Устройство назначение и принцип действия трансформатора: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Содержание

Трансформаторы. Описание, типы, классификация трансформаторов. Измерительные, силовые, импульсные трансформаторы.

Электрический трансформатор — это устройство, предназначенное для изменения величины напряжения в сети переменного тока. Принцип действия трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока, в обмотках генерируется магнитное поле, которые взывает ЭДМ во вторичных обмотках. Данная ЭДС пропорциональна числу  витков в первичных и вторичных  обмотках. Отношение электродвижующей силы в первичной обомотке/вторичной называется коэффициентом трансформации.

Основными элементами конструкции трансформатора являются первичные и вторичные обмотки и ферромагнитный магнитопровод (обычно замкнутого типа). Обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны друг с другом. Использование магнитопровода позволяет саккумулировать большую часть магнитного поля внутри трансформатора, что повышает КПД устройства. Магнитопровод обычно состоит из набора металлических пластин, покрытых изоляцией, для предотвращения возникновения «паразитных» токов внутри магнитопровода.
Зачастую часть вторичной обмотки служит часть первичной и наоборот. Данный тип трансформаторов называют автотрансформаторами. В этом случае концы первичных обмоток подключаются к сети  переменного напряжения, а концы вторичной присоединяются к потребителям электроэнергии.

Основная классификация трансформаторов.

  • По назначению: измерительные трансформаторы тока, напряжения, защитные, лабораторные, промежуточные.
  • По способу установки: наружные, внутренние, шинные, опорные, стационарные, переносные.
  • По числу ступеней: одноступенчатные, многоступенчатые (каскадные).
  • По номинальному напряжения: низковольтные, высоковольтные.
  • По типу изоляции обмоток: c сухой изоляцией, компаундной, бумажно-маслянной.

Основные типы трансформаторов 

Силовые трансформаторы — наиболее распространенный тип  электро. трансформаторов.  Они предназначены  для изменения  энергии переменного тока в электросетях энергосистем, в сетях освещения или питания электрооборудования. Применяются для создания комплектных трансформаторных подстанций.
Классифицируются по количеству фаз и номинальному напряжения.
Наиболее известные низковольтные однофазные и трехфазные трансформаторы серии ТП и ОСМ.
Среди высоковольтных трансформаторов, наиболее используемые в данной момент в энергетике,  трансформаторы ТМГ-с масляным охлаждением в герметичном баке.. Преимуществами данной серии вляется высокий КПД (до 99%), высокие показатели защиты от перегрева, высокие эксплуатационные характеристики, и минимальное обслуживание во время использования.
Помимо силовых, существуют трансформаторы различных типов и назначения: для измерения больших напряжений и токов (измерительные трансформаторы), для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсное (пик-трансформаторы), для преобразования импульсов тока и напряжения (импульсные трансформаторы), для выделения переменной составляющей тока, для разделения электрических цепей на гальванически не связанные между собой части, для их согласования и т. д.

Измерительные трансформаторы— электротехнические устройства, предназначенные для изменения уровня напряжения с высокой точностью трансформации.
Классифицируются по назначению, изменению уровня напряжения или тока.
Также делятся на низковольтные трансформаторы тока  типа Т, 066 ТШ-0,66, ТТИ-066 и Высоковольтные трансформаторы напряжения, такие как НАМИТ и ЗНОЛ.
Вторичные обмотки данных устройств соединены с измерительными устройствами (амперметрами, счетчиками электроэнергии, вольтметрами, фазометрами, реле тока и т.д.) Применение данного оборудования позволяет изолировать измеряющее оборудование от больших токов и напряжений измеряемой цепи, и создает возможность стандартизации измеряющего оборудования.

Автотрансформаторы – устройства, обмотки которого соеденены гальванически между собой.  Благодыря малым коэффициентам трансформации,  автотрансформаторы имеют меньшие габариты и стоимость оп сравнению с многообмоточными. Из недостатков необходимо отметить невозможность гальванической изоляции цепей.  
Основные сферы использования автотрансформаторов – изменение напряжения в пусковых устройствах крупных электрических машин переменного тока, в системах релейной защиты при плавном регулировании напряжения.  В случае реализации в конструкции автотрансформатора изменения количества рабочих витков вторичной обмотки, появляется возможность сохранять уровень вторичного напряжения при изменении первичного напряжения. Наибольшее распространение данный  данный механизм используется в стабилизаторах напряжения.

Импульсный трансформатор — это устройство  с ферромагнитным сердечником, используемый для изменения импульсов тока  или напряжения.
Импульсные трансформаторы наиболее часто используются в электронновычислительных устройствах, системах радиолокации, импульсной радиосвязи и т.д. в качестве измерительного устройства в счетчиках электроэнергии.
Основное требование импульсным трансформаторам, — при изменении импульса форма импульса должна сохраняться. Это достигается максимальным уменьшением межвитковой емкости, индуктивности рассеивания за счет использования применением сердечников малой величины, взаимным расположение и уменьшением числа обмоток.  

Пик-трансформатор — устройство, изменяющее  напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.  Пик-трансформаторы применяются в качестве генераторов  импульсов главным, высоковольтных исследовательских установках и системах автоматики..

Устройство и принципы действия трансформаторов: назначение, виды, критерии подбора

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

Устройство трансформатора

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

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

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

Виды преобразователей

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

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

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

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

По количеству обмоток различают:

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

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

Режимы работы трансформаторных устройств

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

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

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

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

Критерии выбора оборудования

При приобретении трансформаторного оборудования необходимо рассматривать его основные параметры:

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

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

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

Назначение, устройство и принцип действия трансформатора

1. Южно-Казахстанская государственная фармацевтическая академия

Кафедра технология фармацевтического производства
Презентация
На тему: Назначение устройство и принцип
действия трансформатора.
Выполнил: Толеш Н
Группа: 302 ТФПК
Приняла: Бердалиева А.А
Шымкент, 2017 г

2. План

І. Введение
ІІ. Основная часть




Понятие о трансформаторе
История
Схема трансформатора
Виды трансформатора
ІІІ. Заключение
IV.Литература
Трансформа́тор (от лат. transformare
— «превращать, преобразовывать») —
статическое электромагнитное устройство,
имеющее
две
или
более индуктивно связанные обмотки на
каком-либо
магнитопроводе
и
предназначенное
для
преобразования
посредством
электромагнитной
индукции одной или нескольких систем
(напряжений) переменного тока в одну или
несколько других систем (напряжений), без
изменения частоты
Трансформатор
осуществляет
преобразование
переменного напряжения и/или гальваническую
развязку в самых различных областях применения —
электроэнергетике, электронике и радиотехнике.
Конструктивно трансформатор может состоять из
одной
(автотрансформатор)
или
нескольких
изолированных проволочных, либо ленточных обмоток
(катушек), охватываемых общим магнитным потоком,
намотанных, как правило, на магнитопровод
(сердечник)
из
ферромагнитного
магнитомягкого материал.

