Однофазный трансформатор

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Однофазный трансформатор

трансформатор однофазный магнитопровод обмотка

1.1 Общие сведения

При передаче и распределении электроэнергии необходимо иметь различные электрические напряжения.

При передаче энергии от электростанции к пункту ее потребления, расположенному на большом расстоянии, для уменьшения потерь электроэнергии и уменьшения веса проводов необходимо напряжение генератора повысить до напряжения электропередачи порядка сотен киловольт. Напряжение питания отдельных приемников должно быть низким для упрощения их конструкции и для безопасности их обслуживания. Повышение и понижение напряжения достигаются при помощи трансформаторов, работа которых основана на использовании явления взаимной индукции.

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного (синусоидального) тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Первые трансформаторы с разомкнутым магнитопроводом предложил в 1876 г. П.Н. Яблочков, который применял их для питания электрической «свечи». В 1885 г. венгерские ученые М. Дери, О. Блати, К. Циперновский разработали однофазные промышленные трансформаторы с замкнутым магнитопроводом.

Трансформатор, применяемый в сетях передачи электроэнергии, состоит из замкнутого сердечника, набранного из листовой электротехнической стали, и двух (или большего числа) индуктивно связанных обмоток, наложенных на этот сердечник. Обмотка w₁, подключаемая к источнику с напряжением U₁ называется первичной; другая обмотка w₂ к которой присоединяются приемники энергии, называется вторичной.

Размеры сердечника и числа витков трансформаторов, повышающих напряжение, выбирают так, чтобы сердечник не насыщался. В этом случае, напряжения, токи, э. д. с. и магнитный поток в сердечнике практически синусоидальный.

Если первичная обмотка трансформатора подключена к сети с напряжением U₁, а вторичная разомкнута, то режим работы трансформатора называется режимом холостого хода.

Трансформаторы широко применяются в разных областях электротехники, радиотехники, электроники, в устройствах измерения, автоматического управления и регулирования.

По особенностям конструкции и применению трансформаторы можно разделить на силовые, сварочные, измерительные и специальные. По способу охлаждения они делятся на воздушные и масляные. Наибольшее применение в народном хозяйстве получили силовые трансформаторы, которые являются необходимым элементом промышленной электрической сети. Генераторы на электростанциях вырабатывают электрическую энергию при напряжении не более 24кВ, так как при более высоких напряжениях возникают трудности создания достаточной изоляции в электрических машинах. Передача электрической энергии на большие расстояния при таких относительно низких напряжениях экономически невыгодна из-за больших потерь в линии. Действительно, при низких напряжениях U та же мощность (Р = UI cos ц) получается при большем токе I, следовательно, увеличивается мощность потерь в проводах RI², т. е. необходимо увеличивать сечение проводов. Поэтому на электрических станциях устанавливаются силовые трансформаторы, повышающие напряжение до 100, 220, 500, 750 и до 1150 кВ. У потребителей напряжение при помощи трансформаторов понижается несколькими ступенями: на районных подстанциях до 35 (10) кВ, на подстанциях предприятий до 10 (6) кВ и, наконец, на подстанциях цехов и жилых районов -- до 380/220 В.

По числу фаз трансформаторы подразделяются на однофазные и трехфазные. Каждая фаза трансформатора имеет первичную обмотку (к ней энергия подводится от источника) и вторичную обмотку (с нее энергия поступает к потребителю). Вторичных обмоток у трансформатора может быть несколько -- в этом случае трансформаторы называются многообмоточными. Таким образом, однофазные трансформаторы имеют как минимум две обмотки, трехфазные -- шесть.

1.2 Принцип действия и устройство однофазного трансформатора

Однофазный трансформатор (рис. 1.1) состоит из двух обмоток -- первичной 1 с числом витков w₁, к которой подводится напряжение сети, и вторичной 2 с числом витков w₂, к которой присоединяются потребители электроэнергии; обе обмотки намотаны на магнитопровод 3.

