медного проводника, который тоньше, чем у класса низкого напряжения. Между тем обмотка низкого напряжения имеет более толстые медные проводники и меньше витков, чем обмотка высокого напряжения.

Когда дело доходит до классификации входных и выходных источников питания, обмотка может быть первичной (подается входное напряжение) или вторичной (подается выходное напряжение).

В трансформаторах

обычно используется картон и изоляционная бумага в качестве средств изоляции первичной и вторичной обмоток друг от друга, а также сердечника трансформатора. Другой изоляционный материал — трансформаторное масло. Этот тип изоляционного материала обеспечивает дополнительную изоляцию и охлаждение как сердечника, так и узла катушки.

Сапун представляет собой цилиндрический контейнер, содержащий силикагель. Как только воздух проходит через гель, влага поглощается кристаллами кремнезема.По сути, сапун отвечает за поддержание уровня влажности внутри трансформатора. Влага обычно увеличивается из-за изменений давления внутри расширителя, в основном из-за колебаний температуры, которые приводят к сжатию и расширению трансформаторного масла.

В основном, сапун предназначен для предотвращения контакта влаги с маслом, поскольку это может привести к плохой бумажной изоляции или даже внутренним неисправностям.

Этот компонент служит для сохранения изоляционного масла.Он представляет собой металлический цилиндрический барабан, расположенный над трансформатором. Его функция — позволить маслу расширяться и сжиматься при изменении температуры.

Охлаждающие трубки предназначены для охлаждения изоляционного масла путем его естественной или принудительной циркуляции по трубкам. При естественной циркуляции холодное масло опускается вниз и циркулирует, в то время как горячее масло поднимается вверх. Между тем, принудительная циркуляция включает использование насоса для циркуляции масла.

Назначение взрывного устройства — предотвратить взрыв трансформатора путем удаления кипящего масла в случае серьезных внутренних неисправностей.

Выходное напряжение трансформатора может изменяться в зависимости от его нагрузки и входного напряжения. В условиях высокой нагрузки напряжение на выходной клемме будет уменьшаться. С другой стороны, он увеличивается в условиях без нагрузки. Вот где необходимо устройство РПН. Его основное назначение — уравновешивать колебания напряжения.

Устройство РПН может работать как под нагрузкой, так и без нагрузки. Вариант под нагрузкой уравновешивает отклонения без необходимости изолировать трансформатор от источника питания, в то время как устройство РПН выполняет ответвления после успешной изоляции трансформатора.

Наконец, реле Бухгольца служит для обнаружения любой неисправности, которая может произойти в трансформаторе. По сути, это реле, которое работает за счет газов, которые выделяются, когда изоляционное масло разлагается во время внутренних неисправностей. Несмотря на свою простую функцию, это действительно жизненно важное устройство безопасности, которое обнаруживает и защищает трансформатор от любых возможных внутренних неисправностей.

Азия

Азия

Сообщение о COVID-19.

  • Hammond Power Solutions

    Надежные трансформаторы для коммунальных нужд

    Поставка надежных и эффективных маслонаполненных и сухих трансформаторов для коммунального рынка.

  • Hammond Power Solutions

    Стремление к качеству и постоянному совершенствованию

    HPS работает в соответствии с Системой управления качеством, основанной на ISO 9001.

  • Hammond Power Solutions

    Трансформаторы для требовательных приводов

    Обеспечение качественных трансформаторов, когда производительность и надежность жизненно важны.

Каталоги и литература по HPS

Наши брошюры по продукции HPS позволяют вам сконфигурировать и указать продукт, который вам нужен.

  • Возобновляемая энергия

  • Инфраструктура

  • Промышленное

  • Ирригация

  • Привод и автоматизация

  • Распределение энергии

Возобновляемая энергия

HPS производит трансформаторы на заказ для альтернативных энергетических систем, таких как энергия ветра и когенерация…

Инфраструктура

HPS поставляет как сухие, так и маслонаполненные трансформаторы крупным инфраструктурным организациям на всей территории . ..

