Конструкция и техническая характеристика силовых трансформаторов 6-10 кВ

Конструкция масляных трансформаторов.

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования (трансформирования) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения — более низкого или более высокого. Трансформаторы, понижающие напряжение, называют понижающими, а повышающие напряжение — повышающими.
Трансформаторы изготовляют двухобмоточные и трехобмоточные. Последние кроме обмотки НН и ВН имеют обмотку СН (среднего напряжения). Трехобмоточный силовой трансформатор позволяет снабжать потребителей электроэнергией разных напряжений. Обмотка, включенная в сеть источника электроэнергии, называется первичной, а обмотка, к которой присоединены электроприемники,— вторичной.
В рассматриваемых распределительных устройствах и подстанциях промышленных предприятий применяют трехфазные двухобмоточные понижающие трансформаторы, преобразующие напряжение 6 и 10 кВ в 0,23 и 0,4 кВ.
В зависимости от изолирующей и охлаждающей среды различают трансформаторы масляные ТМ и сухие ТС. В масляных основной изолирующей и охлаждающей средой являются трансформаторные масла, в сухих — воздух или твердый диэлектрик. В специальных случаях применяют трансформаторы с заполнением баков негорючей жидкостью — совтолом.

Основой конструкции трансформатора служит активная часть, состоящая из магнитопровода 4 (рис. 1) с расположенными на нем обмотками низшего напряжения 3 и высшего напряжения 2 отводов и переключающего устройства. Магнитопровод, набранный из отдельных тонких листов специальной трансформаторной стали, изолированных друг от друга покрытием, состоит из стержней, верхнего и нижнего ярма. Такая конструкция способствует уменьшению потерь на нагрев от перемагничивания (гистерезис) и вихревых токов.

Соединительные провода, идущие от концов обмоток и их ответвлений, предназначенные для регулирования напряжения, называют отводами, которые изготовляют из неизолированных медных проводов или проводов, изолированных кабельной бумагой либо гетинаксовой трубкой.
Переключающие устройства обмоток трансформатора служат для ступенчатого изменения напряжения в определенных пределах, поддерживания номинального напряжения на зажимах вторичной обмотки при изменении напряжения на первичной или вторичной обмотке. С этой целью обмотки ВН трансформаторов снабжают регулировочными ответвлениями, которые подсоединяют к переключателям.

Рис. 1. Активная часть трансформатора серии ТМ

: 1 — ярмо, 2 и 3 — обмотки ВН и НН, 4 — магнитопровод
Необходимость регулирования вызвана тем, что в электросистемах возможны различные отклонения от нормального режима электроснабжения, приводящие к неэкономичной работе приемников, преждевременному износу и сокращению сроков их службы. Особенно чувствительны к повышению напряжения электролампы, радиолампы и лампы телевизоров: срок их службы резко сокращается при систематическом увеличении напряжения.
В трансформаторах могут быть два вида переключений ответвлений: под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой) и без нагрузки после отключения трансформатора — ПБВ (переключение без возбуждения). С помощью ПБВ и РПН можно поддерживать напряжение, близким к номинальному во вторичных обмотках трансформаторов.
Переключение осуществляют изменением числа витков с помощью регулировочных ответвлений обмоток, т. е. изменением коэффициента трансформации, который показывает, во сколько раз напряжение обмотки ВН больше напряжения обмотки НН или во сколько раз число витков обмотки ВН больше числа витков обмотки НН. Пределы регулирования вторичных напряжений для разных трансформаторов различны: на ±10% 12 ступенями по 1,67% или 16 ступенями по 1,25% с помощью РПН; на ±5% четырьмя ступенями по 2,5% с помощью ПБВ.
Бак трансформатора, в который погружена активная часть, представляет собой стальной резервуар овальной формы, заполненный трансформаторным маслом. Масло, являясь охлаждающей средой, отводит теплоту, выделяющуюся в обмотках и магнитопроводе, и отдает ее в окружающую среду через стенки и крышку бака. Кроме охлаждения активной части трансформатора масло повышает степень изоляции между токоведущими частями и заземленным баком.
Для увеличения поверхности охлаждения трансформатора баки изготовляют ребристыми, вваривают в них трубы или снабжают съемными радиаторами (только у трансформаторов мощностью до 25 кВ-А стенки бака гладкие). Радиаторы присоединяют к стенкам бака патрубками со специальными радиаторными кранами. У верхнего торца бака к его стенкам приваривают раму из угловой или полосовой стали, к которой крепят крышку на прокладках из маслоупорной резины.
В нижней части бака всех типов трансформаторов имеется кран для взятия пробы и слива масла, а в его днище (в трансформаторах мощностью выше 100 кВ-А) — пробка для спуска осадков после слива масла через кран. Второй кран устанавливают на крышке бака, через который заливают в него масло. Оба крана служат одновременно для присоединения к ним маслоочистительных аппаратов.
К дну баков трансформаторов массой выше 800 кг приваривают тележку с поворотными катками, конструкция крепления которых позволяет изменять направление передвижения трансформаторов с поперечного на продольное. Для подъема трансформатора на баке имеется четыре кольца-рыма. Активная часть поднимается за скобы в верхних консолях магнитопровода.

