Работа трансформатора: определение, классификация и принцип работы

Как работает трансформатор, его принцип действия и устройство на простом языке. « ЭлектроХобби

Обычный силовой трансформатор является достаточно важным и распространенным электротехническим устройством. Он позволяет преобразовывать напряжение и ток в нужные величины. Конструктивно он прост, имеется магнитный сердечник определенной формы, на который наматываются обмотки изолированного провода (медный, чаще всего). Эти обмотки делятся на первичную (входную) и вторичную (выходная). Их может быть не две (входная и выходная), а более двух (несколько входных и выходных) в зависимости от конкретного назначения силового трансформатора.

В основе работы любого трансформатора заложен один простой принцип, точнее электро физическое явление — это электромагнитная индукция. Что это такое? Все очень просто! Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц (в твердых телах это электроны. а в жидких и газообразных это ионы). При движении заряда по проводнику вокруг него образуется магнитное поле (именно движущегося заряда, вокруг не движущегося имеется только электрическое поле). Магнитное поле также существует вокруг постоянных магнитов. Так вот, если взять кусок изолированного провода, намотать из него катушку, подсоединить к концам этой катушки вольтметр, после чего быстро провести возле катушки магнитом, то мы на вольтметре увидим скачок электрического напряжения. Получается, что если постоянно воздействовать на катушку магнитным полем (движущемся), то можно из нее получить некий источник или преобразователь электрической энергии.

В трансформаторе одна катушка (первичная, входная) выполняет роль источника магнитного поля. Стоит учесть, что магнитное поле должно быть обязательно переменным (постоянно меняющееся в направлении и величине). На эту входную катушку подается переменное напряжение определенной величины (то, на которую рассчитана эта катушка, чтобы основная часть электрической энергии тратилось именно на создание магнитного поля, и лишь минимальная его часть тратилась на выделение тепла, это неизбежные потери).

В результате вокруг этой входной катушки образуется переменное магнитное поле, которое по сердечнику передается на вторую катушку. Как было сказано выше, если воздействовать на проводник переменным магнитным полем, на нем индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). То есть, на выходной катушке появляется напряжение. Вот и получаем простой электромагнитный преобразователь электрической энергии.

Материал сердечника трансформатора подбирается так, чтобы он максимально хорошо проводил через себя электромагнитные поля, усиливая их. В итоге мы имеем несколько цепей. Первая — электрическая, которая образована движением зарядов по первичной обмотке. Она вокруг себя образовывает магнитное поле, которое замыкается по контуру магнитного сердечника, и это вторая цепь (электромагнитная, смещена на 90 градусов). Ну, а третья цепь опять электрическая, которая образована вторичной обмоткой (где индуцируется напряжение) и подключенной к ней нагрузкой (она также смещена на 90 градусов относительно магнитной цепи).

От количества витков на катушке зависит напряжение, а от сечения провода этой катушки зависит сила тока. То есть, если первичная и вторичная катушка будут иметь одинаковое количество витков — выходное напряжение будет такое же как и входное. Если вторичную обмотку намотать в два раза больше (по количеству витков), то и выходное напряжение увеличится вдвое (относительно входного). От диаметра провода катушки зависит выходной ток. При большой нагрузке и слишком малом сечении провода будет происходит нагрев катушки, что может привести к перегреву, повреждению изоляции и выходу из строя трансформатора.

Существуют специальные таблицы, в которых указаны нужные сечения проводов с учетом определенной плотности тока в них. При расчете трансформатора и выборе сечения провода под нужный выходной ток необходимо брать данные с этих таблиц.

Что касается магнитопровода, который замыкает магнитные поля на себе. Чем лучше материал магнитопровода проводит через себя электромагнитные поля, тем выше коэффициент полезного действия трансформатора. Следовательно, существуют специальные сплавы, имеющие лучшие электромагнитные характеристики, которые и используют в сердечнике трансформаторов. Помимо этого в трансформаторе не должны быть зазоров между частями магнитопровода (на пути течения магнитного поля). Только лишь при полной замкнутости магнитопровода можно получить минимальные потери при трансформации электрической энергии.

Работа трансформатора также зависит от частоты тока, который подается на входную обмотку. Чем выше частота тока, тем лучше происходит трансформация энергии. То есть, с повышением частоты будут уменьшаться размеры трансформатора при тех же выходных мощностях. Если взять обычный трансформатор, который рассчитан на сетевое напряжение стандартной частоты в 50 герц, то он по размерам будет значительно больше того, который будет работать на килогерцовых частотах. Но там уже и магнитопровод используется из других ферромагнитных материалов.

Более короче работу трансформатора можно выразить так — на входную обмотку подается переменное напряжение (которое должно быть изначально рассчитано), в катушке начинает течь переменный ток, который образовывает переменное магнитное поле вокруг себя. Это магнитное поле начинает протекать по магнитопроводу сердечника трансформатора проходя также через выходную катушку. В результате на этой выходной обмотке образуется переменное напряжение, величина которого зависит от количества витков катушек. При подключении нагрузки к выходной обмотки мы получаем течение переменного тока в выходной цепи.

P.S. В нынешнее время все чаще стали использовать электрические схемы, где для источников питания делается специальный модуль, работающий на более высоких частотах, отличных от стандартных 50 герц. То есть, если раньше повсеместно для блоков питания использовали обычные силовые трансформаторы, имеющие железный магнитопровод, рассчитанный на сетевую частоту, имеющие только выпрямительный диодный мост и фильтрующий конденсатор электролит, то сейчас схемы блоков питания более сложнее. Они уже содержать выпрямитель, фильтр, электронный преобразователь напряжения и частоты (на транзисторах, микросхемах), стабилизатор, обратную связь (гальваническую развязку) и т.д. Размеры, масса и выходные характеристики таких источников питания гораздо выше, чем у их предшественников (обычных силовых трансформаторов). Хотя по надежности все же классический вариант блоков питания будет получше.

6.

Работа трансформатора зависит от типа нагрузки на вторичной обмотке трансформатора. Нагрузка может быть двух видов: активно-индуктивная и активно-емкостная. Теоретически может быть чисто активная. В зависимости от нагрузки вектор тока I₂’ может отставать от ЭДС E₂’ на угол ф₂, который называется вторичным углом нагрузки.

Если нагрузка активно-емкостная, то I₂’ опережает ЭДС E₂’ на угол нагрузки ф₂.

Из схемы замещения известно, что I₀=I₁+I₂’; I₁=I₀-I₂’.

Для того чтобы определить ток, проводим вектор, параллельный вектору I

U₁ = E₁ + r₁I₁ + jx₁I₁ U₂ = E₂’ – r₂’I₂’ – jx₂’I₂’

Строим векторы напряжения. Сначала U₁. Для этого из конца вектора E1проводим вектор, параллельный вектору тока I₁ и равный r₁I₁. Из конца этого вектора r₁I₁ перпендикулярно проводим jx₁I₁.

Активно-ёмкостная нагрузка.

Из векторной диаграммы видно, что напряжение U₁ не зависит от типа нагрузки и всегда опережает ЭДС E₁.

Напряжение U₂ всегда отстает от ЭДС E₂’ и не зависит от типа нагрузки, зато от типа нагрузки зависят угол опережения напряжения U₁ и угол отставания напряжения U₂.

Угол между током I₁ и ЭДС E₁ обозначается ф₁ и называется первичным углом нагрузки.

Ток I₂’ – ток нагрузки – зависит от величины активной и реактивной составляющих.

Если изменить активную составляющую тока нагрузки I₂’, изменяется и по длине и по амплитуде ф

Внешняя характеристика и кпд трансформатора.

η = (P₁ – P₀ – P_к) / P₁ = 1 – [(P₀ – P_к) / P₁]

7. Потери и коэффициент полезного действия трансформатора

Важной величиной, характеризующей экономичность работы трансформатора, являетсякоэффициент полезного действия (КПД), равный отношению активной мощности, отдаваемой трансформатором во вторичную сеть Р₂, к активной мощности Р₁, потребляемой из сети:

Первичная активная мощность определяется суммой, которая включает активную мощность Р₂, магнитные потери Р_м(потери в стали), электрические потери в первичной и вторичной обмотках Р_э1,Р_э2:

В современных силовых трансформаторах КПД достигает 0,98—0,995, причем максимальные значения КПД получаются при (0,45—0,65)Р_2ном. Такая нагрузка обычно соответствует средней нагрузке при эксплуатации трансформатора. Отметим, что в диапазоне нагрузок (0,4—1,5)Р_2ном КПД трансформатора изменяется относительно мало.

8. Для трансформирования энергии в трехфазных системах используют либо группу из трех однофазных трансформаторов (именно так и работают мощные однофазные трансформаторы, устанавливаемые на крупных электростанциях), у которых первичные и вторичные обмотки соединяются звездой или треугольником, либо один трехфазный трансформатор с общим магнитопроводом.

Устройство трехфазного трансформатора

Трехфазные трансформаторы могут иметь различные схемы соединения первичных и вторичных обмоток. Все начала первичных обмоток трансформатора обозначают большими буквами: А, В, С; начала вторичных обмоток — малыми буквами: а, Ь, с. Концы обмоток обозначаются соответственно: X, У, Z и х, у, z. Зажим выведенной нулевой точки при соединении звездой обозначают буквой О.

Наибольшее распространение имеют соединения обмоток по схеме «звезда» (Y) и «треугольник» (D), причем первичные и вторичные обмотки могут иметь как одинаковые, так и различные схемы. Если при соединении обмоток «звездой» нулевая точка выводится, то такое соединение называют «звезда c нулем» (Yо).

Самым простым и дешевым из них является соединение обеих обмоток трансформатора звездой (Y/Y), при котором каждая из обмоток и ее изоляция (при глухом заземлении нейтральной точки) должны быть рассчитаны только на фазное напряжение и линейный ток; так как число витков обмотки трансформатора прямо пропорционально напряжению, то, следовательно, соединение обмоток звездой требует в каждой из обмоток меньшего количества витков, но большего сечения проводников с изоляцией, рассчитанной лишь на фазное напряжение.