Промышленное

HPS — один из ведущих поставщиков трансформаторов для преобразователей, дуговых печей и индукционных печей …

Орошение

Государственная политика уделяет большое внимание ирригационному сектору.HPS имеет …

Привод и автоматизация

HPS умеет создавать технические решения в соответствии с требованиями заказчика. У нас более 20 лет …

Распределение энергии

Масляные и сухие трансформаторы часто используются для распределения электроэнергии. Они предоставляют необходимые …

Воспользуйтесь множеством инструментов, которые помогут вам с вашими техническими вопросами: обслуживание клиентов, ответы на часто задаваемые вопросы, руководство по поиску и устранению неисправностей, руководства по установке, инструкции и веб-семинары.

HPS — крупнейший производитель сухих трансформаторов в Северной Америке. Мы разрабатываем и производим широкий спектр стандартных и нестандартных трансформаторов, которые экспортируются по всему миру в составе электрического оборудования и систем.

Файлы cookie помогают нам улучшить работу вашего сайта.Используя наш веб-сайт, вы соглашаетесь на использование файлов cookie.

Практические рекомендации — Трансформаторы | Трансформеры

Мощность

Как уже отмечалось, трансформаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы обеспечить приемлемую связь мощности, точное регулирование напряжения и низкие искажения тока возбуждения. Кроме того, трансформаторы должны быть спроектированы так, чтобы без проблем передавать ожидаемые значения тока первичной и вторичной обмоток.

Это означает, что проводники обмотки должны быть изготовлены из проволоки соответствующего калибра, чтобы избежать проблем с нагревом.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор должен иметь идеальную связь (без индуктивности рассеяния), идеальное регулирование напряжения, идеально синусоидальный ток возбуждения, отсутствие гистерезиса или потерь на вихревые токи и достаточно толстый провод, чтобы выдерживать любой ток. К сожалению, идеальный трансформатор должен быть бесконечно большим и тяжелым, чтобы соответствовать этим целям проектирования.

Таким образом, при разработке практического трансформатора необходимо идти на компромиссы.

Кроме того, изоляция проводов обмотки является проблемой там, где встречаются высокие напряжения, как это часто бывает в повышающих и понижающих распределительных трансформаторах.

Обмотки должны быть не только хорошо изолированы от стального сердечника, но и каждая обмотка должна быть достаточно изолирована друг от друга, чтобы обеспечить электрическую изоляцию между обмотками.

Параметры трансформатора

С учетом этих ограничений трансформаторы рассчитаны на определенные уровни напряжения и тока первичной и вторичной обмоток, хотя номинальный ток обычно выводится из номинального значения вольт-ампер (ВА), присвоенного трансформатору.

Например, возьмите понижающий трансформатор с номинальным напряжением первичной обмотки 120 вольт, номинальным вторичным напряжением 48 вольт и номинальной мощностью 1 кВА (1000 ВА) в ВА. Максимальные токи обмотки можно определить как таковые: кВА (1000 ВА).Максимальные токи обмотки можно определить как таковые:

Иногда обмотки имеют номинальный ток в амперах, но обычно это наблюдается на небольших трансформаторах. Большие трансформаторы почти всегда рассчитываются по напряжению на обмотке и ВА или кВА.

Потери энергии

Когда трансформаторы передают мощность, они делают это с минимальными потерями. Как было сказано ранее, КПД современных силовых трансформаторов обычно превышает 95%. Однако хорошо знать, куда уходит часть этой утраченной силы и что вызывает ее потерю.

Конечно, возможны потери мощности из-за сопротивления обмоток проводов. Если не используются сверхпроводящие провода, всегда будет рассеиваться мощность в виде тепла через сопротивление проводников с током. Поскольку для трансформаторов требуются такие длинные провода, эти потери могут быть существенным фактором.

Увеличение диаметра обмоточного провода — один из способов минимизировать эти потери, но только при значительном увеличении стоимости, размера и веса.