На крышке бака размещены вводы, расширитель и защитные устройства (выхлопная предохранительная труба, реле давления, газовое реле, пробивной предохранитель). К стенкам бака приваривают подъемные крюки, прикрепляют манометрический сигнализатор (у трансформаторов мощностью свыше 1000 кВ- А) и устанавливают фильтры. Трансформатор серии ТМ-1000-10 показан на рис. 2.

Рис. 2. Трехфазный силовой трансформатор мощностью 1000 кВ А с масляным охлаждением:
1 — бак, 2 и 5 — нижняя и верхняя ярмовые балки магнитопровода, 3 — обмотка ВН, 4 — регулировочные отводы к переключателю, 6 — магнитопровод, 7 — деревянные планки, 8 — отвод от обмотки ВН, 9 — переключатель, 10 — подъемная шпилька, 11 — крышка бака, 12 — подъемное кольцо (рым), 13 и 14 — вводы ВН и НН, 15 — предохранительная труба, 16 — расширитель (консерватор), 17 — маслоуказатель, 18 — газовое реле, 19 — циркуляционные трубы, 20 — маслоспускной кран, 21 — катки

Вводы 14 и 15 представляют собой фарфоровые проходные изоляторы, через которые выводы обмоток трансформатора присоединяются к электрическим сетям.
Большинство трансформаторов оборудовано расширителями (рис. 3), обеспечивающими постоянное заполнение бака маслом и уменьшающими поверхность соприкосновения масла с воздухом, следовательно, защищающими масло от увлажнения и окисления. У расширителя есть отверстие для всасывания и вытеснения воздуха при изменении уровня содержащегося в нем масла (дыхательная пробка).

Рис. 3. Расширитель:

1 — бак расширителя, 2 — маслоуказатель, 3 — маслоуказательное стекло, 4 — угольник, 5 — запирающий болт, 6 — крышка трансформатора, 7 — газовое реле, 8 — плоский кран, 9 — трубопровод, 10— опорная пластина

Расширитель имеет цилиндрическую форму, закрепляется на кронштейне, установленном на крышке 6 трансформатора, и сообщается с баком трансформатора трубопроводом, не выступающим ниже внутренней поверхности крышки трансформатора и заканчивающимся внутри расширителя выше его дна во избежание попадания осадков масла в бак 1. Внутренняя поверхность расширителя имеет защитное покрытие, предохраняющее масло от соприкосновения с металлической поверхностью и расширитель от коррозии. В нижней части расширителя имеется пробка для слива масла из него.

Объем расширителя определяют так, чтобы уровень масла оставался в его пределах как летом при 35 °С и полной нагрузке трансформатора, так и зимой при минимальной температуре масла и отключенном трансформаторе. Обычно объем расширителя составляет 11 —12% объема масла в баке трансформатора. Для наблюдения за уровнем масла на боковой стенке расширителя устанавливают маслоуказатель 2, выполненный в виде стеклянной трубки в металлической оправе.
Емкость расширителя должна обеспечивать постоянное наличие в нем масла при всех режимах работы трансформатора от отключенного состояния до номинальной нагрузки и при колебаниях температуры окружающего воздуха, причем при допустимых перегрузках масло не должно выливаться.
В герметичных масляных трансформаторах и трансформаторах с жидким негорючим диэлектриком поверхность масла защищают сухим азотом, а в заполненных совтолом -10 — сухим воздухом. Негерметичные масляные трансформаторы мощностью 160 кВ- А и более, в которых масло в расширителе соприкасается с окружающим воздухом, имеют термосифонный или адсорбционный фильтр, а трансформаторы мощностью 1 мВ • А и более с естественным масляным охлаждением и азотной подушкой — термосифонный фильтр (кроме трансформаторов с жидким негорючим диэлектриком).