Схема трехфазного трансформатора

На рисунке приведено устройство трехфазного трансформатора при соединении обеих обмоток звездой (Y/Y). Такое соединение широко применяют для трансформаторов небольшой и средней мощности (примерно до 1800 кВ-А). Соединение звездой является наиболее желательным для высокого напряжения, так как при нем изоляция обмоток рассчитывается лишь на фазное напряжение. Чем выше напряжение и меньше ток, тем относительно дороже обходится соединение обмоток треугольником.

Соединение обмоток треугольником конструктивно удобнее при больших токах. По этой причине соединение Y/D широко применяется для трансформаторов большой мощности в тех случаях, когда на стороне низшего напряжения не требуется нейтрального провода.

При трехфазной трансформации только отношение фазных напряжений U_1ф/U_2ф всегда приближенно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток w₁/w₂; что же касается линейных напряжений, то их отношение зависит от способа соединения обмоток трансформатора. При одинаковом способе соединения (Y/Y или D/D) отношение линейных напряжений также равно коэффициенту трансформации. Однако при различном способе соединения (Y/D или D/Y) отношение линейных напряжений меньше или больше этого коэффициента в √3 раз. Это дает возможность регулировать вторичное линейное напряжение трансформатора соответствующим изменением способа соединения его обмоток.

12. Пик-трансформатор — электрический трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение переменной полярности той же частотыПик-трансформаторы применяются для преобразования синусоидального напряжения в импульсы пикообразной формы. Такие импульсы напряжения с крутым фронтом необходимы для управления тиристорами либо другими полупроводниковыми или электронными устройствами.Принцип работы пик-трансформатора основан на явлении магнитного насыщения ферромагнитного материала.

11. Условия включения трансформаторов на параллельную работу

     В некоторых электроустановках трансформаторы работают параллельно на общую нагрузку. При этом проще решаются вопросы надежного электроснабжения потребителей; при сезонных и суточных изменениях нагрузки можно отключить часть трансформаторов, снижая потери электрической энергии; упрощается организация профилактических ремонтных работ и т.п.

     При включении трансформаторов на параллельную работу необходимо, чтобы в режиме холостого хода в их обмотках не возникали уравнительные токи, а при нагрузке общая нагрузка распределялась между ними пропорционально их номинальным мощностям. Для этого требуется соблюдение следующих условий:

     1) равенство номинальных первичных и вторичных напряжений, например, для двух параллельно работающих трансформаторов.

     U_1I = U_1II, U_2I = U_2II,  т.e. трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации k_I = k_II. Практически допускается разница в коэффициентах трансформации не более ± 1,0%;

     2) тождественность групп соединения обмоток, что обеспечивает совпадение по фазе одноименных вторичных напряжений;

     3) равенство напряжений короткого замыкания U_кI% = U_кII%. Допускается отклонение напряжения короткого замыкания U_к% каждого трансформатора от среднеарифметического значения напряжений короткого замыкания всех трансформаторов не более чем на ± 10%;

     4) рекомендуется включать на параллельную работу трансформаторы, отличающиеся по мощности не более чем в 3 раза.

     При соблюдении первых двух условий исключается появление уравнительного тока при холостом ходе параллельно работающих трансформаторов

     I_ур=DU/(Z_кI + Z_кII), (1)  где DU – векторная разность вторичных напряжений трансформаторов при холостом ходе; Z_кI , Z_кII – сопротивления короткого замыкания трансформаторов.

     Уравнительный ток обусловливает неравномерную нагрузку трансформаторов, сопровождающуюся увеличением потерь мощности и нагрева.

     Третье условие необходимо соблюдать для распределения нагрузки между трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям. Если напряжения U_к% трансформаторов не равны, то перегружается трансформатор с меньшим значением U_к%, т.е. с меньшим сопротивлением Z_к. Распределение нагрузки между двумя трансформаторами можно оценить из выражения:

     (S_I/S_II) = (S_номI/S_номII)·(U_кII%/U_кI%), (2)  где S_I, S_II – мощности нагрузки параллельно работающих трансформаторов;  S_номI, S_номII – номинальные мощности трансформаторов.

     Таким образом, как следует из (2), мощность нагрузки S_I и S_II между параллельно работающими трансформаторами распределяется обратно пропорционально их напряжениям короткого замыкания U_кI% и U_кII%. Мощность нагрузки параллельно работающего трансформатора можно определить по формуле:

     S_I = S_нг S_номI U_кII%/(S_номI U_кII% + S_номII U_кI%), (3)  где Sнг = SI + SII – мощность общей нагрузки трансформаторов.

 С целью уменьшения потерь в меди, мощные асинхронные и синхронные двигатели (в диапазоне мощностей от 0.4 МВт до 40 МВт и выше, до 100МВт) работают уже напрямую от сетей среднего напряжения (обычно 6  или 10 кВ).

В тоже время революция в силовой микроэлектронике позволила создать массовый, недорогой и надежный преобразователь частоты низкого напряжения, тогда как качественный частотный привод среднего напряжения умели делать немногие, а если и умели, то делали это за большие деньги, которые медленно окупались.

Поэтому до сих пор , в лучшем случае,  применяется громоздкая, дорогая и неэффективная схема: понижающий трансформатор->преобразователь частоты низкого напряжения->синусный фильтр->повышающий трансформатор->двигатель, тогда как 97% установленных двигателей среднего напряжения работают на постоянной скорости,  производительность которых регулируется неэффективными механическими устройствами – направляющими аппаратами, заслонками, шиберами, расходующими огромное количество энергии.

Рис.1. Назначение преобразователей частоты

Однако за дело берется Delta Electronics, транснациональная корпорация с 80 тыс. работающими в 31 стране мира и с оборотом 6.6 млрд долларов, №1 по производству источников питания. Три года назад Delta Electronics открывает выделенное подразделение ( бизнес юнит) и строит новый завод для преобразователей частоты среднего напряжения.

10. Схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов

Трехфазный трансформатор имеет две трехфазные обмотки – высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения, в каждую из которых входят по три фазные обмотки, или фазы. Таким образом, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения обозначают буквами A, B, С, конечные выводы – X, Y, Z, а для аналогичных выводов фаз обмотки низшего напряжения применяют такие обозначения: a,b,c,x,y,z.

В большинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяют либо в звезду -Y, либо в треугольник – Δ (рис. 1).

Выбор схемы соединений зависит от условий работы трансформатора. Например, в сетях с напряжением 35 кВ и более выгодно соединять обмотки в звезду и заземлять нулевую точку, так как при этом напряжение проводов линии передачи будет в √3 раз меньше линейного, что приводит к снижению стоимости изоляции. 

Рис.1

Осветительные сети выгодно строить на высокое напряжение, но лампы накаливания с большим номинальным напряжением имеют малую световую отдачу. Поэтому их целесообразно питать от пониженного напряжения. В этих случаях обмотки трансформатора также выгодно соединять в звезду (Y), включая лампы на фазное напряжение.

С другой стороны, с точки зрения условий работы самого трансформатора, одну из его обмоток целесообразно включать в треугольник (Δ ).

Фазный коэффициент трансформации трехфазного трансформатора находят, как соотношение фазных напряжений при холостом ходе:

nф = Uфвнх / Uфннх,

а линейный коэффициент трансформации, зависящий от фазного коэффициента трансформации и типа соединения фазных обмоток высшего и низшего напряжений трансформатора, по формуле:

nл = Uлвнх / Uлннх.

Если соединений фазных обмоток выполнено по схемам “звезда-звезда” (Y/Y) или “треугольник-треугольник” (Δ/Δ), то оба коэффициента трансформации одинаковы, т.е. nф = nл.

При соединении фаз обмоток трансформатора по схеме “звезда – треугольник” (Y/Δ) – nл = nф√3, а по схеме “треугольник-звезда” (Δ / Y) – nл = nф /√3

Группы соединений обмоток трансформатора

Группа соединений обмоток трансформатора характеризует взаимную ориентацию напряжений первичной и вторичной обмоток.  Изменение взаимной ориентации этих напряжений осуществляется соответствующей перемаркировкой начал и концов обмоток.

Стандартные обозначения начал и концов обмоток высокого и низкого напряжения показаны на рис.1.

Рассмотрим вначале влияние маркировки на фазу вторичного напряжения по отношению к первичному на примере однофазного трансформатора (рис. 2 а). 

Рис.2

Обе обмотки расположены на одном стержне и имеют одинаковое направление намотки. Будем считать верхние клеммы началами, а нижние – концами обмоток. Тогда ЭДС Ё1 и E2 будут совпадать по фазе и соответственно будут совпадать напряжение сети U1 и напряжение на нагрузке U2 (рис. 2 б). Если теперь во вторичной обмотке принять обратную маркировку зажимов (рис. 2 в), то по отношению к нагрузке ЭДС Е2 меняет фазу на 180°. Следовательно, и фаза напряжения U2 меняется на 180°.

Таким образом, в однофазных трансформаторах возможны две группы соединений, соответствующих углам сдвига 0 и 180°. На практике для удобства обозначения групп используют циферблат часов. Напряжение первичной обмотки U1 изображают минутной стрелкой, установленной постоянно на цифре 12, а часовая стрелка занимает различные положения в зависимости от угла сдвига между U1 и U2. Сдвиг 0° соответствует группе 0, а сдвиг 180° – группе 6 (рис. 3). 

Рис.3

В трехфазных трансформаторах можно получить 12 различных групп соединений обмоток. Рассмотрим несколько примеров.

Пусть обмотки трансформатора соединены по схеме Y/Y (рис. 4). Обмотки, расположенные на одном стержне, будем располагать одну под другой.

Зажимы А и а соединим для совмещения потенциальных диаграмм. Зададим положение векторов напряжений первичной обмотки треугольником АВС. Положение векторов напряжений вторичной обмотки будет зависеть от маркировки зажимов. Для маркировки на рис. 4а, ЭДС соответствующих фаз первичной и вторичной обмоток совпадают, поэтому будут совпадать линейные и фазные напряжения первичной и вторичной обмоток (рис. 4, б). Схема имеет группу Y/Y – О. 

Рис. 4

Изменим маркировку зажимов вторичной обмотки на противоположную (рис. 5. а). При перемаркировке концов и начал вторичной обмотки фаза ЭДС меняется на 180°. Следовательно, номер группы меняется на 6. Данная схема имеет группу Y/Y – б. 