Вихретоковые потери

Помимо резистивных потерь, большая часть потерь мощности трансформатора происходит из-за магнитных эффектов в сердечнике. Возможно, наиболее значительным из этих «потерь в сердечнике» являются потери на вихревые токи , которые представляют собой рассеяние резистивной мощности из-за прохождения индуцированных токов через железо сердечника.

Поскольку железо является проводником электричества, а также отличным «проводником» магнитного потока, в железе будут индуцироваться токи, точно так же, как во вторичных обмотках возникают токи из переменного магнитного поля.

Эти индуцированные токи — как описано в пункте о перпендикулярности закона Фарадея — стремятся циркулировать через поперечное сечение сердечника перпендикулярно виткам первичной обмотки.

Круговое движение дало им необычное название: как водовороты в потоке воды, которые циркулируют, а не движутся по прямым линиям.

Железо является хорошим проводником электричества, но не так хорошо, как медь или алюминий, из которых обычно изготавливаются проволочные обмотки. Следовательно, эти «вихревые токи» должны преодолевать значительное электрическое сопротивление, поскольку они циркулируют по сердечнику.

Преодолевая сопротивление утюга, они рассеивают мощность в виде тепла. Следовательно, у нас есть источник неэффективности трансформатора, который трудно устранить.

Индукционный нагрев

Это явление настолько выражено, что его часто используют как средство нагрева черных (железосодержащих) материалов. На фотографии ниже показан блок «индукционного нагрева», повышающий температуру большого участка трубы.

Петли из проволоки, покрытые высокотемпературной изоляцией, опоясывают окружность трубы, вызывая вихревые токи внутри стенки трубы за счет электромагнитной индукции.Чтобы максимизировать эффект вихревых токов, используется высокочастотный переменный ток, а не частота сети (60 Гц).

Блоки в правой части рисунка вырабатывают высокочастотный переменный ток и регулируют величину тока в проводах для стабилизации температуры трубы на заранее определенном «заданном уровне».

Индукционный нагрев: Первичная изолированная обмотка индуцирует ток в железной трубе с потерями (вторичной).

Смягчение вихревых токов

Основная стратегия уменьшения этих расточительных вихревых токов в сердечниках трансформаторов состоит в том, чтобы сформировать железный сердечник в виде листов, каждый из которых покрыт изолирующим лаком, чтобы сердечник был разделен на тонкие слои.В результате ширина сердечника очень мала для циркуляции вихревых токов:

Разделение стального сердечника на тонкие изолированные пластинки сводит к минимуму потери на вихревые токи.

Ламинированные сердечники , подобные показанному здесь, входят в стандартную комплектацию почти всех низкочастотных трансформаторов. Напомним, что на фотографии трансформатора, разрезанного пополам, железный сердечник состоял из множества тонких листов, а не из одной цельной детали.

Потери на вихревые токи увеличиваются с увеличением частоты, поэтому в трансформаторах, предназначенных для работы от высокочастотной энергии (например, 400 Гц, используемой во многих военных и авиационных приложениях), необходимо использовать более тонкие пластины, чтобы снизить потери до приемлемого минимума.

Это имеет нежелательный эффект увеличения стоимости изготовления трансформатора.

Другой аналогичный метод минимизации потерь на вихревые токи, который лучше подходит для высокочастотных приложений, — это изготовление сердечника из железного порошка, а не из тонких листов железа.

Подобно ламинированным листам, эти гранулы железа индивидуально покрыты электроизоляционным материалом, который делает сердечник непроводящим, за исключением ширины каждой гранулы. Сердечники из порошкового железа часто используются в трансформаторах, работающих с радиочастотными токами.

Магнитный гистерезис

Еще одна «потеря в сердечнике» — это магнитный гистерезис . Все ферромагнитные материалы имеют тенденцию сохранять некоторую степень намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля.

Эта тенденция оставаться намагниченным называется «гистерезисом», и требуются определенные затраты энергии, чтобы преодолеть это противодействие, чтобы изменяться каждый раз, когда магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, меняет полярность (дважды за цикл переменного тока).