5. История

Для создания трансформаторов необходимо было изучение
свойств материалов: неметаллических, металлических и
магнитных, создания их теории.
В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было
открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе
действия электрического трансформатора, при проведении им
основополагающих исследований в области электричества. 29
августа 1831 года Фарадей описал в своём дневнике опыт, в ходе
которого он намотал на железное кольцо диаметром 15 см и
толщиной 2 см два медных провода длиной 15 и 18 см. При
подключении к зажимам одной обмотки батареи гальванических
элементов начинал отклоняться гальванометр на зажимах другой
обмотки. Так как Фарадей работал с постоянным током, то, при
достижении в первичной обмотке максимального значения тока,
ток во вторичной обмотке исчезал и для возобновления эффекта
трансформации требовалось отключить и снова подключить
батарею к первичной обмотке.
Схематичное изображение будущего трансформатора
впервые появилось в 1831 году в работах М.
Фарадея и Д. Генри. Однако ни тот, ни другой не
отмечали в своём приборе такого свойства
трансформатора, как изменение напряжений и токов,
то есть трансформирование переменного ток
В 1848 году французский механик Г. Румкорф
изобрёл индукционную катушку особой конструкции.
Она явилась прообразом трансформатора.
Александр
Григорьевич
Столетов
(профессор
Московского университета) сделал первые шаги в этом
направлении. Он обнаружил петлю гистерезиса и
доменную структуру ферромагнетика (1872 год).
30 ноября 1876 года, дата получения патента Павлом
Николаевичем
Яблочковым,
считается
датой
рождения первого трансформатора переменного
тока. Это был трансформатор с разомкнутым
сердечником, представлявшим собой стержень, на
который наматывались обмотки.
Первые
трансформаторы
с
замкнутыми
сердечниками были созданы в Англии в 1884
году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон4. В
1885 г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°»
Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери
изобрели
трансформатор
с
замкнутым
магнитопроводом, который сыграл важную роль в
дальнейшем
развитии
конструкций
трансформаторов.
1928 год можно считать началом производства силовых
трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский
трансформаторный завод (впоследствии — Московский
электрозавод).
В начале 1900-х английский исследователь-металлург Роберт
Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния
добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему
удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной
стали с добавками кремния.
Следующий крупный скачок в технологии производства
сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда
американский металлург Норман П. Гросс установил, что при
комбинированном воздействии прокатки и нагревания у
кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в
направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на
50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная
проницаемость возрастала в 5 раз.

9. Схема трансформатора

1 Изоляция трансформатора на основе безматричной
вакуумной пропитки и работает в среде с высокой
влажностью воздуха и в химически агрессивной атмосфере.
2 Минимальное выделение энергии горения (например, 43
кг для трансформатора 1600 кВА соответствуют 1,1% веса).
Другие изоляционные материалы являются практически
негорючими, самозатухающими и не содержат каких-либо
токсичных добавок.
3 Устойчивость трансформатора к загрязнениям благодаря
конвекционным самоочищающимся дискам обмотки.
4 Большая длина утечки по поверхности дисков обмотки,
которые создают эффект изоляционных барьеров.
5 Устойчивость трансформатора к температурной ударной
нагрузке даже при крайне низких температурах (-50°С).
6 Керамические блоки прокладки (без возможности
возгорания) между дисками обмотки.
7 Изоляция проводников стекло-шелк.
8 Безопасность эксплуатации трансформатора благодаря
специальной структуре обмотки Воздействие напряжения на
изоляцию никогда не превышает напряжение изоляции (не более
10 В). Частичные разряды в изоляции физически невозможны.
9 Охлаждение трансформатора обеспечивается вертикальными и
горизонтальным каналам охлаждения, а минимальная толщина
изоляции обеспечивают возможность работы трансформатора при
больших кратковременных перегрузках в защитном корпусе IP 45
без принудительного охлаждения.
10 Изоляционный цилиндр сделан и практически негорючего и
самозатухающего материала, армированного стекловолокном.
11 Обмотка низкого напряжения из стандартного провода или
фольги; в качестве материала обмотки используется медь.
12 Динамическая устойчивость трансформатора к коротким
замыканиям обеспечивается керамическими изоляторами.

14. Базовые принципы действия

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:
Изменяющийся во времени электрический ток создаёт
изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм).
Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку,
создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция).
На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой,
подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по
первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт
переменный магнитный поток в магнитопроводе. В
результате электромагнитной индукции переменный
магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в
том числе и в первичной, ЭДС индукции,
пропорциональную первой производной магнитного потока,
при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону
по отношению к магнитному потоку.
Схематическое устройство
трансформатора. 1 — первичная
обмотка, 2 — вторичная
В
некоторых
трансформаторах,
работающих
на
высоких
или
сверхвысоких
частотах,
магнитопровод может отсутствовать.
Форма напряжения во вторичной обмотке связана с
формой напряжения в первичной обмотке довольно
сложным образом. Благодаря этой сложности удалось
создать целый ряд специальных трансформаторов,
которые могут выполнять роль усилителей тока,
умножителей частоты, генераторов сигналов и т. д.
Исключение — силовой трансформатор. В случае
классического трансформатора переменного тока,
предложенного П. Яблочковым, он преобразует
синусоиду входного напряжения в такое же
синусоидальное напряжение на выходе вторичной
обмотки.

17. Режимы работы трансформатора

Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной
цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. По первичной
обмотке протекает ток холостого хода, главной составляющей которого
является реактивный ток намагничивания. С помощью опыта холостого хода
можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а
также потери в сердечнике (т. н. «потери в стали»).
Режим нагрузки. Этот режим характеризуется работой трансформатора с
подключенным источником в первичной, и нагрузкой во вторичной цепи
трансформатора. Во вторичной обмотке протекает ток нагрузки, а в
первичной — ток, который можно представить как сумму тока нагрузки
(пересчитанного из соотношения числа витков обмоток и вторичного тока) и
ток холостого хода. Данный режим является основным рабочим для
трансформатора.
Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания
вторичной цепи накоротко. Это разновидность режима нагрузки, при котором
сопротивление вторичной обмотки является единственной нагрузкой. С
помощью опыта короткого замыкания можно определить потери на нагрев
обмоток в цепи трансформатора («потери в меди»). Это явление учитывается в
схеме замещения реального трансформатора при помощи активного
сопротивления.

18. Режим холостого хода

При равенстве вторичного тока нулю (режим холостого хода), ЭДС
индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует
напряжение источника питания, поэтому ток, протекающий через
первичную обмотку, равен переменному току намагничивания,
нагрузочные токи отсутствуют. Для трансформатора с сердечником
из
магнитомягкого
материала
(ферромагнитного
материала,
трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину
потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную
мощность перемагничивания магнитопровода. Мощность потерь можно
вычислить, умножив активную составляющую тока холостого хода на
напряжение, подаваемое на трансформатор.
Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на
перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется
сопротивлением
индуктивности
первичной
обмотки,
которое
пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.
Напряжение на вторичной
определяется законом Фарадея.
обмотке
в
первом
приближении

19. Режим короткого замыкания

В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку
трансформатора подаётся переменное напряжение
небольшой величины, выводы вторичной обмотки
соединяют накоротко. Величину напряжения на входе
устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания
равнялся номинальному (расчётному) току трансформатора.
В таких условиях величина напряжения короткого
замыкания характеризует потери в обмотках
трансформатора, потери на омическом сопротивлении.
Напряжение короткого замыкания (определяется в % от
номинального напряжения), полученное с помощью опыта
короткого замыкания является одним из важных параметров
трансформатора. Данный режим широко используется в
измерительных трансформаторах тока.