Рис. 5

На рис. 6 представлена схема, в которой по сравнению со схемой рис 4 выполнена круговая перемаркировка зажимов вторичной обмотки (а→b , b→c, с→a). При этом фазы соответствующих ЭДС вторичной обмотки сдвигаются на 120° и, следовательно, номер группы меняется на 4. 

Рис. 6

Рис. 7

Схемы соединений Y/Y позволяют получить четные номера групп, при соединении обмоток по схеме Y/Δ номера групп получаются нечетными. В качестве примера рассмотрим схему, представленную на рис. 7. В этой схеме фазные ЭДС вторичной обмотки совпадают с линейными, поэтому треугольник аbс поворачивается на 30° против часовой стрелки по отношению к треугольнику АВС. Но так как угол между линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток отсчитывается по часовой стрелке, то группа будет иметь номер 11.

Из двенадцати возможных групп соединений обмоток трехфазных трансформаторов стандартизованы две: Y/Y – 0 и Y/Δ-11. Они, как правило, и применяются на практике. 

9. Устройство трехфазного магнитопровода требует предварительного

принципиального обоснования.

Электрическая энергия в промышленных целях получается и используется в виде главным образом трехфазной системы переменного тока. Трехфазная система представляет собой систему трех однофазных переменных э. д. с, имеющих одинаковую частоту и сдвинутых по фазе относительно друг друга на угол 120°, т. е. на V8 периода.

Очевидно, что трансформация трехфазного тока возможна тремя отдельными однофазными трансформаторами, каждая из обмоток которых соединена в одну из трехфазных схем (в звезду или в треугольник).

Но, как это показал в 1891 г. русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский, трансформация при трехфазной системе возможна также одним трехфазным трансформатором, имеющим общую магнитную цепь для трех фаз.

Трехфазный магнитопровод может быть получен путем совмещения трех однофазных стержневых магнитопроводов в один общий магнитопровод с некоторым дальнейшим преобразованием его формы. Для этого нужно взять три однофазных стержневых магнитопровода с одним стержнем, несущим обмотки, и сложить их вместе необмотанными (свободными) стержнями (рис. 11.4, а). Для простоты рисунка каждый магнитопровод показан одной жирной линией. Так как магнитные потоки во всех магнитопроводах синусоидальны по форме, равны между собой и сдвинуты на 120°, то на основании формулы суммы синусов

sin a + sin (а + 120°) + sin (а + 240°) = 0

сумма потоков в примыкающих друг к другу стержнях равна нулю и поэтому эти стержни можно отнять за ненадобностью. Превратив далее полученную пространственную симметричную форму магнитопровода (рис. 11.4, б, в) в плоскую, получим ныне применяемую форму трехфазного стержневого магнитопровода (рис. 11.4, г).

Трехфазный стержневой магнитопровод является несимметричным в отношении магнитных сопротивлений для потоков средней и крайних фаз. Это может быть пояснено на рис. 11.5.

Рис. 11.5. Потоки разных фаз в трехфазном несимметричном магнитопроводе:

а — поток фазы Л; б — поток фазы В

Поток фазы В проходит по более короткому пути, чем потоки фаз А и С. В связи с этим магнитное сопротивление для потока средней фазы В примерно в 2 — 2,5 раза меньше, чем для крайних фаз А и С, поэтому ток холостого хода у фазы В тоже меньше, чем у остальных фаз.

Так как фазные токи холостого хода у трехфазного трансформатора не равны между собой, то при проведении опыта холостого хода за величину тока холостого хода условно принимают его среднее значение по трем фазам

I₀= (I₁ +I₂ +I₃)/3.

При расчете тока холостого хода трехфазного трансформатора также определяется его среднее значение, так как берется общий вес стали магнитопровода и общее число стыков пластин.

3. Для определения параметров схемы замещения трансформатора проводят его испытания в режиме холостого хода и опытного короткого замыкания.

Схема опыта холостого хода приведена на рис.1 . Первичную обмотку подключают на номинальное напряжение и измеряют ток холостого хода I₀ , мощность P₀, напряжение на разомкнутой  вторичной обмотке U₂₀ .

Рис. 1 — Схема опыта холостого хода

Мощность P₀, потребляемая из сети, расходуется на потери в меди  ∆P_m1 = I₀²r₁  и потери в стали       ∆P_ст= I₀²r_m при этом, поскольку  r_m»r₁, потерями в первичной обмотке ΔP_m1  пренебрегают и считают, что вся потребляемая из сети мощность расходуется на потери в стали, т. е.:

откуда:

Исходя из схемы замещения (рис. 2, а ) и пренебрегая величиной z₁ по сравнению с z_m  можно определить величину z_m из соотношения:

откуда:

Коэффициент мощности при холостом ходе определяется из соотношения:

Коэффициент трансформации равен:

Схема опыта короткого замыкания приведена на рис. 2.

Рис. 2 — Схема опыта короткого замыкания

 В этом опыте вторичная обмотка замыкается накоротко, а на первичной обмотке с помощью регулятора устанавливают такое напряжение U_1k, при котором ток в первичной обмотке равен номинальному I_1k = I_1н. Величина U_1k  имеет весьма важное эксплуатационное значение и всегда указывается на щитке трансформатора. Обычно она указывается в процентах от номинального напряжения и для однофазных трансформаторов составляет 3%…5%.

Поскольку в рассматриваемом режиме U₂=0, то трансформатор не отдает потребителю полезной мощности и вся мощность P_1k, потребляемая из сети, расходуется на потери. Т.к. потери в стали  ΔР_стпропорциональны квадрату магнитной индукции  ΔР_ст ≈ В² ≈ Е² ≈ U₁², то, ввиду малости напряжения U_1k, этими потерями пренебрегают и считают, что вся потребляемая мощность расходуется на потери в обмотках, т. е:

откуда получаем:

Полное сопротивление короткого замыкания равно:

поэтому :

Принимая далее, что :

получаем все параметры Т-образной схемы замещения трансформатора.

2.  Слово “трансформатор” образуется от английского слова “transform”  – преобразовавывать, изменяться. Надеюсь все помнят фильм “Трансформеры”. Там машинки лекго преобразовывались в трансформеров и обратно. Но… трансформатор у нас не преобразовывается по внешнему виду. Он обладает еще более удивительным свойством – преобразовывает переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения!  Это свойство трансформатора очень широко используется в радиоэлектронике и электротехнике. 

             Трансформаторы бывают однофазные и трехфазные. Что это означает? Да все просто, есть ток, который течет по четырем проводам  – три фазы и ноль – это и есть трехфазный электрический ток. А есть ток, который течет по двум проводам – фаза и ноль – это однофазный ток. Для того, чтобы из трехфазного сделать однофазный, достаточно взять один провод трехфазного и его другой провод – ноль. Однофазный электрический ток поступает в Ваши дома. В вашей розетке Переменный однофазный электрический ток 220 Вольт. Думаю, не будем сильно углубляться в подробности и рассмотрим в нашей статье однофазный трансформатор бытового назначения.  

               Рассмотрим вот такую картинку:

• 1 – первичная обмотка трансформатора

• 2 – магнитопровод

• 3 – вторичная обмотка трансформатора

• Ф – направление магнитного потока

• U1 – напряжение на первичной обмотке

• U2  – напряжение на вторичной обмотке

               На картинке показан самый обычный однофазный трансформатор. Давайте разберемся что у нас там накаверкано.  2 – это у нас магнитопровод. Он состоит из пластинок стали, по нему течет магнитный поток Ф  (показано стрелками). Этот магнитный поток создается переменным  напряжением, поданым на провод, намотанный на этот самый магнитопровод Ф. А снимается напряжение с провода, намотанного на другой стороне магнитопровода. Откуда берется напряжение во второй обмотке? Оно ведь никак не связано проводами? Все  дело в магнитном потоке, который создает  первичная обмотка. А  вторичная обмотка его ловит и преобразовывает в переменное напряжение с такой же частотой. Вот здесь точно такой же трансформатор, но в другом конструктивном виде.

Такой конструктивный вид обладат такими плюсами, как малые габариты и удобство использования.

               Так от чего же зависит напряжение, которое выдает нам трансформатор на вторичной обмотке? А зависит оно от витков, которые намотаны на первичной и вторичной обмотке ! Вот она, вот она, формула моей мечты! ВОТ ОНА!

где

U2  – напряжение на вторичной обмотке, U1 – напряжение на первичной обмотке, N1 – количество витков первичной обмотки, N2 – количество витков  вторичной обмотки, I1 – ток первичной обмотки, I2 – ток вторичной обмотки.  В трансформаторе соблюдается закон сохранения энергии, то есть  какая мощность в транс заходит, такая и выходит.

Если подзабыли, что такое мощность, тогда Вам сюда Работа и мощность постоянного тока. Для переменного тока она определяется также, но только вместо постоянного напряжения берется действующее напряжение тока.

Его первчиная обмотка  – это цифры 1,2. Вторичная обмотка – цифры 3,4. N1  – 2650 витков, N2 – 18 витков. Транс построен по упрощенной конструкции

Настало время проверить наши формулы

1.54/224=0.006875 (коэффициент отношения напряжения)

18/2650=0.006792 (коэффициент отношения обмоток)

Сравниваем числа, погрешность вообще копейки! Формула работает, ура! Погрешность связана с потерями на нагрев обмоток транса и магнитопровода, а также погрешность измерения мультика. Насчет силы тока есть одно простое правило для транса, понижая напряжение, повышаем силу тока и наоборот, повышая напряжение трансом, понижаем силу тока.

               Трансформатор, который преобразовывает большее напряжение в меньшее, называется понижающим, а который преобразовывает меньшее напряжение в  большее напряжение, называется повышающим.  У понижающего трансформатора вторичная обмотка выполнена из провода больше диаметра, потому что  по ней может течь сила тока при нагрузке малого сопротивления  очень большая, так как мы преобразовали и ток заодно. Если провод во вторичной обмотке будет малого диаметра, то согласно Закону Джоуля-Ленца у нас он просто напросто нагреется  и спалит весь транс.