Этот тип потерь может быть уменьшен за счет правильного выбора материала сердечника (выбор сплава сердечника с низким гистерезисом, о чем свидетельствует «тонкая» гистерезисная кривая B / H) и проектирования сердечника с минимальной магнитной индукцией (большая площадь поперечного сечения ).

Скин-эффект на высоких частотах

Потери энергии в трансформаторе возрастают с увеличением частоты. Скин-эффект внутри проводников обмотки уменьшает доступную площадь поперечного сечения для потока электрического заряда, тем самым увеличивая эффективное сопротивление при повышении частоты и создавая большие потери мощности из-за резистивной диссипации.

Потери в магнитном сердечнике также увеличиваются из-за более высоких частот, вихревых токов и эффектов гистерезиса. По этой причине трансформаторы значительных размеров предназначены для эффективной работы в ограниченном диапазоне частот.

В большинстве систем распределения энергии, где частота сети очень стабильна, можно подумать, что чрезмерная частота никогда не будет проблемой. К сожалению, это происходит в виде гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.

Как мы видели в предыдущих главах, несинусоидальные формы сигналов эквивалентны аддитивным сериям множественных синусоидальных сигналов с разными амплитудами и частотами.В энергосистемах эти другие частоты являются целыми числами, кратными основной (линейной) частоте, что означает, что они всегда будут выше, а не ниже расчетной частоты трансформатора.

В значительной степени они могут вызвать серьезный перегрев трансформатора. Силовые трансформаторы могут быть спроектированы для работы с определенными уровнями гармоник энергосистемы, и эта способность иногда обозначается рейтингом «K-фактор».

Паразитная емкость и индуктивность

Помимо номинальной мощности и потерь мощности, трансформаторы часто имеют и другие нежелательные ограничения, о которых следует знать разработчикам схем.Как и их более простые аналоги — индукторы — трансформаторы обладают емкостью из-за диэлектрической изоляции между проводниками: от обмотки к обмотке, от витка к витку (в одной обмотке) и от обмотки к сердечнику.

Частота резонанса трансформатора

Обычно эта емкость не имеет значения в силовых приложениях, но приложения с малым сигналом (особенно с высокой частотой) могут плохо переносить эту причуду.

Кроме того, эффект наличия емкости наряду с расчетной индуктивностью обмоток дает трансформаторам способность резонировать с на определенной частоте, что определенно является проблемой проектирования в сигнальных приложениях, где приложенная частота может достигать этой точки (обычно силовой трансформатор намного превышает частоту переменного тока, для которой он был разработан).

Удерживание флюса

Сдерживание потока (обеспечение того, чтобы магнитный поток трансформатора не ускользнул, чтобы создать помехи для другого устройства, и убедиться, что магнитный поток других устройств экранирован от сердечника трансформатора) — еще одна проблема, которую разделяют как индукторы, так и трансформаторы.

Индуктивность утечки

Индуктивность рассеяния тесно связана с проблемой удержания потока. Мы уже видели пагубное влияние индуктивности рассеяния на регулирование напряжения с помощью моделирования SPICE в начале этой главы.Поскольку индуктивность рассеяния эквивалентна индуктивности, последовательно соединенной с обмоткой трансформатора, она проявляется как последовательное сопротивление с нагрузкой.

Таким образом, чем больше ток потребляет нагрузка, тем меньше напряжения на выводах вторичной обмотки. Обычно при проектировании трансформатора требуется хорошее регулирование напряжения, но существуют и исключительные области применения.

Как указывалось ранее, для схем разрядного освещения требуется повышающий трансформатор с «слабым» (плохим) регулированием напряжения для обеспечения пониженного напряжения после возникновения дуги в лампе.Один из способов выполнить этот критерий проектирования — спроектировать трансформатор с путями рассеяния магнитного потока в обход вторичной (ых) обмотки (ов).

Результирующий поток рассеяния будет создавать индуктивность рассеяния, которая, в свою очередь, приведет к плохому регулированию, необходимому для разрядного освещения.

