Как выглядит трансформатор: Что внутри у трансформатора

Содержание

Что внутри у трансформатора

Трансформатор представляет собой устройство для преобразования величины переменного тока или напряжения.

В простейшем случае трансформатор состоит из двух гальванически изолированных друг от друга обмоток, помещенных на общий сердечник (Рис.1 ).

Обмотка, подключенная к источнику переменного тока называется первичной. Нагрузка подключается к вторичной обмотке трансформатора. Материалом для обмоток служит медные проводники, реже – алюминиевые круглого или прямоугольного сечения. Для трансформаторов, работающих на сетях переменного тока низкой промышленной частоты материалом сердечника служит электротехническая сталь.

Рис. 1

Принцип работы трансформатора заключается в том, что проходящий по первичной обмотке ток II создает магнитный поток ФОСН, одинаковый во всем сечении сердечника. Магнитный поток индуцирует во вторичной обмотке токIII и напряжение UII, определяемое соотношением витков в двух обмотках – wIи wII.

При прохождении магнитного потока возникают потери в сердечнике на вихревые токи.

Для их уменьшения магнитопровод собирают из отдельных, изолированных друг от друга пластин с высоким удельным сопротивлением.  Если замыкаются несколько пластин сердечника, вихревые токи приводят к повышению температуры магнитопровода, что может привести к разрушению изоляции обмоток.

Также возникают потери на образовании магнитного поля вне сердечника трансформатора (Рис. 1,ФРАС). Проходящий в первичной обмотке ток вызывает нагрев проводника катушки и снижает КПД работы трансформатора.

Однофазные трансформаторы по типу сердечника разделяются на броневые и стержневые.

На броневых магнитопроводах катушки обмотки установлены на одной оси и закрыты другими полосами сердечника (Рис 2,а).

Такие трансформаторы широко используется при небольшой мощности потребления. В стержневых трансформаторах (Рис 2, б ) катушки охватывают большую часть сердечника. Магнитопроводы трансформатора делают раздельными для уменьшения вихревых токов и стягивают между собой при сборке.

Рис. 2

В зависимости от отношения витков трансформаторы бывают повышающими и понижающими. Также различают сторону подключения высокого и низкого напряжения.

Однофазный трансформатор может работать в режиме холостого хода, короткого замыкания или на нагрузку.

При холостом ходе, вторичная обмотка не подключена, или подключена на нагрузку с большим сопротивлением. Ток в ней равен нулю. Режим холостого хода используется для измерения коэффициента трансформации и величины потерь в магнитопроводе.

Короткое замыкание в трансформаторе получается, если замкнуть выводы вторичной обмотки. При этом возникает падение напряжение в первичной обмотке, а во вторичной напряжение  определяется падением напряжения на сопротивлении обмотки. Режим КЗ используется для измерения величины потерь на обмотках.

Включение трансформатора под нагрузку является рабочим режим трансформатора. При отсутствии перегрузок трансформатор может проработать неограниченно долго.

Рис. 3

Трехфазные трансформаторы можно рассматривать как три отдельных однофазных трансформатора, первичные и вторичные обмотки которых соединены определенным образом – по схеме «звезда» или «треугольник» (Рис 3, первичные обмотки включены «звездой», вторичные – «треугольником»).

Использование соединения «звездой» конструктивно проще и применяется при больших действующих напряжениях при сравнительно малом токе. В обратном случае (при большом токе и малом напряжении) предпочтительней «треугольник». При одинаковой схеме подключения вторичной и первичной обмоток коэффициент трансформации соответствуют коэффициенту одной фазы.

Если используется смешанное подключение коэффициент трансформации будет отличаться от номинального в большую или меньшую сторону, что позволяет изменять напряжение на выводах коммутацией обмоток.

Как правило,трехфазные трансформаторы работают на больших мощностях, что требует дополнительного охлаждения обмоток и сердечника.

Рис. 4

Трехфазный трансформатор (Рис. 4) включает первичные 1 и вторичные обмотки 2, концентрически установленные на общий сердечник. Трансформатор помещен в бак 3, заполненный диэлектрическим охлаждающим маслом. Выводы обмоток изолируются от корпуса бака фарфоровыми изоляторами 4.

Система охлаждения включает в себя несколько труб, соединяющих бак сверху и снизу 

5 и расширитель 6. При нагреве трансформатора масло поднимается к верху емкости, охлаждается от окружающей среды и опускается через боковые трубки, вытесняя нагретое масло вверх. Расширитель служит для компенсации повышения объема масла при нагреве. Также на бак трансформатора установлены термометр, а в расширителе  – окно для измерения объема масла.

Трансформаторы широко применяются в современных системах распределения электроэнергии. В бытовом применении, для питания различной электроники, низкочастотные трансформаторы уже почти вытеснены более лучшими высокочастотными.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Трансформаторы – ООО “ПРОМЭНЕРГО-НН”

Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод(сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкогоматериала.

Трансформатор силовой ОСМ 0,16 — Однофазный Сухой Многоцелевого назначения мощностью 0,16 кВА

Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора.1 — первичная обмотка,2 — вторичная

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

  1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
  2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемуюпервичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника.

Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменныймагнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производноймагнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

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

Форма напряжения во вторичной обмотке связана с формой напряжения в первичной обмотке довольно сложным образом. Благодаря этой сложности удалось создать целый ряд специальных трансформаторов, которые могут выполнять роль усилителей тока, умножителей частоты, генераторов сигналов и т. д.

Исключение — силовой трансформатор. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П.Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

В случае силового трансформатора, работающего в схеме Преобразователя Мотовилова по патенту России № 2016483, он преобразует постоянный силовой ток первичной обмотки в постоянный силовой ток вторичной обмотки при прямоугольном переменном напряжении на обеих обмотках. Последнее выпрямляется в постоянное напряжение так, что на входе и выходе схемы Мотовилова действуют постоянные токи при постоянном напряжении.

Режимы работы трансформатора

1.Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. По первичной обмотке протекает ток холостого хода, главной составляющей которого является реактивный ток намагничивания. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике (т. н. «потери в стали»).

2. Режим нагрузки. Этот режим характеризуется работой трансформатора с подключенным источником в первичной, и нагрузкой во вторичной цепи трансформатора.

Во вторичной обмотке протекает ток нагрузки, а в первичной — ток, который можно представить как сумму тока нагрузки (пересчитанного из соотношения числа витков обмоток и вторичного тока) и ток холостого хода. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

3.Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. Это разновидность режима нагрузки, при котором сопротивление вторичной обмотки является единственной нагрузкой. С помощью опыта короткого замыкания можно определить потери на нагрев обмоток в цепи трансформатора («потери в меди»). Это явление учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Виды трансформаторов

Трансформатор

Силовой трансформатор

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

Силовой трансформатор постоянного токаиспользуется для непосредственного преобразования напряжения в цепях постоянного тока. Термин «силовой» показывает отличие таких трансформаторов от измерительных устройств класса «Трансформатор постоянного тока».

Автотрансформатор

Автотрансформа?тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно.

Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4. Существенным достоинством является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Трансформатор тока

Трансформа?тор то?ка — трансформатор, первичная обмотка которого питается от источника тока. Типичное применение — для снижения тока первичной обмотки до удобной величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации, кроме того, трансформатор тока осуществляетгальваническую развязку (в отличие от шунтовых схем измерения тока). Обычно номинальное значение тока вторичной обмотки распространённых трансформаторов 1 А или 5 А. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с нагрузкой, переменный ток в которой необходимо контролировать, а во вторичную обмотку включаются измерительные приборы или исполнительные и индикаторные устройства, например, реле.

Вторичная обмотка токового трансформатора должна работать в режиме, близком к режиму короткого замыкания. При случайном или умышленном разрыве цепи вторичной обмотки на ней наводится очень высокое напряжение, которое может вызвать пробой изоляции, повреждение подключённых устройств.

При работе вторичной обмотки в режиме короткого замыкания отношение токов обмоток близко к (в идеальном случае равно) коэффициенту трансформации.

Трансформатор напряжения

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

Импульсный трансформатор

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

Разделительный трансформатор

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

Согласующий трансформатор

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

Пик-трансформатор

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

Сдвоенный дроссель

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

Основные части конструкции трансформатора

Стержневой тип трёхфазных трансформаторов

Броневой тип трёхфазных трансформаторов

Основными частями конструкции трансформатора являются:

  • магнитопровод
  • обмотки
  • каркас для обмоток
  • изоляция
  • система охлаждения
  • прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты трансформатора и т. п.)

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

  • Стержневой
  • Броневой
  • Тороидальный

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т. e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Магнитная система (магнитопровод)

Магнитная система (магнитопровод) трансформаторавыполняется из электротехнической стали,пермаллоя, феррита или другого ферромагнитного материала в определённой геометрической форме. Предназначается для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитопровод в зависимости от материала и конструкции может набираться из пластин, прессоваться, навиваться из тонкой ленты, собираться из 2-х, 4-х и более «подков». Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называетсяостовом трансформатора.

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называетсястержень.
Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыканиямагнитной цепи, называется ярмо.

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

  1. Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости
  2. Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях
  3. Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней
  4. Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня

Обмотки]

Транспонированный кабель, применяемый в обмотке трансформатора

Дисковая обмотка

Основным элементом обмотки являетсявиток —электрический проводник, или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.

Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Сечение проводника обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства (для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При увеличении площади сечения проводника он может быть разделён на два и более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы называется жилой.

Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем.

Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный кабель. Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с постоянным шагом и применения общей внешней изоляции.

Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения требуемой общей толщины.

Обмотки разделяют по:

  1. Назначению
    • Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.
    • Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
    • Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третьей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.
  2. Исполнению
    • Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
    • Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.
    • Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.
    • Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.
    • Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов(не закончена, в работе)
      Схема соединения обмотокДиаграмма векторов напряжения
      холостого ходаПрим.1
      Условное
      обозначение
      ВННН
      У/Д-11

      Примечание: на диаграммезелёным цветомобозначены векторы обмотки «Звезда»,синим — «Треугольник»,красным — смещение вектора AB.

      В железнодорожных трансформаторах также встречается группа соединений «разомкнутый треугольник — неполная звезда».

      Варианты исполнения

      Конструкция бака допускает температурно-зависимое расширение масла. Исходя из этого трансформаторные баки делятся по конструктивному исполнению:

      1. Трансформаторы с гладким баком без расширителя (такая конструкция применяется для мощностей вплоть до 10кВА), выводы смонтированы на крышке. Температурная компенсация расширения масла производится за счёт неполного заполнения бака и создания в верхней части воздушной подушки.
      2. Трансформаторы с расширительным баком (вплоть до 63 кВА), выводы расположены на крышке.
      3. Трансформаторы с расширительным баком и радиаторами, выводы расположены на крышке. В старых конструкциях радиаторы выполнялись в виде гнутых труб, приваренных к баку — т. н. «трубчатый бак».
      4. Трансформаторы с расширительным баком, радиаторами и выводами на стенках бака на специальных фланцах (фланцевое крепление). Этот тип трансформатора имеет в обозначении литеру «Ф» и предназначается для непосредственной установки в производственном помещении («цеховое исполнение»).
      5. Трансформаторы с радиаторами, без расширителя, фланцевого крепления. Компенсация температурного расширения масла производится созданием в верхней части газовой подушки из инертного газа — азота (для исключения окисления масла воздухом). Такие трансформаторы также относятся к типу цеховых и имеют в обозначении литеру «З» — защищённое исполнение. Аварийный сброс давления производится специальным клапаном.
      6. Трансформаторы без расширителя, без радиаторов с гофробаком. Наиболее современная конструкция. Компенсация температурного изменения объёма масла происходит с помощью специальной конструкции бака с гофрированными стенками из тонкой стали (гофробак). Расширение масла сопровождается раздвиганием гофр бака. Аварийный сброс давления масла (например при внутренних повреждениях) производится специальным клапаном. Такие трансформаторы имеют в обозначении литеру «Г» — герметичное исполнение.

        Обозначение на схемах[

        На схемах трансформатор обозначается следующим образом:

        Центральная толстая линия соответствует сердечнику,1 — первичная обмотка (обычно слева),2и3 — вторичные обмотки. Число полуокружностей в очень грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности).

        При обозначении трансформатора жирной точкой около вывода могут быть указаны начала катушек (не менее чем на двух катушках, знаки мгновенно действующей ЭДС на этих выводах одинаковы). Применяется при обозначении промежуточных трансформаторов в усилительных (преобразовательных) каскадах для подчёркивания син- или противофазности, а также в случае нескольких (первичных или вторичных) обмоток, если соблюдение «полярности» их подключения необходимо для работы остальной части схемы. Если начала обмоток не указаны явно, то предполагается, что все они направлены в одну сторону (после конца одной обмотки — начало следующей).

        В схемах трёхфазных трансформаторов «обмотки» располагают перпендикулярно «сердечнику» (Ш-образно, вторичные обмотки напротив соответствующих первичных), начала всех обмоток направлены в сторону «сердечника».

        Применение трансформаторов

        Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетяхи в источниках питанияразличных приборов.

        Применение в электросетях

        Поскольку потери на нагревание проводапропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют силовые трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

        Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

        Несмотря на высокий КПД трансформатора (для трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности.

        Применение в источниках электропитания

        Компактный сетевой трансформатор

        Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины, содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до нескольких киловольт (для питания анода кинескопа черезумножитель напряжения).

        В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц.

        В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств (например в блоках питания персональных компьютеров) широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В импульсных блоках питанияпеременное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют при помощиинверторав высокочастотные импульсы. Система управления с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение.

        В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому современные импульсные блоки питания при одинаковой мощности значительно легче.

        Трансформаторы 50-60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в тех случаях, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например при высококачественном звуковоспроизведении.

        Другие применения трансформатора

        • Разделительные трансформаторы(трансформаторная гальваническая развязка). Нейтральный провод электросети может иметь контакт с «землёй», поэтому при одновременном касании человеком фазового провода (а также корпуса прибора с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же прибор включён в сеть через трансформатор, касание прибора одной рукой вполне безопасно, поскольку вторичная цепь трансформатора никакого контакта с землёй не имеет.
        • Импульсные трансформаторы(ИТ). Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ, заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.
        • Измерительные трансформаторы. Применяют для измерения очень больших или очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях РЗиА.
        • Измерительный трансформатор постоянного тока. На самом деле представляет собой магнитный усилитель, при помощи постоянного тока малой мощности управляющий мощным переменным током. При использовании выпрямителя ток выхода будет постоянным и зависеть от величины входного сигнала.
        • Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют широкое применение в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до мегаватта), например, в дизель-генераторах. Такой трансформатор представляет собой измерительный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор — трёхфазный, обязательно применяется и трёхфазный трансформатор). Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора — чем больше нагрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и наоборот.
        • Согласующие трансформаторы. Из законов преобразования напряжения и тока для первичной и вторичной обмоткивидно, что со стороны цепи первичной обмотки всякое сопротивление во вторичной обмотке выглядит враз больше. Поэтому согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадамэлектронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление. Например, высоким выходным сопротивлением может обладать выходной каскад усилителя звуковой частоты, особенно, если он собран налампах, в то время как динамики имеют очень низкое сопротивление. Согласующие трансформаторы также исключительно полезны ввысокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.