20. Режим работы

При подключении нагрузки ко вторичной обмотке во
вторичной цепи возникает ток нагрузки, создающий магнитный
поток в магнитопроводе, направленный противоположно
магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В
результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС
индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению
тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не
достигнет практически прежнего значения.
Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе
трансформатора определяется интегралом по времени от
мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае
синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по
отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС
пропорциональна первой производной от магнитного потока и
для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в
первичной обмотке.

21. Конструкция

Стержневой тип трёхфазных трансформаторов
Броневой тип трёхфазных трансформаторов
Основными частями конструкции трансформатора являются:
магнитопровод;
обмотки;
каркас для обмоток;
изоляция;
система охлаждения;
прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты
трансформатора и т. п.).
В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя
различными базовыми концепциями:
Стержневой;
Броневой;
Тороидальный.
Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные
характеристики
или
эксплуатационную
надёжность
трансформатора, но имеются существенные различия в процессе
их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию,
которую он считает наиболее удобной с точки зрения
изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём
объёме производства.
В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе
сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки.
Если смотреть на активный компонент (т. e. сердечник с
обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они
скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника.
Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции
броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть
обмоток.
Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого
типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как
в броневой конструкции она может быть горизонтальной или
вертикальной.
Виды
трансформаторов

24. Силовой трансформатор

Силовой трансформатор переменного тока — трансформатор,
предназначенный для преобразования электрической энергии в
электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма
и использования электрической энергии. Слово «силовой»
отражает работу данного вида трансформаторов с большими
мощностями[18].
Необходимость
применения
силовых
трансформаторов обусловлена различной величиной рабочих
напряжений ЛЭП (35-750 кВ), городских электросетей (как
правило 6,10 кВ), напряжения, подаваемого конечным
потребителям (0,4 кВ, они же 380/220 В) и напряжения,
требуемого для работы электромашин и электроприборов (самые
различные от единиц вольт до сотен киловольт).
Силовой трансформатор переменного тока используется для
непосредственного преобразования напряжения в цепях
переменного тока. Термин «силовой» показывает отличие таких
трансформаторов
от
измерительных
и
специальных
трансформаторов.

25. Автотрансформатор

Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и
вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только
электромагнитную
связь,
но
и
электрическую.
Обмотка
автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3),
подключаясь к которым, можно получать разные напряжения.
Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД,
поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это
особенно существенно, когда входное и выходное напряжения
отличаются незначительно.
Недостатком
является
отсутствие
электрической
изоляции
(гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью.
Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо
обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных
сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации
не более 3-4. Существенным достоинством является меньший расход
стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в
итоге — меньшая стоимость.

26. Трансформатор тока

Трансформа́тор то́ка — трансформатор, первичная обмотка которого
питается от источника тока. Типичное применение — для снижения тока
первичной обмотки до удобной величины, используемой в цепях
измерения, защиты, управления и сигнализации, кроме того,
трансформатор тока осуществляет гальваническую развязку (в отличие
от шунтовых схем измерения тока). Обычно номинальное значение тока
вторичной обмотки распространённых трансформаторов 1 А или 5 А.
Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в
цепь с нагрузкой, переменный ток в которой необходимо контролировать,
а во вторичную обмотку включаются измерительные приборы или
исполнительные и индикаторные устройства, например, реле.
Вторичная обмотка токового трансформатора должна работать в режиме,
близком к режиму короткого замыкания. При случайном или
умышленном разрыве цепи вторичной обмотки на ней наводится очень
высокое напряжение, которое может вызвать пробой изоляции,
повреждение подключённых устройств.
При работе вторичной обмотки в режиме короткого замыкания
отношение токов обмоток близко к (в идеальном случае
равно) коэффициенту трансформации.

27. Трансформатор напряжения

Трансформатор
напряжения

трансформатор,
питающийся
от источника напряжения. Типичное
применение — преобразование высокого
напряжения в низкое в цепях, в
измерительных цепях и цепях РЗиА.
Применение
трансформатора
напряжения
позволяет
изолировать
логические цепи защиты и цепи
измерения от цепи высокого напряжения.

28. Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — это трансформатор,
предназначенный для преобразования импульсных сигналов
с длительностью импульса до десятков микросекунд с
минимальным искажением формы импульса[19]. Основное
применение заключается в передаче прямоугольного
электрического импульса (максимально крутой фронт и
срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для
трансформации
кратковременных
видеоимпульсов
напряжения, обычно периодически повторяющихся с
высокой скважностью. В большинстве случаев основное
требование, предъявляемое к ИТ заключается в
неискажённой
передаче
формы
трансформируемых
импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ
напряжения той или иной формы на выходе желательно
получить импульс напряжения той же самой формы, но,
быть может, иной амплитуды или другой полярности.

29. Сварочный трансформатор

Сварочный трансформатор — трансформатор,
предназначенный для различных видов сварки.
Сварочный
трансформатор
преобразует
напряжение сети (220 или 380 В) в низкое напряжение, а ток из низкого — в высокий, до тысяч
ампер.
Сварочный
ток
регулируется
благодаря
изменению величины либо индуктивного
сопротивления, либо вторичного напряжения
холостого хода трансформатора, что осуществляется посредством секционирования числа
витков первичной или вторичной обмотки. Это
обеспечивает ступенчатое регулирование тока.

30. Разделительный трансформатор

Разделительный
трансформатор

трансформатор, первичная обмотка которого
электрически не связана со вторичными
обмотками.
Силовые
разделительные
трансформаторы предназначены для повышения
безопасности электросетей, при случайных
одновременных прикасаниях к земле и
токоведущим частям или нетоковедущим частям,
которые могут оказаться под напряжением в
случае повреждения изоляции. Сигнальные
разделительные
трансформаторы
обеспечивают
гальваническую
развязку электрических цепей.

31. Согласующий трансформатор

Согласующий
трансформатор

трансформатор,
применяемый
для
согласования сопротивления различных
частей (каскадов) электронных схем при
минимальном
искажении
формы
сигнала. Одновременно согласующий
трансформатор обеспечивает создание
гальванической
развязки
между
участками схем.

32. Пик-трансформатор

Пик-трансформатор

трансформатор, преобразующий
напряжение
синусоидальной
формы
в
импульсное
напряжение с изменяющейся
через
каждые
полпериода
полярностью.

33. Сдвоенный дроссель

Сдвоенный
дроссель
(встречный
индуктивный фильтр) — конструктивно
является
трансформатором
с
двумя
одинаковыми
обмотками.
Благодаря
взаимной индукции катушек он при тех же
размерах более эффективен, чем обычный
дроссель. Сдвоенные дроссели получили
широкое распространение в качестве
входных фильтров блоков питания; в
дифференциальных сигнальных фильтрах
цифровых линий, а также в звуковой
технике.