Насыщенность ядра

Трансформаторы

также ограничены в своих характеристиках из-за ограничений магнитного потока сердечника. Для трансформаторов с ферромагнитным сердечником необходимо учитывать пределы насыщения сердечника.

Помните, что ферромагнитные материалы не могут поддерживать бесконечную плотность магнитного потока: они имеют тенденцию «насыщаться» на определенном уровне (продиктованном материалом и размерами сердечника), что означает, что дальнейшее увеличение силы магнитного поля (ммс) не приводит к пропорциональному увеличению поток магнитного поля (Φ).

Когда первичная обмотка трансформатора перегружается из-за чрезмерно приложенного напряжения, магнитный поток сердечника может достигать уровней насыщения в пиковые моменты цикла синусоидальной волны переменного тока.Если это произойдет, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, больше не будет соответствовать форме волны, как напряжение, питающее первичную катушку.

Другими словами, перегруженный трансформатор исказит форму волны от первичной до вторичной обмоток, создавая гармоники на выходе вторичной обмотки. Как мы обсуждали ранее, содержание гармоник в энергосистемах переменного тока обычно вызывает проблемы.

Пиковые трансформаторы

Специальные трансформаторы, известные как пиковые трансформаторы , используют этот принцип для создания коротких импульсов напряжения вблизи пиков формы волны напряжения источника.Ядро рассчитано на быстрое и резкое насыщение при уровнях напряжения значительно ниже пикового.

Это приводит к сильно обрезанной форме волны потока синусоидальной волны и импульсам вторичного напряжения только при изменении потока (ниже уровней насыщения):

Формы сигналов напряжения и магнитного потока для пикового трансформатора.

Работа на частотах ниже нормы

Другой причиной ненормального насыщения сердечника трансформатора является работа на частотах ниже нормы.Например, если силовой трансформатор, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, вынужден работать на частоте 50 Гц, поток должен достичь более высоких пиковых уровней, чем раньше, чтобы создать такое же противодействующее напряжение, необходимое для балансировки с напряжением источника.

Это верно, даже если напряжение источника такое же, как и раньше.

Магнитный поток выше в сердечнике трансформатора, работающем на 50 Гц, по сравнению с 60 Гц для того же напряжения.

Поскольку мгновенное напряжение обмотки пропорционально скорости изменения мгновенного магнитного потока в трансформаторе, форма волны напряжения, достигающая того же пикового значения, но требующая более длительного времени для завершения каждого полупериода, требует, чтобы поток поддерживал та же скорость изменения, что и раньше, но на более длительные периоды времени.

Таким образом, если поток должен расти с той же скоростью, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени, он поднимется до большего пикового значения.

Математически это еще один пример исчисления в действии. Поскольку напряжение пропорционально скорости изменения магнитного потока, мы говорим, что форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, «производная» — это операция вычисления, определяющая одну математическую функцию (форму волны) в терминах скорости: замены другого.

Однако, если мы возьмем противоположную точку зрения и свяжем исходную форму волны с ее производной, мы можем назвать исходную форму волны интегралом производной формы волны. В этом случае форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.

Интеграл любой математической функции пропорционален площади, накопленной под кривой этой функции. Поскольку каждый полупериод сигнала 50 Гц накапливает большую площадь между ним и нулевой линией графика, чем будет форма сигнала 60 Гц — а мы знаем, что магнитный поток является интегралом напряжения, — поток будет достигать более высоких значений в рисунок ниже.

Поток, изменяющийся с той же скоростью, возрастает до более высокого уровня при 50 Гц, чем при 60 Гц.

Еще одна причина насыщения трансформатора — наличие постоянного тока в первичной обмотке. Любая величина постоянного напряжения, падающего на первичную обмотку трансформатора, вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. Это дополнительное «смещение» или «смещение» магнитного потока будет подталкивать форму волны переменного магнитного потока ближе к насыщению в одном полупериоде, чем в другом.

Постоянный ток в первичной обмотке сдвигает пики формы сигнала в сторону верхнего предела насыщения.