               Основные неисправности транса могут заключаться в обрыве или в коротком замыкании обмоток. Хоть  на трансе они прилегают очень пллотно к друг другу, их разделяет лаковый диэлектрик, которым покрываются и первичная и вторичная обмотка транса. Если где то возникло Короткое замыкание то транс будет сильно греться или издавать сильный гул при работе. Все зависит от того, где коротнули обмотки.

               При  обрыве все намного проще. Для этого, с помощью мультика мы проверяем целостность первичной и вторичной обмотки. На фото ниже я проверяю целостность первичной обмотки, которая состоит из 2650 витков.

Подробнее здесь: http://www.ruselectronic.com/news/ustrojstvo-transformatora/

Рис. 2. Области применения преобразователей частоты серии MVD Delta Electronics

принцип работы и типы приборов

Трансформатор — незаменимое устройство в электротехнике.

Без него энергосистема в ее нынешнем виде не могла бы существовать.

Присутствуют эти элементы и во многих электроприборах.

Желающим познакомиться с ними поближе предлагается данная статья, тема которой — трансформатор: принцип работы и виды приборов, а также их назначение.

Что такое трансформатор

Так называют устройство, изменяющее величину переменного электрического напряжения. Существуют разновидности, способные менять и его частоту.

Таким аппаратами оснащают многие приборы, также они применяются в самостоятельном виде.

Например, установки, повышающие напряжение для передачи тока по электромагистралям.

Генерируемое электростанцией напряжение они поднимают до 35 – 750 кВ, что дает двойную выгоду:

• уменьшаются потери в проводах;
• требуются провода меньшего сечения.

В городских электросетях напряжение снова уменьшается до величины в 6,1 кВ, опять же с использованием трансформатора. В распределительных сетях, раздающих электричество потребителям, напряжение понижают до 0,4 кВ (это привычные нам 380/220 В).

Принцип работы

Работа трансформаторного устройства основана на явлении электромагнитной индукции, состоящей в следующем: при изменении параметров магнитного поля, пересекающего проводник, в последнем возникает ЭДС (электродвижущая сила). Проводник в трансформаторе присутствует в форме катушки или обмотки, и общая ЭДС равна сумме ЭДС каждого витка.

Для нормальной работы требуется исключить электрический контакт между витками, потому используют провод в изолирующей оболочке. Эту катушку называют вторичной.

Магнитное поле, необходимое для генерации во вторичной катушке ЭДС, создается другой катушкой. Она подключается к источнику тока и называется первичной. Работа первичной катушки основана на том факте, что при протекании через проводник тока, вокруг него формируется электромагнитное поле, а если он смотан в катушку, оно усиливается.

Как работает трансформатор

При протекании через катушку постоянного тока параметры электромагнитного поля не меняются и оно неспособно вызвать ЭДС во вторичной катушке. Поэтому трансформаторы работают только с переменным напряжением.

На характер преобразования напряжения влияет соотношение количества витков в обмотках – первичной и вторичной. Его обозначают «Кт» – коэффициент трансформации. Действует закон:

Кт = W1 / W2 = U1 / U2,

где,

• W1 и W2 — количество витков в первичной и вторичной обмотках;
• U1 и U2 — напряжение на их выводах.

Следовательно, если в первичной катушке витков больше, то напряжение на выводах вторичной ниже. Такой аппарат называют понижающим, Кт у него больше единицы. Если витков больше во вторичной катушке — трансформатор напряжение повышает и называется повышающим. Его Кт меньше единицы.

Большой силовой трансформатор

Если пренебречь потерями (идеальный трансформатор), то из закона сохранения энергии следует:

P1 = P2,

где Р1 и Р2 — мощность тока в обмотках.

Поскольку P = U * I, получим:

• U1 * I1 = U2 * I2;
• I1 = I2 * (U2 / U1) = I2 / Кт.

Это означает:

• в первичной катушке понижающего устройства (Кт > 1) протекает ток меньшей силы, чем в цепи вторичной;
• с повышающими трансформаторами (Кт < 1) все наоборот: сила тока в первичной катушке выше, чем в цепи вторичной.

Данное обстоятельство учитывают при подборе сечения проводов для обмоток аппаратов.

Конструкция

Трансформаторные обмотки надевают на магнитопровод — деталь из ферромагнитной, трансформаторной или иной магнитомягкой стали. Он служит проводником электромагнитного поля от первичной катушки ко вторичной.

Под действием переменного магнитного поля в магнитопроводе также генерируются токи — они называются вихревыми. Эти токи приводят к потерям энергии и нагреву магнитопровода. Последний, с целью свести данное явление к минимуму, набирают из множества изолированных друг от друга пластин.

На магнитопроводе катушки располагают двояко:

• рядом;
• наматывают одну поверх другой.

Обмотки для микротрансформаторов изготавливают из фольги толщиной 20 – 30 мкм. Ее поверхность в результате окисления становится диэлектриком и играет роль изоляции.

Конструкция трансформатора

На практике добиться соотношения Р1 = Р2 невозможно из-за потерь трех видов:

1. рассеивание магнитного поля;
2. нагрев проводов и магнитопровода;
3. гистерезис.

Потери на гистерезис — это затраты энергии на перемагничивание магнитопровода. Направление силовых линий электромагнитного поля постоянно меняется. Каждый раз приходится преодолевать сопротивление диполей в структуре магнитопровода, выстроившихся определенным образом в предыдущей фазе.

Потери на гистерезис стремятся уменьшить, применяя разные конструкции магнитопроводов.

Итак, в реальности величины Р1 и Р2 отличаются и соотношение Р2 / Р1 называют КПД устройства. Для его измерения используются следующие режимы работы трансформатора:

• холостого хода;
• короткозамкнутый;
• с нагрузкой.

В некоторых разновидностях трансформаторов, работающих с напряжением высокой частоты, магнитопровод отсутствует.

Режим холостого хода

Первичная обмотка подключена к источнику тока, а цепь вторичной разомкнута. При таком подключении в катушке течет ток холостого хода, в основном представляющий реактивный ток намагничивания.

Такой режим позволяет определить:

• КПД устройства;
• коэффициент трансформации;
• потери в магнитопроводе (на языке профессионалов — потери в стали).

Схема трансформатора в режиме холостого хода

Короткозамкнутый режим

Выводы вторичной обмотки замыкают без нагрузки (накоротко), так что ток в цепи ограничивается лишь ее сопротивлением. На контакты первичной подают такое напряжение, чтобы ток в цепи вторичной обмотки не превышал номинального.

Такое подключение позволяет определить потери на нагрев обмоток (потери в меди). Это необходимо при реализации схем с применением вместо реального трансформатора активного сопротивления.

Режим с нагрузкой

В этом состоянии к выводам вторичной обмотки подключен потребитель.

Охлаждение

В процессе работы трансформатор греется.

Применяют три способа охлаждения:

1. естественное: для маломощных моделей;
2. принудительное воздушное (обдув вентилятором): модели средней мощности;
3. мощные трансформаторы охлаждаются при помощи жидкости (в основном используют масло).

Прибор с масляным охлаждением

Виды трансформаторов

Аппараты классифицируются по назначению, типу магнитопровода и мощности.

Силовые трансформаторы

Наиболее многочисленная группа. К ней относятся все трансформаторы, работающие в энергосети.

Автотрансформатор

У этой разновидности между первичной и вторичной обмотками имеется электрический контакт. При намотке провода делают несколько выводов — при переключении между ними задействуется разное число витков, отчего меняется коэффициент трансформации.

Достоинства автотрансформатора:

• Повышенный КПД. Объясняется тем, что преобразованию подвергается только часть мощности. Это особенно важно при незначительной разнице между напряжением на входе и выходе.
• Низкая стоимость. Это обусловлено меньшим расходом стали и меди (автотрансформатор имеет компактные размеры).

Эти устройства выгодно применять в сетях напряжением 110 кВ и более с эффективным заземлением при Кт не выше 3-4.

Трансформатор тока

Используется для снижения силы тока в подключенной к источнику питания первичной обмотке. Устройство находит применение в защитных, измерительных, сигнальных и управляющих системах. Преимущество в сравнении с шунтовыми схемами измерения, состоит в наличии гальванической развязки (отсутствие электроконтакта между обмотками).

Первичная катушка включается в цепь переменного тока – исследуемую или контролируемую –  с нагрузкой последовательно. К выводам вторичной обмотки подключают исполнительное индикаторное устройство, к примеру, реле, или прибор измерения.

Трансформатор тока

Допустимое сопротивление в цепи вторичной катушки ограничено мизерными значениями — почти короткое замыкание. У большинства токовых трансформаторов величина номинального тока в этой катушке составляет 1 или 5 А. При размыкании цепи в ней формируется высокое напряжение, способное пробить изоляцию и повредить подключенные приборы.

Импульсный трансформатор

Работает с короткими импульсами, продолжительность которых измеряется десятками микросекунд. Форма импульса практически не искажается. В основном используются в видеосистемах.

Сварочный трансформатор

Данное устройство:

• понижает напряжение;
• рассчитано на номинальный ток в цепи вторичной обмотки до тысяч ампер.

Регулировать сварочный ток можно изменением числа витков обмоток, задействованных в процессе (они имеют по нескольку выводов). При этом изменяется величина индуктивного сопротивления или вторичное напряжение холостого хода. Посредством дополнительных выводов обмотки разбиты на секции, потому регулировка сварочного тока осуществляется ступенчато.

Габариты трансформатора во многом зависят от частоты переменного тока. Чем она выше, тем более компактным получится устройство.

Сварочный трансформатор ТДМ 70-460

На этом принципе основано устройство современных инверторных сварочных аппаратов. В них переменный ток перед подачей на трансформатор подвергается обработке:

• выпрямляется посредством диодного моста;
• в инверторе — управляемом микропроцессором электронном узле с быстро переключающимися ключевыми транзисторами — снова становится переменным, но уже с частотой 60 – 80 кГц.

Потому эти сварочные аппараты такие легкие и небольшие.

Также устроены блоки питания импульсного типа, например, в ПК.

Разделительный трансформатор

В этом устройстве обязательно присутствует гальваническая развязка (нет электрического контакта между первичной и вторичной обмотками), а Кт равен единице. То есть разделительный трансформатор напряжение оставляет неизменным. Он необходим для повышения безопасности подключения.

Прикосновение к токоведущим элементам оборудования, подключенного к сети через такой трансформатор, к сильному удару током не приведет.