        Фазоинвертирующие и согласующие трансформаторы в выходном каскаде усилителя звуковой частоты с транзисторами одного типа проводимости. Транзистор в такой схеме усиливает только половину периода выходного сигнала. Чтобы усилить оба полупериода, нужно подать сигнал на два транзистора в противофазе. Это и обеспечивает трансформаторT1. ТрансформаторT2суммирует выходные импульсыVT1иVT2в противофазе и согласует выходной каскад с низкоомным динамиком

Опорный измерительный трансформатор тока

 Скачать чертеж      Скачать руководство по экплуатации      Скачать каталог 

                                                                                                                                                   

Основные вопросы:

 

Какие трансформаторы тока легко заменить на ТОЛ-НТЗ-10-01А ?

 

ТОЛ-СЭЩ-10-11М-0,5S/10Р-10/15-250/5 У2       ТЛК-СТ-10-15(1)-0,5S/10Р10-10ВА/15ВА-250/5-250/5 20 У2
ТОЛ-НТЗ-10-01А на 100% совпадает с ними по техническим и геометрическим показателям
ТОЛ-СЭЩ-10-11-0,5S/10Р-10/15-250/5 У2                   ТЛК-СТ-10-5(1)-0,5S/10Р10-10ВА/15ВА-250/5-250/5 20 У2
  ТОЛ-НТЗ-10-11А-0,5S Fs10/10Р10-10/15-250/5 УХЛ2 б 20кА            
ТОЛ-НТЗ-10-01А на 2 см короче. Все остальное на 100% совпадает по техническим и геометрическим показателям

 

При замене на какие трансформаторы предстоит менять местами ошиновку ?

ТОЛ-10-I-2-0,5S/10Р-250/5 У2, 10/15ВА ТОЛ-СВЭЛ-10М-29-0,5S/10Р-250/5 УХЛ2, 10/15ВА
ТОЛ-СВЭЛ-10-1-0,5S/10Р-250/5 УХЛ2, 10/15ВА
ТОЛ-10-11.2-2-0,5S/10Р-250/5 У2, 10/15ВА
ТЛО-10 М1АС-0,5S Fs10/10Р10-10/15-250/5 У2 б 20кА ТЛО-10 М11АС-0,5S Fs10/10Р10-10/15-250/5 У2 б 20кА
ТОЛ-НТЗ-10-01А на 100% совпадает по техническим показателям. На входе шины (Л1 и Л2) переставлены местами

                                                         

 В какое оборудование устанавливается?

Эти трансформаторы устанавливаются в Пункт Коммерческого Учета (ПКУ-10 или ПКУ-6). И в реклоузер на 6 и 10кВ.

В схеме: 3ТН + 3ТТ = устанавлиется три трансформатора тока. В схеме: 3ТН + 2ТТ = устанавлиется два трансформатора тока.

                                                          

Какое расположение шины на входе и выходе Л1 и Л2?

У ТОЛ-НТЗ-10-01А шина Л1 расположена со стороны шильдика и вторичных обмоток. Такое расположение у ТОЛ-СЭЩ-10-11М (или ТОЛ-СЭЩ-10-11)- оба изготовления “Электрощит-Самара” (СЭЩ). У ТЛК-СТ-10-15(1) (или ТЛК-СТ-10-5(1) )- оба изготовления “Самарские трансформаторы” (ОЭНТ).

 

У ТОЛ-СВЭЛ-10М-29 (или ТОЛ-СВЭЛ-10-1)- оба изготовления АО “группа “СВЭЛ”, у ТЛО-10-М11АС (или ТЛО-10-М1АС) – оба изготовления “Электрощит-Кº”, у ТОЛ-10-11.2-2 (или ТОЛ-10-I-2) – оба изготовления “СЗТТ”- шина Л1 расположена с тыльной стороны от вторичных обмоток. Придется разворачивать трансформаторы на 180º или разворачивать шины на первичной обмотке.

 

                                                                         На сколько киловольт?

  Все трансформаторы тока имеют схожую внутренню начинку. Верхний слой – это изоляция на 10кВ. Соответственно их можно устанавливать на 3кВ, 6кВ, 10кВ. Максимальное напряжение 12кВ.

                                               Какой межповерочный интервал?

  Межповерочный интервал 16 лет. Срок эксплуатации 30 лет. В паспорте это указано в пункте 6. 

                                               Какой вес и габариты?

  ТОЛ-НТЗ-10-01А – это корпус “Малыш”. Ананалогичные размеры копруса у ТОЛ-10-11.2-2 (изготовления “СЗТТ”), ТОЛ-СВЭЛ-10М-29 (изготовления “СВЭЛ”), ТЛО-10-М11АС (изготовления “Электрощит-Кº”), ТОЛ-СЭЩ-11М (изготовления “Электрощит Самара” (СЭЩ)) и ТЛК-10-15(1) (изготовления “Самарские трансформаторы”-(ОЭНТ)).

 

Вес=17кг.

Общие габариты. Длина=232мм*Ширина=148мм*Высота=224мм.

 

Габариты крепления сверху (ввод под шину): Одна шина=40мм. Между крайними болтами двух шин=80мм.

Габариты крепления снизу (на опору) : 95мм * 110мм.

Важно! Размер резьбы и длина крепежных болтов у разных производителей может незначительно разниться. Например: М12х22 и М25х6.

То есть: новые отверстия сверлить не нужно. А вот новые болты подобрать потребуются!

На Евро палете (1,2м*0,8м) умещается в один ряд 25штук.

От стандартного “11 корпуса” (ТОЛ-СЭЩ-10-11,  ТОЛ-НТЗ-10-11А или ТЛО-10-М1АС) отличается длиной на 2см. Короче.

Высота идентична – как у “11 корпуса” = 224мм.

Ширина идентична – как у “11 корпуса” = 148мм.

Посадочные крепления у “11корпуса” – идентичны ТОЛу “Малышу”.

 

Как правильно расключить вторичные выводы?

 

На трансформаторе тока с двумя вторичными  выводами у основания трансформатора расположены 4 болта.  Под каждым из которых находится, рельефная на корпусе надпись: 1И1  1И2   2И1  2И2.

1И1 – 1И2 – это вторичные выводы измерительной обмотки.

2И1 – 2И2 – это вторичные выводы защитной обмотки.

1И1 – соответствует шине сверху трансформатора Л1. Вход или Начало токовой цепи

1И2 – соответствует шине сверху трансформатора Л2. Выход или Конец токовой цепи.

1И1 – 1И2 – расключаются на счетчик или модуль управления.

2И1 – 2И2 – должны соотвественно расключаться на релейную защиту.

В случае, если в оборудовании не предусмотрена релейная защита, выводы 2И1 – 2И2 нельзя                  оставлять не расключенными. Это приведен к быстрому выходу из строя всего трансформатора.

2И1 – 2И2 необходимо расключить между выводами 2И1 – 2И2 у остальных трансформаторов тока и вывести на корпус. (на “землю”)

 

 Как расшифровать маркировку у разных заводов изготовителей трансформаторов тока?

1.Корпус.

Все заводы изготовители выпускают опорные трансформаторы тока на 6-10кВ в двух основных корпусах.

Аналог ТОЛа “Малыша” или Аналог ТОЛа “11 корпус”. Важное геометрическое отличие между ними – длина трансформатора.

1.1. ТОЛ- “Малыш”. Для двух вторичных обмоток. Со стандартными характеристиками. В номиналах от 5/5 до 800/5.  В классах точности 0,5/10Р, 0,5S/10Р, 0,2/10Р, 0,2S/10Р.

1.2. ТОЛ- “11 корпус”. Для двух и более вторичных обмоток. Со стандартными и завышенными характеристиками. В номиналах от 5/5 до 2500/5.

Корпус пишется в маркировке на втором или третьем месте после слова ТОЛ, ТЛО или ТЛК.

2. Колличество обмоток и их класс точности.

 После описания корпуса в маркировке идет описание обмоток.

2.1. Измирительная обмотка

Ее класс точности обозначается 0,5 ; 0,5S ; 0,2 ; 0,2S.

После нее может сразу идти в маркировке защитная характеристика Fs10 ; Fs5. Пример: 0,5Fs10.

2.2. Защитная обмотка

Ее класс точности описывается обозначается 10Р ; 5Р.

После нее может сразу идти в маркировке защитная характеристика 10 ; 20. Пример: 10Р10 ; 5Р20.

3. Мощность обмоток. (нагрузка).

Она обозначается после описания обмоток, до коэффициента трансформации или сразу после.

В каком порядке стоят классы точности обмоток, в таком же соотвествии обозначается мощность.

Стандартное значение для измерительной обмотки 10В*А.

Стандартное значение для защитной обмотки 15В*А.

Завышение нагрузки всегда приводит к повышению стоимости, а иногда и к увеличению размера корпуса.

Пример мощности для двух обмоток: 10/15ВА ; пример мощности для трех обмоток: 10/10/15; 5/10/30; 10/15/15

4. Коэффициент трансформации.

На шильдике он пишется в правой стороне. В паспорте пишется в конце маркировки или в верхней части таблицы паспорта.

Всегда обозначается: ” цифра/5″ или “цифра/1”.

“/5” – это сила тока у счетчика.

Первоночальный ток ( “цифра/”) строго по ГОСТу. И меет занчения:

5/5, 10/5, 15/5, 20/5, 25/5, 30/5, 40/5, 50/5, 75/5, 80/5, 100/5, 150/5, 200/5, 250/5, 300/5, 400/5, 600/5, 800/5, 1000/5, 1250/5, 1500/5, 2000/5, 2500/5.

5. Защитные характеристики в маркировке.

Они могут указываться у разных производителей в маркировке или описываться в паспорте трансформатора.

Основных характеристик три:

5.1. Для измерительной обмотки.

Коэффициент безопасности приборов вторичных обмоток для измерения.

Пишется “Кб=10” или “Fs10”. Чем меньше цифра – тем качественней защита.

5.2. Для защитной обмотки.

Номинальная предельная кратность вторичных обмоток для защиты.

Пишется слитно после буквы “10Р” или “Кр=10”. Чем больше цифра – тем качественней защита.

5.3. Односекундный ток термической стойкости, кА

Это защита трансформатора тока в случае короткого замыкания.

Не всегда пишется в маркировке. Но всегда обозначается в паспорте.

Минимальная величина определяется ГОСТом. Максимальная величина определяется в зависимости от коэффициента трансформации. Любое значение выбрать нельзя!

Пример: 1,56 кА ; 3,0 кА ; 10,0 кА.

Ток электродинамической стойкости расчитывается умножением односекундного тока на 2,4.

6. Климатическое исполение.

Оно установлено строго по ГОСТу. И должно быть представлено на шильдике или в паспорте.

Пример: УХЛ2, У2, У3, Т2. 

Как выбрать трансформатор тока?

 1.1. Коэффициент трансформации трансформатора тока в зависимости от силового трансформатора ТМГ

Формула для просчета выглядит так:

I – сила тока на входе измерительного трансформатора тока

P – мощность ТМГ – первая цифра в маркировке

U ном – напряжение сети = 6 или 10кВ

cos φ = 0,8.

Пример маркировки ТМГ = 1000/10/0,4.

Из этого выходят два правила для трансформатора тока с коэффициентом трансформации 250/5

1. В сети на 6кВ они устанавливаются с ТМГ мощностью до 2078 кВт 

2. В сети на 10кВ они устанавливаются с ТМГ мощностью до 3464 кВт 

 

1.2. Класс точности трансформатора тока

Выбор класса точности зависит от класса точности счетчика и класса точности измирительной обмотки трансформатора напряжения (ЗНОЛ, ЗНОЛП или НОЛ)

1. Вариант. класс точности всей линии 0,5

    – ТОЛ-НТЗ-10-01А-0,5/10P-250/5 УХЛ2

    – Счетчик – класс точности 0,5

    – 3xЗНОЛ-СВЭЛ-10  УХЛ2 (10000;100;100/3; 0,5/225; 3/400)

2. Вариант. класс точности всей линии 0,5S

    – ТОЛ-НТЗ-10-01А-0,5S/10P-250/5 УХЛ2

    – Счетчик – класс точности 0,5S

    – 3xЗНОЛ-СВЭЛ-10  УХЛ2 (10000;100;100/3; 0,5/225; 3/400)

3. Вариант. класс точности всей линии 0,2S

    – ТОЛ-НТЗ-10-01А-0,2S/10P-250/5 УХЛ2

    – Счетчик – класс точности 0,2S

    – 3xЗНОЛ-СВЭЛ-10  УХЛ2 (10000;100;100/3; 0,2/225; 3/400)

Как трансформатор тока отражается на электрической схеме?

                                                                                     

Какие документы необходимы при составлении рекламации.

Если трансформатор не прошел испытаний при запуске или не выдает характеристики, заявленные в паспорте – Вы имеете право проверить данный трансформатор на заводе производителе.

Обращаться с данным вопросом нужно к продавцу трансформатора или на завод производитель напрямую.

Для того, чтобы рекламация была зарегестрирована в отделе ОТК завода – от Вас требуется:

– Протокол испытаний.

– Электрическая схема оборудования, в которую был установлен трансформатор.

– Письмо на официальном бланке.

– Фото трансформатора и фото шильдика. Помимо внешнего вида – фото должны отображать, что причиной неисправности не является корявый монтаж. (Например : забытый ключ, замыкающий две фазы).

После Регистрации рекламационного случая, трансформатор отправляется на завод – для испытаний. Дорогу оплачивает продавец или завод.

   В случае подтверждения – трансформатор меняется на новый и бесплатно отправляется в указанный Вами адрес.

   В случае не подтверждения – трансформатор на новый не меняется.

Гарантия по паспорту составляет 36 месяцев с момента введения в эксплуатацию.

Что делать если потерялся паспорт трансформатор тока или пломбировочные крышки?

 В этом случае Вы отправляете на на электронную почту [email protected].ru фото шильдика и Ваш почтовый адрес. В течении двух дней мы востанавливаем паспорт, высылаем Вам скан и отправляем по почте России оригинал.

 Если здесь нет Вашего вопроса, то прошу писать на почту тех. поддержки [email protected]

 Или позвонить по телефону 8 (473)-300-38-35

 Менеджеры: Марина и Дмитрий

 

Чем отличаются трансформаторы тока от транформаторов напряжения ? | Электро ом

Как выглядит трансформатор ?

Типичный современный представитель трансформаторов промышленные трансформаторы

Типичный современный представитель трансформаторов

Трансформатор тока ТОП-0,66 100/5А 5ВА класс 0,5 ИЭК

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения – это один из видов трансформаторов, который еще называют измерительным, предназначеннный для отделения первичных цепей высокого и сверх высокого напряжений и цепей измерений, РЗ и А. Также их используют для понижения высоких напряжений (110, 10 и 6 кВ) до стандартных нормируемых величин напряжений вторичных обмоток – 100 либо 100/√3.

Помимо этого, применение трансформаторов напряжение в электроустановках позволяет изолировать маломощные низковольтные измерительные приборы и устройства, что удешевляет стоимость и позволяет использовать более простое оборудование, а также обеспечивает безопасность обслуживания электроустановок.

Трансформаторы напряжения

Принцип работы трансформатора напряжения

Принцип действия трансформатора напряжения аналогичен принципу работы трансформатора тока. Обозначим это еще раз. По первичной обмотке проходит переменный ток, этот ток образует магнитный поток. Магнитный поток пронизывает магнитопровод и обмотки ВН и НН. Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка, то по ней начинает течь ток, который возникает из-за действия ЭДС. ЭДС наводится из-за действия магнитного потока. Подбирая разное количество витков первичной и вторичной обмоток можно получить нужное напряжение на выходе. Более подробно это показано в статье про векторную диаграмму трансформатора напряжения.

источник яндекс картинки

источник яндекс картинки

Если на ТН подавать постоянное напряжение, то ЭДС не создается постоянным магнитным потоком. Поэтому ТНы выпускают на переменное напряжение. Коэффициентом трансформации трансформатора напряжения называют естественно отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной и записывают через дробь. Например, 6000/100. Когда приходят молодые студенты, они иногда на вопрос какой коэффициент отвечают 60. Не стоит так делать.

Трансформатор тока

Трансформаторами тока (ТТ) принято называть электротехнические устройства, предназначенные для трансформирования величин токов до величин требуемых для подключения приборов измерения, устройств РЗиА.

ТРАНСФОРМАТОР ТОКА | спасибо pue8. ru за изображение

ТРАНСФОРМАТОР ТОКА | спасибо pue8.ru за изображение

Установка в силовых электроустановках трансформаторов низкой мощности позволяет также обезопасить производство работ, поскольку их использование разделяет цепи высокого / низкого напряжения, упрощает конструктивное исполнение дорогостоящих измерительных приборов, реле.

Поскольку сопротивление измерительных устройств незначительно, то принято считать, что все трансформаторы тока работают в режиме близком к КЗ.

По сути дела, трансформаторы тока – это измерительные трансформаторы, которые не только измеряют, но и осуществляют учет с помощью приборов. Запись и сохранение рабочих параметров тока нужно для рационального применения электроэнергии при ее транспортировке. Это одна из функций трансформатора тока. Модели конструкций бывают преобразующего типа и силовые варианты исполнений.

Трансформатор тока

Отличия трансформаторов

Основное отличие этих двух трансформаторов (напряжения и тока) заключается именно в их предназначении и функциях, которые они надежно выполняют.

Основная задача устройства для тока состоит в защите или в обеспечении точности, которая просто необходима для различных измерений или же любого обслуживания электрических сетей как в конкретном месте, так и в комплексе.

Назначение же трансформатора напряжения связано не с проверками и измерениями и даже не с ремонтом и профилактикой, а непосредственно с эксплуатацией. Невозможно запустить сеть без данного аппарата. Обязательно нужно преобразовывать напряжение с пониженного на повышенное. Именно с помощью подобных трансформаторов можно использовать везде универсальную электрическую сеть, ток в которой изменяется данным аппаратом и подходит под любую технику, будь то бытовые приборы или же устройства промышленного назначения.

источник Яндекс картинки

источник Яндекс картинки

Также стоит отдельно отметить опасность каждого трансформатора. Угрожает безопасности отсутствие или неработоспособность устройства, регулирующего напряжение: если неожиданно единица измерения повысится в большую сторону, то могут быть очень серьезные последствия, которые чреваты разнообразными трагедиями – от пожаров до других бедствий.

Также отсутствие изоляции угрожает ремонтникам, а отсутствие точных измерений может нарушить работу; но слишком серьезных последствий практически невозможно добиться.

Блог компании Электро ОМ

Классификация трансформаторов тока | Заметки электрика

Добро пожаловать на страницы сайта «Заметки электрика».

В прошлой статье я рассказал Вам про трансформаторы тока и их назначение.

Но в настоящее время на рынке существует большой выбор и разнообразие трансформаторов тока. И чтобы Вам было легче ориентироваться среди  них, необходимо их классифицировать.

Вот сегодня мы и поговорим об их разновидностях и классификации.

Классификация ТТ по назначению

Как разделяются трансформаторы тока по назначению, я подробно описал в статье про применение и назначение трансформаторов тока.

Еще существуют лабораторные трансформаторы тока, о которых я не упомянул в вышесказанной статье. Эти лабораторные ТТ имеют высокий класс точности и имеют несколько коэффициентов трансформации.

Так выглядит лабораторный трансформатор тока УТТ-6м1, установленный на моем рабочем стенде для проверки релейной защиты. Также мы его используем для измерения тока в первичной цепи при прогрузке автоматических выключателей более 100 (А).

Сейчас я подробно на нем останавливаться не буду. Расскажу о нем в отдельной статье. Кому интересно, то можете подписываться на статьи (в правой колонке сайта) и получать уведомление на почту о выходе новой статьи на сайте.

Классификация трансформаторов тока по месту установки

По месту установки трансформаторов тока их можно классифицировать следующим образом:

  • наружные

  • внутренние

  • встроенные

  • переносные

  • специальные

Наружные трансформаторы тока могут устанавливаться на открытом воздухе, т.е. это может быть открытое распределительное устройство (ОРУ). Категория размещения электрооборудования в данном случае является I и регламентируется ГОСТ 15150-69.

На фотографии ниже показаны трансформаторы тока наружной установки, установленные на стороне 110 (кВ).

Внутренние трансформаторы тока могут быть установлены только в закрытых помещениях. Это может быть закрытое распределительное устройство (ЗРУ), так и комплектное распределительное устройство (КРУ), а также все помещения закрытого типа, регламентируемого ГОСТом 15150-69.

Пример внутренней установки трансформаторов тока смотрите на фотографиях ниже.

Вот установка высоковольтного трансформатора тока  ТПШЛ-10 в ЗРУ-110 (кВ). Этот трансформатор стоит в цепи короткозамыкателя.

На фотографии ниже показан пример установки высоковольтных трансформаторов тока ТПЛ-10 в кабельном отсеке ячейки КРУ напряжением 10 (кВ).

Это трансформаторы ТПФМ-10 на одной из распределительных подстанций 10 (кВ).

А это несколько примеров низковольтных трансформаторов тока внутренней установки: КЛ-0,66 и ТТИ-А.

Встроенные трансформаторы тока встраиваются в силовые трансформаторы, выключатели, генераторы и другие электрические машины. В качестве внутренней среды электрооборудования применяется трансформаторное масло или газ.

Пример встроенных ТТ Вы можете посмотреть на фотографии ниже. Эти трансформаторы тока ТВТ встроены в бак силового трансформатора 110/10 (кВ) мощностью 40 (МВА). Они установлены на стороне 110 (кВ) и основная цель их установки — это осуществление дифференциальной защиты трансформатора.

Переносные ТТ применяются для  лабораторных электрических измерений и испытаний электрооборудования. Примером переносного трансформатора тока является лабораторный трансформатор тока, о котором я говорил в самом начале статьи.

Специальные ТТ предназначаются и устанавливаются в специальных электроустановках шахт, морских судов, электровозов. Сюда можно отнести трансформаторы тока, установленные в силовой цепи питания электрических печей высокой частоты. Мне лично не приходилось их видеть своими глазами.

Разделение ТТ по способу установки

По способу установки трансформаторов тока их можно классифицировать следующим образом:

  • проходные

  • опорные

Проходные ТТ применяют тогда, когда необходимо их установить в проеме стены или металлической поверхности (основания).  Чаще всего они применяются в качестве вводов, а также на старых подстанциях с бетонным распределительным устройством (БРУ), по особенностям конструкций бетонных перегородок. Проходные трансформаторы тока играют роль проходного изолятора.

Как видно по фотографиям, проходные трансформаторы тока легко узнать по особенностям расположения выводов первичной обмотки. Один вывод всегда расположен вверху, другой — внизу.

Опорные трансформаторы тока применяют и устанавливают на ровную опорную плоскость.

Отличительной особенностью опорных трансформаторов тока является то, что вывода первичной обмотки располагаются либо все вверху, либо один вывод слева, другой — справа.

Классификация трансформаторов тока по коэффициенту трансформации

В чем же заключается классификация трансформаторов тока по коэффициенту трансформации?

Трансформаторы тока бывают:

  • с одним постоянным коэффициентом трансформации (одноступенчатые)

  • с несколькими коэффициентами трансформации (многоступенчатые)

Трансформаторы тока с одним коэффициентом трансформации имеют на протяжении всего срока их службы и  эксплуатации один постоянный коэффициент, который никаким образом изменить нельзя. Они и нашли самое широкое применение.

У трансформаторов тока с несколькими коэффициентами трансформации можно изменить этот коэффициент путем несложных манипуляций. Например, изменить число витков обмоток, как первичной, так и вторичной.

Опять же в пример Вам привожу свой лабораторный трансформатор тока УТТ-6м1.

Классификация трансформаторов тока по первичной обмотке

По конструкции первичной обмотки, трансформаторы тока можно разделить следующим образом:

Об этом мы поговорим с Вами в отдельной статье про одновитковые и многовитковые трансформаторы тока, т. к. материала по этой теме очень много.

Разделение ТТ по типу изоляции

Суть этого разделения заключается в способах изоляции обмоток трансформатора тока (первичной и вторичной). Существует следующие способы изоляции обмоток между собой:

  • твердая изоляция
  • вязкая изоляция
  • смешанная изоляция
  • газовая изоляция

Под твердой изоляцией подразумевается использование фарфора, полимерных материалов, бакелита, капрона и эпоксидной изоляции (смолы).

Вязкая изоляция состоит из компаундов различных составов.

Под смешанной изоляцией понимают бумажно-масляную изоляцию.

В качестве газовой изоляции применяется воздух или элегаз.

Классификация ТТ по методу преобразования

Классификация трансформаторов тока по методу преобразования заключается в самом принципе преобразования переменного электрического тока.

Различают следующие методы преобразования:

Классификация трансформаторов тока по классу напряжения

Ну вот мы и добрались до класса напряжения. И конечно же трансформаторы тока тоже по ним делятся. Деление происходит очень легко и просто:

Разницу по классу напряжения трансформаторов тока видно не вооруженным глазом.

 

Выводы

Из опыта эксплуатации и технического обслуживания трансформаторов тока на подстанциях своего предприятия скажу, что чаще всего трансформаторы тока с классом напряжения от 3-10 (кВ) выполняются проходными, реже опорными. Все они предназначены для внутренней установки и имеют один коэффициент трансформации. Также у них используется 2 вторичные обмотки, одна из которых используется для цепей измерения и учета электроэнергии, а другая — для релейной защиты.

P.S. Если Вам необходимо узнать все классификационные характеристики конкретного трансформатора тока, то воспользуйтесь его паспортом. Если во время прочтения статьи у Вас появились вопросы, то смело задавайте их в комментариях.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


Схема соединения обмоток трансформатора тока

В цепях переменного тока часто применяют электрические машины, называемые трансформаторами. Все они призваны преобразовывать значение тока, но задачи при этом могут быть совершенно разными. Поэтому в электротехнике существуют такие понятия как трансформатор тока (ТТ), напряжения (ТН) и силовой трансформатор (ТС). Любой из них будет работать только при правильной схеме соединения обмоток трансформатора.

Что такое трансформатор тока

Трансформаторами тока называют электрические приборы, которые используют в сильноточных цепях с целью проведения безопасных измерений тока, а также для подключения защитных устройств с малым внутренним сопротивлением.

Конструктивно такие устройства представляют собой маломощные трансформаторы, последовательно включаемые в цепь электрического оборудования, где присутствует напряжение среднего и высокого уровня. Во вторичной цепи прибора снимают показания.

Стандартами на трансформаторы тока нормируются такие технические показатели устройств:

  • Коэффициент трансформации.
  • Фазовый сдвиг.
  • Прочность изоляционного материала.
  • Величина нагрузочной способности во вторичке.
  • Маркировка клемм.

Главное правило, которое нужно помнить, собирая схему соединения обмоток трансформатора тока – недопустимость холостого хода во вторичной цепи. Исходя из этого можно выбрать такие режимы работы для ТТ:

  • Подключение сопротивления нагрузки.
  • Работа при коротком замыкании (КЗ).

Что такое трансформатор напряжения

Отдельная группа трансформаторов, применяемая в сетях переменного тока напряжением свыше 380 В. Основная задача устройств – осуществление питания приборов измерительного назначения (ИП), схем релейной защиты и гальваническая развязка оборудования от высоковольтных линий в целях безопасности обслуживающего персонала.

Конструктивное исполнение ТН принципиально не отличается от ТС. Они понижают напряжение до 100 В, которое уже поступает на ИП. Шкалы приборов градуируют, учитывая коэффициент трансформации измеряемого напряжения на первичной обмотке.

Что такое силовой трансформатор

Основные электрические машины, используемые на подстанциях и в быту – это силовые трансформаторы. Они выполняют роль преобразователей напряжения одной величины в другую, сохраняя при этом форму электрического сигнала. Бывают понижающие и повышающие электрические машины.

ТС бывают трехфазными и однофазными на две или три обмотки. Трехфазные обычно применяют для перераспределения энергии в мощных электрических сетях, однофазные можно встретить в любой бытовой аппаратуре, например, блоках питания.

Схемы подключения обмоток ТТ

Существуют такие базовые схемы соединения вторичных обмоток трансформатора тока при питании защитных релейных устройств:

  1. Схема полной звезды. В этом случае во всех силовых фазных линиях коммутируют трансформаторы тока. Вторичные их обмотки соединяют схемой звезды с релейными обмотками. В точку нуля должны сходиться все клеммы ТТ одноименного значения. По такой схеме на короткое замыкание (КЗ) любой фазы будет реагировать свое реле. Если произойдет КЗ на земляной шине, то в звезде (в проводе нуля) сработает реле.
  2. Схема соединения обмоток трансформатора в неполную звезду. Такой вариант предполагает установку ТТ не на все фазы, только на две. Обмотки вторичные соединяют также с реле звездой. Такая схема эффективно действует только при закорачивании между фазами. При КЗ фазы на ноль (где не был установлен ТТ) система защиты не сработает.
  3. Схема треугольник – на трансформаторах, звезда – на реле. Здесь ТТ своими разноименными клеммами вторичных обмоток последовательно соединяют треугольником. Вершины этого треугольника переходят к лучам звезды, где реле устанавливают. Применяется при таких видах защиты схема как дистанционная и дифференциальная.
  4. Схема соединения ТТ по принципу двух фаз разности. Схема только на междуфазные реагирует КЗ при чувствительности необходимой.
  5. Схема нулевой последовательности фильтрации токов.

Схемы соединения обмоток трансформатора напряжения

Касаемо ТН, когда они питают релейные защиты и измерительное оборудование, используют как междуфазное напряжение, так и линейное (между фазой и землей). Самые часто используемые схемы – по принципу открытого треугольника и неполной звезды.

Треугольник применяют, когда есть необходимость двух или трех междуфазных напряжений, звезду при соединении трех ТН, если одновременно используют фазные и линейные напряжения при измерениях и защите.

Для электрических устройств с двумя дополнительными вторичными обмотками применяют схему включения, где основные обмотки первичного и вторичного назначения соединены звездой. При помощи разомкнутого треугольника собраны дополнительные обмотки. Такой схемой можно получить напряжение 0-вой последовательности для реагирования релейной системы на КЗ в цепи с заземленным проводом.

Схемы соединения обмоток трансформаторов силовых

Для трехфазных сетей существуют три основные схемы соединения обмоток силовых трансформаторов. Каждый из способов такого соединения имеет свое влияние на режим работы трансформатора.

Соединение звездой – это когда существует общая точка объединения начал или концов всех обмоток (нулевая точка). Здесь присутствует следующая закономерность:

  • Фазные и линейные токи имеют одинаковую величину.
  • Напряжение фазное (между фазой и нейтралью) меньше линейного (между фазами) на корень из 3.

Касаемо обмоток высшего (ВН), среднего (СН) и низшего (НН) напряжения чаще применяют схемы:

  • Соединяют звездой обмотки ВН, выводя провод из точки ноль для повышающих и понижающих Т любой мощности.
  • Обмотки СН соединяют аналогично.
  • НН обмотки редко соединяют звездой у понижающих трансформаторов, но, когда это происходит, выводят нулевой провод.

Соединение треугольником предполагает последовательное включение трансформатора в контур, где начало одной обмотки имеет контакт с концом другой, начало другой с концом последней и начало последней с концом первой. Из вершин треугольника выходят отводы электричества. В такой схеме соединения обмоток трехфазного трансформатора присутствует закономерность:

  • Фазные и линейные напряжения имеют одинаковую величину.
  • Фазные токи меньше линейных на корень из 3.

В треугольник, как правило, соединяют обмотки НН любых понижающих и повышающих трехфазных Т на две, три обмотки, а также мощных однофазных собираемых в группы. Для ВН и СН обычно не используют соединение треугольником.

Соединение зигзаг-звезда характеризуется выравниванием магнитного потока по фазам трансформатора, если нагрузка на них во вторичных обмотках распределена неравномерно.

Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов

Кроме схем соединения, существуют группы, под которыми понимают не что иное, как смещение векторных направлений линейных ЭДС первичных обмоток относительно электродвижущей силы во вторичных обмотках. Эти угловые расхождения могут изменяться в пределах 360 градусов. Факторами, определяющим группу являются:

  • Направление витков обмотки.
  • Способ расположения на сердечнике катушки.

Для удобства обозначения групп приняли часовой угловой отсчет, деленный на 30 градусов. Поэтому получилось 12 групп (от 0 до 11). При всех основных схемах соединения обмоток трансформаторов возможны все смещения на угол, кратный 30 градусам.

Для чего нужна третья гармоника

В электротехнике есть понятие намагничивающего тока. Именно он формирует электродвижущую силу (ЭДС). Форма такого тока не является синусоидальной, так как здесь присутствуют высшие гармонические составляющие. За передачу кривой фазного напряжения без искажений (искаженная форма нежелательна для работы оборудования) отвечает третья гармоника.

Для получения третьей гармоники обязательным условием есть соединение в треугольник хотя бы одной обмотки. Если же за базовую принята схема соединения обмоток трансформатора звезда-звезда, например, в трансформаторах на две обмотки, получить третью гармонику невозможно без дополнительного технического вмешательства. Тогда на трансформатор доматывают третью обмотку, которую соединяют треугольником иногда без выводов.

Применение трансформаторов – Трансформаторы





Повседневно трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

Применение в электросетях

Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

Несмотря на высокий КПД трансформатора (для трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности (до 16000 кВт).

Применение в источниках электропитания

Для питания различных  электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до 30 киловольт (для питания анода кинескопа).

В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц.

В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств (например в блоках питания персональных компьютеров) широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В импульсных блоках питания переменное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют при помощи инвертора в высокочастотные импульсы. Система управления с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение.

В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому современные импульсные блоки питания при одинаковой мощности значительно легче.

Трансформаторы 50-60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в случая, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например в высококачественном звуковоспроизведении.

Другие применения трансформатора

Разделительные трансформаторы (трансформаторная гальваническая развязка). Нейтральный провод электросети может иметь контакт с «землёй», поэтому при одновременном касании человеком фазового провода (а также корпуса прибора с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же прибор включён в сеть через трансформатор, касание прибора одной рукой вполне безопасно, поскольку вторичная цепь трансформатора никакого контакта с землёй не имеет.
Импульсные трансформаторы (ИТ). Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ, заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.
Измерительные трансформаторы. Применяют для измерения очень больших или очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях РЗиА.
Измерительный трансформатор постоянного тока. На самом деле представляет собой магнитный усилитель, при помощи постоянного тока малой мощности управляющий мощным переменным током. При использовании выпрямителя ток выхода будет постоянным и зависеть от величины входного сигнала.
Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют широкое применение в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до мегаватта), например, в дизель-генераторах. Такой трансформатор представляет собой измерительный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор — трёхфазный, обязательно применяется и трёхфазный трансформатор). Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора — чем больше нагрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и наоборот.
Согласующие трансформаторы. Из законов преобразования напряжения и тока для первичной и вторичной обмотки (I1=I2w2/w1,U1=U2w1/w2) видно, что со стороны цепи первичной обмотки всякое сопротивление во вторичной обмотке выглядит в (w1/w2 раз больше. Поэтому согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадам электронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление. Например, высоким выходным сопротивлением может обладать выходной каскад усилителя звуковой частоты, особенно, если он собран на лампах, в то время как динамики имеют очень низкое сопротивление. Согласующие трансформаторы также исключительно полезны в высокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.
Фазоинвертирующие трансформаторы. Трансформатор передаёт только переменную компоненту сигнала, поэтому даже если все постоянные напряжения в цепи имеют один знак относительно общего провода, сигнал на выходе вторичной обмотки трансформатора будет содержать как положительную, так и отрицательную полуволны, причём, если центр вторичной обмотки трансформатора подключить к общему проводу, то напряжение на двух крайних выводах этой обмотки будет иметь противоположную фазу. До появления широко доступных транзисторов с npn типом проводимости фазоинвертирующие трансформаторы применялись в двухтактных выходных каскадах усилителей, для подачи противоположных по полярности сигналов на базы двух транзисторов каскада. К тому же, из-за отсутствия «ламп с противоположным зарядом электрона», фазоинвертирующий трансформатор необходим в ламповых усилителях с двухтактным выходным каскадом.

Потери в трансформаторах

Степень потерь (и снижения КПД) в трансформаторе зависит, главным образом, от качества, конструкции и материала «трансформаторного железа» (электротехническая сталь). Потери в стали состоят в основном из потерь на нагрев сердечника, на гистерезис и вихревые токи. Потери в трансформаторе, где «железо» монолитное, значительно больше, чем в трансформаторе, где оно составлено из многих секций (так как в этом случае уменьшается количество вихревых токов). На практике монолитные сердечники не применяются. Для снижения потерь в магнитопроводе трансформатора магнитопровод может изготавливаться из специальных сортов трансформаторной стали с добавлением кремния, который повышает удельное сопротивление железа электрическому току, а сами пластины лакируются для изоляции друг от друга.

Режим работы трансформаторов

1. Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в стали.

2. Нагрузочный режим. Этот режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепи трансформатора. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

3. Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. С его помощью можно определить потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора. Это учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Габаритная мощность

Габаритная мощность трансформатора описывается следующей формулой:

Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2

  • 1 — первичной обмотки
  • 2 — вторичной обмотки

Однако, это конечный результат. Или академическое определение. Изначально габаритная мощность, как следует из названия, определяется габаритами сердечника и материалом, его магнитными и частотными свойствами.

КПД трансформатора
КПД трансформатора находится по следующей формуле:

где

P0 — потери холостого хода (кВт) при номинальном напряжении
PL — нагрузочные потери (кВт) при номинальном токе
P2 — активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузку
n — относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1).

кпд, холостой ход, трансформатор, обмотки

Всего комментариев: 0


Как работают электрические трансформаторы?

Как работают электрические трансформаторы? – Объясните этот материал Реклама

Мощные линии электропередач, которые пересекаются наша сельская местность или невидимые под городскими улицами несут электричество при очень высоких напряжениях от питания растения в наши дома. Нет ничего необычного в том, что линия электропередач оценивается от 300 000 до 750 000 вольт, а некоторые линии работают при еще более высоких напряжениях.[1] Но приборы в наших домах используют напряжение в тысячи раз меньшее — обычно от 110 до 250 вольт. Если вы попытались запитать тостер или телевизор от опоры электропередач, это бы мгновенно взорваться! (Даже не думай пытаться, потому что электричество в воздушных линиях почти наверняка вас убьет.) быть каким-то способом уменьшить электроэнергию высокого напряжения от электростанций до электричество более низкого напряжения, используемое фабриками, офисами и домами. Часть оборудования, которая делает это, гудит электромагнитными волнами. энергия, как она идет, называется трансформатором.Давайте подробнее рассмотрим, как это работает!

Фото: Взрыв из прошлого: трансформатор странной формы на плотине Чикамауга недалеко от Чаттануги, штат Теннесси. Снято в 1942 году Альфредом Т. Палмером, Управление военного управления, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Почему мы используем высокое напряжение?

Ваш первый вопрос, вероятно, таков: если наши дома и офисы с помощью копировальных аппаратов, компьютеры, стиральные машины и электробритвы напряжением 110–250 вольт, почему электростанции просто не передают электричество при таком напряжении? Почему они используют такие высокие напряжения? К Объясните это, нам нужно немного знать о том, как распространяется электричество.

Как электричество течет по металлу провод, электроны, которые несут его энергию покачиваться сквозь металлическую конструкцию, ударяясь и разбиваясь о обычно тратит энергию, как неуправляемый школьники бегут по коридору. Вот почему провода нагреваются, когда через них проходит электричество (что очень полезно в электрических тостерах и других приборы, использующие нагревательные элементы). Оказывается, что чем выше напряжение электричества, которое вы используете, и чем ниже ток, тем меньше энергии тратится впустую. Таким образом, электричество, которое приходит от электростанций передается по проводам под чрезвычайно высоким напряжением к экономить энергию.

Фото: Спуск: Эта старая подстанция (понижающий электрический трансформатор) снабжает энергией маленькую английскую деревушку, где я живу. Его высота составляет около 1,5 м (5 футов), и его работа заключается в преобразовании нескольких тысяч вольт входящего электричества в сотни вольт, которые мы используем в наших домах.

Но есть и другая причина. Промышленные предприятия имеют огромный завод машины, которые намного больше и более энергоемки, чем все, что вы иметь дома.Энергия, используемая прибором, напрямую связана (пропорциональна) к напряжению, которое он использует. Таким образом, вместо того, чтобы работать от 110–250 вольт, энергоемкие машины могут использовать 10 000–30 000 вольт. Небольшим фабрикам и механическим цехам может потребоваться питания 400 вольт или около того. Другими словами, разное электричество. пользователям нужны разные напряжения. Имеет смысл грузить высоковольтные электричество от электростанции, а затем преобразовать его в более низкие напряжения, когда он достигает различных пунктов назначения. (Даже при этом централизованные электростанции еще очень неэффективны.Около двух третей энергии, поступающей на электростанцию, в виде сырого топлива, тратится на самом заводе и по дороге домой.)

На фото: Изготовление больших электрических трансформаторов на заводе Westinghouse во время Второй мировой войны. Фото Альфреда Т. Палмера, Управление военного управления, предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Рекламные ссылки

Как работает трансформатор?

Трансформатор основан на очень простом факте об электричестве: когда По проводнику течет переменный электрический ток, который создает магнитное поле. поле (невидимый образец магнетизма) или «магнитный поток» все вокруг него.Сила магнетизма (которая имеет скорее техническое название плотности магнитного потока) непосредственно связанный с величина электрического тока. Таким образом, чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. А теперь еще один интересный факт о электричество тоже. Когда магнитное поле колеблется вокруг куска провода, он генерирует электрический ток в проводе. Итак, если мы положим второй виток провода рядом с первым, и отправить колеблющийся электрический ток в первую катушку, мы создадим электрическую ток во втором проводе.Ток в первой катушке обычно называется первичным током и током во втором проводе это (сюрприз, сюрприз) вторичный ток. Что мы сделали вот пропускают электрический ток через пустое пространство от одного витка провод к другому. Это называется электромагнитным индукции, потому что ток в первой катушке вызывает (или «индуцирует») ток во второй катушке. Мы можем более эффективно передавать электрическую энергию от одной катушки к другой. другой, обернув их вокруг прутка из мягкого железа (иногда называемого сердечником):

Чтобы сделать катушку из проволоки, мы просто скручиваем проволоку в петли или («повороты», как любят их называть физики). Если вторая катушка имеет то же число витков, что и первая катушка, электрический ток в вторая катушка будет практически такого же размера, как и в первой катушка. Но (и вот в чем умная часть), если у нас будет больше или меньше ходов во второй катушке мы можем сделать вторичный ток и напряжение больше или меньше первичного тока и напряжения.

Важно отметить, что этот трюк работает, только если электрический ток каким-то образом колеблется. Другими словами, у вас есть использовать тип постоянно реверсивного электричества, называемого переменным тока (AC) с трансформатором.Трансформаторы не работают с постоянным током (DC), где постоянный ток постоянно течет в одном и том же месте. направление.

Понижающие трансформаторы

Если в первой катушке больше витков, чем во второй, вторичная напряжение меньше, чем первичное напряжение:

Это называется понижающим трансформатор. Если вторая катушка имеет половину столько витков, сколько в первой катушке, вторичное напряжение будет вдвое меньше размер первичного напряжения; если во второй катушке в 10 раз меньше оборотов, он имеет одну десятую напряжения. Всего:

Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = количество витков вторичной обмотки ÷ количество витков в начальной школе

Ток трансформируется наоборот — увеличивается в размерах — в понижающий трансформатор:

Вторичный ток ÷ Первичный ток = Количество витков в первичный ÷ Количество витков во вторичном

Итак, понижающий трансформатор со 100 витками в первичной и 10 катушки во вторичной обмотке уменьшат напряжение в 10 раз, но умножьте ток на коэффициент 10 одновременно.Сила в электрический ток равен произведению силы тока на напряжение (Вт = вольт х ампер – это один из способов запомнить это), чтобы вы могли видеть мощность в вторичная катушка теоретически такая же, как мощность в первичная катушка. (В действительности происходит некоторая потеря мощности между первичный и вторичный, потому что часть «магнитного потока» просачивается сердечника, часть энергии теряется из-за нагрева сердечника и т. д.)

Повышающие трансформаторы

Перевернув ситуацию, мы можем сделать шаг вперед трансформатор, повышающий низкое напряжение в высокое:

На этот раз у нас больше витков на вторичке катушка, чем первичная. Это все еще правда, что:

Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Количество витков в вторичная ÷ количество витков в первичной

и

Вторичный ток ÷ Первичный ток = Количество витков в первичный ÷ Количество витков во вторичном

В повышающем трансформаторе во вторичной обмотке используется больше витков, чем в первичный, чтобы получить большее вторичное напряжение и меньшее вторичное Текущий.

Рассматривая как понижающие, так и повышающие трансформаторы, можно увидеть, что общее правило катушка с наибольшим количеством витков имеет самое высокое напряжение, а катушка с наименьшим количеством витков имеет самый высокий ток.

Трансформаторы в вашем доме

Фото: Типовые бытовые трансформаторы. Против часовой стрелки сверху слева: трансформатор модема, белый трансформатор в iPod. зарядное устройство и зарядное устройство для мобильного телефона.

Как мы уже видели, в городах много огромных трансформеров. и городов, где высоковольтная электроэнергия от входящих линий электропередач преобразуется в низковольтные. Но трансформеров много. ваш дом также. Крупные электроприборы, такие как стиральные и посудомоечные машины, используют относительно высокое напряжение. 110–240 вольт, но электронные устройства, такие как портативные компьютеры и зарядные устройства для MP3-плееров и мобильных телефонов, потребляют относительно мало напряжения: ноутбуку требуется около 15 вольт, зарядному устройству iPod требуется 12 вольт. вольт, а мобильному телефону обычно требуется менее 6 вольт, когда вы зарядить его аккумулятор.Таким образом, электронные устройства, подобные этим, имеют небольшие встроенные в них трансформаторы (часто монтируются в конце силовой свинец) для преобразования внутренней сети 110–240 вольт. питания в меньшее напряжение, которое они могут использовать. Если вы когда-нибудь задумывались, почему такие вещи, как мобильные телефоны, имеют эти большие толстые шнуры питания, это потому, что они содержат трансформаторы!

Фотографии: электрическая зубная щетка стоит на зарядном устройстве. Аккумулятор в щетке заряжается индукционно: между пластиковой щеткой и пластиковым зарядным устройством в основании нет прямого электрического контакта.Индукционное зарядное устройство представляет собой особый вид трансформатора, разделенного на две части: одну в основании и одну в щетке. Невидимое магнитное поле связывает две части трансформатора вместе.

Индукционные зарядные устройства

Многие бытовые трансформаторы (например, те, что используются в iPod и мобильных телефонов) предназначены для подзарядки аккумуляторов. Вы можете увидеть, как именно они работают: электричество течет в трансформатор от электрической розетки на вашей стене, получает преобразуется в более низкое напряжение и течет в батарею в вашем Айпад или телефон.Но что происходит с чем-то вроде электрической зубной щетки, у которой нет кабель питания? Он заряжается немного другим типом трансформатор, одна из катушек которого находится в основании щетки, а другой в зарядном устройстве, на котором стоит щетка. Вы можете узнать как работают такие трансформаторы в нашей статье про индукционные зарядные устройства.

Трансформаторы на практике

Если у вас дома есть такие трансформаторные зарядные устройства (обычные или индукционные), вы заметите, что они нагреваются после того, как поработают какое-то время.Поскольку все трансформаторы производят определенное количество отработанного тепла, ни один из них не является абсолютно эффективным: вторичная обмотка производит меньше электроэнергии, чем мы подаем в первичную, и большая часть разницы приходится на отработанное тепло. На небольшом домашнем зарядном устройстве для мобильного телефона потери тепла довольно минимальны (меньше, чем у старомодной лампы накаливания), и обычно не о чем беспокоиться. Но чем больше трансформатор, тем больше ток, который он пропускает, и тем больше тепла он производит.Для трансформатора подстанции, такого как тот, что на нашей фотографии вверху, шириной примерно с небольшой автомобиль, отработанное тепло может быть очень значительным: оно может повредить изоляцию трансформатора, серьезно сократить срок его службы и сделать его гораздо менее надежным ( не будем забывать, что сотни или даже тысячи людей могут зависеть от мощности одного трансформатора, который должен надежно работать не только изо дня в день, но и из года в год). Поэтому вероятное повышение температуры трансформатора во время работы является очень важным фактором при его конструкции.Типичная «нагрузка» (насколько интенсивно он используется), сезонный диапазон наружных (окружающих) температур и даже высота над уровнем моря (которая снижает плотность воздуха и, следовательно, насколько эффективно он что-то охлаждает) — все это необходимо принять во внимание, чтобы выяснить, насколько эффективно будет работать наружный трансформатор.

На практике большинство крупных трансформаторов имеют встроенные системы охлаждения, в которых используется воздух, жидкость (масло или вода) или и то, и другое для отвода отработанного тепла. Обычно основная часть трансформатора (сердечник, первичная и вторичная обмотки) погружается в масляный бак с теплообменником, насос и охлаждающие ребра.Горячее масло перекачивается из верхней части трансформатора через теплообменник (который охлаждает его) и обратно в нижнюю часть, готовое к повторению цикла. Иногда масло перемещается по контуру охлаждения только за счет конвекции без использования отдельного насоса. Некоторые трансформаторы имеют электрические вентиляторы, которые продувают воздух мимо охлаждающих ребер теплообменника для более эффективного отвода тепла.

Работа: Большие трансформаторы имеют встроенную систему охлаждения. В этом случае сердечник и катушка трансформатора (красные) находятся внутри большого масляного бака (серого).Горячее масло, отбираемое из верхней части резервуара, циркулирует через один или несколько теплообменников, которые рассеивают отработанное тепло с помощью охлаждающих ребер (зеленые), прежде чем масло возвращается в тот же резервуар внизу. Иллюстрация из патента США 4,413,674: Структура охлаждения трансформатора, автор Randall N. Avery et al., Westinghouse Electric Corp., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Что такое твердотельные трансформаторы?

Из вышеизложенного вы поняли, что трансформаторы могут быть очень большими, очень неуклюжими, а иногда и очень неэффективными.Начиная с середины 20 века, всевозможные ловкие электрические трюки, которые раньше выполнялись большими (а иногда и механическими) вместо этого компоненты были сделаны в электронном виде с использованием так называемой «твердотельной» технологии. Так, например, поменяны местами переключающее и усилительное реле. для транзисторов, в то время как магнитные жесткие диски все чаще заменяются флэш-памятью (в таких вещах, как твердотельные накопители, твердотельные накопители и USB-накопители).

В течение последних нескольких десятилетий инженеры-электронщики работали над созданием так называемых твердотельных трансформаторов (ТПТ).По сути, это компактные, мощные, высокочастотные полупроводниковые схемы, повышающие или понижающие напряжения с большей надежностью и эффективность по сравнению с традиционными трансформаторами; они также гораздо более управляемы, так что больше реагировать на изменения спроса и предложения. «Умные сети» (будущие системы электропередачи, питаемые от прерывистых источников энергии). возобновляемые источники энергии, такие как ветряные турбины и солнечные фермы), поэтому будут основным приложением. Несмотря на огромный интерес, SST технология остается относительно малоиспользуемой до сих пор, но она, вероятно, будет самая захватывающая область проектирования трансформаторов в будущем.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для читателей постарше
  • Трансформаторы Дизайн и применение Роберта М. Дель Веккио и др. CRC Press, 2018. Подробное руководство по силовым трансформаторам.
  • Справочник по проектированию трансформаторов и индукторов полковника Уильяма Т. Маклаймана. CRC Press, 2011. Подробное практическое руководство по проектированию электрических машин с использованием индуктивности.
  • Электрические трансформаторы и силовое оборудование Энтони Дж. Пансини. Fairmont Press, 1999. Объясняет теорию, конструкцию, установку и техническое обслуживание трансформаторов и различных типов трансформаторов, прежде чем перейти к соответствующим силовым устройствам, таким как автоматические выключатели, предохранители и защитные реле.
  • «Трансформаторы и моторы» Джорджа Патрика Шульца. Newnes, 1997. Эта книга имеет гораздо более практический, практический характер, чем некоторые другие книги, перечисленные здесь; он предназначен больше для электриков и людей, которым приходится работать с трансформаторами, чем для тех, кто хочет их проектировать.
Более общие книги для младших читателей
  • DK Свидетель: Электричество Стива Паркера. Дорлинг Киндерсли, 2005 г. Исторический взгляд на электричество и то, как люди применяют его на практике.
  • Сила и энергия Криса Вудфорда. Facts on File, 2004. В одной из моих собственных книг описывается, как люди использовали энергию (включая электричество) на протяжении всей истории.

Патенты

Имеются сотни патентов на электрические трансформаторы различных типов.Вот несколько особенно интересных (ранних) из базы данных Бюро патентов и товарных знаков США:

  • Патент США 351,589: Система распределения электроэнергии Люсьена Голара и Джона Гиббса, 26 октября 1886 г. Голар и Гиббс описывают, как можно использовать трансформаторы для повышения и понижения напряжения для эффективного распределения электроэнергии – основы современного электроснабжения. системы во всем мире.
  • Патент США 433702: Электрический трансформатор или индукционное устройство Николы Теслы, 5 августа 1890 г. Тесла описывает фазосдвигающий трансформатор (тот, который может создавать разность фаз между первичным и вторичным токами).
  • Патент США 497,113: Трансформаторный двигатель Отто Титуса Блати, 9 мая 1893 г. Комбинированный трансформатор и двигатель, произведенные одним из изобретателей трансформатора.
  • Патент США 1422653: Электрический трансформатор для регулирования или изменения напряжения подаваемого от него тока Эдмунд Берри, 11 июля 1922 г. Трансформатор с циферблатом, позволяющим регулировать выходное напряжение.

Новостные статьи

  • Трансформеры: супергерои электрических изобретений Вацлава Смила. IEEE Спектр. 25 июля 2017 г. На планете миллиарды трансформеров — в вашем смартфоне, ноутбуке, зубной щетке и где угодно; не пора ли нам ценить их немного больше? Включает горшечную историю.
  • Интеллектуальные трансформаторы
  • сделают сеть чище и гибче, Субхашиш Бхаттачарья, IEEE Spectrum, 29 июня 2017 г. Взгляд в будущее, основанное на твердотельных трансформаторах.
  • Упражнение по замене трансформеров Crucial (не голливудского типа) Мэтью Л. Уолда. Нью-Йорк Таймс. 14 марта 2012 г. Если трансформаторы являются важной частью энергосистемы, как их можно удалить во время технического обслуживания или отказа компонентов?
  • Next for the Grid: Solid State Transformers, Майкл Канеллос, Green Tech Media, 15 марта 2011 г. Обзор того, как твердотельные трансформаторы могут революционизировать наши электрические сети.

Каталожные номера

  1. ↑   Напряжение передачи варьируется от страны к стране в зависимости от расстояния, на которое необходимо передать электроэнергию, но обычно составляет примерно 45 000–750 000 вольт. (45–750 кВ).Однако некоторые междугородние линии работают при напряжении более 1 миллиона вольт (1 000 000 вольт или 1000 кв). См. «Технологии защиты систем передачи переменного тока сверхвысокого напряжения» Bin Li et al. Эльзевир, 2020, стр. 1–5. Высоковольтные линии относятся к классу 45–300 кВ; диапазон сверхвысоких напряжений от 300 кВ до 750 кВ; и сверхвысокие напряжения, как правило, выше 800 кВ, в соответствии с «Воздушные линии электропередач: планирование, проектирование, строительство» Фридриха Кисслинга и др. , Спрингер, 2003/2014, стр. 6.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторское право на текст © Chris Woodford 2007, 2021. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2021) Электрические трансформаторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/transformers. html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Как работают электрические трансформаторы?

Как работают электрические трансформаторы? – Объясните этот материал Реклама

Мощные линии электропередач, которые пересекаются наша сельская местность или невидимые под городскими улицами несут электричество при очень высоких напряжениях от питания растения в наши дома.Нет ничего необычного в том, что линия электропередач оценивается от 300 000 до 750 000 вольт, а некоторые линии работают при еще более высоких напряжениях. [1] Но приборы в наших домах используют напряжение в тысячи раз меньшее — обычно от 110 до 250 вольт. Если вы попытались запитать тостер или телевизор от опоры электропередач, это бы мгновенно взорваться! (Даже не думай пытаться, потому что электричество в воздушных линиях почти наверняка вас убьет. ) быть каким-то способом уменьшить электроэнергию высокого напряжения от электростанций до электричество более низкого напряжения, используемое фабриками, офисами и домами.Часть оборудования, которая делает это, гудит электромагнитными волнами. энергия, как она идет, называется трансформатором. Давайте подробнее рассмотрим, как это работает!

Фото: Взрыв из прошлого: трансформатор странной формы на плотине Чикамауга недалеко от Чаттануги, штат Теннесси. Снято в 1942 году Альфредом Т. Палмером, Управление военного управления, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Почему мы используем высокое напряжение?

Ваш первый вопрос, вероятно, таков: если наши дома и офисы с помощью копировальных аппаратов, компьютеры, стиральные машины и электробритвы напряжением 110–250 вольт, почему электростанции просто не передают электричество при таком напряжении? Почему они используют такие высокие напряжения? К Объясните это, нам нужно немного знать о том, как распространяется электричество.

Как электричество течет по металлу провод, электроны, которые несут его энергию покачиваться сквозь металлическую конструкцию, ударяясь и разбиваясь о обычно тратит энергию, как неуправляемый школьники бегут по коридору. Вот почему провода нагреваются, когда через них проходит электричество (что очень полезно в электрических тостерах и других приборы, использующие нагревательные элементы). Оказывается, что чем выше напряжение электричества, которое вы используете, и чем ниже ток, тем меньше энергии тратится впустую.Таким образом, электричество, которое приходит от электростанций передается по проводам под чрезвычайно высоким напряжением к экономить энергию.

Фото: Спуск: Эта старая подстанция (понижающий электрический трансформатор) снабжает энергией маленькую английскую деревушку, где я живу. Его высота составляет около 1,5 м (5 футов), и его работа заключается в преобразовании нескольких тысяч вольт входящего электричества в сотни вольт, которые мы используем в наших домах.

Но есть и другая причина. Промышленные предприятия имеют огромный завод машины, которые намного больше и более энергоемки, чем все, что вы иметь дома.Энергия, используемая прибором, напрямую связана (пропорциональна) к напряжению, которое он использует. Таким образом, вместо того, чтобы работать от 110–250 вольт, энергоемкие машины могут использовать 10 000–30 000 вольт. Небольшим фабрикам и механическим цехам может потребоваться питания 400 вольт или около того. Другими словами, разное электричество. пользователям нужны разные напряжения. Имеет смысл грузить высоковольтные электричество от электростанции, а затем преобразовать его в более низкие напряжения, когда он достигает различных пунктов назначения. (Даже при этом централизованные электростанции еще очень неэффективны.Около двух третей энергии, поступающей на электростанцию, в виде сырого топлива, тратится на самом заводе и по дороге домой.)

На фото: Изготовление больших электрических трансформаторов на заводе Westinghouse во время Второй мировой войны. Фото Альфреда Т. Палмера, Управление военного управления, предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Рекламные ссылки

Как работает трансформатор?

Трансформатор основан на очень простом факте об электричестве: когда По проводнику течет переменный электрический ток, который создает магнитное поле. поле (невидимый образец магнетизма) или «магнитный поток» все вокруг него.Сила магнетизма (которая имеет скорее техническое название плотности магнитного потока) непосредственно связанный с величина электрического тока. Таким образом, чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. А теперь еще один интересный факт о электричество тоже. Когда магнитное поле колеблется вокруг куска провода, он генерирует электрический ток в проводе. Итак, если мы положим второй виток провода рядом с первым, и отправить колеблющийся электрический ток в первую катушку, мы создадим электрическую ток во втором проводе.Ток в первой катушке обычно называется первичным током и током во втором проводе это (сюрприз, сюрприз) вторичный ток. Что мы сделали вот пропускают электрический ток через пустое пространство от одного витка провод к другому. Это называется электромагнитным индукции, потому что ток в первой катушке вызывает (или «индуцирует») ток во второй катушке. Мы можем более эффективно передавать электрическую энергию от одной катушки к другой. другой, обернув их вокруг прутка из мягкого железа (иногда называемого сердечником):

Чтобы сделать катушку из проволоки, мы просто скручиваем проволоку в петли или («повороты», как любят их называть физики).Если вторая катушка имеет то же число витков, что и первая катушка, электрический ток в вторая катушка будет практически такого же размера, как и в первой катушка. Но (и вот в чем умная часть), если у нас будет больше или меньше ходов во второй катушке мы можем сделать вторичный ток и напряжение больше или меньше первичного тока и напряжения.

Важно отметить, что этот трюк работает, только если электрический ток каким-то образом колеблется. Другими словами, у вас есть использовать тип постоянно реверсивного электричества, называемого переменным тока (AC) с трансформатором.Трансформаторы не работают с постоянным током (DC), где постоянный ток постоянно течет в одном и том же месте. направление.

Понижающие трансформаторы

Если в первой катушке больше витков, чем во второй, вторичная напряжение меньше, чем первичное напряжение:

Это называется понижающим трансформатор. Если вторая катушка имеет половину столько витков, сколько в первой катушке, вторичное напряжение будет вдвое меньше размер первичного напряжения; если во второй катушке в 10 раз меньше оборотов, он имеет одну десятую напряжения.Всего:

Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = количество витков вторичной обмотки ÷ количество витков в начальной школе

Ток трансформируется наоборот — увеличивается в размерах — в понижающий трансформатор:

Вторичный ток ÷ Первичный ток = Количество витков в первичный ÷ Количество витков во вторичном

Итак, понижающий трансформатор со 100 витками в первичной и 10 катушки во вторичной обмотке уменьшат напряжение в 10 раз, но умножьте ток на коэффициент 10 одновременно. Сила в электрический ток равен произведению силы тока на напряжение (Вт = вольт х ампер – это один из способов запомнить это), чтобы вы могли видеть мощность в вторичная катушка теоретически такая же, как мощность в первичная катушка. (В действительности происходит некоторая потеря мощности между первичный и вторичный, потому что часть «магнитного потока» просачивается сердечника, часть энергии теряется из-за нагрева сердечника и т. д.)

Повышающие трансформаторы

Перевернув ситуацию, мы можем сделать шаг вперед трансформатор, повышающий низкое напряжение в высокое:

На этот раз у нас больше витков на вторичке катушка, чем первичная.Это все еще правда, что:

Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Количество витков в вторичная ÷ количество витков в первичной

и

Вторичный ток ÷ Первичный ток = Количество витков в первичный ÷ Количество витков во вторичном

В повышающем трансформаторе во вторичной обмотке используется больше витков, чем в первичный, чтобы получить большее вторичное напряжение и меньшее вторичное Текущий.

Рассматривая как понижающие, так и повышающие трансформаторы, можно увидеть, что общее правило катушка с наибольшим количеством витков имеет самое высокое напряжение, а катушка с наименьшим количеством витков имеет самый высокий ток.

Трансформаторы в вашем доме

Фото: Типовые бытовые трансформаторы. Против часовой стрелки сверху слева: трансформатор модема, белый трансформатор в iPod. зарядное устройство и зарядное устройство для мобильного телефона.

Как мы уже видели, в городах много огромных трансформеров. и городов, где высоковольтная электроэнергия от входящих линий электропередач преобразуется в низковольтные. Но трансформеров много. ваш дом также. Крупные электроприборы, такие как стиральные и посудомоечные машины, используют относительно высокое напряжение. 110–240 вольт, но электронные устройства, такие как портативные компьютеры и зарядные устройства для MP3-плееров и мобильных телефонов, потребляют относительно мало напряжения: ноутбуку требуется около 15 вольт, зарядному устройству iPod требуется 12 вольт. вольт, а мобильному телефону обычно требуется менее 6 вольт, когда вы зарядить его аккумулятор.Таким образом, электронные устройства, подобные этим, имеют небольшие встроенные в них трансформаторы (часто монтируются в конце силовой свинец) для преобразования внутренней сети 110–240 вольт. питания в меньшее напряжение, которое они могут использовать. Если вы когда-нибудь задумывались, почему такие вещи, как мобильные телефоны, имеют эти большие толстые шнуры питания, это потому, что они содержат трансформаторы!

Фотографии: электрическая зубная щетка стоит на зарядном устройстве. Аккумулятор в щетке заряжается индукционно: между пластиковой щеткой и пластиковым зарядным устройством в основании нет прямого электрического контакта.Индукционное зарядное устройство представляет собой особый вид трансформатора, разделенного на две части: одну в основании и одну в щетке. Невидимое магнитное поле связывает две части трансформатора вместе.

Индукционные зарядные устройства

Многие бытовые трансформаторы (например, те, что используются в iPod и мобильных телефонов) предназначены для подзарядки аккумуляторов. Вы можете увидеть, как именно они работают: электричество течет в трансформатор от электрической розетки на вашей стене, получает преобразуется в более низкое напряжение и течет в батарею в вашем Айпад или телефон.Но что происходит с чем-то вроде электрической зубной щетки, у которой нет кабель питания? Он заряжается немного другим типом трансформатор, одна из катушек которого находится в основании щетки, а другой в зарядном устройстве, на котором стоит щетка. Вы можете узнать как работают такие трансформаторы в нашей статье про индукционные зарядные устройства.

Трансформаторы на практике

Если у вас дома есть такие трансформаторные зарядные устройства (обычные или индукционные), вы заметите, что они нагреваются после того, как поработают какое-то время.Поскольку все трансформаторы производят определенное количество отработанного тепла, ни один из них не является абсолютно эффективным: вторичная обмотка производит меньше электроэнергии, чем мы подаем в первичную, и большая часть разницы приходится на отработанное тепло. На небольшом домашнем зарядном устройстве для мобильного телефона потери тепла довольно минимальны (меньше, чем у старомодной лампы накаливания), и обычно не о чем беспокоиться. Но чем больше трансформатор, тем больше ток, который он пропускает, и тем больше тепла он производит.Для трансформатора подстанции, такого как тот, что на нашей фотографии вверху, шириной примерно с небольшой автомобиль, отработанное тепло может быть очень значительным: оно может повредить изоляцию трансформатора, серьезно сократить срок его службы и сделать его гораздо менее надежным ( не будем забывать, что сотни или даже тысячи людей могут зависеть от мощности одного трансформатора, который должен надежно работать не только изо дня в день, но и из года в год). Поэтому вероятное повышение температуры трансформатора во время работы является очень важным фактором при его конструкции.Типичная «нагрузка» (насколько интенсивно он используется), сезонный диапазон наружных (окружающих) температур и даже высота над уровнем моря (которая снижает плотность воздуха и, следовательно, насколько эффективно он что-то охлаждает) — все это необходимо принять во внимание, чтобы выяснить, насколько эффективно будет работать наружный трансформатор.

На практике большинство крупных трансформаторов имеют встроенные системы охлаждения, в которых используется воздух, жидкость (масло или вода) или и то, и другое для отвода отработанного тепла. Обычно основная часть трансформатора (сердечник, первичная и вторичная обмотки) погружается в масляный бак с теплообменником, насос и охлаждающие ребра.Горячее масло перекачивается из верхней части трансформатора через теплообменник (который охлаждает его) и обратно в нижнюю часть, готовое к повторению цикла. Иногда масло перемещается по контуру охлаждения только за счет конвекции без использования отдельного насоса. Некоторые трансформаторы имеют электрические вентиляторы, которые продувают воздух мимо охлаждающих ребер теплообменника для более эффективного отвода тепла.

Работа: Большие трансформаторы имеют встроенную систему охлаждения. В этом случае сердечник и катушка трансформатора (красные) находятся внутри большого масляного бака (серого).Горячее масло, отбираемое из верхней части резервуара, циркулирует через один или несколько теплообменников, которые рассеивают отработанное тепло с помощью охлаждающих ребер (зеленые), прежде чем масло возвращается в тот же резервуар внизу. Иллюстрация из патента США 4,413,674: Структура охлаждения трансформатора, автор Randall N. Avery et al., Westinghouse Electric Corp., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Что такое твердотельные трансформаторы?

Из вышеизложенного вы поняли, что трансформаторы могут быть очень большими, очень неуклюжими, а иногда и очень неэффективными.Начиная с середины 20 века, всевозможные ловкие электрические трюки, которые раньше выполнялись большими (а иногда и механическими) вместо этого компоненты были сделаны в электронном виде с использованием так называемой «твердотельной» технологии. Так, например, поменяны местами переключающее и усилительное реле. для транзисторов, в то время как магнитные жесткие диски все чаще заменяются флэш-памятью (в таких вещах, как твердотельные накопители, твердотельные накопители и USB-накопители).

В течение последних нескольких десятилетий инженеры-электронщики работали над созданием так называемых твердотельных трансформаторов (ТПТ). По сути, это компактные, мощные, высокочастотные полупроводниковые схемы, повышающие или понижающие напряжения с большей надежностью и эффективность по сравнению с традиционными трансформаторами; они также гораздо более управляемы, так что больше реагировать на изменения спроса и предложения. «Умные сети» (будущие системы электропередачи, питаемые от прерывистых источников энергии). возобновляемые источники энергии, такие как ветряные турбины и солнечные фермы), поэтому будут основным приложением. Несмотря на огромный интерес, SST технология остается относительно малоиспользуемой до сих пор, но она, вероятно, будет самая захватывающая область проектирования трансформаторов в будущем.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для читателей постарше
  • Трансформаторы Дизайн и применение Роберта М. Дель Веккио и др. CRC Press, 2018. Подробное руководство по силовым трансформаторам.
  • Справочник по проектированию трансформаторов и индукторов полковника Уильяма Т. Маклаймана. CRC Press, 2011. Подробное практическое руководство по проектированию электрических машин с использованием индуктивности.
  • Электрические трансформаторы и силовое оборудование Энтони Дж. Пансини. Fairmont Press, 1999. Объясняет теорию, конструкцию, установку и техническое обслуживание трансформаторов и различных типов трансформаторов, прежде чем перейти к соответствующим силовым устройствам, таким как автоматические выключатели, предохранители и защитные реле.
  • «Трансформаторы и моторы» Джорджа Патрика Шульца. Newnes, 1997. Эта книга имеет гораздо более практический, практический характер, чем некоторые другие книги, перечисленные здесь; он предназначен больше для электриков и людей, которым приходится работать с трансформаторами, чем для тех, кто хочет их проектировать.
Более общие книги для младших читателей
  • DK Свидетель: Электричество Стива Паркера. Дорлинг Киндерсли, 2005 г. Исторический взгляд на электричество и то, как люди применяют его на практике.
  • Сила и энергия Криса Вудфорда. Facts on File, 2004. В одной из моих собственных книг описывается, как люди использовали энергию (включая электричество) на протяжении всей истории.

Патенты

Имеются сотни патентов на электрические трансформаторы различных типов.Вот несколько особенно интересных (ранних) из базы данных Бюро патентов и товарных знаков США:

  • Патент США 351,589: Система распределения электроэнергии Люсьена Голара и Джона Гиббса, 26 октября 1886 г. Голар и Гиббс описывают, как можно использовать трансформаторы для повышения и понижения напряжения для эффективного распределения электроэнергии – основы современного электроснабжения. системы во всем мире.
  • Патент США 433702: Электрический трансформатор или индукционное устройство Николы Теслы, 5 августа 1890 г.Тесла описывает фазосдвигающий трансформатор (тот, который может создавать разность фаз между первичным и вторичным токами).
  • Патент США 497,113: Трансформаторный двигатель Отто Титуса Блати, 9 мая 1893 г. Комбинированный трансформатор и двигатель, произведенные одним из изобретателей трансформатора.
  • Патент США 1422653: Электрический трансформатор для регулирования или изменения напряжения подаваемого от него тока Эдмунд Берри, 11 июля 1922 г. Трансформатор с циферблатом, позволяющим регулировать выходное напряжение.

Новостные статьи

  • Трансформеры: супергерои электрических изобретений Вацлава Смила. IEEE Спектр. 25 июля 2017 г. На планете миллиарды трансформеров — в вашем смартфоне, ноутбуке, зубной щетке и где угодно; не пора ли нам ценить их немного больше? Включает горшечную историю.
  • Интеллектуальные трансформаторы
  • сделают сеть чище и гибче, Субхашиш Бхаттачарья, IEEE Spectrum, 29 июня 2017 г. Взгляд в будущее, основанное на твердотельных трансформаторах.
  • Упражнение по замене трансформеров Crucial (не голливудского типа) Мэтью Л. Уолда. Нью-Йорк Таймс. 14 марта 2012 г. Если трансформаторы являются важной частью энергосистемы, как их можно удалить во время технического обслуживания или отказа компонентов?
  • Next for the Grid: Solid State Transformers, Майкл Канеллос, Green Tech Media, 15 марта 2011 г. Обзор того, как твердотельные трансформаторы могут революционизировать наши электрические сети.

Каталожные номера

  1. ↑   Напряжение передачи варьируется от страны к стране в зависимости от расстояния, на которое необходимо передать электроэнергию, но обычно составляет примерно 45 000–750 000 вольт. (45–750 кВ).Однако некоторые междугородние линии работают при напряжении более 1 миллиона вольт (1 000 000 вольт или 1000 кв). См. «Технологии защиты систем передачи переменного тока сверхвысокого напряжения» Bin Li et al. Эльзевир, 2020, стр. 1–5. Высоковольтные линии относятся к классу 45–300 кВ; диапазон сверхвысоких напряжений от 300 кВ до 750 кВ; и сверхвысокие напряжения, как правило, выше 800 кВ, в соответствии с «Воздушные линии электропередач: планирование, проектирование, строительство» Фридриха Кисслинга и др. , Спрингер, 2003/2014, стр. 6.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторское право на текст © Chris Woodford 2007, 2021. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2021) Электрические трансформаторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/transformers. html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Генерация электроэнергии в ваш дом – Как работают электрические сети

И, наконец, мы подошли к проводу, по которому в ваш дом подается электричество! Мимо типичного дома проходит набор столбов с одной фазой питания (на 7200 вольт) и заземляющим проводом (хотя иногда на столбе бывает две или три фазы, в зависимости от того, где дом расположен в распределительной сети).В каждом доме к столбу прикреплен трансформаторный барабан .

Во многих пригородных районах линии распределения проходят под землей , и в каждом или двух домах есть трансформаторные будки.

Работа трансформатора состоит в том, чтобы снизить напряжение 7200 вольт до 240 вольт , что обеспечивает нормальное бытовое электроснабжение. Давайте посмотрим на этот столб еще раз, снизу, чтобы увидеть, что происходит:

  • Обратите внимание, что по столбу идет оголенный провод. Это заземляющий провод. У каждого столба электропередач на планете есть такой. Если вы когда-нибудь увидите, как энергетическая компания устанавливает новый столб, вы увидите, что конец этого оголенного провода прикручен степлером к основанию столба и, следовательно, находится в прямом контакте с землей на расстоянии от 6 до 10 футов (1,8 фута). до 3 метров) под землей. Это хорошее, прочное заземление. Если вы внимательно осмотрите столб, вы увидите, что заземляющий провод, идущий между столбами (и часто оттяжки, идущие по бокам), прикреплен к этому прямому соединению с землей.
  • Два провода выходят из трансформатора и три провода идут к дому. Два от трансформатора изолированные, а третий голый. Голый провод — это заземляющий провод. Каждый из двух изолированных проводов несет по 120 вольт, но они сдвинуты по фазе на 180 градусов, поэтому разница между ними составляет 240 вольт. Такое расположение позволяет домовладельцу использовать как 120-вольтовые, так и 240-вольтовые приборы. Трансформатор подключается в следующей конфигурации:

240 вольт поступают в ваш дом через счетчик ватт-часов , который измеряет потребление электроэнергии, поэтому энергетическая компания может взимать с вас плату за прокладку всех этих проводов.В прошлом считыватели счетчиков периодически проверяли ваш счетчик, чтобы записать ваше использование. В рамках национальной модернизации технологии интеллектуальных сетей миллионы бытовых счетчиков были заменены интеллектуальными счетчиками , которые напрямую связаны с энергетической компанией. Утилита может не только удаленно считывать данные с вашего счетчика, но и мгновенно получать уведомления в случае отключения электроэнергии, что ускоряет время восстановления [источник: DOE].

Как идентифицировать проводку трансформатора

Быстрый способ определения типа «звезда» или «треугольник»
Применяется к установке с 3 трансформаторами.
Три провода падают с воздушных линий электропередач.

Если один из ответвительных проводов соединяется только с одним трансформатором, то соединение WYE
. Если ответвительный провод подключается к 2 разным трансформаторам, то соединение треугольником

Ресурс:
3-фазные трансформаторы .pdf
Трансформатор .pdf файлы
Разница между треугольником и звездой

Разница между Delta и Wye Катушки трансформатора WYE
соединены параллельно, как при подключении 4 ламп. лампочки к горячему проводу.
На блоке трансформатора с 3 банками для WYE вы увидите 3 горячих провода. падать от 3-х ЛЭП. Каждый горячий провод подключается к 1 трансформатор. Нейтральный провод подключается ко всем трем трансформаторам. Катушки трансформатора

Delta соединены последовательно, как аккумуляторные батареи. концы с концами.
Вкл. 3-баночный трансформатор для Delta, вы увидите 3 горячих провода спуститься с 3-х воздушных распределительных линий. Каждая горячая проволока подключается к 2 разным трансформаторам.

Дельта может обеспечить такую ​​же мощность с более низким током/значением меньше тепла.
Например, многие группы трансформаторов подключены треугольником к питанию. компания или первичные катушки, а звезда – на потребителе или вторичном катушки. Согласно руководству одного производителя, причиной появления Delta главное экономить деньги, т.к. дельта-конфигурация означает меньшие амперы для той же выходной мощности, что значит производитель может использовать меньший провода на катушках первичной обмотки. Это также снижает тепло и потребность в охлаждении трансформатора.
Использование звездочки на вторичном устройстве или на стороне клиента, обеспечивает нейтральное соединение и позволяет комбинации напряжения и обслуживание с более высоким усилием, с одинаковым напряжением на всех 3 ноги.
Материалы используемые для энергосистемы, являются балансом стоимости, функциональности и безопасности, поэтому уменьшение силы тока с помощью Delta на первичной стороне экономит деньги в целом. тем не мение не каждое клиентское приложение может быть удовлетворено с помощью Delta primary. Там широкий спектр требований к вольт-амперу в местах расположения конечных пользователей, и много способов подключения трансформаторов для удовлетворения электрических потребностей.
WYE часто называют звездой, например, пускатель двигателя звезда-треугольник или таймер. Двигатели потребляют большую силу тока, когда при запуске, поэтому конфигурация звезда или звезда (больше ампер) используется для запуск, и после запуска двигателя схема переключается на треугольник (малые амперы) для высшего эффективность.Эта базовая стратегия соответствует электрическим нормам, предназначенным для снижения скачков напряжения в сети.
Ресурсы:
Что такое электричество
Именная часть на электрических столбах
Протяжка силового провода
Электричество от электростанции к конечному потребителю
Как подключить 3-фазный
3-фазный таймер
3-фазные устройства защиты от перенапряжения

Первичная обмотка треугольником/вторичная звезда
1 провод питания соединяется с ДВУМЯ трансформаторами
Каждый провод питания от опоры питания соединяется с двумя трансформаторами
Провод заземления к каждому трансформатору НЕ показан
ЗВЕЗДА ЗВЕЗДА
1 провод питания соединяется с ОДНИМ трансформатором
Каждый провод под напряжением от опоры питания соединяется с одним трансформатором
Провод заземления к каждому показанному трансформатору
Delta Delta
Провод заземления к каждому трансформатору НЕ показан

Увеличенное изображение
Исходное изображение
Дельта звезда
Проводка трансформатора/ как определить проводку трансформатора
На изображении показана первичная обмотка треугольником и вторичная 4-проводная схема WYE
Первичная обмотка представляет собой треугольник: откуда мы знаем? Каждый горячий провод соединяется с двумя трансформаторы. … так они соединены последовательно
Secondary WYE. Один провод подключается ко всем трем трансформаторам и к нейтрали. Один провод от каждого трансформатора горячий… поэтому они подключены параллельно
Нейтраль системы соединяется с нейтралью и землей
Существует множество различных конфигураций трансформатора

Это является «наиболее распространенным типом проводки», потому что Delta имеет более низкие амперы / значение меньше тепла, поэтому изоляция первичной катушки дешевле.

Трансформаторы могут быть подключены по-разному в зависимости от входящего электроснабжение и потребности конечного пользователя.
Двумя ключевыми факторами для сети являются экономичность и надежность.
Надежность необходимо, потому что электричество должно работать чисто без высокого напряжения всплески и провалы низкого напряжения. В противном случае двигатели и оборудование HVAC будет иметь более короткий срок службы.

Ресурсы:
Конфигурации трансформаторов
Руководства по трансформаторам
Что такое 3-фазное электричество/электростанция для конечный пользователь




Увеличенное изображение
Увеличенное изображение сети электростанции
WYE-WYE
Обычно нейтральный служебный провод располагается поверх трех других горячих провода
Первичные провода не изолированы/ Вторичные провода для обслуживания изолированный.
Нейтральный на полюсе соединяется с нейтралью, идущей к обслуживанию, и с заземляющим проводом, который соединяет каждый трансформатор с землей, рисунок не ясно показывает это. В установках может использоваться голая сплошная медь или многожильные алюминий в соответствии с более поздней практикой.

Увеличенное изображение
Увеличенное изображение сети электростанции
Дельта-звезда
Дельта первичный / вторичный WYE … потому что Delta несет меньшую силу тока, поэтому для первичных катушек можно использовать провод меньшего диаметра… экономия на трансформаторе
Обычно нейтральный служебный провод располагается поверх трех других. провода
Первичные провода не изолированы/ Вторичные провода для обслуживания изолированный.
Нейтраль на полюсе соединяется с нейтралью, идущей на обслуживание, и с землей провод, соединяющий каждый трансформатор с землей.


Увеличенное изображение сети электростанции

Жилой Сеть 120–240 В
Обычно 3 служебных провода к дому триплексные, с 1 неизолированным проводом. многожильный нейтральный и 2 изолированных горячего.
Нулевой провод непрерывно бежит по сетке, чтобы связать все основания в один гигантский массив заземляющих соединений, которые стабилизируют сеть от перенапряжения, короткого замыкания, молнии и т.д… и защищать и помощь автоматическим выключателям и проводам. Заземляющие провода есть на каждом опора, опора ЛЭП и электрическое соединение через сеть.
 

Увеличенное изображение
Увеличенное изображение всей сетки
Треугольник-треугольник
Нейтраль на полюсе соединяется с нейтралью, идущей на обслуживание, и с землей провод, соединяющий каждый трансформатор с землей.
Первичный треугольник / вторичный WYE / такой же, как указано выше

Увеличенное изображение
ЗВЕЗДА первичная / ДЕЛЬТА вторичная / Распределительные трансформаторы
на подстанции выдерживают высокие нагрузки напряжение
Показывает 3 трансформатора с 3 первичными и 3 вторичными обмотками
Первичная звезда 69 000 вольт. .. потому что 1 провод 69 000 вольт соединяется с 1 трансформатор
вторичный треугольник 4400 вольт … потому что 1 провод 4400 вольт соединяется с 2 трансформаторы

Как правило, 4400 вольт является самым низким напряжением для распределения без тепла. потери от высокой силы тока
Чем ниже напряжение, тем выше сила тока.

Высокая сила тока приводит к потере тепла.
Для передачи электроэнергии требуется высокое напряжение и низкое сила тока
При высокой силе тока расстояние распределения уменьшается.

Однако высоковольтное распределительное устройство стоит дорого
Для конечного пользователя нецелесообразно устанавливать высоковольтные приборы и двигателей из-за расходов

В результате конечный потребитель должен получать низкое напряжение с более высокой силой тока
Для удовлетворения потребностей в сети трансформаторы используются для повышения и понижения вольты и амперы обратно пропорциональны
Когда вольты уменьшаются, амперы увеличиваются.

Ресурсы:
Что такое 3-х фазное электричество/электростанция для конечный пользователь

Почему трансформаторная проводка отличаются.
1) Электричество является математическим
Например: Косинус фазового угла известен как коэффициент мощности
P – коэффициент мощности
Коэффициент мощности – это косинус разности фаз между v и I

Ресурсы:
Исследуйте звезда-треугольник для получения дополнительной информации
И прочтите ниже

Купить
Power Generation by Singh
3-фазная книга по выработке электроэнергии на Amazon
Electric Книги по выработке электроэнергии на Amazon
, 3 фазы книги по проводке на Amazon

2) Стоимость
Конфигурация треугольника снижает силу тока при том же напряжении

3) Как звезда треугольник влияет на стоимость
3-фазный более эффективен, поскольку он работает при более высокой средней мощности vrs один этап.
Это как трехногий велосипедист на трехпедальном велосипеде с каждой педалью на равном расстоянии друг от друга по сравнению с двуногим велосипедистом на обычном велосипеде.

4) Стоимость 3-х фазных двигателей и торгового оборудования:
“Во время при запуске двигатели развивают высокие токи, до восьми раз превышающие номинальные. ток, и они имеют высокий пусковой момент.
большие пусковые токи часто приводят к падению напряжения в сеть питания, которая может повлиять на надежность другого оборудования, и вызывают скачки напряжения, сокращающие срок службы дорогостоящего оборудования.
А высокий пусковой момент создает нагрузку на механические детали, что изнашивает моторы.
Электрический компании определяют предельные значения для пуска двигателя, поэтому мощность скачки напряжения и сильное потребление тока не влияют на других пользователей. Например, требуя 2-ступенчатые двигатели или пускатели со схемой звезда-треугольник или автотрансформатор и т. д.
A Двухступенчатый двигатель означает, что двигатель запускается на «низкой передаче» и когда он получает при более высокой скорости он переключается на «более высокую передачу». Это экономит энергию и износ и слезы и помогает предотвратить всплеск.
Двигатели имеют пусковую обмотку для запуска двигателя. А потом рабочая обмотка срабатывает для двигателя на полной скорости. Конфигурация
WYE используется для пусковой обмотки. А потом Дельта используется на полной скорости.
Причина в том, что звезда подает больше ампер на каждый вольт.
Для пример: напряжение подается на пуск звездой (также называемой ЗВЕЗДОЙ) обмотки. Напряжение уменьшается в 1√3 = 0,58 раза, эта связь составляет примерно 30% значений дельты. Снижая напряжение, пусковой ток снижен до одной трети тока прямого пуска.Когда двигатель достигает скорости, рабочая обмотка (соединенная треугольником) вступает во владение, и двигатель получает полную мощность. Напряжение.
Этот поэтапный подход к запуску двигателя применительно ко всем двигателям в дома и в бизнесе дают значительную экономию.

Ресурсы:
Трансформаторы и пуск двигателя


Подключение высоковольтного провода к трансформатору
Горячий зажим
Предохранитель
Трансформатор
Ресурсы:
Почитайте про закон Ома/электричество/ и что трансформатор делает

Увеличенное изображение
Суб-Линии передачи и распределения
Линии электропередачи проходят между подстанцией электростанции и местными подстанции
Субпередача проходит от местных подстанций к местной подстанции
Распределительные линии проходят от местной подстанции к местоположению конечного пользователя

Обычно линии электропередачи находятся выше над землей, потому что воздушное пространство действует в качестве изолятора для оголенного провода. Воздух не является проводником изолятор.

Линии передачи могут быть 500 000 В, а вспомогательные линии 69 000 В
Распределение линии проходят от местной подстанции к каждому зданию и дому, и ниже земли и несут более низкие напряжения, например, от 4400 до 6900.

На изображении показаны линии электропередачи, которые проходят от местного подстанция на другую подстанцию ​​в сельской местности уезда.

Распределительные линии отходят от той же подстанции Розенберг и распределить власть в одном районе города.
Распределительные линии можно идентифицировать, поскольку трансформаторы подключаются к линии раздачи.

Провода передачи и распределения оголены.
Они не имеют изоляции, покрывающей провод.
Это помогает охлаждать провод и увеличивает дальность передачи.
Провода не касаются опор с помощью изоляторов из очищенного стекла и другие непроводящие материалы, такие как силикон.
Птиц, сидящих на оголенном проводе, не бьет током, пока они это делают. не касайтесь двух проводов или какой-либо части столба.
Электричество на проводе есть потенциал.
Потенциал напряжения достигается только при соединении двух проводов или одного провод идет вместе с заземляющим источником.

Схемы трехфазных трансформаторов | Многофазные цепи переменного тока

Поскольку трехфазное питание так часто используется для систем распределения электроэнергии, вполне логично, что нам потребуются трехфазные трансформаторы, чтобы иметь возможность повышать или понижать напряжение.

Это верно лишь отчасти, так как обычные однофазные трансформаторы могут быть объединены вместе для преобразования мощности между двумя трехфазными системами в различных конфигурациях, что устраняет необходимость в специальном трехфазном трансформаторе.

Однако для этих задач создаются специальные трехфазные трансформаторы, которые могут работать с меньшими требованиями к материалам, меньшему размеру и меньшему весу, чем их модульные аналоги.

Обмотки и соединения трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор состоит из трех наборов первичных и вторичных обмоток, каждый набор намотан на одну ветвь сборки с железным сердечником. По сути, это выглядит как три однофазных трансформатора с объединенным сердечником, как показано на рисунке ниже.

 

Сердечник трехфазного трансформатора имеет три набора обмоток.

 

Эти наборы первичных и вторичных обмоток будут соединены по схеме Δ или Y, образуя законченный блок. Различные комбинации способов соединения этих обмоток будут в центре внимания этого раздела.

Независимо от того, имеют ли комплекты обмоток общий сердечник или каждая пара обмоток представляет собой отдельный трансформатор, варианты соединения обмоток одинаковы:

 

Первичный – Вторичный

  • Д-Д
  • Y – Δ
  • Δ-Y
  • Δ – Δ

 

Причины для выбора конфигурации Y или Δ для соединения обмоток трансформатора те же, что и для любого другого трехфазного применения: соединения Y обеспечивают возможность нескольких напряжений, в то время как соединения Δ обеспечивают более высокий уровень надежности (при отказе одной обмотки размыкается). , два других по-прежнему могут поддерживать полное линейное напряжение на нагрузке).

Вероятно, наиболее важным аспектом соединения трех наборов первичных и вторичных обмоток вместе для формирования трехфазного трансформаторного блока является соблюдение правильной фазировки обмоток (точки, используемые для обозначения «полярности» обмоток).

Помните о правильном соотношении фаз между фазными обмотками Δ и Y: (рисунок ниже)

 

(Y) Центральная точка «Y» должна соединять вместе все «-» или все «+» точки обмотки.(Δ) Полярности обмотки должны дополнять друг друга (от + к -).

 

Правильная фазировка, когда обмотки не показаны в обычной конфигурации Y или Δ, может быть сложной задачей. Позвольте мне проиллюстрировать, начиная с рисунка ниже.

 

Входы A 1 , B 1 , C 1 могут быть подключены «Δ» или «Y», как и выходы A 2 , B 2 , C 2 .

 

Фазовая разводка для трансформатора «Y-Y»

Три отдельных трансформатора должны быть соединены вместе для преобразования мощности из одной трехфазной системы в другую.Сначала я покажу проводные соединения для конфигурации Y-Y:

 

Фазная проводка для трансформатора «Y-Y».

 

Обратите внимание на приведенный выше рисунок, как все концы обмотки, отмеченные точками, подключены к соответствующим фазам A, B и C, а концы без точек соединены вместе, образуя центры каждой буквы «Y».

Наличие комплектов первичной и вторичной обмоток, соединенных по схеме «Y», позволяет использовать нейтральные проводники (N 1 и N 2 ) в каждой энергосистеме.

Фазовая разводка для трансформатора «Y-Δ»

Теперь рассмотрим конфигурацию Y-Δ:

 

Фазная разводка для трансформатора «Y-Δ».

 

Обратите внимание, как вторичные обмотки (нижний набор, рисунок выше) соединены в цепочку, где «точечная» сторона одной обмотки соединяется с «неточечной» стороной следующей, образуя Δ-петлю.

В каждой точке соединения между парами обмоток выполняется соединение с линией второй энергосистемы (А, В и С).

Фазовая разводка для трансформатора «Δ-Y»

Теперь давайте рассмотрим систему Δ-Y на рисунке ниже.

 

Фазная проводка для трансформатора «Δ-Y».

 

Такая конфигурация (рисунок выше) позволила бы обеспечить несколько напряжений (фаза-фаза или фаза-нейтраль) во второй энергосистеме от энергосистемы-источника, не имеющей нейтрали.

Фазовая разводка для трансформатора «Δ-Δ»

И, наконец, переходим к конфигурации Δ-Δ:

 

Фазная проводка для трансформатора «Δ-Δ».

 

Когда нет необходимости в нейтральном проводнике во вторичной системе питания, предпочтительнее схемы соединения Δ-Δ (рисунок выше) из-за присущей Δ-конфигурации надежности.

Фазовая разводка для трансформатора «V» или «открытый-Δ»

Учитывая, что Δ-конфигурация может удовлетворительно работать без одной обмотки, некоторые проектировщики энергосистем предпочитают создавать группу трехфазных трансформаторов только с двумя трансформаторами, представляющими Δ-Δ-конфигурацию с отсутствующей обмоткой как на первичной, так и на вторичной стороне:

 

«V» или «open-Δ» обеспечивает мощность 2-φ только с двумя трансформаторами.

 

Эта конфигурация называется «V» или «Open-Δ». Конечно, каждый из двух трансформаторов должен иметь большие размеры, чтобы выдерживать ту же мощность, что и три в стандартной Δ-конфигурации, но общий размер, вес и преимущества в цене часто того стоят.

Однако имейте в виду, что с отсутствием одного комплекта обмоток в Δ-образной форме эта система больше не обеспечивает отказоустойчивость обычной Δ-Δ-системы. Если один из двух трансформаторов выйдет из строя, это определенно повлияет на напряжение и ток нагрузки.

Пример из реальной жизни

На следующей фотографии (рисунок ниже) показан блок повышающих трансформаторов на плотине гидроэлектростанции Гранд-Кули в штате Вашингтон.

С этого наблюдательного пункта можно увидеть несколько трансформаторов (зеленого цвета), сгруппированных по три: по три трансформатора на гидроэлектрогенератор, соединенных вместе в некой форме трехфазной конфигурации.

На фотографии не видны соединения первичной обмотки, но кажется, что вторичные обмотки соединены по схеме Y, поскольку из каждого трансформатора выступает только один большой высоковольтный изолятор.

Это говорит о том, что другая сторона вторичной обмотки каждого трансформатора имеет потенциал земли или близок к нему, что возможно только в Y-системе.

Здание слева — это электростанция, где расположены генераторы и турбины. Справа наклонная бетонная стена – нижний бьеф плотины:

 

 

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

6 типов трансформаторов, которые можно увидеть в коммерческих установках

Типы и характеристики трансформаторов

Трансформаторы в коммерческих установках обычно используются для изменения уровня напряжения от сетевого напряжения до напряжения, пригодного для использования в здании, а также для снизить напряжение в распределительной сети здания до уровня, который может использоваться конкретным оборудованием.Применимыми стандартами являются серия ANSI C57 и серия NEMA TR и ST.

6 типов трансформаторов, которые можно увидеть в коммерческих зданиях (фото: iml. bg)

Следующие шесть типов трансформаторов обычно используются в коммерческих зданиях: (центр питания)

  • Сеть
  • Монтаж на подставке
  • Распределение внутри помещений
  • Многие другие типы трансформаторов производятся для специальных применений, таких как сварка, подача постоянного напряжения и требования к высокому импедансу.Обсуждение специальных трансформаторов и их использования выходит за рамки данной рекомендуемой практики.


    1. Трансформаторы подстанции

    Используемые с подстанциями наружной установки, они имеют мощность 750-5000 кВА для однофазных блоков и 750-25 000 кВА для трехфазных блоков .

    Высоковольтный трансформатор 40 МВА (понижает 150 кВ до 10 кВ на подстанции в Бельгии. Фото сделано в 1983 г.)

    Диапазон первичного напряжения 2400 В и выше . Краны обычно управляются вручную, когда они обесточены; но можно получить автоматическое переключение ответвлений нагрузки. Диапазон вторичного напряжения 480-13 800 В . Первичные обмотки обычно подключаются треугольником, а вторичные обмотки обычно подключаются звездой из-за простоты заземления вторичной нейтрали.

    Изоляция и охлаждающая среда обычно жидкие. Высоковольтные соединения на втулках, установленных в крышке. Низковольтные соединения могут представлять собой втулки, установленные на крышке, или камеру воздухораспределителя.

    Вернуться к оглавлению ↑


    2. Трансформаторы первичной части подстанции

    Используемые с вторичными обмотками, подключенными к распределительному устройству среднего напряжения, они имеют номинальную мощность 1000–10 000 кВА и представляют собой трехфазные блоки.Диапазон первичных напряжений 6900-138 000 В . Диапазон вторичного напряжения 2400-34 500 В .

    Трансформатор первичной части подстанции (фото предоставлено: actom.co.za)

    Отводы обычно меняются вручную, когда они обесточены; но можно получить автоматическое переключение ответвлений нагрузки. Первичные обычно соединены треугольником. Тип может быть масляным, менее воспламеняющейся жидкостью, воздухом, сухим, с литым змеевиком или газом. Высоковольтные соединения могут представлять собой втулки крышки, камеру воздухораспределителя или горловину. Низковольтное соединение является горловиной.

    Вернуться к оглавлению ↑


    3. Трансформаторы вторичной обмотки подстанции

    Используются с вторичными обмотками, подключенными к низковольтным распределительным устройствам или распределительным щитам. Диапазон первичного напряжения 2400-34 500 В . Отводы меняются вручную при обесточивании. Диапазон вторичного напряжения 120-480 В .

    Trihal – Трансформатор сухого типа 1600 кВА 10/0,42 кВ, подключенный к шинной системе Canalis KTA 2500A (Schneider Electric)

    Первичные обмотки обычно соединены треугольником , а вторичные обмотки обычно соединены звездой .Тип может быть масляным, менее воспламеняющейся жидкостью, воздухом, сухим, с литым змеевиком или газом. Высоковольтные соединения могут представлять собой втулки крышки, камеру воздухораспределителя или горловину. Низковольтное соединение представляет собой горловину, но также может быть и шинопроводом.

    Вернуться к оглавлению ↑


    4. Сетевые трансформаторы

    Используемые в системах вторичной сети, они рассчитаны на мощность 300–2500 кВА . Диапазон первичного напряжения 4160-34 500 В . Краны управляются вручную в обесточенном состоянии.Вторичные напряжения: 208Y/120 В и 480Y/277 В .

    Сетевой трансформатор – Тип метрополитена (фото предоставлено Pioneertransformers.com)

    Тип может быть масляным, менее горючим жидкостным, воздушным, сухим, с литым змеевиком или газовым. Первичный — , соединенный треугольником , а вторичный — , соединенный звездой . Высоковольтное соединение, как правило, представляет собой сетевой выключатель (включено-без заземления) или прерыватель типа с заземлением или без него. Вторичное соединение, как правило, представляет собой соответствующий сетевой предохранитель или низковольтный силовой воздушный автоматический выключатель, разработанный для обеспечения функционального эквивалента сетевого предохранителя.

    Блок метрополитена подходит для частой или непрерывной работы при погружении в воду; блок сводчатого типа подходит для периодической работы под водой.

    Вернуться к оглавлению ↑


    5. Трансформаторы, монтируемые на подставке

    Используемые вне зданий, где обычные блочные подстанции не подходят, и представляют собой однофазные или трехфазные блоки. Поскольку они имеют защищенную от несанкционированного доступа конструкцию, они не требуют ограждения .

    Трансформатор наружной установки, монтируемый на подставке

    Первичные и вторичные соединения выполняются в отсеках, которые примыкают друг к другу, но отделены перегородками от трансформатора и друг от друга. Доступ осуществляется через навесные двери с навесным замком, спроектированные таким образом, чтобы посторонний персонал не мог войти ни в одно из отделений.

    Там, где предусмотрены вентиляционные отверстия, используются решетки с защитой от несанкционированного доступа. Манометры и аксессуары находятся в низковольтном отсеке.

    • Эти агрегаты имеют номинальную мощность 75–2500 кВА .
    • Диапазон первичного напряжения: 2400-34 500 В .
    • Отводы переключаются вручную при обесточивании.
    • Диапазон вторичного напряжения: 120–480 В .

    Первичные цепи почти всегда соединены треугольником или специальной конструкции соединены звездой , а вторичные цепи обычно соединены звездой . Третье соединение с треугольником неприемлемо с трехжильным сердечником, если вышестоящее устройство не размыкает все три фазы при однофазном коротком замыкании.

    Тип может быть масляным, менее воспламеняющейся жидкостью, воздушным, сухим, с литым змеевиком или газовым. Высоковольтное соединение находится в камере воздухораспределителя, которая может содержать только соединители напорного или разъединительного типа или может иметь разъединяющее устройство, как с предохранителями, так и без предохранителей. Соединения могут быть как для одиночной, так и для петлевой подачи. Низковольтное соединение обычно осуществляется кабелем внизу; но это может быть и по шинопроводу.

    Не могу посмотреть это видео? Нажмите здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.

    Трансформатор сухого типа с монтажом на подушке не имеет присущей ему пожароопасности масляного трансформатора с монтажом на подушке, и часто сухой трансформатор с монтажом на подушке монтируется на крышах зданий , так что это будет как можно ближе к центру нагрузки.

    ANSI C57. 12.22-1989 [5] относится к маслонаполненным блокам с первичным напряжением 16 340 В и ниже.

    Вернуться к оглавлению ↑


    6. Внутренние распределительные трансформаторы

    Используемые с щитами и устанавливаемые отдельно, они рассчитаны на 1–333 кВА для однофазных блоков и 3–500 кВА для трехфазных блоков единицы.И первичные, и вторичные 600 В и ниже (наиболее распространенное соотношение 480-208Y/120В).

    Трансформатор внутренней подстанции

    Охлаждающая среда воздух (вентилируемый или невентилируемый) . Меньшие блоки были обставлены в инкапсулированной форме. Соединения высокого и низкого напряжения представляют собой напорные соединения кабелей. Полное сопротивление распределительных трансформаторов обычно ниже, чем у трансформаторов подстанции или подстанции вторичного блока.

    Внутренние и наружные распределительные трансформаторы также доступны с первичным напряжением до 34 500 В и 150 кВ с базовым импульсным уровнем изоляции (BIL) .

    Большинство трансформаторов для распределения электроэнергии на 480 В в коммерческих зданиях обычно называют «трансформаторами общего назначения» , а вторичные трансформаторы обычно имеют номинал 208Y/120 В . Эти трансформаторы в основном сухого типа, а некоторые трансформаторы меньшего размера герметизированы. Трансформаторы общего назначения используются для питания 120 В освещения, приборов и розеток.

    Вернуться к указателю ↑


    Другие типы трансформаторов //

    Практически все силовые трансформаторы, используемые в коммерческих зданиях, относятся к двухобмоточному типу, которые можно назвать изолирующими или изолирующими трансформаторами, и они отличаются от -тип обмотки, известный как автотрансформатор .Двухобмоточный трансформатор типа обеспечивает положительную изоляцию между первичной и вторичной цепями; что желательно для безопасности, изоляции цепей, снижения уровней отказов, координации и уменьшения электрических помех.

    Существует также ряд «специальных трансформаторов» , используемых для таких приложений, как рентгеновские аппараты, лаборатории, электронное оборудование и специальные машины.

    Специальные трансформаторы, используемые в приложениях, где наименьшая величина тока утечки может вызвать дугу и воспламенение атмосферы (например, в насыщенной кислородом среде) или привести к травмам (например, при операции на открытом сердце), требуют незаземленной вторичной обмотки.

    Рис. 2 – Трансформатор дуговой электропечи постоянного тока (ЭДП постоянного тока)

    В наиболее чувствительных приложениях ток утечки можно отслеживать и контролировать, вводя заземленный экран между первичной и вторичной обмотками. Такой экран также снижает электромагнитные помехи (EMI), которые могут присутствовать в первичной обмотке.

    Ссылка // Рекомендация IEEE для систем электроснабжения в коммерческих зданиях

    Что делать, если перегорел трансформатор

    Писатель | 18 марта 2021 г.

    Если вы не были рядом, когда взорвался трансформатор, это может быть пугающим опытом.Мало того, что они производят много шума, вы также можете увидеть огненный шар и много дыма. Они могут быть опасны, если с ними не обращаться должным образом, и ваше электроснабжение будет прервано до тех пор, пока оно не будет заменено.

    Вот что произойдет, если взорвется трансформатор, и что делать, если это произойдет рядом с вами в Нагорье, Калифорния.

    Когда электростанция вырабатывает электроэнергию, она часто делает это в очень больших количествах. Электричество должно проходить по линиям электропередач, чтобы добраться до домов и предприятий, но напряжение все еще слишком велико, чтобы попасть прямо в здания.Трансформаторы (барабанные объекты, установленные на электрических столбах или рядом с ними) помогают снизить напряжение, чтобы оно могло безопасно проникать в здания.

    Существует ряд различных ситуаций, которые могут привести к взрыву трансформатора:

    • Удары молнии: Если молния попадает в трансформатор, это дополнительное напряжение обычно превышает мощность, на которую рассчитан трансформатор. Некоторые энергетические компании отключают свои трансформаторы, когда происходит молния.
    • Устаревшие трансформаторы: Трансформаторы обычно служат от 20 до 30 лет.По мере того, как их проводка изнашивается, они менее способны справляться с интенсивными требованиями к электричеству, а по мере того, как наша потребность в электричестве увеличивается, они более подвержены выбросам.
    • Проблемы с проводкой: Даже новая проводка может быть повреждена, коррозирована или некачественно проложена. Как и устаревшая проводка, трансформатор не может должным образом справляться с электричеством. Он может сгореть, и тогда его нужно будет заменить.
    • Скачки напряжения: Скачки напряжения также создают большую нагрузку на трансформатор, особенно если другие трансформаторы поблизости уже взорвались.Вы, скорее всего, увидите взрыв трансформатора, если происходят скачки напряжения.
    • Влажность: Как известно, вода и электричество несовместимы. Попадание влаги внутрь коробки трансформатора может привести к взрыву трансформатора.
    • Твари и посторонние предметы: Наконец, насекомые, грызуны и посторонние предметы могут иногда проникать в коробки трансформаторов, что приводит к их выходу из строя.

    Если рядом с вами взорвался трансформатор, держитесь подальше, а также держите подальше свою семью (особенно детей или домашних животных).Трансформаторы и любые поврежденные линии электропередач могут быть чрезвычайно опасны.

    После того, как вы проверите местонахождение перегоревшего трансформатора, немедленно позвоните в свою энергетическую компанию. Вернитесь в свое здание и используйте либо резервные генераторы энергии, либо фонарики и свечи, чтобы увидеть. Если у вас есть холодильники и морозильники, старайтесь не открывать их до тех пор, пока не включится электричество. Продукты могут быстро оттаять и испортиться, поэтому лучше держать холодильник и морозильник как можно более прохладным до тех пор, пока не будет восстановлено электроснабжение.

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.