Для большинства трансформаторов насыщение сердечника является очень нежелательным эффектом, и его можно избежать за счет хорошей конструкции: конструирования обмоток и сердечника так, чтобы плотности магнитного потока оставались значительно ниже уровней насыщения.

Это гарантирует, что соотношение между mmf и Φ будет более линейным на протяжении всего цикла потока, что хорошо, поскольку способствует меньшим искажениям в форме волны тока намагничивания.

Кроме того, проектирование сердечника для низких плотностей потока обеспечивает безопасный запас между нормальными пиками потока и пределами насыщения сердечника, чтобы приспособиться к случайным аномальным условиям, таким как изменение частоты и смещение постоянного тока.

Пусковой ток

Когда трансформатор первоначально подключен к источнику переменного напряжения, может возникнуть значительный скачок тока через первичную обмотку, называемый пусковым током . Это аналогично пусковому току, наблюдаемому у электродвигателя, который запускается при внезапном подключении к источнику питания, хотя бросок тока трансформатора вызван другим явлением.

Мы знаем, что скорость изменения мгновенного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке. Или, как указано ранее, форма волны напряжения является производной формы волны магнитного потока, а форма волны магнитного потока является интегралом формы волны напряжения.

В непрерывно работающем трансформаторе эти две формы сигнала сдвинуты по фазе на 90 °. Поскольку поток (Φ) пропорционален магнитодвижущей силе (mmf) в сердечнике, а mmf пропорционален току обмотки, форма волны тока будет синфазной с формой волны магнитного потока, и оба будут отстать от формы волны напряжения на 90 °:

Непрерывный установившийся режим: Магнитный поток, как и ток, отстает от приложенного напряжения на 90 °.

Предположим, что первичная обмотка трансформатора внезапно подключается к источнику переменного напряжения в точный момент времени, когда мгновенное напряжение достигает своего положительного пикового значения.

Чтобы трансформатор создавал противоположное падение напряжения, чтобы уравновеситься с этим приложенным напряжением источника, должен создаваться магнитный поток быстро возрастающей величины. В результате ток в обмотке увеличивается быстро, но на самом деле не быстрее, чем при нормальных условиях:

Подключение трансформатора к сети при пиковом напряжении переменного тока: поток быстро увеличивается от нуля, как и в установившемся режиме.

И поток сердечника, и ток катушки начинаются с нуля и достигают тех же пиковых значений, которые наблюдаются при непрерывной работе. Таким образом, в этом сценарии нет «всплеска», «броска» или тока.

В качестве альтернативы, давайте рассмотрим, что произойдет, если подключение трансформатора к источнику переменного напряжения произойдет в точный момент времени, когда мгновенное напряжение равно нулю.

Во время непрерывной работы (когда трансформатор был запитан в течение некоторого времени), это момент времени, когда и магнитный поток, и ток обмотки достигают своих отрицательных пиков, испытывая нулевую скорость изменения (dΦ / dt = 0 и di / dt = 0).

По мере того, как напряжение достигает своего положительного пика, формы волны магнитного потока и тока нарастают до своих максимальных положительных скоростей изменения и повышаются до положительных пиков по мере того, как напряжение опускается до нулевого уровня:

Запуск при e = 0 В — это не то же самое, что непрерывный запуск на рисунке выше. Эти ожидаемые формы сигналов неверны — Φ и я должен начинать с нуля.

Однако существует значительная разница между работой в непрерывном режиме и условием внезапного пуска, предполагаемым в этом сценарии: во время непрерывной работы уровни магнитного потока и тока были на своих отрицательных пиках, когда напряжение было в нулевых точках; Однако в трансформаторе, который простаивает, и магнитный поток, и ток обмотки должны начинаться с нуля .

Когда магнитный поток увеличивается в ответ на повышение напряжения, он будет увеличиваться от нуля вверх, а не от ранее отрицательного (намагниченного) состояния, как это обычно бывает в трансформаторе, на который некоторое время подается питание.