34. Трансфлюксор

Трансфлюксор — разновидность трансформатора,
используемая для хранения информации. Основное
отличие от обычного трансформатора — это
большая величина остаточной намагниченности
магнитопровода. Иными словами трансфлюксоры
могут выполнять роль элементов памяти. Помимо
этого
трансфлюксоры
часто
снабжались
дополнительными обмотками, обеспечивающими
начальное намагничивание и задающими режимы их
работы. Эта особенность позволяла (в сочетании с
другими элементами) строить на трансфлюксорах
схемы
управляемых
генераторов,
элементов
сравнения и искусственных нейронов.

35. Вращающийся трансформатор

Не
следует
путать
с
вращающимся
трансформатором — электрической микромашиной
переменного
тока,
предназначенной
для
преобразования угла поворота в электрическое
напряжение.
Применяется для передачи сигнала на вращающиеся
объекты, например на барабан блока магнитных
головок в видеомагнитофонах. Состоит из двух
половин магнитопровода, каждая со своей обмоткой,
одна из которой вращается относительно другой с
минимальным зазором. Позволяет реализовать
большие скорости вращения, при которых
контактный способ съёма сигнала невозможен.

36. Воздушный и масляный трансформаторы

Классификация трансформаторов, помимо прочих параметров,
осуществляется по рабочей среде в которой находятся индуктивносвязанные обмотки.
Воздушные трансформаторы как правило работают с меньшими
мощностями, чем масляные, поскольку циркуляция масла обеспечивает
лучшее охлаждение обмоток. Импульсные и высоковольтные
трансформаторы, напротив, обычно выполняются воздушными,
поскольку для первых малая диэлектрическая проницаемость воздуха
обеспечивает лучшую передачу формы импульса, а для вторых
лимитирующим фактором оказывается старение масла и резкое
возрастание вероятности развития электрического пробоя.
Конструктивно для снижения потерь масляные трансформаторы обычно
имеют замкнутый магнитопровод, в то время как маломощные
воздушные трансформаторы (например, применяемые в электронных
устройствах для электрической изоляции одной цепи от другой или для
согласования по мощности) конструктивно могут оформляться в виде
коаксиальных расположенных обмоток на ферромагнитном стержне.

37. Трёхфазный трансформатор

Представляет собой устройство для
трансформирования
электрической
энергии
в
трёхфазной
цепи.
Конструктивно состоит из трёх стержней
магнитопровода, соединённых верхним и
нижним ярмом. На каждый стержень
надеты обмотки высшего и низшего
напряжений каждой фазы.

38. Применение

Наиболее
часто
трансформаторы
применяются
в электросетях и в источниках питания различных
приборов.
Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны
квадрату тока, проходящего через провод, при передаче
электроэнергии
на
большое
расстояние
выгодно
использовать очень большие напряжения и небольшие токи.
Из соображений безопасности и для уменьшения массы
изоляции в быту желательно использовать не столь большие
напряжения.
Поэтому
для
наиболее
выгодной
транспортировки
электроэнергии
в
электросети
многократно применяют силовые трансформаторы: сначала
для
повышения
напряжения генераторов на электростанциях перед
транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения
напряжения линии электропередач до приемлемого для
потребителей уровня.
Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования
напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу
из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему
звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора
сердечник для всех трёх фаз общий.
Несмотря
на
высокий
КПД
трансформатора
(для
трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень
мощных трансформаторах электросетей выделяется большая
мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока
электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться
мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы
электросетей используют специальную систему охлаждения:
трансформатор
помещается
в
баке,
заполненном
трансформаторным маслом или специальной негорючей
жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или
принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда
масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют
при относительно малой мощности.

40. Частота

При одинаковых напряжениях первичной обмотки
трансформатор, разработанный для частоты 50 Гц,
может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не
наоборот. При этом необходимо принять во
внимание, что возможно потребуется заменить
навесное электрооборудование. При частоте меньше
номинальной
увеличивается
индукция
в
магнитопроводе, что может повлечь его насыщение
и как следствие резкое увеличение тока холостого
хода и изменение его формы. При частоте больше
номинальной повышается величина паразитных
токов в магнитопроводе, повышенный нагрев
магнитопровода и обмотки, приводящие к
ускоренному старению и разрушению изоляции.

41. Перенапряжения трансформатора

В
процессе
использования
трансформаторы могут подвергаться
напряжению, превосходящему рабочие
параметры.
Данные перенапряжения классифицирую
тся по их продолжительности на две
группы:
Кратковременное перенапряжение —
напряжение промышленной частоты
относительной
продолжительности,
колеблющейся в пределах менее 1
секунды до нескольких часов.
Переходное
перенапряжение

кратковременное
перенапряжение
в
пределах от наносекунд до нескольких
миллисекунд. Период нарастания может
колебаться от нескольких наносекунд до
нескольких миллисекунд. Переходное
перенапряжение
может
быть
колебательным и неколебательным. Они
обычно
имеют
однонаправленное
действие.
Трансформатор также может быть
подвергнут
комбинации
кратковременных
и
переходных
перенапряжений.
Кратковременные
перенапряжения могут следовать сразу за
переходными перенапряжениями.

45. Заключение

Трансформатор представляет собой устройство,
которое
преобразовывает
напряжение
переменного тока (повышает или понижает).
Состоит трансформатор из нескольких обмоток
(двух или более), которые намотаны на общий
ферромагнитный сердечник.
Современные
трансформаторы тока бывают: стержневыми,
броневыми или тороидальными. Все три типа
трансформаторов
имеют
похожие
характеристики, и надежность, но отличаются
друг от друга способом изготовления.

46. Литература

Сапожников А. В. Конструирование трансформаторов. М.: Госэнергоиздат. 1959.
Пиотровский Л. М. Электрические машины, Л., «Энергия», 1972.
Вольдек А. И. Электрические машины, Л., «Энергия», 1974
Тихомиров П. М.. Расчёт трансформаторов. Учебное пособие для вузов. М.: Энергия, 1976. — 544
с.
Электромагнитные расчёты трансформаторов и реакторов. — М.: Энергия, 1981 — 392 с.
Электрические машины: Трансформаторы: Учебное пособие для электромеханических
специальностей вузов/Б. Н. Сергеенков, В. М. Киселёв, Н. А. Акимова; Под ред. И. П. Копылова. —
М.: Высш. шк., 1989 — 352 с. ISBN 5-06-000450-3
Силовые трансформаторы. Справочная книга/Под ред. С. Д. Лизунова, А. К. Лоханина.
М.: Энергоиздат 2004. — 616 с ISBN 5-98073-004-4
Атабеков Г. И. Основы теории цепей, Лань, С-Пб. ,- М.,- Краснодар, 2006.
Котенёв С. В., Евсеев А. Н. Расчёт и оптимизация тороидальных трансформаторов. — М.: Горячая
линия — Телеком, 2011. — 287 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-9912-0186-5.
Евсеев А. Н. Расчёт и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей. — 2-е изд.,
перераб. и доп.. — М.: Горячая линия — Телеком, 2017. — 368 с. — 500 экз. — ISBN 978-5-99120618-1.
В. Г. Герасимов, Э. В. Кузнцов, О. В. Николаева. Электротехника и электроника. Кн. 1.
Электрические и магнитные цепи. — М.: Энергоатомиздат, 1996. — 288 с. — ISBN 5-283-05005X.