Масляные трансформаторы мощностью 1 мВ * А и более с расширителем снабжают защитным устройством, предупреждающим повреждение бака при внезапном повышении внутреннего давления более 50 к Па. К защитным устройствам относят выхлопную трубу со стеклянной диафрагмой и реле давления. Масляные трансформаторы и трансформаторы с жидким диэлектриком с азотной подушкой без расширителя имеют реле давления, срабатывающее при повышении внутреннего давления более 75 кПа.
Нижний конец выхлопной трубы соединяют с крышкой бака, а на верхний ее конец устанавливают тонкую стеклянную мембрану (от 2,5 до 4 мм) диаметром 150, 200 и 250 мм, которая разрушается при определенном давлении и дает выход газу и маслу наружу раньше, чем произойдет деформация бака. Реле давления размещают на внутренней стороне крышки трансформатора. Основными его элементами являются ударный механизм и стеклянная диафрагма. При достижении определенного давления в баке механизм срабатывает, разбивает диафрагму и обеспечивает свободный выход газам.
Трансформаторы мощностью 1 мВ * А и более, имеющие расширитель, снабжают газовым реле, которое реагирует на повреждения внутри бака трансформатора (электрический пробой изоляции, витковое замыкание, местный нагрев магнитопровода), сопровождающиеся выделением газа или резким увеличением скорости перетекания масла из бака в расширитель. Выделение газообразных продуктов происходит в результате разложения масла и других изоляционных материалов под действием высокой температуры, возникающей в месте повреждения. На этом явлении основана работа газовой защиты трансформатора от внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газов при их утечке, утечке масла и попадании воздуха в бак. Основной элемент этой защиты — газовое реле, устанавливаемое обычно на трубопроводе, который соединяет расширитель с баком, имеющим наклон к горизонтали от 2 до 4 В газовом реле имеются две пары контактов для работы на сигнал или отключение.
Пробивные предохранители служат для защиты от пробоя обмоток ВН на обмотки НН. Устанавливают их на крышке бака и подсоединяют к нулевому вводу НН, а при напряжении 690 В — к линейному вводу.
При пробое изоляции между обмотками ВН и НН промежуток между контактами, в котором проложены тонкие слюдяные пластины с отверстиями, пробивается и вторичная обмотка оказывается соединенной с землей.
Для заземления трансформаторов служит специальный заземляющий контакт с резьбой не менее Ml2, расположенный в доступном месте нижней части бака со стороны НН и обозначенный четкой несмывающейся надписью «Земля» или знаком заземления. Поверхность заземляющего контакта должна быть гладкой и зачищенной; заземление осуществляют подсоединением стальной шины сечением не менее 40><4 мм.
Для измерения температуры масла на трансформаторах монтируют ртутные термометры со шкалой от 0 до 150° С или термометрические сигнализаторы ТС со шкалой от 0 до 100° С. Последние снабжены двумя передвижными контактами, которые можно установить на любую температуру в пределах шкалы. Первый контакт, будучи включенным в сигнальную цепь, при определенной температуре масла дает сигнал; в случае дальнейшего повышения температуры масла второй контакт, соединенный с реле, отключает трансформатор. На трансформаторах мощностью 6300 кВ * А и выше установлены термометры сопротивления.
Для сушки и очистки увлажненного и загрязненного воздуха, поступающего в расширитель при температурных колебаниях масла, все трансформаторы снабжены воздухоочистительным фильтром — воздухоосушителем (рис. 4), который представляет собой цилиндр, заполненный силикагелем и размещенный на дыхательной трубке 1 расширителя.

Рис. 4. Воздухоочистительный фильтр (воздухоосушитель):
1 — дыхательная трубка, 2 — соединительная муфта, 3 — смотровое окно, 4 — бак трансформатора, 5 — масляный затвор, 6 — указатель уровня масла в затворе, 7— кронштейн
В нижней части цилиндра расположен масляный затвор 5 для очистки засасываемого воздуха, в верхней части — патрон с индикаторным силикагелем, который при увлажнении меняет свою окраску с голубой на розовую.
Для поддержания изоляционных свойств масла, а следовательно, продления срока его службы предназначен термосифонный фильтр (рис. 5), представляющий собой цилиндрический аппарат, заполненный активным материалом — сорбентом (поглотителем продуктов старения масла).