Таким образом, в трансформаторе, который только что «запускается», магнитный поток будет примерно в два раза превышать нормальную пиковую величину, поскольку он «интегрирует» область под первым полупериодом формы волны напряжения:

Начиная с e = 0 В, Φ начинается с начального состояния Φ = 0, увеличиваясь в два раза по сравнению с нормальным значением, при условии, что это не насыщает сердечник.

В идеальном трансформаторе ток намагничивания также увеличился бы примерно в два раза по сравнению с нормальным пиковым значением, генерируя необходимый mmf для создания этого потока, превышающего нормальный.

Однако большинство трансформаторов не спроектированы с достаточным запасом между нормальными пиками магнитного потока и пределами насыщения, чтобы избежать насыщения в таких условиях, поэтому сердечник почти наверняка будет насыщаться в течение этого первого полупериода напряжения.

Во время насыщения для генерации магнитного потока необходимо непропорционально большое количество ммс.Это означает, что ток обмотки, который создает МДС, вызывающую магнитный поток в сердечнике, непропорционально возрастет до значения , легко превышающего , вдвое превышающего нормальный пик:

Начиная с e = 0 В, ток также увеличивается вдвое по сравнению с нормальным значением для ненасыщенного сердечника или значительно выше в случае (рассчитанном на) насыщение.

Это механизм, вызывающий пусковой ток в первичной обмотке трансформатора при подключении к источнику переменного напряжения.Как видите, величина пускового тока сильно зависит от точного времени, когда электрическое подключение к источнику выполнено.

Если трансформатор имеет некоторый остаточный магнетизм в его сердечнике в момент подключения к источнику, бросок тока может быть еще более серьезным. Из-за этого устройства максимальной токовой защиты трансформатора обычно относятся к типу «медленно действующих», чтобы выдерживать такие скачки тока без размыкания цепи.

Тепло и шум

Помимо нежелательных электрических эффектов, трансформаторы могут также проявлять нежелательные физические эффекты, наиболее заметными из которых являются выделение тепла и шума.Шум — это в первую очередь неприятный эффект, но нагрев является потенциально серьезной проблемой, поскольку изоляция обмотки будет повреждена, если будет допущен перегрев.

Нагрев можно минимизировать за счет хорошей конструкции, гарантирующей, что сердечник не приближается к уровням насыщения, что вихревые токи сведены к минимуму, и что обмотки не будут перегружены или работают слишком близко к максимальной допустимой нагрузке.

Силовые трансформаторы большой мощности имеют сердечник и обмотки, погруженные в масляную ванну для передачи тепла и глушения шума, а также для вытеснения влаги, которая в противном случае может нарушить целостность изоляции обмотки.

Теплоотводящие «радиаторные» трубки на внешней стороне корпуса трансформатора обеспечивают конвективный путь потока масла для передачи тепла от сердечника трансформатора к окружающему воздуху:

Большие силовые трансформаторы погружены в теплоизолирующее масло.

Безмасляные или «сухие» трансформаторы часто оцениваются с точки зрения максимального «повышения» рабочей температуры (превышения температуры окружающей среды) в соответствии с системой буквенного класса: A, B, F или H.Эти буквенные коды расположены в порядке от наименьшей термостойкости до наибольшей:

  • Класс A: Повышение температуры обмотки не более чем на 55 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (макс.).
  • Класс B: Повышение температуры обмотки не более чем на 80 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (макс.).
  • Класс F: Повышение температуры обмотки не более чем на 115 ° Цельсия при температуре окружающего воздуха 40 ° Цельсия (максимальной).
  • Класс H: Повышение температуры обмотки не более чем на 150 ° C при температуре окружающего воздуха 40 ° C (макс.).

Звуковой шум — это эффект, в основном возникающий из явления магнитострикции : небольшое изменение длины, проявляемое ферромагнитным объектом при намагничивании.

Знакомый «гул», слышимый вокруг больших силовых трансформаторов, — это звук расширения и сжатия железного сердечника с частотой 120 Гц (в два раза выше частоты системы, которая составляет 60 Гц в США) — один цикл сжатия и расширения сердечника для каждого пика. формы волны магнитного потока — плюс шум, создаваемый механическими силами между первичной и вторичной обмотками.