В быту такой способ подключения электроприборов уместен во влажных помещениях— в ванных и пр.

Кроме силовых трансформаторов, существуют сигнальные разделительные. Они устанавливаются в электроцепи для гальванической развязки.

Магнитопроводы

Бывают трех видов:

1. Стержневые. Выполнены в виде стержня ступенчатого сечения. Характеристики оставляют желать лучшего, но зато просты в исполнении.
2. Броневые. Лучше стержневых проводят магнитное поле и вдобавок защищают обмотки от механических воздействий. Недостаток: высокая стоимость (требуется много стали).
3. Тороидальные. Наиболее эффективная разновидность: создают однородное сконцентрированное магнитное поле, чем способствуют уменьшению потерь. Трансформаторы с тороидальным магнитопроводом имеют наибольший КПД, но они дороги из-за сложности изготовления.

Мощность

Мощность трансформатора принято обозначать в вольт-амперах (ВА). По данному признаку устройства классифицируются так:

• маломощные: менее 100 ВА;
• средней мощности: несколько сотен ВА;

Существуют установки большой мощности, измеряемой в тысячах ВА.

Трансформаторы отличаются назначением и характеристиками, но принцип действия у них одинаков: переменное магнитное поле, генерируемое одной обмоткой, возбуждает во второй ЭДС, величина которого зависит от числа витков.

Необходимость в преобразовании напряжения возникает очень часто, потому трансформаторы получили самое широкое распространение. Данное устройство можно изготовить самостоятельно.

Режимы работы трансформаторов | Эксплуатация силовых масляных трансформаторов 35-110 кВ | Подстанции

• 110кВ
• 35кВ
• трансформатор
• эксплуатация

Содержание материала

• Эксплуатация силовых масляных трансформаторов 35-110 кВ
• Общие требования к трансформаторным установкам
• Меры безопасности при эксплуатации трансформаторов
• Подготовка и включение в работу
• Режимы работы трансформаторов
• Аварийные режимы, неисправности
• Техническое обслуживание трансформаторов
• Устройства переключения отпаек
• Эксплуатация трансформаторного масла
• Ремонт трансформаторов
• Объем и периодичность работ по техобслуживанию трансформаторов

Страница 5 из 11

7. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

7.1. Нормальные режимы

7.1.1. Нормальными режимами работы считаются такие, на которые рассчитан трансформатор и при которых он может длительно работать при допустимых стандартами или техническими условиями отклонениях основных параметров (напряжение, ток, частота, температура отдельных элементов) и нормальных условиях работы (климат, высота установки над уровнем моря).
Номинальные значения основных параметров трансформатора указаны на его щитке и в паспорте.
7.1.2. Эксплуатация трансформатора допускается только при условии защиты его обмоток вентильными разрядниками или ограничителями перенапряжения, постоянно подключенными к обмоткам согласно требований “Правил устройства электроустановок”.
7.1.3. Неиспользуемые обмотки стороны НН (СН) трехобмоточного трансформатора при эксплуатации должны быть соединены в треугольник. При этом все три фазы должны быть защищены вентильными разрядниками или ограничителями перенапряжения соответствующего класса напряжения.
7.1.4. Нейтрали обмоток высшего напряжения трансформаторов напряжением 110 кВ, с неполной изоляцией со стороны нейтрали, должны быть заземлены наглухо, за исключением случаев, обусловленных в п.7.1.5. Трансформаторы напряжением до 35 кВ могут работать с изолированной нейтралью, заземленной через дугогасящую катушку (дугогасительный реактор).
При суммарном токе дугогасящих катушек более 100 А присоединять их к одному трансформатору следует по согласованию с заводом – изготовителем.
7.1.5. Допускается работа трансформаторов напряжением 110кВ, которые имеют испытательное напряжение нейтрали 110кВ с разземленной нейтралью при условии присоединения к выводу нейтрали вентильного разрядника соответствующего класса изоляции. В этом случае необходимо принять соответствующие меры (при помощи устройств релейной защиты и автоматики, оперативные мероприятия и др.), которые бы исключали бы вероятность работы трансформатора в нормальном режиме на участок сети с изолированной нейтралью.
Работа с разземленной нейтралью трансформаторов на напряжение 110 кВ с испытательным напряжением нейтрали 85 кВ допускается при обосновании необходимыми расчетами.
7.1.6. Длительная работа трансформатора допускается при мощности не более номинальной при превышении напряжения, подводимого к любому ответвлению обмотки ВН, СН и НН, на 10 % сверх номинального напряжения данного ответвления обмотки.
При этом напряжение на какой – либо обмотке трансформатора на должно превышать наибольшего рабочего напряжения для данного класса напряжения, указанного в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Наибольшее рабочее напряжение

7. 1.7. Допускается длительная работа трансформатора, оборудованных устройством РПН с нагрузкой, которая равна номинальной мощности его обмоток на всех ответвлениях, кроме отдельных ответвлений обмотки ниже минус 5 % номинальной мощности.
Во время работы на ответвлениях ниже минус 5 % номинального напряжения мощность обмотки должна соответствовать неизменному для всех этих ступеней току ответвления ступени РПН минус 5 % номинального напряжения, а при отсутствии такого ответвления – ближайшему большему току (например, при диапазоне ± (6 х 2) % – номинальному току ответвления минус (3 х 2) %).
7.1.8. Допускается длительная перегрузка одной или двух обмоток трансформатора током, превышающим на 5 % номинальный ток ответвления, на которое включена соответствующая обмотка, если напряжение ни на одной из обмоток не превышает номинального напряжения соответствующего ответвления.
При этом для обмотки с ответвлением нагрузка не должна превышать 1,05 номинального тока ответвления, если напряжение на нем не превышает номинальное. Ток в общей обмотке трансформатора не должен превышать значения, указанного в паспорте.
7.1.9. Трехобмоточный трансформатор допускает любое распределение продолжительных нагрузок по его обмоткам при условии, что ни одна из трех обмоток не будет нагружена током, превышающим допустимый согласно 7.1.8.
7.1.10. Для трансформаторов с расщепленной обмоткой допускаются такие же перегрузки каждой ветви, отнесенные к ее номинальной мощности, как и для трансформаторов с нерасщепленной обмоткой.
Дополнительные перегрузки одной ветви за счет длительной недогрузки другой допускаются по согласованию с заводом – изготовителем.
7.1.11. В случае неравномерной нагрузки трансформатора по фазам значения перегрузок относятся к наиболее нагруженной обмотке наиболее нагруженной фазы.
7.1.12. Допустимые перегрузки трансформаторов с охлаждением вида “Д” при отключенных вентиляторах определяется по отношению к мощности (согласно с паспортом трансформатора), которую они имеют без дутья. (с охлаждением “М”).
7.1.13. Работа трансформаторов с охлаждением вида “Д” с отключенным дутьем допускается при следующих условиях:
– если нагрузка менее номинальной и температура верхних слоев масла не превышает плюс 55 °С;
– при минусовых температурах окружающего воздуха и при температуре верхних слоев масла не выше плюс 45 °С (вне зависимости от нагрузки).
7.1.14. Температура верхних слоев масла при нормальной нагрузке трансформатора и реактора и максимальной температуре охлаждающей среды (среднесуточная температура охлаждающего воздуха 30 °С) не должна превышать 95 °С для трансформаторов с охлаждением вида “М” и “Д”.
Температура верхних слоев масла трансформаторов зарубежного производства не должна превышать значений, указанных фирмой – производителем, а при их отсутствии – значений, установленных на основании тепловых испытаний либо данной инструкции.
Превышение указанного значения температуры свидетельствует о неисправности трансформатора, которую необходимо выявить и устранить.
7.1.15. Допускается параллельная работа двух – и трехобмоточных трансформаторов на всех обмотках, а также двухобмоточных с трехобмоточными, если ни одна из обмоток параллельно включенных трансформаторов не нагружена более ее допустимой нагрузочной способности. Параллельная работа трансформаторов с соотношением номинальных мощностей более трех не рекомендуется.
Условия параллельной работы трансформаторов:
– номинальные напряжения и коэффициенты трансформации обмоток должны быть одинаковыми. Допускаются различия для трансформаторов с коэффициентом трансформации меньше или равным 3 в пределах ± 1 %; для всех остальных – ± 0,5 %.
– значения напряжения короткого замыкания не должны отличаться более чем на ±10 %;
– группы соединения трансформаторов должны быть одинаковыми.

7.2. Нагрузочные режимы трансформаторов

7.2.1. В зависимости от характера суточного или годового графика нагрузки и температуры охлаждающей среды допускаются систематические и аварийные перегрузки трансформатора.
Допустимые систематические перегрузки превышают номинальную нагрузку трансформатора, однако они не вызывают сокращение срока его службы, так как при этом износ витковой изоляции не превышает нормального.
Допустимые аварийные перегрузки трансформатора вызывают повышенный, в сравнении с нормальным, износ витковой изоляции, что может привести к сокращению установленного срока службы трансформатора, если повышенный износ со временем не будет компенсирован нагрузкой с износом витковой изоляции ниже нормального.
7.2.2. Значения и длительность допустимых систематических и аварийных перегрузок определяются для прямоугольного двухступенчатого или многоступенчатого графика нагрузки, в которые должны быть преобразованы фактические графики нагрузок согласно с ГОСТ 14209 – 97, а для сухих трансформаторов – согласно с ДСТУ 2767 – 94.
Параметры реального графика нагрузки определяются по данным измерительных приборов, которыми оснащен трансформатор.
Нагрузка трансформатора сверх его номинальной мощности допускается только при исправной и полностью включенной системе охлаждения трансформатора.
7.2.3. Допустимые перегрузки трансформаторов, изготовленных по ГОСТ 401 – 41 устанавливаются по ГОСТ 14209 – 69, но эквивалентная температура принимается на 5 °С выше расчетной для данной местности. Не допускаются перегрузки этих трансформаторов при среднесуточной температуре охлаждающего воздуха выше 30 °С.
7.2.4. При определении допустимых систематических перегрузок температуру охлаждающей среды за период действия графика нагрузки принимают такой, которая равна среднему значению, если при этом температура положительная и не изменяется более чем на 12 °С. Если температура охлаждающей среды изменяется более чем на 12 °С или если значение температуры охлаждающей среды отрицательное, необходимо использовать эквивалентные значения температуры, рассчитанные согласно с ГОСТ 14209 – 97.
При определении допустимых нагрузок температуру охлаждающей среды принимают согласно с ее измеренным значением во время возникновения аварийной перегрузки.
7.2.5. Для трехобмоточного трансформатора допустимые перегрузки определяют для наиболее нагруженной фазы наиболее нагруженной обмотки.
7.2.6. Для суточного двухступенчатого прямоугольного графика нагрузки допустимые систематические нагрузки и аварийные перегрузки масляного трансформатора определяют согласно ГОСТ 14209 – 97, а для сухого трансформатора – согласно ДСТУ 2767 – 94.
7.2.7. Допустимые по величине и продолжительности аварийные перегрузки трансформатора указаны в приложении Е.
7.2.8. Граничные значения параметров, которые контролируются во время эксплуатации и ограничивают допустимые и аварийные перегрузки трансформаторов, приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2 – граничные значения температуры и тока для режимов нагрузки трансформаторов, которая не превышает номинальную

7.2.9. Относительный износ витковой изоляции трансформатора при необходимости следует определять согласно ГОСТ 14209 – 97.
При определении относительного износа витковой изоляции необходимо применять коэффициент f, значения которого приведены в ГОСТ 14209 – 97.