Контрольные вопросы и ответы на них.

  1. Назначение, устройство, принцип действия трансформатора.

Трансформатором
называется статический электромагнитный
аппарат, предназначенный для преобразования
переменного тока одного напряжения в
переменный ток другого напряжения без
изменения частоты.

Трансформа́тор —
это статическое электромагнитное
устройство, имеющее две или более
индуктивно связанных обмоток на
каком-либо магнитопроводе и
предназначенное для преобразования
посредством электромагнитной
индукции одной
или нескольких систем (напряжений)
переменного тока в одну или несколько
других систем (напряжений) переменного
тока без изменения частоты системы
(напряжения) переменного тока (ГОСТ
16110-82).Трансформатор осуществляет
преобразование напряжения переменного
тока и/или гальваническую
развязку в
самых различных областях применения —
электроэнергетике, электронике и
радиотехнике. Конструктивно трансформатор
может состоять из одной (автотрансформатор)
или нескольких изолированных проволочных,
либо ленточных обмоток (катушек),
охватываемых общим магнитным потоком,
намотанных, как правило,
на магнитопровод (сердечник)
из ферромагнитного магнито-мягкогоматериала.

Работа
трансформатора основана на двух базовых
принципах:

  • Изменяющийся
    во времени электрический
    ток создаёт
    изменяющееся во времени магнитное
    поле (электромагнетизм)

  • Изменение
    магнитного потока, проходящего через
    обмотку, создаёт ЭДС в
    этой обмотке (электромагнитная
    индукция)

На
одну из обмоток, называемую первичной
обмоткой
,
подаётся напряжение от внешнего
источника. Протекающий по первичной
обмотке переменный ток создаёт
переменный магнитный
поток в
магнитопроводе. В результате электромагнитной
индукции,
переменный магнитный поток в магнитопроводе
создаёт во всех обмотках, в том числе и
в первичной, ЭДС индукции,
пропорциональную первой
производноймагнитного
потока, при синусоидальном токе сдвинутой
на 90° в обратную сторону по отношению
к магнитному потоку.

В
некоторых трансформаторах, работающих
на высоких или сверхвысоких частотах,
магнитопровод может отсутствовать.

  1. Что такое коэффициент
    трансформации трансформатора и как он
    определяется опытным путём?

К
оэффициент
трансформации трансформатора, равный
отношению числа витков обмотки высокого
напряжения к числу витков обмотки
низкого напряжения , определяется
как отношение напряжений на зажимах
первичной и вторичной обмоток в режиме
холостого хода

  1. Для чего и как
    проводится опыт холостого хода?

Опыт
холостого хода.
 Для
однофазного трансформатора опыт
холостого хода выполняется так: К
первичной обмотке подводится номинальное
напряжение 
,
к вторичной — подключен вольтметр , имеющий
достаточно большое сопротивление.
Практически можно считать, что ток 
.

Кроме
того, в схему включены амперметр 
,
вольтметр 
 и
ваттметр . Амперметр
показывает ток холостого хода 
,
вольтметр 
 номинальное
напряжение первичной обмотки 
,
вольтметр 
 —напряжение 
 и
ваттметр 
 —мощность
потерь при холостом ходе
.
По этим показаниям можно определить
коэффициент трансформации 
 для
понижающего  трансформатора или 
 для
повышающего трансформатора. Так как
нагрузка отсутствует (
),
то мощность, показываемая ваттметром, 
— это мощность потерь в стали трансформатора
(магнитопроводе).

Мощностью
потерь в проводах обмоток можно
пренебречь, так как при опыте холостого
хода ток вторичной обмотки равен нулю,
а ток в первичной обмотке — ток холостого
хода составляет примерно 5 % номинального.

Можно
также найти

и
полное сопротивление цепи:

 

Активное
сопротивление цепи

и
индуктивное сопротивление цепи

.

Так
как практически сопротивления 
 и 
,
то значения 
 и 
 определяются
из приведенных формул.

Назначение, устройство и принцип действия однофазного трансформатора

Подробности
Категория: Электротехника и электроника

 Основные части трансформаторов — обмотки, осуществляющие электромагнитное преобразование энергии, и магнитопровод (магнитная система), выполненный из ферромагнитного материала и предназначенный для локализации магнитного потока и усиления электромагнитной связи обмоток.

Магнитопровод трансформаторов малой мощности изготавливают из листовой или ленточной электротехнической стали толщиной 0,1 — 0,35 мм.
В зависимости от конфигурации магнитопровода различают трансформаторы стержневого, броневого и кольцевого типов.
 
Рис.6.1.  Типы магнитопроводов трансформаторов
(1, 4 — броневые; 2, 5 — стержневые; 3, 6 — кольцевые)
Обмотка трансформатора — это совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС витков.
Обмотки трансформаторов стержневого и броневого типов представляют собой катушки, намотанные из изолированного провода, в большинстве случаев медного, на изолирующий каркас или гильзу. Отдельные слои проводов изолируют друг от друга тонкой межслойной изоляцией из специальной бумаги или ткани, пропитанной лаками; между обмотками прокладывают более толстую межобмоточную изоляцию. Обмотки трансформатора, к которым электрическая энергия подводится, называют первичными, обмотки, от которых электрическая энергия отводится, — вторичными.
Повышение электрической прочности трансформаторов и их устойчивости к механическим и атмосферным воздействиям достигается путем пропитки обмоток изоляционными лаками или компаундами или заливкой трансформаторов в эпоксидную смолу. Стержневые трансформаторы имеют наилучшие условия охлаждения ввиду большой поверхности охлаждения обмоток. Броневые трансформаторы благодаря меньшему числу катушек имеют меньшие размеры и более просты в изготовлении. Кольцевые трансформаторы отличаются малыми потоками рассеяния и низким сопротивлением сердечника благодаря отсутствию воздушных зазоров на пути потока, но более сложны в изготовлении ввиду невозможности предварительной намотки обмоток вне магнитопровода.
 
Рис.6.4. Принцип действия трансформатора
Принцип действия рассмотрим на примере идеального трансформатора — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии:
P1 = I1•U1= P2 = I2•U2,
где
P1 — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи,
P2 — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.
Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:

U2/U1 = N2/N1 = I1/I2
Таким образом получаем, что при увеличении напряжения на концах вторичной обмотки U2, уменьшается ток вторичной цепи I2.
Соотношение напряжений на входе и выходе трансформатора определяется в основном соотношением ЭДС взаимоиндукции в первичной и вторичной обмотках, которое называется теоретическим коэффициентом трансформации:
Kт = U1/U2 = N1/N2
Как видно, соотношение напряжений на обмотках трансформатора определяется соотношением чисел витков.
Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения. Например, сопротивление Z2 подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет:
Z´1 = Z2•(N1/N2)2 .
Данное правило справедливо также и для вторичной цепи:
Z´2 = Z1•(N2/N1)2 .
На схемах трансформатор обозначается следующим образом:
 