Рис. 1.1

Магнитопровод служит для усиления электромагнитной связи между первичной и вторичной обмотками трансформатора. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод трансформатора собирают из тонких (изолированных друг от друга тонкой бумагой, лаком или окалиной) листов слабоуглеродистой электротехнической стали. Основными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотки. Магнитопровод собирается из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали. Часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, называют стержнями. Части магнитопровода, замыкающие стержни, называют ярмом. Однофазные трансформаторы в зависимости от формы магнитопровода и расположения обмоток подразделяются на стержневые и броневые. Сечение стержней у маломощных трансформаторов выполняется прямоугольным, у мощных трансформаторов, для лучшего использования стали, -- в виде ступенчатой фигуры, вписанной в окружность витков обмотки.

При сборке магнитопровода трансформатора стремятся до минимума свести воздушные зазоры, так как при заданном значении магнитного потока Ф намагничивающий ток I₀ будет тем меньше, чем меньше магнитное сопротивление магнитной цепи.

Одна из обмоток трансформатора, рассчитанная на большее напряжение, называется обмоткой высшего напряжения (ВН), а вторая -- обмоткой низшего напряжения (НН). Если первичное напряжение меньше вторичного, то трансформатор называют повышающим, а если больше -- понижающим. Обмотки ВН и НН условно имеют начало и конец, которые соответственно обозначают на стороне высшего напряжения А и X, а на стороне низшего напряжения -- а и х.

Принято называть все величины, относящиеся к первичной обмотке (например, напряжение, ток, мощность), первичными, а относящиеся к вторичной обмотке -- вторичными. При подключении трансформатора к сети переменного тока с напряжением U₁ в первичной обмотке проходит ток i₁. Под действием намагничивающей силы i₁w₁ возбуждается переменный во времени магнитный поток Ф_о. Большую часть потока Ф_о, замыкающуюся по магнитопроводу и сцепленную с обеими обмотками трансформатора, называют основным магнитным потоком Ф; небольшую часть потока Ф_о, сцепленную только с одной первичной обмоткой, называют первичным потоком рассеяния Ф_1у.

В основе работы трансформатора лежит закон электромагнитной индукции, в соответствии с которым пронизывающий обмотки трансформатора основной магнитный поток Ф индуктирует в них э. д. с. е₁ и е₂; если ко вторичной обмотке присоединить потребитель электроэнергии (нагрузку) Z_н, то под действием э. д. с. е₂ по этой обмотке потечет переменный ток i₂. Именно так с помощью переменного магнитного потока Ф осуществляется передача энергии из первичной обмотки во вторичную.

Режим работы трансформатора в условиях, для которых он рассчитан и изготовлен, называется номинальным. Номинальный режим характеризуется номинальными величинами, большинство из которых, например номинальные мощность, напряжения и токи обмоток, частота и другие, указываются на щитке трансформатора.

1.3 Параллельная работа трансформаторов

Дробление общей трансформаторной мощности путем установки на подстанциях нескольких трансформаторов позволяет в часы малой нагрузки включать часть из них, а в часы большой нагрузки -- включать все трансформаторы на параллельную работу; в результате уменьшаются потери энергии и повышается к. п. д. подстанции; одновременно повышается и надежность системы; распределения электроэнергии.

При параллельной работе первичные обмотки трансформаторов включаются в общую первичную сеть, а вторичные -- в общую вторичную сеть.

Схема параллельного включения двух однофазных трансформаторов приведена на рис. 1.2.

Для обеспечения полного использования трансформаторов по мощности необходимо, ток нагрузки распределялся между параллельно включенными трансформаторами пропорционально их мощности. Это требование в рассматриваемой схеме удовлетворяется при:

а) равенстве коэффициентов трансформации трансформаторов, т. е. k₁ = k₂ = ... = k_n (при этом предполагается, что первичные напряжения трансформаторов одинаковы);

б) равенстве напряжений короткого замыкания трансформаторов, т. е. U_1k = U_2k = ... = U_nk

Рис. 1.2

Размещено на Allbest.ru