• Назад
• Вперед

• Назад
• Вперед

Подстанции

Главная
• Инструкции
• Подстанции
• Эксплуатация силовых масляных трансформаторов 35-110 кВ

Читать также:

• Эксплуатация трансформаторов напряжения
• Вентиляция и охлаждение силовых трансформаторов в помещениях
• Идентификация дефектов в трансформаторах 35-500кВ на основе АРГ
• Эксплуатация отделителей
• Эксплуатация короткозамыкателей

Работа трансформатора: принцип, основы и типы

Трансформатор преобразует электрическую энергию из одной электрической цепи в другую. В частности, повышающий трансформатор увеличивает напряжение при его передаче из первичной цепи во вторичную. С другой стороны, понижающий трансформатор снижает напряжение при его передаче из первичной цепи во вторичную. Для того, чтобы понять, как это делает трансформатор, нужно узнать о работе трансформатора.

Работа трансформатора: Принцип

Преобразование энергии осуществляется за счет взаимной индукции между обмотками. Простейшая форма трансформатора показана на рисунке 1, на котором изображен трансформатор, состоящий из двух катушек индуктивности, первичной и вторичной обмоток. Две катушки соединены ламинированным стальным сердечником, который позволяет магнитному потоку проходить по ламинированному пути.

Рисунок 1. Схема трансформатора. Источник: Джорджия Панаги, StudySmarter.

При подключении первичной обмотки к внешнему источнику переменного напряжения в обмотках индуцируется магнитный поток по закону Фарадея.

Закон Фарадея гласит, что переменное магнитное поле индуцирует электродвижущую силу, противодействующую изменениям магнитного поля.

Когда переменный ток проходит через первичную обмотку, магнитное поле изменяется, вызывая электродвижущую силу. Возникающее магнитное поле разрезает обмотку вторичной катушки, что создает в этой обмотке переменное напряжение за счет электромагнитной индукции.

Трансформаторы могут достигать своей цели только при подаче переменного тока. Это связано с тем, что постоянный ток не создает электромагнитной индукции.

Большая часть магнитного потока связана со вторичной обмоткой, что называется «основным потоком», в то время как оставшийся поток не связан со вторичной обмоткой и известен как «поток рассеяния».

Поток рассеяния — это небольшая часть потока, которая просачивается за пределы пути магнитного потока.

ЭДС индукции известна как ЭДС взаимной индукции, и ее частота равна приложенной электродвижущей силе.

Когда вторичная обмотка представляет собой замкнутую цепь, по цепи протекает взаимно индуцированный ток, передавая электрическую энергию из первичной цепи во вторичную.

Сердечник трансформатора

Сердечник трансформатора состоит из ламинированных стальных листов, расположенных таким образом, что между каждым листом имеется минимальный воздушный зазор. Это делается для обеспечения непрерывного пути магнитного потока. Используемый тип стали обеспечивает высокую проницаемость и снижает потери на вихревые токи и низкие потери на гистерезис.

Гистерезисные потери возникают из-за намагничивания и размагничивания сердечника, когда ток подается в обоих направлениях.

Сталь обладает высокой проницаемостью, что означает, что ее способность проводить магнитный поток намного выше, чем у воздуха, что позволяет возникать магнитному потоку.

Вихревые токи циркулируют в проводниках подобно завихрениям в потоке, вызванном переменными магнитными полями, текущими по замкнутому контуру.

Типы трансформаторов

Существуют различные типы трансформаторов с различными геометрическими вариациями.

Трансформатор с сердечником

В трансформаторе с сердечником обмотки имеют цилиндрическую форму и расположены в сердечнике, как показано на рис. 2 ниже. Цилиндрические катушки имеют разные слои, причем каждый слой изолирован от другого. Трансформаторы стержневого типа существуют как в малом, так и в крупногабаритном исполнении. Эффективная площадь сердечника трансформатора может быть уменьшена за счет использования ламинирования и изоляции.

Рис. 2. Трансформатор с сердечником. Источник: МайТек.

Трансформатор с кожухом

В трансформаторе с кожухом катушки установлены слоями и уложены друг на друга с изоляцией между ними. Трансформатор оболочкового типа может иметь простую прямоугольную форму, как показано на рис. 3 (слева), или может иметь распределенную конфигурацию (справа).

Рис. 3. Трансформатор прямоугольного сечения (слева) и распределительный трансформатор кожухового типа (справа). Источник: CircuitsToday.

Зигзагообразный или соединительный трансформатор звездообразного типа

Зигзагообразный трансформатор имеет зигзагообразное соединение, при котором токи в обмотках на сердечнике протекают в противоположных направлениях во избежание насыщения.

Рис. 4. Конфигурация «Зигзаг-трансформер».

Использование и назначение трансформатора

Трансформаторы классифицируются в зависимости от их использования, назначения и поставки. Существуют две основные цели, для которых используются трансформаторы:

• Повышающие трансформаторы используются для увеличить напряжение на вторичной обмотке. У повышающего трансформатора на вторичной обмотке больше витков, чем на первичной.
• Трансформаторы понижающие применяются для снижения напряжения на вторичной обмотке. У понижающего трансформатора на вторичной обмотке меньше витков, чем на первичной.

Уравнение коэффициента трансформации определяет соотношение между вторичным и первичным напряжениями В ₁ и В ₂ измеряется в Вольтах, токи I ₁ и I ₂ измеряются в Амперах, а количество витков в катушках n ₁ и n ₂ . Это соотношение можно использовать для уменьшения или увеличения количества пропорционально второй или первичной обмотке.

Уравнение идеального трансформатора

Отношение напряжений равно отношению числа витков, как показано в предыдущих уравнениях. В идеальном трансформаторе без потерь электроэнергии, включая потери в сердечнике, потери на вихревые токи или потери на гистерезис, входная мощность равна выходной мощности.

Следовательно, КПД трансформатора равен 100 %, или отношение выходной мощности к входной мощности равно 1. Это также показано в приведенном ниже уравнении идеального трансформатора, где I ₁ и В ₁ — ток и напряжение первичной обмотки соответственно, а I ₂ и В ₂ — ток и напряжение вторичной обмотки соответственно.

Входное напряжение 5В подается на первичную обмотку трансформатора, а выходное напряжение 15В индуцируется во вторичной обмотке. Если мы заменим первичное входное напряжение на 25 В, каково будет новое индуцированное выходное напряжение вторичной катушки?

Мы используем уравнение трансформатора, чтобы определить соотношение между первичным и вторичным напряжениями. Затем мы используем это отношение для определения нового индуцированного напряжения во вторичной обмотке на основе нового первичного входного напряжения.

Однофазные и трехфазные трансформаторы

Трансформаторы также можно классифицировать по типу питания. Существует два типа питания:

• Однофазные трансформаторы содержат один проводник и один нулевой провод. Они работают с использованием цикла напряжения, работающего в фазе времени, и широко используются в современных технологиях для преобразования значений переменного тока в желаемые.
• Трехфазные трансформаторы широко используются для распределения электроэнергии и сетей. Они работают по тому же принципу, что и однофазные трансформаторы. Однако имеется три проводника, каждый из которых содержит набор первичной и вторичной обмотки и один нулевой провод.

Ток в трехфазном трансформаторе имеет три пика и минимума для каждого периода. Следовательно, максимальная амплитуда достигается много раз, что помогает обеспечивать постоянную мощность.

Работа трансформатора — основные выводы

• Трансформатор — это устройство, повышающее или понижающее напряжение от одной цепи к другой.
• Основным принципом работы трансформаторов является закон индукции Фарадея.
• Трансформаторы бывают трех основных конфигураций: сердечник, оболочка и зигзаг.
• Существует два разных типа трансформаторов с разными источниками питания.

Трансформаторы — объяснение основ

Описание различных типов трансформаторов

Магазин трансформаторов

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое по принципу электромагнитной индукции передает электрическую энергию из одной электрической цепи в другую, не изменяя частоты. Передача энергии обычно происходит при изменении напряжения и тока. Трансформаторы либо увеличивают, либо уменьшают переменное напряжение.

Трансформаторы используются для удовлетворения самых разнообразных потребностей. Некоторые трансформаторы могут быть высотой в несколько этажей, например, тип, который можно найти на электростанции, или достаточно маленькие, чтобы их можно было держать в руке, которые можно использовать с зарядной подставкой для видеокамеры. Независимо от формы или размера, цель трансформатора остается неизменной: преобразование электроэнергии из одного типа в другой.

В настоящее время используется множество различных типов трансформаторов. В этом ресурсе более подробно рассматриваются силовые трансформаторы, автотрансформаторы, распределительные трансформаторы, измерительные трансформаторы, изолирующие трансформаторы, трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Как работают трансформаторы

Важно помнить, что трансформаторы не генерируют электроэнергию; они передают электрическую мощность от одной цепи переменного тока к другой с помощью магнитной связи. Сердечник трансформатора используется для обеспечения управляемого пути для магнитного потока, создаваемого в трансформаторе током, протекающим через обмотки, также известные как катушки. Базовый трансформатор состоит из четырех основных частей. Части включают входное соединение, выходное соединение, обмотки или катушки и сердечник.