Рис.6.5. Обозначение трансформатора на схеме
Центральная толстая линия соответствует сердечнику, 1 — первичная обмотка (обычно слева), 2,3 — вторичные обмотки. Число полуокружностей в каком-то грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности).
При обозначении трансформатора с несколькими первичными и/или вторичными обмотками точками указывают начало катушки.
Процесс передачи мощности с первичной на вторичную обмотку трансформатора сопровождается потерями части активной мощности. Мощность, называемая электрическими потерями, выделяется на активном сопротивлении обмоток при протекании по ним тока:
ΔPэ=I12•R1+I22•R2
где R1 и R2 — активные сопротивления обмоток.
Значение электрических потерь зависит от токов в обмотках, т.е. от режима нагрузки, поэтому электрические потери называют переменными потерями трансформатора.
Мощность ΔPм, называемая магнитными потерями, выделяется в магнитопроводе при прохождении по ней переменного магнитного потока. Она обусловлена наличием вихревых токов, наводимых переменным потоком, и явлением гистерезиса.
Значение ΔPм зависит от свойств материала магнитопровода, индукции в магнитопроводе и частоты его перемагничивания. Поток, а следовательно, и индукция не зависят от нагрузки, поэтому потери ΔPм называют постоянными потерями трансформатора. Так как потери на вихревые токи и гистерезис пропорциональны примерно квадрату индукции, то
ΔPм ~ U12.
Выделение части потребляемой трансформатором мощности в виде электрических и магнитных потерь приводит к нагреву трансформатора.

 

 

Смотрите также:

 

 

6. ТРАНСФОРМАТОРЫ Принцип действия трансформатора

Однофазный трансформатор.


050101. Однофазный трансформатор. Цель работы: Ознакомиться с устройством, принципом работы однофазного трансформатора. Снять его основные характеристики. Требуемое оборудование: Модульный учебный комплекс

Подробнее

Электротехника: Трансформатор

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет УПИ» Электротехника: Трансформатор Учебное пособие В.С. Проскуряков, С.В. Соболев, Н.В. Хрулькова Кафедра

Подробнее

Трансформаторы 3. ЭТО ТРАНСФОРМАТОР

1 Трансформаторы 1. УКАЖИТЕ ОДНО ИЗ ВАЖНЕЙШИХ ДОСТОИНСТВ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПО СРАВНЕНИЮ С ЦЕПЯМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА А. возможность передачи электроэнергии на дальние расстояния Б. возможность преобразования

Подробнее

ТРАНСФОРМАТОРЫ.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. кв и I= S/U

ТРАНСФОРМАТОРЫ. 1. Общие сведения о трансформаторах. 2.Устройства и принцип действия трансформатора. 3.Работа трансформатора под нагрузкой. 4.Потери в трансформаторе. 5.Типы трансформаторов. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Подробнее

Виртуальный практикум

Федеральное агентство по образованию «Уральский государственный технический университет УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» В.С. Проскуряков, С.В. Соболев ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ

Подробнее

Тема 3.2 Переменный ток

. Вращение рамки в магнитном поле. Переменный ток 3. Трансформаторы Тема 3. Переменный ток. Вращение рамки в магнитном поле Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической

Подробнее

Сторона высокого напряжения

Сторона высокого напряжения Сторона среднего напряжения Кафедра: Электрические системы и Сети Преподаватель: Николаев Роман Николаевич Лабораторная работа 1 по курсу: Моделирование элементов электроэнергетических

Подробнее

ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКУ

ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКУ Задача 1. В схеме R 1 = R 3 = 40 Ом, R 2 = 20 Ом, R 4 = 30 Ом, I 3 = 5 А. Вычислить напряжение источника U и ток I 4. Зная ток I 3 (ток в резисторе R 3 ) по закону Ома найдем

Подробнее

Двухобмоточный трансформатор

Двухобмоточный трансформатор 1. Схема замещения. Опыт холостого хода 3. Опыт короткого замыкания Лекция 7.1 Схема замещения Влияние трансформаторов на режим работы системы учитывается с помощью схемы замещения

Подробнее

Тема 1. Линейные цепи постоянного тока.

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ 2 системы и технологии» Тема 1. Линейные цепи постоянного тока. 1. Основные понятия: электрическая цепь, элементы электрической цепи, участок электрической цепи. 2. Классификация

Подробнее

Сборник задач для специальности ОП 251

Сборник задач для специальности ОП 251 1 Электрическое поле. Задания средней сложности 1. Два точечных тела с зарядами Q 1 =Q 2 = 6 10 11 Кл расположены в воздухе на расстоянии 12 см друг от друга. Определить

Подробнее

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики, электротехники и автоматики ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Подробнее

«ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА»

МИНИСТЕРСТВО ОБРЗОВНИЯ И НУКИ РФ ФЕДЕРЛЬНОЕ ГОСУДРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРЗОВТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНЛЬНОГО ОБРЗОВНИЯ УФИМСКИЙ ГОСУДРСТВЕННЫЙ ВИЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КОМПЛЕКТ ТТЕСТЦИОННЫХ

Подробнее

ÝËÅÊÒÐÎÒÅÕÍÈÊÀ È ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ

Â È Êèñåëåâ, Ý Â Êóçíåöîâ, À È Êîïûëîâ ÝËÅÊÒÐÎÒÅÕÍÈÊÀ È ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ Òîì 2 Ýëåêòðîìàãíèòíûå óñòðîéñòâà è ýëåêòðè åñêèå ìàøèíû УЧЕБНИК И ПРАКТИКУМ ДЛЯ СПО Под общей редакцией Â Ï Ëóíèíà 2-е издание, переработанное

Подробнее

14.

1. Явление самоиндукции

ТЕМА 4 САМОИНДУКЦИЯ И ВЗАИМНАЯ ИНДУКЦИЯ 4 Явление самоиндукции 4 Влияние самоиндукции на ток при замыкании и размыкании цепи, содержащей индуктивность 43 Взаимная индукция 44 Индуктивность трансформатора

Подробнее

ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ.

ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. 1. Достоинства трехфазной цепи. 2. Принцип получения трехфазной ЭДС. 3. Соединение трехфазной цепи звездой. 4. Назначение нейтрального провода. 5. Соединение трехфазной цепи

Подробнее

Теоретические вопросы

Теоретические вопросы 1 Применение, устройство и виды трансформаторов 2 Принцип действия трансформатора, режимы работы 3 Схема замещения трансформатора и его внешняя характеристика 4 Опыты холостого хода

Подробнее

7. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ Основные понятия

7. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ 7.1. Основные понятия Асинхронные машины относятся к классу электрических машин переменного тока. Мощность асинхронных машин может быть от долей ватта до нескольких тысяч киловатт.

Подробнее

ГЛАВА 1. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ПРЕДИСЛОВИЕ ГЛАВА 1. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1.1.Электрическая цепь 1.2.Электрический ток 1.3.Сопротивление и проводимость 1.4.Электрическое напряжение. Закон Ома 1.5.Связь между ЭДС и напряжением источника.