Рис. 5. Термосифонный фильтр:
1 — радиаторные краны, 2 — загрузочный люк, 3 — пробка с отверстием для выпуска воздуха, 4 — силикагель, 5 — сетка, 6 — дно с отверстиями, 7,8 — пробки для отбора пробы масла и его слива, 9 — корпус фильтра, 10 — стенка бака трансформатора
Фильтр присоединяют к баку трансформатора двумя патрубками и промежуточными плоскими кранами. Работа фильтра основана на термосифонном принципе: более нагретое масло верхних слоев, проходя через охлаждающее устройство, опускается вниз. Параллельно радиаторам подсоединен термосифонный фильтр. Следовательно, через фильтр масло проходит сверху вниз и непрерывно очищается. Фильтры устанавливают на трансформаторах мощностью 160 кВ * А и выше.
Особенности конструкции сухих трансформаторов. Масляный трансформатор взрыво- и пожароопасен, поэтому, когда из-за пожарной безопасности недопустимы масляные трансформаторы, используют сухие или трансформаторы с негорючим заполнителем (совтолом, пиранолом, кварцевым песком). Поскольку отсутствует масло, сухие трансформаторы можно устанавливать непосредственно в цехах промышленных предприятий без устройства специальных трансформаторных камер.
Силовые трехфазные сухие трансформаторы ТСЗ (рис. 6) в защищенном исполнении изготовляют мощностью от 160 до 1600 кВ * А, обмотки которых имеют класс напряжения 6—10 кВ для ВН и 0,23; 0,4 и 0,69 кВ для НН. Применяют также сухие трансформаторы мощностью менее 160 кВ- А (25, 40, 66, 100 кВ- А).
Условное обозначение трансформаторов. Обозначения типов трансформаторов построены по определенной системе, отражающей конструкцию (буквы) и основные электрические параметры (цифры). Буквенные обозначения следующие: первая буква — число фаз (О — однофазный, Т — трехфазный), вторая или две — вид охлаждения (М — естественное масляное, С — сухое без масла, Д — дутьевое, Ц — циркуляционное, ДЦ — принудительное циркуляционное с дутьем), третья — число обмоток (Т — трехобмоточный). В условном обозначении могут быть другие буквы, указывающие конструктивные особенности трансформатора.

Рис. 6. Силовой трехфазный сухой трансформатор ТСЗ:
I — активная часть, 2 — ввод ВН, С, 9 — коробки ввода ВН и НН, 4 — крышка люка, 5 — кожух, 6 и 8 — кольцо и пластина для подъема трансформатора, 7 — шины НН, 10 — тележка, 11 — каток
Первая цифра, стоящая после буквенного обозначения трансформатора, показывает номинальную мощность (кВ- А), вторая — номинальное напряжение обмотки ВН (кВ). В последнее время добавляют еще две цифры, означающие год разработки трансформатора данной конструкции, например обозначение трансформатора ТМ-1000/10—93 расшифровывается так: трехфазный, двухобмоточный с естественным масляным охлаждением, мощностью 1000 кВ • А и напряжением обмотки ВН 10 кВ, конструкции 1993 г.

Ещё по теме:

Устройство силовых трансформаторов для распределительных сетей | Оборудование

Силовой трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Он является главным элементом всех понизительных трансформаторных подстанций городских и сельских электросетей и промышленных предприятий.
Трехфазный силовой трансформатор типа ТМ с естественным масляным охлаждением (рис.   1) состоит из магнитопровода 7 с размещенными на нем обмотками низшего 8 и высшего 9 напряжений. Выводы обмоток высшего напряжения подключены к стержням проходных изоляторов 3, а выводы обмоток низшего напряжения — к стержням проходных изоляторов 4. Все изоляторы смонтированы на крышке 2, которая крепится к баку 6 болтами и уплотняется прокладкой из малостойкой резины. На крышке расположены также колпак привода переключателя 1 и расширитель 5. Стальные катки 10 служат для перемещения трансформатора при монтаже и ремонтных работах.
Магнитопровод набирают из изолированных между собой листов электротехнической стали толщиной 0,35…0,5 мм. В качестве межлистовой изоляции чаще всего применяют лаки, дающие после нанесения на металл и запекания прочную пленку с высокими изоляционными свойствами, механически прочную и маслостойкую.
Обмотки трансформаторов обычно имеют цилиндрическую форму. В масляных трансформаторах обмотки выполняются медными или алюминиевыми проводами круглого или прямоугольного сечения. В качестве изоляции проводов используется несколько слоев телефонной или кабельной бумаги или слои бумаги, обмотанные хлопчатобумажной пряжей.
Переключатель служит для изменения числа витков первичной обмотки и, следовательно, коэффициента трансформации для регулировки в определенных пределах вторичного напряжения трансформатора.