Когда на первичную обмотку подается входное напряжение, в первичной обмотке начинает течь переменный ток. При протекании тока в сердечнике трансформатора создается изменяющееся магнитное поле. Когда это магнитное поле пересекает вторичную обмотку, во вторичной обмотке возникает переменное напряжение.

Соотношение между числом фактических витков провода в каждой катушке является ключом к определению типа трансформатора и выходного напряжения. Отношение между выходным напряжением и входным напряжением такое же, как отношение числа витков между двумя обмотками.

Выходное напряжение трансформатора больше входного, если во вторичной обмотке больше витков провода, чем в первичной. Выходное напряжение повышено и считается «повышающим трансформатором». Если вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная, выходное напряжение ниже. Это «понижающий трансформатор».

Трансформаторные конфигурации

Существуют различные конфигурации как для однофазных, так и для трехфазных систем.

• Однофазный источник питания – Однофазные трансформаторы часто используются для подачи электроэнергии для освещения жилых помещений, розеток, кондиционирования воздуха и отопления. Однофазные трансформаторы можно сделать еще более универсальными, если первичная и вторичная обмотки состоят из двух равных частей. Затем две части любой обмотки могут быть повторно соединены последовательно или параллельно.
• Трехфазное питание – Питание может подаваться через трехфазную цепь, содержащую трансформаторы, в которой используется комплект из трех однофазных трансформаторов, или используется трехфазный трансформатор. Когда в преобразовании трехфазной мощности участвует значительная мощность, экономичнее использовать трехфазный трансформатор. Уникальное расположение обмоток и сердечника значительно экономит железо.
• Треугольник и звезда Определено — Существуют две конфигурации подключения для трехфазного питания: треугольник и звезда. «Дельта» и «звезда» — греческие буквы, обозначающие конфигурацию проводников на трансформаторах. При соединении треугольником три проводника соединяются встык в форме треугольника или треугольника. Для звездочки все проводники исходят из центра, то есть они соединены в одной общей точке.
• Трехфазные трансформаторы – Трансформаторы трехфазные имеют шесть обмоток; три первичных и три вторичных. Шесть обмоток соединены производителем либо треугольником, либо звездой. Как указывалось ранее, первичная и вторичная обмотки могут быть соединены по схеме треугольник или звезда. Они не должны быть подключены в одной конфигурации в одном и том же трансформаторе. Фактические используемые конфигурации подключения зависят от приложения.

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор используется в основном для передачи электроэнергии от линии электроснабжения к электрической цепи или к одному или нескольким компонентам системы. Силовой трансформатор, используемый с твердотельными цепями, называется выпрямительным трансформатором. Номинальные характеристики силового трансформатора определяются максимальным напряжением вторичной обмотки и пропускной способностью по току.

Распределительный трансформатор

Распределительный трансформатор опорного типа используется для подачи относительно небольшого количества электроэнергии в жилые дома. Он используется в конце системы подачи электроэнергии.

Автотрансформатор

Автотрансформатор представляет собой особый тип силового трансформатора. Он состоит из одной непрерывной обмотки, на одной стороне которой имеется отвод, обеспечивающий либо повышающую, либо понижающую функцию. Это отличается от обычного двухобмоточного трансформатора, у которого первичная и вторичная обмотки полностью изолированы друг от друга, но магнитно связаны общим сердечником. Обмотки автотрансформатора связаны между собой как электрически, так и магнитно.

Автотрансформатор изначально дешевле двухобмоточного трансформатора аналогичного номинала. Он также имеет лучшую стабилизацию (меньшие падения напряжения) и большую эффективность. Кроме того, его можно использовать для получения нейтрального провода трехпроводной сети 240/120 вольт, точно так же, как вторичную обмотку двухобмоточного трансформатора. Автотрансформатор считается небезопасным для использования в обычных распределительных цепях. Это связано с тем, что первичные цепи высокого напряжения подключены непосредственно к вторичной цепи низкого напряжения.

Изолирующий трансформатор

Разделительный трансформатор — это уникальный трансформатор. Он имеет передаточное отношение 1:1. Следовательно, он не повышает или понижает напряжение. Вместо этого он служит защитным устройством. Он используется для изоляции заземленного проводника линии электропередачи от шасси или любой части нагрузки цепи. Использование изолирующего трансформатора не снижает опасности или поражения электрическим током при контакте со вторичной обмоткой трансформатора.

Технически любой настоящий трансформатор, независимо от того, используется ли он для передачи сигналов или энергии, является изолирующим, поскольку первичная и вторичная обмотки соединены не проводниками, а только индукцией. Однако только трансформаторы, основной целью которых является изоляция цепей (в отличие от более распространенной функции трансформатора преобразования напряжения), обычно называют изолирующими трансформаторами.

Приборный трансформатор

Для измерения высоких значений тока или напряжения желательно использовать стандартные измерительные приборы малого диапазона вместе со специально сконструированными измерительными трансформаторами, также называемыми трансформаторами точного коэффициента. Трансформатор с точным коэффициентом соответствует своему названию. Он преобразуется с точным коэффициентом, позволяющим подключенному прибору измерять ток или напряжение, фактически не пропуская через прибор полную мощность. Требуется преобразовать относительно небольшое количество энергии, потому что единственная нагрузка, называемая нагрузкой, представляет собой тонкие подвижные элементы амперметра, вольтметра или ваттметра.

Существует два типа измерительных трансформаторов:

1. Ток – Используется с амперметром для измерения тока при переменном напряжении
2. Потенциал – Используется с вольтметром для измерения напряжения (разности потенциалов) переменного тока.

Трансформатор тока

Трансформаторы тока относятся к типу измерительных

трансформаторов. Они используются для измерения

электрических токов.

Трансформатор тока имеет первичную обмотку из одного или нескольких витков толстой проволоки. Он всегда подключается последовательно в цепи, в которой измеряется ток. Вторичная катушка состоит из множества витков тонкого провода, который всегда должен быть подключен к клеммам амперметра. Вторичная обмотка трансформатора тока никогда не должна быть разомкнута. Это связано с тем, что первичка не подключена к постоянному источнику. Существует широкий диапазон возможных первичных напряжений, поскольку устройство можно подключать ко многим типам проводников. Вторичная обмотка всегда должна быть доступна (замкнута) для реакции с первичной, чтобы предотвратить полное намагничивание сердечника. Если это произойдет, приборы больше не будут точно считывать показания.

Накладной амперметр работает аналогичным образом. При открытии зажима и размещении его вокруг проводника с током сам проводник действует как первичная обмотка с одним витком. Вторичка и амперметр удобно крепятся в рукоятке прибора. Циферблат позволяет точно измерять ряд текущих диапазонов.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — это тщательно спроектированный, чрезвычайно точный понижающий трансформатор. Обычно он используется со стандартным 120-вольтовым вольтметром. Умножая показания вольтметра (называемые отклонениями) на коэффициент трансформации, пользователь может определить напряжение на стороне высокого напряжения. Общие коэффициенты трансформации составляют 10:1, 20:1, 40:1, 80:1, 100:1, 120:1 и даже выше.

В целом трансформатор напряжения очень похож на стандартный двухобмоточный трансформатор, за исключением того, что он имеет очень небольшую мощность. Трансформаторы для этой службы всегда являются корпусными, поскольку доказано, что эта конструкция обеспечивает лучшую точность.

Трансформаторы напряжения (подобные изображенному выше) предназначены для контроля однофазных и трехфазных напряжений в линиях электропередач в приложениях по измерению мощности.

— обзор видео

(назад к трансформерам)

Что такое трансформер (и как он работает)?

3 мая 2021 г. 24 февраля 2012 г. от Electrical4U

Содержание

Что такое трансформатор?

Трансформатор определяется как пассивное электрическое устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи к другой посредством процесса электромагнитной индукции. Чаще всего он используется для увеличения («повышение») или уменьшения («понижение») уровней напряжения между цепями.

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 поясняется ниже.

Transformer Theory

Допустим, у вас есть одна обмотка (также известная как катушка), которая питается от переменного источника электроэнергии. Переменный ток через обмотку создает постоянно меняющийся и переменный поток, который окружает обмотку.

Если к этой обмотке подвести другую обмотку, некоторая часть этого переменного потока соединится со второй обмоткой. Поскольку этот поток постоянно меняет свою амплитуду и направление, во второй обмотке или катушке должна быть изменяющаяся потокосцепление.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, во второй обмотке будет наведена ЭДС. Если цепь этой вторичной обмотки замкнута, то по ней потечет ток. это основное принцип работы трансформатора .

Давайте воспользуемся электрическими символами, чтобы визуализировать это. Обмотка, которая получает электроэнергию от источника, известна как «первичная обмотка». На диаграмме ниже это «Первая катушка».

Обмотка, обеспечивающая желаемое выходное напряжение за счет взаимной индукции, широко известна как «вторичная обмотка». Это «Вторая катушка» на диаграмме выше.

Трансформатор, повышающий 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.

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

Если в первичной обмотке больше витков, чем во вторичной, то напряжение уменьшится (уменьшится).

Если в первичной обмотке меньше витков, чем во вторичной, то напряжение увеличится (повысится).

Хотя приведенная выше схема трансформатора теоретически возможна в идеальном трансформаторе, она не очень практична. Это связано с тем, что на открытом воздухе только очень небольшая часть потока, создаваемого первой катушкой, будет связана со второй катушкой. Так что ток, протекающий по замкнутой цепи, подключенной к вторичной обмотке, будет крайне мал (и его трудно измерить).

Скорость изменения потокосцепления зависит от количества связанного потокосцепления со второй обмоткой. Поэтому в идеале почти весь поток первичной обмотки должен быть связан со вторичной обмоткой. Это эффективно и экономично осуществляется с помощью трансформатора с сердечником. Это обеспечивает путь с низким сопротивлением, общий для обеих обмоток.

Целью сердечника трансформатора является создание пути с низким сопротивлением, через который проходит максимальное количество потока, создаваемого первичной обмоткой, и связывается со вторичной обмоткой.

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

Если вы предпочитаете анимационное объяснение, ниже приведено видео, объясняющее, как именно работает трансформатор:

Детали и конструкция трансформатора

Три основные части трансформатора:

• Первичная обмотка трансформатора
• Магнитный сердечник трансформатора
• Вторичная обмотка трансформатора

Первичная обмотка трансформатора

Создающая магнитный поток при подключении к источнику электроэнергии.

Магнитный сердечник трансформатора

Магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, который проходит через этот путь с низким сопротивлением, связанный со вторичной обмоткой, и создает замкнутую магнитную цепь.

Вторичная обмотка трансформатора

Поток, создаваемый первичной обмоткой, проходит через сердечник и связывается со вторичной обмоткой. Эта обмотка также намотана на тот же сердечник и дает желаемую мощность трансформатор .

Хотите учиться быстрее? 🎓

Каждую неделю получайте электротехнические товары на свой почтовый ящик.
Кредитная карта не требуется — это абсолютно бесплатно.

О Electrical4U

Electrical4U посвящен обучению и распространению всего, что связано с электротехникой и электроникой.

…

Что такое трансформатор? Обсудить работу трансформатора? Объясните потери энергии в трансформаторе

Что такое трансформатор? Обсудите работу трансформатора, дав необходимую теорию. Укажите различные причины потери мощности в трансформаторе и методы минимизации этих потерь.

Трансформатор — это пассивный компонент, который передает электрическую энергию от одной электрической цепи к другой цепи или нескольким цепям. Изменяющийся ток в любой одной катушке трансформатора создает переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора, который индуцирует переменную электродвижущую силу в любых других катушках, намотанных вокруг того же сердечника. Электрическая энергия может передаваться между отдельными катушками без металлического (проводящего) соединения между двумя цепями. Закон индукции Фарадея, открытый в 1831 году, описывает эффект индуцированного напряжения в любой катушке из-за изменяющегося магнитного потока, окружаемого катушкой.

Различные типы трансформаторов

Различные типы трансформаторов можно классифицировать на основе различных критериев, таких как функция, сердечник и т. д.

Классификация по функции:

– Понижающий трансформатор

Повышающий трансформатор

Повышающий трансформатор — это трансформатор, в котором первичное напряжение катушки меньше вторичного. Для повышения напряжения в цепи можно использовать повышающий трансформатор. Он используется в гибких системах передачи переменного тока или FACTS от SVC.

Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор используется для снижения напряжения. Тип трансформатора, в котором первичное напряжение катушки больше, чем вторичное напряжение, называется понижающим трансформатором. В большинстве источников питания используется понижающий трансформатор для снижения опасно высокого напряжения до более безопасного низкого напряжения.

Отношение количества витков на каждой катушке, называемое отношением витков, определяет соотношение напряжений. Понижающий трансформатор имеет большое количество витков на первичной (входной) обмотке, которая подключена к сети высокого напряжения, и небольшое количество витков на вторичной (выходной) обмотке, обеспечивающей низкое выходное напряжение.

ОТНОШЕНИЕ витков = (Vp / Vs) = (Np / Ns)

• Где,
• Vp = первичное (входное) напряжение
• Vs = вторичное (выходное) напряжение
• Np = количество витков на первичной обмотке
• Ns = количество витков вторичной обмотки
• Ip = первичный (входной) ток
• Is = вторичный (выходной) ток.

Классификация по сердечнику

1. Тип сердечника 

2. Тип корпуса

Тип сердечника Трансформатор

В этом типе трансформатора обмотки отданы на значительную часть цепи в сердечнике трансформатора. Используемые катушки бывают профильными и цилиндрическими на сердечнике. Он имеет одну магнитную цепь.

В трансформаторе с сердечником катушки намотаны спиральными слоями с различными слоями, изолированными друг от друга такими материалами, как слюда. Сердечник имеет два прямоугольных плеча, и катушки размещены на обоих плечах по типу сердечника.

Трансформатор кожухового типа

Трансформатор кожухового типа является наиболее популярным и эффективным типом трансформаторов. Трансформатор оболочкового типа имеет двойную магнитную цепь. Сердечник имеет три плеча и обе обмотки размещены на центральных плечах. Сердечник охватывает большую часть обмотки. Обычно многослойные дисковые и сэндвич-змеевики используются в оболочковом типе.

Каждая катушка высокого напряжения находится между двумя катушками низкого напряжения, а катушки низкого напряжения расположены ближе всего к верхней и нижней части ярма. Кожуховая конструкция наиболее предпочтительна для работы трансформатора с очень высоким напряжением.

Естественное охлаждение в трансформаторе кожухового типа отсутствует, так как обмотка кожухообразного типа окружена самим сердечником. Для лучшего обслуживания необходимо снять большое количество обмоток.

Другие типы трансформаторов

Типы трансформаторов различаются способом расположения первичных и вторичных катушек вокруг многослойного стального сердечника трансформатора:

В зависимости от обмотки трансформатор может быть трех типов

1. Двухобмоточный трансформатор (обычный тип)
2. Однообмоточный (авто)
3. Трехобмоточный (силовой трансформатор)

В зависимости от расположения катушек трансформаторы классифицируются как:

1. Cylindrical type 
2. Disc type

According to use of  the transformer can be of three types

1. Power transformer
2. Distribution transformer
3. Instrument transformer

Instrument transformer can subdivided into two types :

1. Трансформатор тока
2. Трансформатор напряжения

Работа трансформатора

Давайте теперь переключим наше внимание на наше основное требование: Как работают трансформаторы? Работа трансформатора в основном работает по принципу взаимной индуктивности между двумя цепями, связанными общим магнитным потоком. Трансформатор в основном используется для преобразования электрической энергии.

Трансформаторы состоят из типов проводящих катушек, таких как первичная обмотка и вторичная обмотка.

Входная катушка называется первичной обмоткой, а выходная катушка называется вторичной обмоткой трансформатора.

Нет электрического соединения между двумя катушками; вместо этого они связаны переменным магнитным полем, создаваемым в сердечнике трансформатора из мягкого железа. Две линии в середине символа цепи представляют ядро. Трансформаторы потребляют очень мало энергии, поэтому мощность на выходе почти равна мощности на входе.

Первичная и вторичная катушки обладают высокой взаимной индуктивностью. Если одну из катушек подключить к источнику переменного напряжения, то в пластинчатом сердечнике установится переменный поток.

Этот поток соединяется с другой катушкой, и в соответствии с законом электромагнитной индуктивности Фарадея индуцируется электромагнитная сила.

e = M di/dt

• Где
  e – ЭДС индукции
  M – взаимная индуктивность

Если вторая катушка замкнута, то ток в катушке передается от первичной обмотки трансформатора к вторичной обмотке .

Уравнение идеальной мощности трансформатора

Пока мы сосредоточимся на нашем вопросе о том, как работают трансформаторы, основное, что нам нужно знать, это уравнение идеальной мощности трансформатора.

трансформатор
v1 1 0 ac 10 грех
rbogus1 1 2 1e-12
rbogus2 5 0 9e12
л1 2 0 100
л2 3 5 100
** Эта строка сообщает SPICE, что две катушки индуктивности
** l1 и l2 магнитно «связаны» друг с другом
к л1 л2 0,999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 1k
.ac лин 1 60 60
.print переменный v (2,0) я (v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.конец
 

частота v(2) i(v1)
6.000Э+01 1.000Э+01 9.975Э-03 Первичная обмотка
 
частота v(3,5) i(vi1)
6. 000Э+01 9.962Э+00 9.962Э-03 Вторичная обмотка
 

трансформатор
v1 1 0 ac 10 грех
rbogus1 1 2 1e-12
rbogus2 5 0 9е12
л1 2 0 100
л2 3 5 100
к л1 л2 0,999
vi1 3 4 ac 0
** Обратите внимание на сопротивление нагрузки 200 Ом.
нагрузка 4 5 200
.ac лин 1 60 60
.print переменный v (2,0) я (v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.конец
 

частота v(2) i(v1)
6.000E+01 1.000E+01 4.679E-02
 
частота v(3,5) i(vi1)
6.000E+01 9.348E+00 4.674E-02
 

трансформатор
v1 1 0 ac 10 грех
rbogus1 1 2 1e-12
 
rbogus2 5 0 9e12
л1 2 0 100
л2 3 5 100
к л1 л2 0,999
vi1 3 4 ac 0
4 5 15
.ac лин 1 60 60
.print переменный v (2,0) я (v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.конец
 

частота v(2) i(v1)
   
6.000E+01 1.000E+01 1.301E-01
 
частота v(3,5) i(vi1)
6.000E+01 1,950Э+00 1.300Э-01
 

трансформатор
v1 1 0 ac 10 грех
rbogus1 1 2 1e-12
rbogus2 5 0 9e12
л1 2 0 100
л2 3 5 100
** Коэффициент связи = 0,99999 вместо 0,999
к л1 л2 0,99999
vi1 3 4 ac 0
4 5 15
. ac лин 1 60 60
.print переменный v (2,0) я (v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.конец
 

частота v(2) i(v1)
6.000E+01 1.000E+01 6.658E-01
частота v(3,5) i(vi1)
6.000E+01 9.987E+00 6.658E-01
 

трансформатор
v1 1 0 ac 10 грех
rbogus1 1 2 1e-12
    
rbogus2 5 0 9e12
** индуктивность = 1 генри вместо 100 генри
л1 2 0 1
л2 3 5 1
к л1 л2 0,999
vi1 3 4 ac 0
4 5 15
. ac лин 1 60 60
.print переменный v (2,0) я (v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.конец
 

частота v(2) i(v1)
6.000E+01 1.000E+01 6.664E-01
частота v(3,5) i(vi1)
6.000E+01 9.977E+00 6.652E-01
 

трансформатор
v1 1 0 ac 10 грех
rbogus1 1 2 1e-12
rbogus2 5 0 9е12
л1 2 0 1
л2 3 5 1
к л1 л2 0,999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 1k
. ac лин 1 60 60
.print переменный v (2,0) я (v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.конец
 

частота v(2) i(v1)
 
6.000E+01 1.000E+01 2.835E-02
частота v(3,5) i(vi1)
6.000E+01 9.990E+00 9.990E-03