Подробнее

С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и

Подробнее

Тема 5. Трёхфазные электрические цепи

Тема 5. Трёхфазные электрические цепи Вопросы темы. 1. Принцип построения трехфазной системы. 2. Соединение звездой. 3. Соединение треугольником. 4. Мощность трехфазной системы. 1. Принцип построения трехфазной

Подробнее

«Электротехника и электроника»

Тестовые задания для аттестации инженерно-педагогических работников ГБОУ НиСПО «Электротехника и электроника» Формулировка и содержание ТЗ 1. Физический смысл первого закона Кирхгофа 1) Определяет связь

Подробнее

Переменный электрический ток

Юльметов А. Р. Переменный электрический ток Методические указания к выполнению лабораторных работ Оглавление P3.4.5.1. Преобразование тока и напряжения в трансформаторе……… 2 P3.4.5.2. Преобразование

Подробнее

Можно показать также, что

Индуктивно-связанные цепи «на ладони» Магнитная связь между двумя катушками появляется, если их потоки взаимно пронизывают витки (часть витков) друг друга. Потокосцеплением называется произведение потока

Подробнее

С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и

Подробнее

КОМПЛЕКТ ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ

Министерство общего и профессионального образования Ростовской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Ростовской области «Шахтинское профессиональное училище 36»

Подробнее

ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГОСТ 18685-73 Издание официальное Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве

Подробнее

Асинхронные электрические машины

1 Асинхронные электрические машины Лекции профессора Полевского В. И. Устройство и принцип действия 3- фазных асинхронных двигателей Лекция 1 Асинхронные машины (АМ) в настоящее время являются самыми распространенными

Подробнее

3.4. Электромагнитные колебания

3.4. Электромагнитные колебания Основные законы и формулы Собственные электромагнитные колебания возникают в электрической цепи, которая называется колебательным контуром. Закрытый колебательный контур

Подробнее

ЛЕКЦИЯ 11. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

ЛЕКЦИЯ 11. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ Серюкова Ирина Владимировна, к.ф.-м.н., доцент кафедры «Физики» КрасГАУ Использованная литература 1. Грабовский Р.И. Курс физики.- СПб.: Издательство «Лань», 00. Трофимова

Подробнее

Устройство силового трансформатора | Неисправности электрооборудования и способы их устранения

Страница 2 из 30

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ

Устройство силовых трансформаторов

Трансформатором называют статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии одного напряжения и тока в энергию другого напряжения и тока при постоянной частоте.

В настоящее время существует множество трансформаторов, однако по принципу действия и устройству они столь подобны друг другу, что можно, рассмотрев самый распространенный тип — силовые трансформаторы, легко изучить и все другие.
Трехфазный силовой двухобмоточный трансформатор состоит из следующих основных частей: магнитопровода, обмоток, переключателя анцанф, проходных изоляторов, бака, расширителя.

Магнитопровод трансформатора набирают из листов электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35 мм, листы изолируют один от другого специальными лаками.
Наиболее распространен магнитопровод стержневого типа, собранный при помощи шихтовки листов трансформаторной электротехнической стали. На рисунке 18 показана схема шихтовки магнитопровода стержневого типа трехфазного трансформатора. Обычно шихтовка магнитопровода проводится через две пластины и минимальное число пластин для трансформатора малой мощности — три.

На рисунке 19 показаны ярма и стержни магнитопровода. На стержни магнитопровода насаживают обмотки.
В мощных трансформаторах сечение ярм делают на 5-10% больше сечения стержней. Некоторые зарубежные фирмы строят мощные трансформаторы с магнитопроводами броневого типа.

В СССР броневые магнитопроводы делают у мелких однофазных трансформаторов и у специальных однофазных трансформаторов значительной мощности.
а — ярма; в — стержни.

Рис. 20. Магнитопровод броневого однофазного трансформатора:
а — ярмо; б — стержень.

а — первый слой листов; б — второй слой листов.

Рис. 18. Схема шихтовки магнитопровода стержневого типа трехфазного трансформатора:

Рис. 19. Магнитопровод стержневого типа трехфазного трансформатора:

В броневом трансформаторе ярма магнитопровода частично защищают — бронируют обмотки. Магнитопровод однофазного броневого трансформатора показан на рисунке 20.
Стержни и ярма трансформаторов стягиваются шпильками, изолированными от магнитопровода, или другим способом.

По магнитопроводу трансформатора замыкается основной магнитный поток трансформатора.
Обмотки трансформатора выполняют из медных или алюминиевых проводов круглого и прямоугольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой. В СССР для силовых трансформаторов используют концентрические обмотки, представляющие собой цилиндры, надетые один на другой. В силовом трехфазном двухобмоточном трансформаторе на каждый стержень надевают две обмотки. Обмотка низшего напряжения — НН располагается ближе к стержню, так как ее легче изолировать от него; на обмотку НН надевают обмотку высшего напряжения — ВН. Изоляцией между обмотками НН и ВН служит специальный изоляционный цилиндр. От ярм магнитопровода обмотки изолируют специальными изоляционными кольцами и прокладками.

Рис. 21. Обмотки силовых трансформаторов:

а — многослойная обмотка ВН; б — непрерывная обмотка BH; в — цилиндрическая обмотка НН; г —винтовая обмотка НН.

Рис. 22. Схема расположения обмоток на стержне трансформатора:

а — концентрических; б — чередующихся.

На рисунке 21, а показана многослойная обмотка ВН трансформатора небольшой мощности, на рисунке 21,6 — непрерывная обмотка ВН трансформатора значительной мощности, на рисунке 21, в — цилиндрическая обмотка НН трансформатора сравнительно небольшой мощности, а на рисунке 21, г — винтовая обмотка НН мощного трансформатора. В трансформаторах специального назначения применяют чередующиеся обмотки, представляющие собой дискообразные катушки. Катушки НН и ВН надевают на стержни трансформатора так, чтобы они правильно чередовались.

На рисунке 22, а схематически показана концентрическая обмотка, а на рисунке 22,6 — чередующаяся. Из рисунка 22, б видно, что ближе к ярму располагают катушки НН, так как их легче изолировать. Чтобы повысить электрическую и механическую прочность обмоток трансформаторов, их пропитывают глифталевым лаком марки ГФ-95. По действующему стандарту на силовые трансформаторы начала и концы обмоток обозначают буквами латинского алфавита (табл. 1).

Трансформатор

Обмотки

ВН

НН

СН среднего напряжения

начало

конец

ней-
траль

начало

конец

ней-
трал

начало

конец

нейтраль

Однофазный

А

X

а

X

Ат

Хт

Трехфазный двух-
обмоточный

А

X

0

а

X

0

В

У

 

b

У

 

 

 

 

С

Z

 

с

г

 

 

 

 

Трехфазный трех

А

X

 

а

X

 

Ат

Хт

 

обмоточный

В

У

0

b

У

0

 

Ут

0

 

С

Z

 

с

Z

 

 

Хт

 

Любая из обмоток трансформатора может быть соединена тремя способами: звездой, треугольником или зигзагом. Магнитопровод с обмотками называют активной частью трансформатора. Активная часть силовых трансформаторов помещается в специальный бак, заполненный маслом. Выводы от обмоток трансформаторов подключают к шпилькам проходных фарфоровых изоляторов, установленных на крышке бака трансформатора.