Опять же, поддержание низких уровней магнитного потока в сердечнике является ключом к минимизации этого эффекта, что объясняет, почему феррорезонансные трансформаторы, которые должны работать в режиме насыщения для большей части формы волны тока, работают как горячими, так и шумными.

Потери из-за наматывающих магнитных сил

Еще одно шумовое явление в силовых трансформаторах — это физическая сила реакции между первичной и вторичной обмотками при большой нагрузке.

Если вторичная обмотка разомкнута, через нее не будет протекать ток и, следовательно, не будет создаваться магнитодвижущая сила (ммс).Однако, когда вторичная обмотка «загружена» (в настоящее время подается на нагрузку), обмотка генерирует МДС, которому противодействует «отраженная» МДС в первичной обмотке, чтобы предотвратить изменение уровней магнитного потока сердечника.

Эти противоположные МДС, возникающие между первичной и вторичной обмотками в результате вторичного (нагрузочного) тока, создают физическую силу отталкивания между обмотками, которая заставляет их вибрировать.

Разработчики трансформаторов должны учитывать эти физические силы при конструкции обмоток, чтобы обеспечить адекватную механическую опору для выдерживания нагрузок.Однако в условиях большой нагрузки (высокого тока) эти напряжения могут быть достаточно большими, чтобы вызвать слышимый шум, исходящий от трансформатора.

ОБЗОР:

  • Силовые трансформаторы ограничены по мощности, которую они могут передавать от первичной обмотки (обмоток) ко вторичной. Большие блоки обычно измеряются в ВА (вольт-амперы) или кВА (киловольт-амперы).
  • Сопротивление в обмотках трансформатора снижает эффективность, так как ток будет рассеивать тепло, тратя энергию.
  • Магнитные эффекты в железном сердечнике трансформатора также способствуют снижению эффективности. Среди эффектов вихревые токи (циркулирующие индукционные токи в железном сердечнике) и гистерезис (потеря мощности из-за преодоления тенденции железа к намагничиванию в определенном направлении).
  • Повышенная частота приводит к увеличению потерь мощности в силовом трансформаторе. Наличие гармоник в энергосистеме является источником частот, значительно превышающих нормальные, что может вызвать перегрев в больших трансформаторах.
  • Как трансформаторы, так и катушки индуктивности обладают определенной неизбежной емкостью из-за изоляции проводов (диэлектрика), отделяющей витки обмотки от стального сердечника и друг от друга. Эта емкость может быть достаточно значительной, чтобы дать трансформатору естественную резонансную частоту , что может быть проблематичным в сигнальных приложениях.
  • Индуктивность утечки вызвана тем, что магнитный поток не на 100% связан между обмотками трансформатора. Любой поток, не связанный с , передающий энергию от одной обмотки к другой, будет накапливать и выделять энергию, так работает (само) индуктивность.Индуктивность утечки имеет тенденцию ухудшать регулировку напряжения трансформатора (вторичное напряжение «проседает» больше при заданной величине тока нагрузки).
  • Магнитное насыщение сердечника трансформатора может быть вызвано чрезмерным первичным напряжением, работой на слишком низкой частоте и / или наличием постоянного тока в любой из обмоток. Насыщение можно минимизировать или избежать с помощью консервативной конструкции, которая обеспечивает достаточный запас прочности между пиковыми значениями плотности магнитного потока и пределами насыщения сердечника.
  • Трансформаторы часто испытывают значительные пусковые токи при первоначальном подключении к источнику переменного напряжения. Пусковой ток наиболее велик, когда подключение к источнику переменного тока выполняется в момент, когда мгновенное напряжение источника равно нулю.
  • Шум — обычное явление, проявляемое трансформаторами, особенно силовыми трансформаторами, и в первую очередь вызвано магнитострикцией сердечника. Физические силы, вызывающие вибрацию обмотки, также могут создавать шум в условиях большой (сильноточной) нагрузки вторичной обмотки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *