Принцип действия трансформатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

С помощью трансформаторов повышается или понижается напряжение, изменяется число фаз, а в некоторых случаях преобразуется частота переменного тока. Возможность передачи электрических сигналов от одной обмотки к другой посредством взаимоиндукции была открыта М. Фарадеем в 1831 г.; при изменении тока в одной из обмоток, намотанной на стальной магнитопровод, в другой обмотке индуцировалась ЭДС. Однако первый практически работающий трансформатор создал известный изобретатель П. Н. Яблочков в содружестве с И. Ф. Усагиным в 1876 г. Это был двухобмо-точный трансформатор с разомкнутым магнитопроводом.

В настоящее время для высоковольтных линий электропередачи применяют силовые трансформаторы с масляным охлаждением напряжением 330, 500 и 750 кВ, мощностью до 1200--1600 МВА

В последнее время для возбуждения мощных турбо-и гидрогенераторов, электропривода и других целей все шире начинают применять трансформаторы с естественным воздушным охлаждением напряжением 3-24 кВ и мощностью 133-6300 кВА. Благодаря использованию в этих трансформаторах новой теплостойкой изоляции удается повысить их нагрузочную способность и в 1,3 -- 1,5 раза сократить массо-габаритные показатели по сравнению с применявшимися ранее трансформаторами с масляным охлаждением.

принцип действия трансформатора

Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток, размещенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала, применение ферромагнитного магнитопровода позволяет усилить электромагнитную связь между обмотками, т. е. уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток машины. Первичную обмотку подключают к источнику переменного тока электрической сети с напряжением U1. Ко вторичной обмотке присоединяют сопротивление нагрузки UН.

Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а низкого напряжения -- обмоткой низшего напряжения (НН). Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и X; обмотки НН - буквами а и х.

При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток Iи который создает переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС - ех и е2, пропорциональные, согласно закону Максвелла, числам витков и соответствующей обмотки и скорости изменения потока.

В системах передачи и распределения энергии в ряде случаев применяют трехобмоточные трансформаторы, а в устройствах радиоэлектроники и автоматики -- многообмоточные трансформаторы. В таких трансформаторах на магнитопроводе размещают три или большее число изолированных друг от друга обмоток, что дает возможность при питании одной из обмоток получать два или большее число различных напряжений (u2, u3, u4 и т. д.) для электроснабжения двух или большего числа групп потребителей. в трехобмоточных силовых трансформаторах различают обмотки высшего, низшего и среднего (СН) напряжений.

В трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность же остается приблизительно постоянной (она несколько уменьшается из-за внутренних потерь энергии в трансформаторе). При увеличении вторичного напряжения трансформатора в к раз по сравнению с первичным, ток г2 во вторичной обмотке соответственно уменьшается в к раз.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если первичную обмотку трансформатора подключить к источнику постоянного тока, то в его магнитопроводе образуется магнитный поток, постоянный во времени по величине и направлению. Поэтому в первичной и вторичной обмотках в установившемся режиме не индуцируются ЭДС, а следовательно, не передается электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Такой режим опасен для трансформатора, так как из-за отсутствия ЭДС Ег в первичной обмотке ток 11= U1/R1- весьма большой.

Важным свойством трансформатора, используемым в устройствах автоматики и радиоэлектроники, является способность его преобразовывать нагрузочное сопротивление. Если к источнику переменного тока подключить сопротивление R через трансформатор с коэффициентом трансформации K, то для цепи источника

R= K2R

Таким образом, трансформатор изменяет значение сопротивления R в к2 раз. Это свойство широко используют при разработке различных электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источников электрической энергии.

КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Трехфазные трансформаторы обычно выполняют на магнитопроводе стержневого типа с тремя стержнями.

По способу соединения стержней с ярмами различают магнитопроводы стыковые и шихтованные. В стыковых магнитопроводах стержни и ярма собирают раздельно, а затем соединяют посредством крепежных частей. Такая конструкция магнитопровода облегчает посадку обмоток на стержни, так как для этого достаточно снять только верхнее ярмо. Но при шихтовой сборке магнитопровода, когда листы собирают «внахлестку», воздушный зазор в месте стыка стержней и ярем может быть сделан минимальным, что значительно снизит магнитное сопротивление и соответственно уменьшит потери холостого хода. Кроме того, механическая прочность шихтованного магнитопровода намного выше, чем стыкового. Все это привело к тому, что шихтованные магнитопроводы получили в России основное применение. Листы магнитопровода стягивают посредством ярмовых балок, бандажей из стеклоленты и шпилек, изолированных от листов изоляционными шайбами и трубками.

Форма поперечного сечения стержней обычно многоступенчатая, причем число ступеней зависит от мощности трансформатора. Ступенчатое сечение стержней обеспечивает лучшее использование площади внутри обмотки, так как периметр ступенчатого стержня приближается к окружности. В трансформаторах большой мощности для улучшения теплоотдачи между пакетами стали магнитопровода устраивают вентиляционные каналы.

Обмотки трансформаторов выполняют из проводов круглого и прямоугольного сечения, которые, как указывалось выше, изолируются кабельной бумагой.

Наиболее распространены концентрические катушечные (непрерывные, винтовые) обмотки.

При этом обычно ближе к стержню располагают обмотку низкого напряжения (НН), так как она требует меньшей электрической изоляции от заземленного стержня, а затем обмотку высокого напряжения (ВН). Между обмотками делается вертикальный канал, в котором располагается изоляционный цилиндр из электрокартона, а также происходит циркуляция масла.

В комплект обмотки входят также отводы для присоединения к вводам, размещаемым на крышке трансформатора, ответвления для регулирования напряжения, емкостные кольца и электростатические экраны емкостной зашиты от перенапряжений.

Непрерывная обмотка состоит из катушек, соединенных между собой последовательно. Катушки наматываются прямоугольным проводом, располагаемым «плашмя».

Характерной особенностью непрерывной обмотки является выполнение так называемых перекладных катушек.

Между катушками размещаются прокладки из электрокартона, создающие горизонтальные каналы для охлаждения обмотки. Эти прокладки укрепляются на вертикальных рейках посредством специального выреза в виде «ласточкина хвоста».

Трехфазный силовой двухобмоточный трансформатор схематично можно представить следующим образом.

Магнитопровод трехфазного трансформатора образует как бы два «окна», которые так и принято называть. Для упрощения обычно ограничиваются представлением расположения в окне только одной фазы, предполагая, что другая фаза в этом окне располагается симметрично, а в соседнем -- аналогично.

Силовой трансформатор может иметь несколько обмоток. Обычно речь идет о трехобмоточных трансформаторах, когда кроме обмоток НН и ВН появляется еще обмотка СН среднего напряжения. Эти обмотки считаются основными, и именно по их количеству определяется вид трансформатора: двухобмоточный или трехобмоточный. Кроме основных в трансформаторе могут быть регулировочные обмотки, с помощью которых обеспечивается регулирование напряжения под нагрузкой (схема РПН). В основных обмотках СН или ВН могут быть участки, посредством которых обеспечивается регулирование напряжения с отключением трансформатора. Это так называемая схема ПБВ -- переключение без возбуждения.

Кроме обмоток и магнитопровода, которые в совокупности образуют активную часть трансформатора, в его состав входят другие узлы и блоки: бак, система охлаждения, вводы и др.

Общий вид трехфазного силового масляного трансформатора класса напряжения 220 кВ представлен на.

На текущий момент производство силовых трансформаторов отечественными предприятиями обеспечивается в следующем спектре:

* силовые трансформаторы общего назначения мощностью до 400 MB·А и напряжением до 525 кВ (ОА ОХК «Электрозавод»);

* силовые трансформаторы мощностью до 400 MB·А, напряжением до 525 кВ (ОАО «Трансформатор»);

* силовые трансформаторы общего назначения мощностью до 125 MB·А и напряжением до 220 кВ (ОАО «Уралэлектротяжмаш»);

* распределительные трансформаторы мощностью до 6300 кВ·А и напряжением до 35 кВ (ОАО «Биробиджанский завод силовых трансформаторов»).

МАРКИРОВКА ТРАНСФОРМАТОРОВ

Каждый трансформатор снабжен щитком из материала, не подверженного атмосферным влияниям. Щиток прикреплен к баку трансформатора на видном месте и содержит его номинальные данные, которые нанесены травлением, гравировкой, выбиванием или другим способом, обеспечивающим долговечность знаков. На щитке трансформатора согласно ГОСТ 11677-65 указаны следующие данные:

Марка завода-изготовителя.

Год выпуска.

Заводской номер.

Обозначение типа.

Номер стандарта, которому соответствует изготовленный трансформатор.

Номинальная мощность. (Для трехобмоточных трансформаторов указывают мощность каждой обмотки).

Номинальные напряжения и напряжения ответвлений обмоток.

Номинальные токи каждой обмотки.

Число фаз.

Частота тока.

Схема и группа соединения обмоток трансформатора.

Напряжение короткого замыкания.

Род установки (внутренняя или наружная).

Способ охлаждения.

Полная масса трансформатора.

Масса масла.

Масса активной части.

Положения переключателя, обозначенные на его приводе.

Для трансформатора с искусственным воздушным охлаждением дополнительно указана мощность его при отключенном охлаждении. Заводской номер трансформатора выбит также на баке под щитком, на крышке около ввода ВН фазы А и на левом конце верхней полки ярмовой балки магнитопровода.

Условное обозначение трансформатора состоит из буквенной и цифровой частей. Буквы означают следующее: Т - трехфазный трансформатор, О - однофазный, М - естественное масляное охлаждение, Д - масляное охлаждение с дутьем (искусственное воздушное и с естественной циркуляцией масла), Ц - масляное охлаждение с принудительной циркуляцией масла через водяной охладитель, ДЦ - масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла, Г - грозоупорный трансформатор, Н - в конце обозначения - трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой, Н - на втором месте - заполненный негорючим жидким диэлектриком, Т на третьем месте - трехобмоточный трансформатор.

Первое число, стоящее после буквенного обозначения трансформатора, показывает номинальную мощность (кВ·А), второе число - номинальное напряжение обмотки ВН (кВ·А). Так, тип ТМ 6300/35 означает трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением мощностью 6300 кВ·А и напряжением обмотки ВН 35 кВ·А; тип ТЦТНГ-6300/220 означает трехфазный трехобмоточный трансформатор с принудительной циркуляцией масла при масло-водяном охлаждении, с регулированием напряжения под нагрузкой, грозоупорный, мощностью 63000 кВ·А и напряжением обмотки ВН 220 кВ.

Буква А в обозначении типа трансформатора означает автотрансформатор. В обозначении трехобмоточных автотрансформаторов букву А ставят либо первой, либо последней. Если автотрансформаторная схема является основной (обмотки ВН и СН образуют автотрансформатор, а обмотка НН дополнительная). Букву А ставят первой, если трансформаторная схема является дополнительной, букву А ставят последней.

электромагнитный трансформатор напряжение выпрямительный

Заключение

Трансформаторы, имеющие довольно высокий КПД, достигающий 98%, нашли широкое применение в промышленности, а также в некоторых узлах бытовой техники.

Трансформаторы широко применяют для преобразования напряжения: в системах передачи и распределения электрической энергии, в выпрямительных установках, в устройствах связи, автоматики и вычислительной техники, а также при электрических измерениях (измерительные трансформаторы) и функциональных преобразованиях (вращающиеся трансформаторы).

Размещено на Allbest.ru