Переключатели анцапф служат для изменения в небольших пределах числа включенных витков обмоток ВН. Переключатель может быть установлен в каждую фазу трансформатора или быть общим для трех фаз. На рисунке 23 показан однофазный переключатель барабанного типа. В этих переключателях используют самоустанавливающейся кольцевой контакт. Контактные кольца, выточенные из латунной трубы, установлены на коленчатом валу и прижимаются к контактным стержням спиральными пружинами, вставленными в каждое из колец. Ось коленчатого вала укреплена в середине двух гетинаксовых дисков.
По окружности этих дисков расположены контактные стержни, к которым подключаются отводы от обмоток трансформатора. Переключатель вращается с помощью штанги, соединенной с валом, выведенным на крышку трансформатора. На рисунке 24 показан трехфазный нулевой переключатель на три положения. Этот переключатель устанавливается непосредственно на крышке трансформатора.

Проходные изоляторы — вводы масляных трансформаторов служат для соединения выводных концов обмоток трансформатора с внешними сетями. Ввод состоит из токоведущей части в виде шпильки из меди, бронзы или латуни и фарфорового проходного изолятора цилиндрической формы, устанавливаемого в отверстии крышки трансформатора. Фарфоровый изолятор для внутренней установки имеет гладкую или слаборебристую поверхность. Изолятор для наружной установки имеет ребристую наружную часть, выполненную так, чтобы при дожде нижние поверхности ребер оставались несмоченными. Ребра увеличивают сопротивление изолятора для токов утечки.

Рис. 24. Трехфазный нулевой переключатель:

1-штифт стальной; 2 — втулка стальная; 3 — диск гетинаксовый;

вырез в диске; 5 — вал коленчатый; 6 — стержень контактный; 7- кольца контактные; 8 — втулка бумажно-бакелитовая; 9 — выводы от обмоток.
а — общий вид; б— вид снизу; 1— пластина гетинаксовая; 2—контакт неподвижный; 3 — болт контактный; 4, 10— болты; 5 — сегмент контактный;

На рисунке 25 показан съемный ввод обмотки НН для наружной установки.

Рис. 23. Переключатель барабанного типа:

Бак трансформатора с масляным охлаждением
1 — вал коленчатый; 7 — вал изоляционный; 8 — фланец; 9 — цилиндр; 11 — кольцо резиновое; 12 — крышка бака; 13— фланец; 14 — болт стопорный; 15 — дощечка; 16 — колпак.

Рис. 25. Съемный ввод для наружной установки на напряжение 230—525 В:

1 — дно; 2 — трубы; 3 — стенка бака; 4 — верхняя рама; 5 — уплотнение; 6 — крышка.

Рис. 26. Трубчатый бак трансформатора:

1 — шпилька медная; 2— гайка латунная; 3 — шайба медная; 4 — колпак латунный; 5— кольцо резиновое; 6 — втулка медная; 7, 10— изоляторы фарфоровые; 8 — шайба резиновая; 9, 11 — шайба из электрокартона.
представляет собой резервуар овальной формы, сваренный из листовой стали. В этот резервуар помещают активную часть трансформатора и заливают трансформаторным маслом. В трансформаторах до 25 кВА баки делают гладкими, а в трансформаторах мощностью до 160 кВА—трубчатыми (рис. 26). Баки мощных трансформаторов снабжают навесными радиаторами. Трубы и радиаторы увеличивают поверхность охлаждения баков.

Расширитель-консерватор устанавливают на трансформатор для уменьшения поверхности соприкосновения масла с воздухом и для приема лишнего масла из бака при его нагревании.

Рис. 27. Расширитель и выхлопная труба:

1_ указатель уровня масла; 2 — трубка для свободного обмена воздуха; 3 — пробка для заливки масла; 4 — выхлопная труба; 5— кран для отсоединения расширителя; 6 — газовое реле; 7 — грязеотстойник.

Рис. 28. Схема работы однофазного трансформатора под нагрузкой:

Г — генератор переменного тока; 1 — обмотка ВН; 2 — обмотка НН; 3 — нагрузка; К — однополюсный выключатель; Ф — основной магнитный поток.

Расширитель, представляющий собой цилиндрический стальной резервуар, емкость которого составляет 10—12% емкости бака, с баком соединяется трубой. Обычно между расширителем и баком устанавливают газовое реле для защиты трансформатора от внутренних повреждений. Расширитель снабжают указателем уровня масла с отметками, соответствующими температуре масла,—35° С; +15° С; +35° С. При указанных температурах до соответствующих отметок заливают масло в неработающий трансформатор.

Расширитель и выхлопная труба трансформатора показаны на рисунке 27.  

Что такое трансформатор (и как он работает)?

Что такое трансформатор?

Принцип работы трансформатора

Принцип работы трансформатора очень прост. Взаимная индукция между двумя или более обмотками (также известными как катушки) позволяет передавать электрическую энергию между цепями. Этот принцип более подробно объясняется ниже.

Теория трансформатора

Допустим, у вас есть одна обмотка (также известная как катушка), которая питается от переменного электрического источника.Переменный ток, протекающий через обмотку, создает постоянно изменяющийся и переменный поток, окружающий обмотку.

Если к этой обмотке приблизить другую обмотку, некоторая часть этого переменного магнитного потока будет соединена со второй обмоткой. Поскольку этот магнитный поток постоянно изменяется по своей амплитуде и направлению, во второй обмотке или катушке должна быть изменяющаяся магнитная связь.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, во второй обмотке будет индуцированная ЭДС.Если цепь этой вторичной обмотки замкнута, то через нее будет протекать ток. Это основной принцип работы трансформатора .

Давайте использовать электрические символы, чтобы наглядно это показать. Обмотка, которая получает электроэнергию от источника, известна как «первичная обмотка». На схеме ниже это «Первая катушка».

Обмотка, которая дает желаемое выходное напряжение за счет взаимной индукции, обычно известна как «вторичная обмотка». Это «Вторая катушка» на схеме выше.

Трансформатор, который увеличивает напряжение между первичной и вторичной обмотками, определяется как повышающий трансформатор. И наоборот, трансформатор, который снижает напряжение между первичной и вторичной обмотками, определяется как понижающий трансформатор.

Увеличивает или понижает трансформатор уровень напряжения, зависит от относительного количества витков между первичной и вторичной сторонами трансформатора.

Если на первичной катушке больше витков, чем на вторичной, то напряжение будет уменьшаться (понижаться).

Если на первичной обмотке меньше витков, чем на вторичной обмотке, то напряжение возрастет (пошагово).

Хотя приведенная выше схема трансформатора теоретически возможна в идеальном трансформаторе, это не очень практично. Это связано с тем, что на открытом воздухе только очень небольшая часть потока, создаваемого первой катушкой, будет связываться со второй катушкой. Таким образом, ток, протекающий по замкнутой цепи, подключенной ко вторичной обмотке, будет чрезвычайно мал (и его трудно измерить).

Скорость изменения потокосцепления зависит от количества связанного потока со второй обмоткой. Таким образом, в идеале почти весь поток первичной обмотки должен быть связан со вторичной обмоткой. Это эффективно и рационально достигается за счет использования трансформатора с сердечником. Это обеспечивает путь с низким сопротивлением, общий для обеих обмоток.

Назначение сердечника трансформатора — обеспечить путь с низким сопротивлением, через который проходит максимальное количество магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, и соединяется со вторичной обмоткой.

Ток, который первоначально проходит через трансформатор при его включении, называется пусковым током трансформатора.

Если вы предпочитаете анимированное объяснение, ниже представлено видео, объясняющее, как именно работает трансформатор: