Устройства трансформатора – как работает устройство и принцип его действия

Содержание

Устройство трансформаторов / Школа электрика / Коллективный блог

Перед тем как я начну разбор устройства трансформатора обязательно стоит указать что, трансформаторы делятся на три большие группы: стержневые, броневые и тороидальные.

В стержневых трансформаторах (рис. 213, а) обмотки 2 охватывают стержни магнитопровода 1; в броневых (рис. 213,б), наоборот, магнитопровод 1 охватывает частично обмотки 2 и таким образом складывается впечатление что он бронирует обмотки. В тороидальных трансформаторах (рис. 213, в) обмотки 2 намотаны на магнитопровод 1 равномерно по всей окружности.

Рис. 213. Принципиальные схемы стержневого (а), броневого (б) и тороидального (в) трансформаторов. Устройство стержневого (а), броневого (б) и тороидального (в) трансформаторов

Трансформаторы большой и средней мощности чаще всего делают стержневыми. Стержневые трансформаторы имеют более простую конструкцию. Это позволяет гораздо проще изолировать и ремонтировать обмотки. Так же стержневые трансформаторы, гораздо, лучшие охлаждаются. Как следствие, меньший расход обмоточных проводов.

В тех случаях когда требуются однофазные трансформаторы небольшой мощности, применяют тороидальные трансформаторы. Это связано с тем что тороидальные трансформаторы имеют так как они имеют меньший вес и стоимость по сравнению со стержневыми трансформаторами. Это связано с тем что тороидальные трансформаторы имеют меньшее число катушек, таким образом, существенно упрощается процесс их изготовления. Например, тяговые трансформаторы с регулированием напряжения на стороне низшего напряжения — стержневого типа, а с регулированием на стороне высшего напряжения — броневого типа.

Магнитопроводы трансформаторов (рис. 214) Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопроводы трансформаторов собирают из листов электротехнической стали толщиной от 0,35 до 0,5 мм. Чаще всего применяется горячекатанная сталь, которая имеет высокое содержание кремния. Гораздо реже в трансформаторах применяется холоднокатанная сталь. В качестве изоляции между литсами тсли магнитопроводов используют изоляцию. В качестве которой чаще всего применяют либо тонкую бумагу, либо лак.
Конфигурация стержней трансформаторов различается в зависимости от их мощности. Например у трансформаторов средней мощности стрежни имеют квадратное или крестовидное сечение, а у более мощных трансформаторов — ступенчатое, по форме приближающееся к кругу (рис. 215, а). Этро сделано для того что бы обеспечить минимальный периметр стержня при заданной площади поперечного сечения. Таким образом уменьшается длинна витков обмоток, и расход проводов для обмотки.
Мощные трансформаторы имеют между отдельными стальными пакетами стержней, каналы шириной 5—6 мм. По этим каналам подаётся масло для охлаждения.
Ярмо, использующееся для соединения стержней, чаще всего имеет прямоугольное сечение, площадь которого на 10—15% больше площади сечения стержней. Это сделано для уменьшения нагрева стали и потери мощности на него.

Рис. 214. Магнитопроводы однофазного тягового (а) и силового трехфазного (б) трансформаторов: 1 — стержень; 2 — ярмовые балки; 3 — стяжные шпильки; 4 — основание для установки катушек; 5 — ярмоРис. 214. Магнитопроводы однофазного тягового (а) и силового трехфазного (б) трансформаторов: 1 — стержень; 2 — ярмовые балки; 3 — стяжные шпильки; 4 — основание для установки катушек; 5 — ярмо

Магнитопроводы силовых трансформаторов выполняют из прямоугольных листов. Сочленение стержней и ярма чаще всего выполняется путём взаимного перекрытиях их листов внахлестку. Расположение листов в двух смежных слоях сердечника показано на рисунке 215, б, г, т. е. листы стержней 1, 3 и ярма 2, 4 каждого последующего слоя перекрывают стык в соответствующих листах предыдущего слоя, существенно уменьшая магнитное сопротивление в месте сочленения. сборку магнитопровода делают после установки катушек на стержни (рис. 215, в).

В трансформаторах малой мощности магнитопроводы собирают из штампованных листов П- и Ш-образной формы или из штампованных колец (рис. 216, а—в).

Большое распространение получили также магнитопроводы (рис. 216,г—ж), навитые из узкой ленты электротехнической стали (обычно из холоднокатаной стали) или из специальных железо-никелевых сплавов.

Обмотки. Первичную и вторичную обмотки для лучшей магнитной связи располагают как можно ближе друг к другу: на каждом стержне 1магнитопровода размещают либо обе обмотки 2 и 3 концентрически одну поверх другой (рис. 217,а), либо обмотки 2 и 3 выполняют в виде чередующихся дисковых секций — катушек (рис. 217,б). В первом случае обмотки называют концентрическими, во втором — чередующимися, или дисковыми. В силовых трансформаторах обычно применяют концентрические обмотки, причем ближе к стержням обычно располагают обмотку низшего напряжения, требующую меньшей изоляции относительно магнито-провода трансформатора, снаружи — обмотку высшего напряжения.

Рис. 215 Формы поперечного сечения (а) и последовательность сборки магнитопровода (б — г)Рис. 215 Формы поперечного сечения (а) и последовательность сборки магнитопровода (б — г)

Рис. 216. Сердечники однофазных трансформаторов малой мощности, собранные из штампованных листов (о, б), колец (в) и стальной ленты (г—ж)Рис. 216. Сердечники однофазных трансформаторов малой мощности, собранные из штампованных листов (о, б), колец (в) и стальной ленты (г—ж)

В трансформаторах броневого типа иногда применяют дисковые обмотки. По краям стержня устанавливают катушки, принадлежащие обмотке низшего напряжения. Отдельные катушки соединяют последовательно или параллельно. В трансформаторах э. п. с, у которых вторичная обмотка имеет ряд выводов для изменения напряжения, подаваемого к тяговым двигателям, на каждом стержне располагают по три концентрических обмотки (рис. 217, в). Ближе к стержню размещают нерегулируемую часть 4 вторичной обмотки, в середине — первичную обмотку 5 высшего напряжения и поверх нее — регулируемую часть 6 вторичной обмотки. Размещение регулируемой части этой обмотки снаружи упрощает выполнение выводов от отдельных ее витков.

В трансформаторах малой мощности используют многослойные обмотки из провода круглого сечения с эмалевой или хлопчатобумажной изоляцией, который наматывают на каркас из электрокартона; между слоями проводов прокладывают изоляцию из специальной бумаги или ткани, пропитанной лаком.

В мощных трансформаторах, устанавливаемых на э. п. с, тяговых подстанциях и пр., применяют непрерывные спиральные

Рис. 217. Расположение концентрических (а), дисковых (б) и концентрических трехслойных (в) обмоток трансформатора. Расположение концентрических (а), дисковых (б) и концентрических трехслойных (в) обмоток трансформатора

(рис. 218, а) и винтовые параллельные (рис. 218,б) обмотки, обладающие высокой механической прочностью и надежностью. Непрерывную спиральную обмотку используют в качестве первичной (высшего напряжения) и регулируемой части вторичной обмотки (низшего напряжения). Эта обмотка состоит из ряда последовательно соединенных плоских катушек, имеющих одинаковые размеры. Катушки расположены друг над другом. Между ними устанавливают прокладки и рейки из электрокартона, которые образуют горизонтальные и вертикальные каналы для прохода охлаждающей жидкости (масла).

Для повышения электрической прочности при воздействии атмосферных напряжений две первые и две последние катушки первичной (высоковольтной) обмотки обычно выполняют с усиленной изоляцией. Усиление изоляции ухудшает охлаждение, поэтому площадь сечения проводов этих катушек берут большей, чем для остальных катушек первичной обмотки.

Винтовую параллельную обмотку используют в качестве нерегулируемой части вторичной обмотки. Ее витки наматывают по винтовой линии в осевом направлении подобно резьбе винта. Обмотку выполняют из нескольких параллельных проводов прямоугольного сечения, прилегающих друг к другу в радиальном направлении. Между отдельными витками и группами проводов располагают каналы для прохода охлаждающей жидкости.

Рис. 218. Непрерывная спиральная (а) и винтовая (б) обмотки мощных трансформаторов электрического подвижного состава: 1 — выводы; 2,6 — каналы для прохода охлаждающей жидкости; 3 — катушки; 4 — опорные кольца; 5 — рейки; 7 — бакелитовый цилиндр; 8 — проводники обмоткиРис. 218. Непрерывная спиральная (а) и винтовая (б) обмотки мощных трансформаторов электрического подвижного состава: 1 — выводы; 2,6 — каналы для прохода охлаждающей жидкости; 3 — катушки; 4 — опорные кольца; 5 — рейки; 7 — бакелитовый цилиндр; 8 — проводники обмотки

Рис. 219. Устройство трансформаторов общего назначения (а) и тягового (б) с масляным охлаждением: 1— термометр; 2 — выводы обмотки высшего напряжения; 3—выводы обмотки низшего напряжения; 4, 6 — пробки для заливки масла; 5 — масломерное стекло; 7 — расширитель; 8 — сердечник; 9, 10 — обмотки высшего и низшего напряжений; 11 — пробка для спуска масла; 12 —бак для охлаждения масла; 13 — трубы для охлаждения масла; 14 — теплообменник; 15 — воздуховоды; 16, 18 — стойки для установки переключателя выводов трансформатора; 17 — заводской щиток; 19 — насос для циркуляции масла; 20 — опорные балкиРис. 219. Устройство трансформаторов общего назначения (а) и тягового (б) с масляным охлаждением: 1— термометр; 2 — выводы обмотки высшего напряжения; 3—выводы обмотки низшего напряжения; 4, 6 — пробки для заливки масла; 5 — масломерное стекло; 7 — расширитель; 8 — сердечник; 9, 10 — обмотки высшего и низшего напряжений; 11 — пробка для спуска масла; 12 —бак для охлаждения масла; 13 — трубы для охлаждения масла; 14 — теплообменник; 15 — воздуховоды; 16, 18 — стойки для установки переключателя выводов трансформатора; 17 — заводской щиток; 19 — насос для циркуляции масла; 20 — опорные балки

Число параллельных проводов определяется током, проходящим по обмотке.

Система охлаждения. Способ охлаждения трансформатора зависит от его номинальной мощности. При увеличении мощности трансформатора необходимо увеличивать и интенсивность его охлаждения.

Трансформаторы малой мощности обычно выполняют с естественным воздушным охлаждением и называют «сухими». Отвод тепла в них происходит путем непосредственной теплоотдачи от нагретых поверхностей обмотки и магнитопровода к окружающему воздуху. В некоторых случаях трансформаторы малой мощности помещают в корпус, залитый термореактивными компаундами на основе эпоксидных смол или других подобных материалов.

В трансформаторах средней и большой мощности сердечник с обмотками целиком погружают в бак, наполненный тщательно очищенным минеральным (трансформаторным) маслом (рис. 219, а). Такой способ отвода тепла называют естественным масляным охлаждением. Трансформаторное масло обладает более высокой теплопроводностью, чем воздух, и хорошо отводит тепло от обмоток и сердечника трансформатора к стенкам бака, имеющего большую площадь охлаждения, чем сам трансформатор. Погружение трансформатора в бак с маслом обеспечивает также повышение электрической прочности изоляции его обмоток и предотвращает ее старение под влиянием атмосферных воздействий. Баки трансформаторов мощностью 20—30 кВ*А имеют гладкие стенки. В более мощных трансформаторах (например, в трансформаторах, устанавливаемых на тяговых подстанциях) для повышения теплоотдачи поверхность охлаждения увеличивают, применяя баки с ребристыми стенками или трубчатые. Нагревающееся внутри бака масло поднимается кверху, а охлаждающееся в трубах опускается вниз, создавая, таким образом, естественную циркуляцию, способствующую охлаждению трансформатора.

На э. п. с. переменного тока применяют трансформаторы с масляным охлаждением и принудительной циркуляцией масла через теплообменник, охлаждаемый воздухом (рис. 219,б). Такая система охлаждения позволяет существенно повысить индукцию в сердечнике и плотность тока в обмотках, т. е. уменьшить массу и габаритные размеры трансформатора.

В систему охлаждения обычно вводят струйное реле, которое не допускает включения трансформатора, если через него не циркулирует масло.

Масло в трансформаторе во время работы нагревается и расширяется. При уменьшении нагрузки оно, охлаждаясь, возвращается к первоначальному объему. Поэтому масляные трансформаторы снабжают дополнительным баком — расширителем, соединенным с внутренней полостью бака.При нагревании трансформатора масло переходит в расширитель. Применение расширителя позволяет значительно сократить поверхность соприкосновения масла с воздухом, что уменьшает его загрязнение и увлажнение.

При работе трансформатора масло, нагреваясь, разлагается и загрязняется, поэтому его периодически очищают или заменяют. Масляные трансформаторы во избежание опасности пожара и взрыва устанавливают в специально огражденных помещениях. Наибольшая температура обмоток трансформатора не должна превышать 105 °С, сердечника — 110 °С, верхних слоев масла — 95 °С.

Для защиты от возможной аварии трансформаторы средней и большой мощности снабжают специальными газовыми реле. Газовое реле устанавливают в трубопроводе между основным баком и расширителем. При значительном выделении взрывоопасных газов, образующихся в результате разложения масла, газовое реле автоматически выключает трансформатор, предупреждая развитие аварии. В трансформаторах мощностью более 1000 кВ*А устанавливают также выхлопную трубу, закрытую стеклянной мембраной. При образовании большого количества газов они выдавливают мембрану и выходят в атмосферу — этим предотвращается деформация бака.

Многообмоточные трансформаторы. Наиболее распространены двухобмоточные однофазные трансформаторы (рис. 220, а). При необходимости получения от одного трансформатора нескольких различных напряжений u21, u22, u23 (рис. 220, б) используют многообмоточные трансформаторы, у которых на магнитопроводе расположено несколько вторичных обмоток с различным числом витков. Например, тяговые трансформаторы электровозов имеют обычно четыре обмотки: первичную (высшего напряжения) и три вторичные (низшего напряжения). Одна из них (тяговая) служит для питания через выпрямитель цепи тяговых двигателей, вторая — для питания электрических потребителей собственных нужд (цепей вспомогательных машин, управления, освещения и пр.) и третья — для питания электрических печей отопления пассажирских вагонов. Если на электровозе предусмотрено рекуперативное торможение, то в ряде случаев применяют специальную вторичную обмотку для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей в этом режиме. На некоторых электровозах каждый тяговый двигатель питается от собственного выпрямительного блока и в трансформаторе предусматривают соответствующее число вторичных обмоток.

ВложениеРазмер
66-1-2[1].png13.21 КБ
66-1-3[1].png18.27 КБ
66-1-5[1].png11.86 КБ
66-1-4[1].png6.24 КБ
66-1-61[1].png7.63 КБ
66-1-8[1].png27.48 КБ
66-1-7[1].png30.42 КБ

44kw.com

Устройство трансформатора

Трансформатор является статическим электромагнитным устройством, в состав которого входят две и более обмоток с индуктивными связями. Это устройство предназначено для преобразования первичной системы переменного тока во вторичную с помощью явления электромагнитной индукции. Стандартное устройство трансформатора основано на электромагнитной схеме, которая состоит из двух обмоток, которые размещаются на замкнутом контуре магнитопровода, изготовленного из ферромагнитных материалов.

Устройство и принцип действия трансформатора

За счет ферромагнитов усиливается электромагнитная связь между обеими обмотками, то есть магнитное сопротивление контура, по которому проходит трансформаторный магнитный поток, уменьшается. Для подключения первичной обмотки используется источник переменного тока. Вторичная обмотка присоединяется к сопротивлению нагрузки.

Обмотка с высоким напряжением носит название обмотки высшего напряжения, а обмотка с низким, называетсяобмоткой низшего напряжения.

При передаче и распределении электроэнергии в некоторых случаях применяются трансформаторы с тремя обмотками, а в автоматических и радиоэлектронных устройствах используются трансформаторы с большим количеством обмоток. В таких случаях на одну обмотку поступает питание, а на остальных получаются различные напряжения.

Это позволяет снабжать электроэнергией сразу несколько потребителей. Трех обмоточные силовые трансформаторы бывают с обмотками низкого, среднего и высокого напряжения. В трансформаторах осуществляется преобразование только токов и напряжения. Их мощность остается на постоянном уровне и лишь немного уменьшается по причине внутренних потерь.

Передача и распределение электроэнергии

Такое устройство трансформатора позволяет использовать его при передаче и распределении электроэнергии. Это связано с тем, что передача электроэнергии на большие расстояния выгодна при больших значениях напряжений. Для этого, на всех электростанциях устанавливаются трансформаторы, повышающие напряжение.

При распределении электроэнергии между потребителями, наоборот, требуются автотрансформаторы, которые понижают напряжение до необходимых значений. Кроме того, они используются для преобразования и согласования напряжения и носят название преобразовательных. Трансформаторы используются в сварочном и прочем оборудовании, в радио- и электронной аппаратуре.

С помощью трансформаторов многие виды аппаратуры, а также электроизмерительные приборы получили возможность быть включенными в электрические цепи с большими токами. Таким образом, расширяются пределы и возможности измерения, обеспечивается необходимая электробезопасность.

electric-220.ru

Устройство трансформатора

Магнитопровод. Общий вид силового трансформатора изображен на      рис. 2.1, где  1- термометр; 2 – выводы обмотки ВН; 3 –выводы обмотки НН; 4, 6 – пробки для заливки масла; 5 – указатель уровня масла; 7 – расширитель; 8 – магнитопровод; 9 – обмотка НН; 10 – обмотка ВН; 11 – пробка для слива масла; 12 – бак для масла и активной части; 13 – трубы для охлаждения масла. Активную часть трансформатора (магнитопровод и обмотки) погружают в бак, наполненный специальным трансформаторным маслом, которое значительно повышает электрическую прочность изоляции обмоток и хорошо отводит тепловые потери, возникающие в активной части при работе трансформатора.

Магнитопровод изготовляют из горячекатаной или холоднокатаной листовой электротехнической стали. При частоте тока до 150 Гц магнитопровод собирают из листовой стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Часть магнитопровода, на которой размещены обмотки, называется стержнем, а остальная часть, замыкающая магнитопровод, — ярмом. Для уменьшения магнитных потерь магнитопровод делают шихтованным. Сборка листов в этом случае происходит, как показано на рис. 2.2. Вначале листы укладывают по эскизу рис. 2.2, а,в а затем по эскизу рис. 2.2, 6,г и т.д. У трансформаторов малой мощности поперечное сечение магнитопровода имеет квадратную или прямоугольную форму (рис.2.3,а,ь), у трансформаторов средней и большой мощности – ступенчатую (рис.2.3,в,г), которая по форме приближается к окружности; этим  при  заданном сечении  магнитопровода  достигается  меньшая средняя  длина каждого витка обмоток и, следовательно, известная экономия материала.

Обмотки трансформатора. Они чаще всего выполняются в виде цилиндрических катушек из медных или алюминиевых изолированных друг от друга проводов круглого или прямоугольного сечения.

Первичная и вторичная обмотки обычно располагаются на одном стержне       (рис. 2.3а): обмотки  3 низшего напряжения (НН) помещаются ближе к стержню 1, а обмотки 2  высшего напряжения (ВН)снаружи. Между обмотками находится изолирующий цилиндр.  В некоторых случаях для уменьшения индуктивного сопротивления рассеяния обмоток применяют двойные концентрические обмотки (рис. 2.4,б), в которых обмотку НН делят на две части с одинаковым числом витков. С такой же целью применяют чередующиеся обмотки (рис. 2.4,в), в которых обмотки НН и ВН (2 и 3) составляются в симметричные группы 4,5  вдоль стержня.

Номинальная мощность и система охлаждения трансформатора. Под номинальной мощностью трансформатора Sном понимают его полную мощность при номи­нальном напряжении и номинальном токе, т.е.  Sном = U1номI1ном. При  расчетах потерями в трансформаторе обычно пренебрегают и считают, что полная  мощность  во вторичной цепи  равна  полной  мощности первичной цепи, т.е . Номинальная мощность силового трансформатора обычно указывается в его паспорте и выражается в кВ*А. Можно показать, что мощность потерь в трансформаторе, а значит, и его температура нагрева с ростом номинальной мощности растут в большей степени, чем поверхность охлаждения. Поэтому чем больше мощность трансформатора, тем эффективнее должно быть его охлаждение. По способу охлаждения трансформаторы делятся на сухие и масляные. Трансформаторы малой мощности (примерно до 20 кВ-А) изготовляют сухими. Они либо естественно охлаждаются воздухом, либо обдуваются при помощи вентиляторов. Трансформаторы средней и большой мощности выполняются масляными.

В этом случае магнитопровод с обмотками располагают в баке с трансформаторным маслом. Масло помимо отвода тепла предохраняет обмотки трансформатора от соприкосновения с воздухом, что замедляет старение изоляции и увеличивает ее пробивную прочность.

electrono.ru

Устройство трансформатора | Схема трансформатора

Магнитопровод. Трансформаторы могут быть трех видов: стержневые, броневые и тороидальные, принадлежность к одной из групп определяет конфигурация магнитопровода.

На рис. 1а изображен стержневой трансформатор. Стержни магнитопровода 1 охватывают обмотки 2. В броневом трансформаторе, который изображен на рис. 1б, наоборот, обмотки 2 частично охвачены магнитопроводом 1, который как бы служит броней обмоткам. Обмотки в  трансформаторе тороидального типа (рис. 1в) равномерно распределены по окружности магнитопровода 1.

Рис. 1. Устройство стержневого (а), броневого (б) и тороидального (в) трансформаторов

Трансформаторы, имеющие среднюю и большую мощность, как правило, изготавливают стержневыми. Их конструкция наиболее простая, что облегчает процессы осуществления изоляции и ремонтные работы на обмотках. Их плюсами можно назвать лучшее охлаждение, поэтому обмоточных проводов расходуется меньше. Маломощные однофазные трансформаторы изготавливают броневого или тороидального типа, их вес и стоимость меньше, по сравнению со стержневыми, так как уменьшается число катушек и упрощается их изготовление и сборка. Тяговые трансформаторы, в которых регулировка осуществляется на той стороне, где сопротивление меньше, делают стержневыми, если же регулировка осуществляется на стороне большего напряжения — броневыми.

Для изготовления магнитопроводов трансформаторов используется листовая электротехническая сталь с целью уменьшения потерь, вызываемых вихревыми токами (рис. 2). Берут лист, толщина которого не превышает 0,35-0,5 мм.

Рис. 2. Магнитопроводы однофазного тягового (а) и силового трехфазного (б) трансформаторов: 1 — стержень; 2 — ярмовые балки; 3 — стяжные шпильки; 4 — основание для установки катушек; 5 — ярмо

В основном, используют горячекатаную сталь с большим содержанием кремния, также может использоваться холоднокатаная сталь. Листы изолируются с использованием лака или тонкой бумаги. У среднемощного трансформатора стержни магнитопровода могут иметь сечение в виде квадрата или креста, у самых мощных сечение ступенчатое, почти круглой формы (рис. 3, а). Такое сечение позволяет сделать периметр стержня минимальным при заданной величине площади поперечного сечения, это дает возможность уменьшить длину витков обмоток и, соответственно, минимизировать расход обмоточных проводов. В наиболее мощных трансформаторах делают каналы между стальными пакетами, из которых состоят стержни.

Ширина таких каналов варьируется в пределах 5—6 мм, в них происходит циркуляция охлаждающего масла. Сечение ярма, соединяющего стержни, обычно имеет прямоугольную форму, а его площадь должна быть на 10—15% больше, чем площадь сечения стержней. Благодаря этому сталь нагревается меньше, минимизируются потери мощности.

Собирается магнитопровод для силовых трансформаторов из листов, имеющих прямоугольную форму. Ярмо и стержни сочленяются так, чтобы их листы перекрывались внахлест. Для этого листы смежных слоев сердечника собирают таким образом (рис. 3, б, г): листами ярма 3, 4 и стержней 1, 3 последующих слоев перекрываются стыки в соответствующих листах слоя предыдущего. Тем самым в местах сочленения магнитное сопротивление значительно снижается. Финишная сборка магнитопровода осуществляется после того, как катушки установлены на стержни (рис. 3 в).

В маломощных устройствах сборочный процесс магнитопроводов производится из штампованных стальных листов, имеющих Ш- и П-образную форму, либо берут штампованные кольца (рис. 4 а—в).

Широко распространены и магнитопроводы (рис. 4, г—ж), навивка которых осуществляется узкой лентой из электротехнической стали (холоднокатаной) либо из сплавов железа и никеля.

Обе обмотки, первичная и вторичная, с целью улучшить магнитную связь, располагают на самом малом допустимом расстоянии друг от друга, при этом на каждый стержень магнитопровода ставят одну или две обмотки 2 и 3.

Рис. 3 Формы поперечного сечения (а) и последовательность сборки магнитопровода (б — г)

Рис. 4. Сердечники однофазных трансформаторов малой мощности, собранные из штампованных листов (о, б), колец (в) и стальной ленты (г—ж)

Обмотки размещаются концентрически одна сверху другой (рис. 5, а). Возможно и выполнение обмоток 2 и 3 как перемежающихся секций из дисков — катушек (рис. 5, б). Для первого случая обмотки именуются концентрическими, во втором варианте — чередующимися (дисковыми). В основном, в силовых трансформаторах применяются концентрические обмотки, ближе к стержням расположена низковольная обмотка, которой требуется меньшая изоляция от магнитопровода трансформатора, высоковольтная обмотка расположена снаружи.

Бывает и так, что в трансформаторах броневого вида применяются дисковые обмотки. Тогда по краям стержня ставят катушки от низковольтной обмотки. Соединяться отдельные катушки могут последовательно или параллельно. В трансформаторах ЭПС у вторичной обмотки имеется несколько выводов, служащих для изменения напряжения, которое подается к тяговым двигателям, тогда на каждый стержень ставятся по три концентрические обмотки (рис. 5, в). Нерегулируемую часть 4 обмотки вторичной размещают ближе к стержню, а в центре размещают первичную обмотку 5 большего напряжения, над ней располагается регулируемая часть 6 вторичной обмотки. Так как регулируемая часть данной обмотки размещена снаружи, выполнение выводов от ее витков значительно упрощается.

В трансформаторах небольшой мощности применяют многослойные обмотки, провод имеет сечение круглой формы, изоляция может быть эмалевой или хлопчатобумажной. Провод накручивают на каркас, сделанный из электрокартона. Изоляция слоев производится прокладками, сделанными из специальной бумаги, также используется пропитанная лаком ткань.

Рис. 5. Расположение концентрических (а), дисковых (б) и концентрических трехслойных (в) обмоток трансформатора

В мощных трансформаторах, стоящих на ЭПС, тяговых подстанциях и т.п., применяют обмотки спиральные непрерывные (рис. 6, а) и параллельные винтовые (рис. 6, б), характеризующиеся высокой надежностью и большой механической прочностью. Непрерывная обмотка в виде спирали служит первичной (высокого напряжения) и регулируемой частью вторичной обмотки (низкого напряжения). Составляет такую обмотку ряд плоских катушек, имеющих один и тот же размер и соединенных последовательно между собой. При этом расположены они одна над другой. Разделяют их прокладки и рейки, сделанные из электрокартона. Этими деталями образованы каналы (горизонтальные и вертикальные), по каналам идет масло (охлаждающая жидкость).

Чтобы повысить электрическую прочность при воздействиях атмосферного напряжения, первые и последние пары катушек первичной (высоковольтной) обмотки изготавливают с усиленной изоляцией. Фактор усиленной изоляции ухудшает охлаждение. Чтобы избежать этого, провода этих катушек должны иметь площадь сечения больше, чем у иных катушек высоковольтной обмотки (первичной).

Винтовую параллельную обмотку применяют как нерегулируемую часть вторичной обмотки. Витки этой обмотки наматывают в направлении оси аналогично винтовой резьбе. Обмотка делается из определенного числа параллельных проводов, сечением прямоугольной формы. Эти провода друг к другу прилегают в радиальном направлении. Разделяют отдельные витки и целые группы проводов  каналы с циркулирующей по ним  охлаждающей жидкостью.

Рис. 6. Непрерывная спиральная (а) и винтовая (б) обмотки мощных трансформаторов электрического подвижного состава: 1 — выводы; 2,6 — каналы для прохода охлаждающей жидкости; 3 — катушки; 4 — опорные кольца; 5 — рейки; 7 — бакелитовый цилиндр; 8 — проводники обмотки

Рис. 7. Устройство трансформаторов общего назначения (а) и тягового (б) с масляным охлаждением: 1— термометр; 2 — выводы обмотки высшего напряжения; 3—выводы обмотки низшего напряжения; 4, 6 — пробки для заливки масла; 5 — масломерное стекло; 7 — расширитель; 8 — сердечник; 9, 10 — обмотки высшего и низшего напряжений; 11 — пробка для спуска масла; 12 —бак для охлаждения масла; 13 — трубы для охлаждения масла; 14 — теплообменник; 15 — воздуховоды; 16, 18 — стойки для установки переключателя выводов трансформатора; 17 — заводской щиток; 19 — насос для циркуляции масла; 20 — опорные балки

Количество параллельных проводов зависит от величины тока, который будет проходить по обмотке.

Охлаждающая система. Применяемый способ охлаждения трансформатора определяет его номинальная мощность. Чем она больше, тем интенсивнее должно производиться охлаждение трансформатора.

В трансформаторах небольшой мощности обычно применяют естественное охлаждение воздухом, называются такие устройства «сухими». Тепло от нагреваемых поверхностей магнитопровода и обмоток в них отводится прямо в окружающий воздух. Иногда маломощные трансформаторы находятся в корпусе, который заполняют термореактивными компаундами, основа которых — эпоксидные смолы либо подобные материалы.

В трансформаторах, мощность которых средняя или большая, сердечник и обмотки полностью погружены в бак с минеральным маслом (трансформаторным), его подвергают тщательной очистке (рис. 7, а). Такой способ теплоотвода называется естественное масляное охлаждение. Трансформаторному маслу свойственна более высокая теплопроводность, чем воздуху, оно лучше отводит тепло к стенкам бака от сердечника и обмоток. Площадь охлаждения у бака больше, нежели у трансформатора. А еще погружение трансформатора в бак, заполненный маслом, позволяет повысить электрическую прочность изоляции обмоток и уменьшить ее старение под воздействием атмосферных явлений. Баки для трансформаторов, имеющих мощность 20-30 кВА, изготавливают с гладкими стенками. Для  трансформаторов большей мощности (к примеру, стоящих на тяговых подстанциях), с целью повысить теплоотдачу, площадь охлаждения увеличивают, используя трубчатые баки или баки с ребристыми стенками. Масло, нагревающееся в баке, поднимается вверх, а масло, охлаждающееся в трубах, спускается вниз. Создается естественная циркуляция, которая улучшает охлаждение трансформатора.

На ЭПС переменного тока ставят трансформаторы масляного охлаждения, циркуляция масла в них – принудительная, оно идет через теплообменник, который охлаждается воздухом (рис. 7, б). Подобная система охлаждения позволяет увеличить индукцию в сердечнике, в обмотках — плотность тока, таким образом уменьшают массу и размеры трансформатора.
В охлаждающую систему обычно ставят струйное реле, чтобы не дать трансформатору включиться, когда в нем нет циркуляции масла.

При работающем трансформаторе масло нагревается, его объем увеличивается. Когда нагрузка уменьшается, оно остывает, и объем становится прежним. Из-за этого масляные трансформаторы комплектуют дополнительным баком — это расширитель, который соединен с внутренней частью основного бака. Как только  трансформатор нагревается, масло переходит в расширитель. Использование расширителя ведет к уменьшению площади соприкосновения масла с воздухом, уменьшается загрязнение и увлажнение масла.

Когда трансформатор работает, нагретое масло разлагается и загрязняется, поэтому оно требует периодической очистки и замены. Чтобы избежать взрыва и пожара, масляные трансформаторы стоят в огражденных помещениях. Максимум допустимой температуры для обмоток — 105°С, сердечника — 110°С, верхнего слоя масла — 95°С.

Чтобы предотвратить аварийные ситуации, устройства большой и средней мощности оснащают газовыми реле, их ставят прямо в трубопроводе, между расширителем и главным баком. Если взрывоопасные газы, которые образуются при разложении масла, собираются в большом количестве, такое газовое реле выключит трансформатор в автоматическом режиме, предотвращая возможность аварии. На трансформаторы, мощность которых составляет более 1000 кВА, ставят и выхлопную трубу, закрываемую мембраной из стекла. Большое количество газов выдавит мембрану и выйдет в атмосферу, это исключает деформирование бака.

Трансформаторы многообмоточные. Самое большое распространение имеют однофазные двухобмоточные трансформаторы (рис. 8, а). Если нужно получить от одного трансформатора не одно, а несколько разных напряжений u21, u22, u23 (рис. 8, б), применяются многообмоточные трансформаторы. Их магнитопровод имеет несколько вторичных обмоток, причем все они имеют разное число витков. Например, у тяговых трансформаторов, используемых в электровозах, есть четыре обмотки: одна — высоковольтная первичная и три — низковольтные вторичные. При этом одна (тяговая) должна питать цепи тяговых двигателей через выпрямитель, в то время как вторая обеспечивает питание собственных электропотребителей (цепи вспомогательных машин, освещение, управление и т.д.), третья  предназначена для обеспечения питанием электрических отопительных печей вагонов для пассажиров. Если конструкцией электровоза предусмотрено рекуперативное торможение, то применяется особая вторичная обмотка, которая служит для обеспечения электропитанием возбуждающих обмоток тяговых двигателей, работающих в этом режиме. Есть и такие модели электровозов, в которых питание для всех тяговых двигателей предусмотрено от собственного выпрямителя, при этом трансформатор делается с соответствующим числом вторичных обмоток.

Рис. 8. Схемы двухобмоточного (а) и многообмоточного (б) трансформаторов

www.viele-transformatoren.ru

Трансформатор напряжения: устройство и принцип работы

Трансформаторы играют значительную роль в электротехнике, выполняя функции преобразования, изоляции, измерения и защиты. Одной из самых распространенных задач устройств этого типа является регуляция отдельных параметров тока. В частности, трансформаторы напряжения (ТН) преобразуют показатели первичной электросети до оптимальных значений, с точки зрения потребителей.

Общая конструкция оборудования

Техническую основу трансформатора образует электромагнитная начинка, обеспечивающая функциональные процессы устройства. По размерам оборудование может различаться в зависимости от требований к силовой нагрузке в цепи. В типовом исполнении трансформатор имеет устройства ввода и вывода тока, а основные рабочие элементы выполняют задачи преобразования напряжения. За обеспечение надежности и безопасности технологических процессов отвечает набор изоляторов, предохранителей и устройство релейной защиты. В конструкции современного трансформатора пониженного напряжения предусматриваются и датчики регистрации отдельных рабочих параметров, показатели которых направляются на пульт управления и становятся основой для команд регулирующим органам. Функционирование электротехнических компонентов само по себе требует энергоснабжения, поэтому в некоторых модификациях преобразователи дополняются автономными источниками питания – генераторами, аккумуляторами или батареями.

Сердечники трансформатора

Ключевые рабочие элементы ТН представляют собой так называемые сердечники (магнитопроводы) и обмотки. Первые бывают двух видов – стержневые и броневые. Для большинства низкочастотных трансформаторов до 50 Гц применяются стержневые сердечники. В изготовлении магнитопровода используют специальные металлы, от характеристик которых зависят рабочие свойства конструкции, например, производительность и величина тока холостого хода. Сердечник трансформатора напряжения образуется тонкими листами сплава, изолированными между собой слоями лака и окиси. От качества данной изоляции будет зависеть степень влияния вихревых токов магнитопровода. Существует и особая разновидность наборных сердечников, которые формируют конструкции произвольного сечения, но близкого к квадратной форме. Такая конфигурация позволяет создавать универсальные магнитопроводы, но у них есть и слабые места. Так, возникает потребность в плотном стягивании металлических пластик, поскольку мельчайшие зазоры понижают коэффициент наполняемости рабочей площади катушки.

Обмотки трансформаторов напряжения

Обычно используют две обмотки – первичную и вторичную. Они изолируются и друг от друга, и от сердечника. Первый уровень обмотки отличается большим количеством витков, выполненных тонким проводом. Это позволяет ей обслуживать сети высокого напряжения (до 6000-10 000 В), требуемого для основных нужд преобразования. Вторичная обмотка предназначена для параллельного снабжения измерительных приборов, релейных устройств и другой вспомогательной электротехники. При подключении обмотки трансформаторов напряжения важно учитывать маркировку на выходных зажимах. Например, реле направления мощности, мультиметры, амперметры, ваттметры и различные счетчики соединяются с катушками посредством начала первичной обмотки (обозначение А), концевой линии (Х), начала вторичной обмотки (а) и ее конца (х). Также может использоваться дополнительная обмотка со специальными приставками в обозначении.

Монтажная арматура и средства заземления

Перечень доборных элементов и функциональных устройств может быть разным в зависимости от типа и характеристик трансформатора. К примеру, масляные конструкции с показателем первичного напряжения до 10 кВ и более обеспечиваются арматурой для заливки, слива и отбора проб технической смазки. Для масла также предусматривается бак с форсунками и регуляторами, управляющими плавной подачей жидкости в целевые зоны. Типовые наборы арматуры чаще всего включают кронштейны с болтами, патрубки, релейные компоненты, прокладки из электрокартона, фланцевые элементы и т. д. Что касается заземления, то трансформаторы с напряжением на первичной обмотке до 660 В обеспечиваются зажимами с резьбовым креплением болтов, шпилек и винтов типоразмером М6. Если показатель напряжения выше 660 В, то заземляющая арматура должна будет иметь соединения метизов формата не меньше М8.

Принцип действия ТН

Основные функции и процессы электромагнитной индукции выполняет комплекс, включающий металлический сердечник с набором трансформаторных пластин, первичную и вторичную обмотки. Качество работы устройства будет зависеть от точности базового расчета амплитуды и угла прохождения тока. За преобразование в электромагнитном поле отвечает взаимная индукция между несколькими обмотками. Переменный ток в трансформаторе напряжения на 220 В постоянно меняется, проходя по одиночной обмотке. В соответствии с законом Фарадея, электродвижущая сила индуцируется раз в секунду. В системе с закрытой обмоткой по цепи будет проходить ток по умолчанию и замыкаться на металлическом сердечнике. Чем меньше нагрузка на вторичную обмотку трансформатора, тем ближе фактический коэффициент преобразования к номинальной величине. Работа с подключением вторичной обмотки к измерительным устройствам особенно будет зависеть от степени преобразования, так как мельчайшие колебания нагрузки будут влиять на точность замеров, введенных в цепь приборов.

Разновидности трансформаторов

На сегодняшний день наиболее распространены следующие разновидности ТН:

  • Каскадный трансформатор – устройство, в котором первичная обмотка разделяется на несколько последовательных секций, а за передачу мощности между ними отвечают выравнивающие и связующие обмотки.
  • Заземляемый ТН – однофазные конструкции, у которых один конец первичной обмотки наглухо заземляется. Также это могут быть трехфазные трансформаторы напряжения с заземленной нейтралью от первичной обмотки.
  • Незаземляемый ТН – устройство с полной изоляцией обмоток с примыкающей арматурой.
  • Двухобмоточные ТН – трансформаторы с наличием одной вторичной обмотки.
  • Трехобмоточные ТН – трансформаторы, у которых помимо первичной обмотки также присутствуют основная и дополнительная вторичные обмотки.
  • Емкостный ТН – конструкции, отличающиеся наличием емкостных разделителей.

Особенности электронных ТН

По основным метрологическим показателям данный вид трансформаторов немногим отличается от электротехнических устройств. Обусловлено это тем, что в обоих случаях применяется традиционный канал преобразования. Главные же особенности электронных трансформаторов заключаются в отсутствии высоковольтной изоляции, что в итоге и способствует получению более высокого технико-экономического эффекта от эксплуатации оборудования. В высоковольтных сетях с первичным напряжением трансформатора напряжения до 660 В преобразователь связывается с центральной сетью гальваническим способом. Сведения об измеряемом токе передаются под высоким потенциалом, как это происходит и в аналогово-цифровом преобразователе с оптическим выходом. Однако размеры и масса электронных моделей настолько малы, что дают возможность устанавливать трансформаторные блоки в инфраструктуре высоковольтных проводных шин даже без подключения дополнительных изоляторов и крепежной арматуры.

Характеристики трансформаторов

Основной технико-эксплуатационной величиной является потенциал напряжения. На первичной обмотке он может достигать и 100 кВ, но это по большей части касается крупногабаритных промышленных станций, содержащих несколько преобразующих модулей. Как правило, на первичной обмотке поддерживается не более 10 кВ. Трансформатор напряжения для однофазных сетей с заземленной нейтралью и вовсе работает при 100 В. Что касается вторичной обмотки, то ее номинальные показатели напряжения составляют 24-45 В в среднем. Опять же, на этих контурах обслуживаются энергетически малоемкие приборы учета, для которых не требуется высокой нагрузки питания. Впрочем, и вторичные обмотки иногда имеют высокие потенциалы более 100 В в трехфазных сетях. Также в оценке характеристик трансформатора важно учитывать класс точности – это величины от 0,1 до 3, которые определяют степень отклонений в преобразовании целевых электротехнических показателей.

Феррорезонансный эффект

Электромагнитные устройства нередко подвергаются разного рода негативным влияниям и повреждениям, связанным с нарушениями в изоляции. Одним из самых распространенных процессов разрушения обмотки является феррорезонансное возмущение. Оно приводит к механическому повреждению и перегреву обмоток. Основной причиной этого явления называют нелинейность индуктивности, которая возникает в ситуациях нестабильной реакции магнитопровода на окружающее магнитное поле. Защитить трансформатор напряжения от феррорезонансных эффектов позволяют внешние меры, среди которых включение дополнительных емкостей и резисторов к коммутируемому устройству. В электронных системах минимизировать вероятность индукционной нелинейности позволяет и программирование последовательностей отключения аппаратуры.

Применение оборудования

Эксплуатация трансформаторных устройств, преобразующих напряжение, регулируется правилами использования электротехники. Учитывая оптимальные рабочие величины, специалисты вводят подстанции в снабжающую инфраструктуру целевого объекта. Основные функции систем позволяют обслуживать здания и предприятия с мощными энергетическими установками, а вторичное напряжение трансформатора до 100 В контролирует нагрузку для менее требовательных потребителей наподобие счетчиков и метрологических устройств. В зависимости от технико-конструкционных параметров, ТН могут использоваться в промышленности, в строительной сфере и в бытовом хозяйстве. В каждом случае трансформаторы обеспечивают контроль электротехнического питания, регулируя входные показатели мощности в соответствии с номинальными запросами конкретного объекта.

Заключение

Электромагнитные трансформаторы обеспечивают довольно старый, но востребованный по сей день принцип регуляции мощности в электроцепях. Устаревание данного оборудования связано и с конструкционным исполнением оборудования, и с функциональностью. Тем не менее это не мешает использовать трансформаторы тока и напряжения для ответственных задач управления электроснабжением на крупных предприятиях. К тому же нельзя сказать, что преобразователи этого типа вовсе не подвергаются улучшениям. Хотя основные принципы работы и даже техническая реализация в целом остаются прежними, инженеры в последнее время активно работают над системами защиты и управления. В итоге это сказывается на повышении безопасности, надежности и точности работы трансформаторов.

fb.ru

что это такое, назначение, виды, устройство и принцип действия

Электротехнический агрегат, имеющий две, три или больше обмоток, статически устанавливается в электросеть. Силовой трансформатор изменяет переменное напряжение и ток без отклонения частоты. Преобразователь, применяемый во вторичных источниках питания, называют понижающим устройством. Повышающие конструкции увеличивают напряжение, используются в высоковольтных ЛЭП с большими мощностью, пропускной способностью и емкостью.

Область применения

В комплект установок, предназначенных для генерирования электричества, входят силовые трансформаторы. Электростанции используют энергию атома, органического, твердого или жидкого топлива, работают на газе или применяют силу водяного потока, но преобразователи выходных показателей подстанций необходимы для нормального функционирования потребительских и производственных линий.

Агрегаты устанавливают в сетях промышленных мощностей, сельских предприятий, на оборонных комплексах, разработках нефти и газа. Прямое назначение силового трансформатора – понижать и повышать напряжение и силу тока – используется для работы транспортной, жилищной, торговой инфраструктуры, сетевых распределительных объектов.

Основные детали и системы

Питающее напряжение и нагрузка подаются на вводы, которые располагаются на внутренней или наружной колодке для клемм. Контакт закрепляется болтами или специальными соединителями. В масляных агрегатах вводы устраиваются снаружи по сторонам бака или на крышке съемного корпуса.

Передача от внутренних обмоток идет на гибкие демпферы или резьбовые шпильки из цветных металлов. Силовые трансформаторы и их корпуса изолируются от шпилек фарфоровым или пластиковым слоем. Зазоры устраняются прокладками из материала, стойкого к действию масел и синтетических жидкостей.

Охладители снижают температуру масла из верхней области бака и передают его в боковой нижний слой. Остужающее устройство силового масляного трансформатора представлено:

  • внешним контуром, снимающим тепло с носителя;
  • внутренней цепью, нагревающей масло.

Охладители бывают разных видов:

  • радиаторы – совокупность плоских каналов со сваркой на торце, расположенных в пластинах для сообщения между нижними и верхними коллекторами;
  • гофрированные резервуары – ставятся в мало- и среднемощных агрегатах, являются одновременно емкостью для понижения температуры и рабочим баком со складчатой поверхностью стенок и нижней коробкой;
  • вентиляторы – ими оборудуются большие трансформаторные модули для принудительного охлаждения потока;
  • теплообменники – применяют в больших узлах для перемещения синтетических жидкостей с помощью насоса, т. к. организация естественной циркуляции требует много места;
  • водно-масляные установки – трубчатые теплообменники по классической технологии;
  • циркуляционные насосы – герметичные конструкции с полным погружением двигателя при отсутствии сальниковых прокладок.

Оборудование для трансформации напряжения снабжается регулирующими устройствами для изменения числа рабочих витков. Вольтаж на вторичной обмотке модифицируется с помощью переключателя количества спиралей или устанавливается болтовым соединением при выборе расположения перемычек. Так подсоединяются выводы заземленного или обесточенного трансформатора. Регулирующие модули преобразуют напряжение в небольших диапазонах.

В зависимости от условий переключатели количества спиралей делят на виды:

  • устройства, работающие при выключенной нагрузке;
  • элементы, функционирующие при замыкании вторичной обмотки на сопротивление.

Навесное оборудование

Газовое реле располагается в соединительной трубке между расширительным и рабочим баками. Прибор предупреждает разложение изолирующей органики, масла при перегреве и небольшие повреждения системы. Устройство реагирует на газообразование при неполадках, подает тревожный сигнал или полностью отключает систему в случае короткого замыкания или опасного понижения уровня жидкости.

Вверху бака в карманах ставят термопары для измерения температуры. Они работают по принципу математического расчета для выявления наиболее разогретой части агрегата. Современные датчики создаются на основе технологии оптоволокна.

Узел беспрерывной регенерации используется для восстановления и очистки масла. В результате работы в массе образуется шлак, в нее попадает воздух. Устройства регенерации бывают двух типов:

  • термосифонные модули, использующие естественное перемещение нагретых слоев вверх и прохождение через фильтр, последующее опускание охлажденных потоков на дно бака;
  • адсорбционные установки качества принудительно перекачивают массу через фильтры насосом, располагаются отдельно на фундаменте, используются в схемах преобразователей больших габаритов.

Модули для защиты масла представляют собой расширительный бак открытого типа. Воздух над поверхностью массы пропускается через поглотители влаги с силикагелем. Адсорбирующее вещество при максимальной влажности становится розовым, что служит сигналом к его замене.

Вверху расширителя устанавливают масляный затвор. Это прибор для снижения влажности воздуха, работающий на трансформаторном сухом масле. Модуль с помощью патрубка соединяется с расширительным баком. Вверху приваривается емкость с внутренним разделением в виде нескольких стенок по форме лабиринта. Воздух пропускается через масло, отдает влагу, затем очищается силикагелем и поступает в расширитель.

Контролирующие устройства

Прибор для сброса давления предупреждает аварийный скачок напора из-за короткого замыкания или сильного разложения масла и предусмотрен в конструкции мощных агрегатов в соответствии с ГОСТ 11677-1975. Устройство выполняется в виде сбрасывающей трубы, располагающейся под наклоном к трансформаторной крышке. На конце находится герметичная мембрана, способная моментально раскладываться и пропускать выхлоп.

Кроме этого, в трансформаторе устанавливаются и другие модули:

  1. Датчики уровня масла в баке, снабжены циферблатом или выполнены в виде стеклянной трубки сообщающихся емкостей, ставят на торце расширителя.
  2. Встроенные трансформаторы устраивают внутри агрегата или недалеко от заземляющего рукава на стороне изоляторов проходного типа или на шинах с низким вольтажом. В этом случае не нужно большое число отдельных преобразователей на подстанции с внутренней и внешней изоляцией.
  3. Детектор горючих примесей и газов выявляет водород в масляной массе и выдавливает его сквозь мембрану. Прибор показывает начальную степень газообразования до того, как концентрированная смесь заставит действовать контролирующее реле.
  4. Расходомер контролирует потери масла в подстанциях, работающих по принципу принудительного снижения температуры. Прибор измеряет разницу напора и определяет давление с двух сторон от возникшего препятствия в потоке. В агрегатах, работающих на водяном охлаждении, расходомеры считывают потребление влаги. Элементы снабжаются сигнализацией на случай аварии и циферблатом для определения показателей.

Принцип действия и режимы работы

Простой трансформатор снабжен сердечником из пермаллоя, феррита и двумя обмотками. Магнитопровод включает комплект ленточных, пластинчатых или формованных элементов. Он передвигает магнитный поток, возникающий под действием электричества. Принцип работы силового трансформатора заключается в преобразовании показателей силы тока и напряжения с помощью индукции, при этом постоянной остается частота и форма графика движения заряженных частиц.

В трансформаторах повышающего типа схема предусматривает повышенное напряжение на вторичной обмотке по сравнению с первичной катушкой. В понижающих агрегатах входной вольтаж выше выходного показателя. Сердечник со спиральными витками располагается в емкости с маслом.

При включении переменного тока на первичной спирали образуется переменное магнитное поле. Оно замыкается на сердечнике и затрагивает вторичную цепь. Возникает электродвижущая сила, которая передается подключенным нагрузкам на выходе трансформатора. Функционирование станции проходит в трех режимах:

  1. Холостой ход характеризуется разомкнутым состоянием вторичной катушки и отсутствием тока внутри обмоток. В первичной спирали течет электричество холостого хода, составляющее 2-5% номинального показателя.
  2. Работа под нагрузкой проходит с подключением питания и потребителей. Силовые трансформаторы показывают энергию в двух обмотках, работа в таком регламенте является распространенной для агрегата.
  3. Короткое замыкание, при котором сопротивление на вторичной катушке остается единственной нагрузкой. Режим позволяет выявить потери для разогрева обмоток сердечника.

Режим холостого хода

Электричество в первичной спирали равно значению переменного намагничивающего тока, вторичный ток показывает нулевые показатели. Электродвижущая сила начальной катушки в случае ферромагнитного наконечника полностью замещает напряжение источника, отсутствуют нагрузочные токи. Работа на холостом ходу выявляет потери на мгновенное включение и вихревые токи, определяет компенсацию реактивной мощности для поддержания требуемого вольтажа на выходе.

В агрегате без ферромагнитного проводника потерь на изменение магнитного поля нет. Сила тока холостого режима пропорциональна сопротивлению первичной обмотки. Способность противостоять прохождению заряженных электронов трансформируется при изменении частоты тока и размера индукции.

Работа при коротком замыкании

На первичную катушку поступает небольшое переменное напряжение, выходы вторичной спирали накоротко соединены. Показатели вольтажа на входе подбирают так, чтобы ток короткого замыкания соответствовал расчетному или номинальному значению агрегата. Размер напряжения при коротком замыкании определяет потери в катушках трансформатора и расход на противодействие материалу проводника. Часть постоянного тока преодолевает сопротивление и преобразуется в тепловую энергию, сердечник греется.

Напряжение при коротком замыкании рассчитывается в процентном отношении от номинального показателя. Параметр, полученный при работе в этом режиме, является важной характеристикой агрегата. Умножив его на ток короткого замыкания, получают мощность потерь.

Рабочий режим

При подсоединении нагрузки во вторичной цепи появляется движение частиц, вызывающее магнитный поток в проводнике. Оно направлено в другую сторону от потока, продуцируемого первичной катушкой. В первичной обмотке происходит разногласие между электродвижущей силой индукции и источника питания. Ток в начальной спирали повышается до того времени, когда магнитное поле не приобретет первоначальное значение.

Магнитный поток вектора индукции характеризует прохождение поля через выбранную поверхность и определяется временным интегралом мгновенного показателя силы в первичной катушке. Показатель сдвигается по фазе под 90˚ по отношению к движущей силе. Наведенная ЭДС во вторичной цепи совпадает по форме и фазе с аналогичным показателем в первичной спирали.

Типы и виды трансформаторов

Силовые агрегаты используют в случае преобразования высоковольтного тока и больших мощностей, их не применяют для измерения показателей сети. Установка оправдана в случае разницы между напряжением в сети производителя энергии и цепи, идущей к потребителю. В зависимости от числа фаз станции можно классифицировать как узлы с одной катушкой или многообмоточные устройства.

Однофазный силовой преобразователь устанавливается статически, для него характерны связанные взаимной индукцией обмотки, располагаемые неподвижно. Сердечник выполняется в виде замкнутой рамы, различают нижнее, верхнее ярмо и боковые стержни, где располагаются спирали. Активными элементами выступают катушки и магнитопровод.

Обвивки на стержнях находятся в установленных сочетаниях по числу и форме витков или устраиваются в концентрическом порядке. Наиболее распространена и часто применяется цилиндрическая обвивка. Конструктивные элементы агрегата фиксируют части станции, изолируют проходы между витками, охлаждают части и предупреждают поломки. Продольная изоляция охватывает отдельные витки или их сочетания на сердечнике. Главные диэлектрики используют для предупреждения перехода между заземлением и обмотками.

В схемах трехфазных сетей электричества ставят двухобмоточные и трехобмоточные установки для равномерного распределения нагрузки между входами и выходами или устройства замещения для одной фазы. Трансформаторы с масляным охлаждением содержат магнитопровод с обмотками, которые расположены в баке с веществом.

Обвивки устраиваются на общем проводнике, при этом предусмотрены первичные и вторичные контуры, взаимодействующие благодаря возникновению общего поля, тока или поляризации при перемещении заряженных электронов в магнитной среде. Такая общая индукция затрудняет определение рабочих показателей установки, высокого и низкого напряжения. Используется план замещения трансформатора, при которой обмотки взаимодействуют не в магнитной, а в электрической среде.

Применяется принцип эквивалентности действия рассеивающих потоков работе сопротивлений индуктивных катушек, пропускающих ток. Различают спирали с активным сопротивлением индукции. Второй вид представляет собой магнитосвязанные обвивки, передающие частицы без потоков рассеивания с минимальными препятствующими свойствами.

Похожие статьи

odinelectric.ru

Классификация и устройство трансформатора

Трансформатором называют электромагнитную машину, предназначенную для повышения либо понижения напряжения в сети. Устройство трансформатора было изобретено еще в конце позапрошлого века русским инженером по фамилии Яблочников. Давно это было.

Устройство трансформатора достаточно простое. В самом простом виде — это сердечник из пластинок электротехнической стали, на который намотано две обмотки. Первая обмотка, которая называется первичной, подключается к источнику энергии. Вторая обмотка, вторичная, присоединена к потребителю — к нагрузке.

Если пропустить ток по первичной обмотке, подключенной к источнику, то этот ток создаст в сердечнике магнитный переменный поток, который будет индуктировать во вторичной обмотке ЭДС ( электродвижущую силу). Для всех трансформаторов используют понятие коэффициента трансформации. Это характеристика отношения напряжения на первичной обмотке к напряжению на вторичной обмотке. Также вычислить коэффициент трансформации можно по отношению количества витков на обмотках. W1/W2 = k, где W1- количество витков первичной обмотки, W2 — соответственно, количество витков вторичной обмотки.

Говоря про устройство трансформатора, следует сказать, что эти электрические машины делятся на повышающие и понижающие. В случае, если напряжение на вторичной обмотке больше, чем на первичной, такой трансформатор называется повышающий. А если вторичное напряжение будет меньше, чем первичное – то понижающий. Ток в обмотках всегда имеет обратнопропорциональную зависимость с напряжением, а значит, с числом витков. Поэтому первичную обмотку делают из провода небольшого сечения, но с большим количеством витков. А вторичную обмотку – наоборот: меньшее количество витков, но большее сечение провода. Сердечник и ярмо собирают из листов электротехнической стали, так как она прекрасно проводит магнитный поток. Листы изолированы друг от друга для уменьшения вихревых токов и снижения потерь в сердечнике. Такой способ сборки увеличивает КПД (коэффициент полезного действия).

Устройство трансформатора позволяет классифицировать эту машину еще по нескольким признакам. Например, по количеству фаз трансформаторы делятся на трехфазные и на однофазные. Также они разделяются и по назначению. В основном, можно выделить силовые и специальные трансформаторы. Устройство силового трансформатора рассчитано на передачу и распределение электрической энергии. Специальные трансформаторы же могут быть самыми разными — это и сварочные, и измерительные, и испытательные, и печные, и инструментальные. Также к ним можно отнести и автотрансформаторы (у этой электрической машины вторичная и первичная обмотка соединены в одну электрическую цепь, создавая также и электрическую связь, а не только магнитную).

Эти трансформаторы не слишком сильно отличаются в конструкции, так как принцип работы везде фактически одинаков. Говоря про устройство сварочного трансформатора, например, можно сказать, что в нем в дополнение к обычному силовому трансформатору добавлено и специальное устройство, которое регулирует сварочный ток.

fb.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о