Рис.  1. Силовой трансформатор ТМ
Так, трансформаторы мощностью до 1000 кВА имеют три ступени регулирования напряжения в пределах ±5%, трансформаторы мощностью более 1600 кВА — пять ступеней регулирования в тех же пределах. На рис.   2 приведена принципиальная схема трехступенчатого переключателя (положение переключателя соответствует номинальному напряжению во вторичной обмотке). Если контактную систему переключателя повернуть на 120° по часовой стрелке, в первичной обмотке число витков уменьшится, а вторичное напряжение повысится на 5%. При повороте переключателя в обратную сторону вторичное напряжение уменьшится на ту же величину.

Рис.  3. Переключатель ТПСУ
В трансформаторах напряжением 6…10 кВ установлен переключатель ТПСУ (рис.   3). Он имеет металлический фланец 7 для крепления к крышке бака 6. Бумажно-бакелитовый цилиндр 4 с неподвижными контактами 1 крепится к фланцу болтами 5. Подвижной сегментный контакт 2 соединен бумажно-бакелитовой трубкой 3 с колпаком привода 9 и поворачивается вместе с ним.

Рис.  2. Схема переключателя коэффициента трансформации
Рабочее положение переключателя фиксирует стопорный болт 8, который необходимо отвернуть перед тем, как повернуть переключатель. На фланце переключателя цифрами отмечены все его положения, а на колпаке изображена стрелка, показывающая, в каком положении находится контактная система.
Бак трансформатора служит для размещения в нем магнитопровода с обмотками и изоляционного трансформаторного масла. Трансформаторы малой мощности имеют гладкостенные баки. У трансформаторов мощностью выше 40 кВА к баку приваривают циркуляционные трубы в один или несколько рядов; такие баки называют трубчатыми. Существуют также ребристые баки, в которых большая площадь соприкосновения стенок с окружающим воздухом достигается за счет большого числа вертикальных ребер. Трансформаторы большой мощности оснащают съемными радиаторами. К верхней части бака приварены крюки для подъема трансформатора, а внизу бак имеет болт для заземления и маслосливной кран.

Рис.  4. Расширитель силового трансформатора
Расширитель (рис.  4) представляет собой сварной стальной цилиндр 2, закрепленный на кронштейнах 7 и соединенный с баком патрубком 6. Уровень масла в расширителе контролируется указателем уровня 1, выполненного либо в виде трубки, вынесенной за пределы бака, либо в виде прозрачной вставки, вмонтированной в днище бака. На указателе нанесены три деления, отмечающие нормальный уровень масла при температурах +35, +15 и — 35 °С. В верхней части расширителя имеется маслоналивное отверстие, закрытое резьбовой пробкой 3. При работе трансформатора уровень масла в расширителе постоянно изменяется в зависимости от колебаний температуры. Для свободной циркуляции воздуха установлена дыхательная трубка, нижний торец которой защищен крышкой с отверстием и сеткой. Вместе с воздухом в расширитель, а значит и в масло, могут попасть частицы пыли и грязи, а также пары воды, которые конденсируются на его стенках. Для удаления загрязненного масла и воды расширитель снабжен отстойником 4 с пробкой 5. Температуру масла в трансформаторе контролируют обычным ртутным термометром или термометрическим сигнализатором.

Монтаж силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы имеют значительные габариты и большую массу, доходящую иногда до сотен килоньютонов (десятков тонн), поэтому транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы ведут с соблюдением ряда правил, позволяющих обеспечить целость деталей и герметичность аппарата.
Перевозят трансформаторы на автомобилях, автотрейлерах, железнодорожных платформах или специальных санях. Перемещать трансформаторы волоком или на стальных листах не разрешается. Разгрузку чаще всего производят подъемными кранами разной конструкции. Стропы крана закрепляют на крюках бака (у трансформаторов малой мощности — на подъемных кольцах крышки бака). В тех местах, где стропы соприкасаются с острыми кромками трансформатора, укладывают деревянные прокладки. После строповки выполняют пробный подъем на высоту 200… 300 мм, убеждаются в правильности выполнения строповки (стропы не задевают за расширитель, изоляторы и т. д.). Если не обнаружено никаких отклонений, разгрузка может быть продолжена.
Как правило, трансформаторы для ТП поступают к месту монтажа загерметизированными и полностью готовыми к установке, поэтому если при транспортировке и разгрузке не было никаких повреждений аппарата, его устанавливают и вводят в эксплуатацию без ревизии. Перед монтажом изоляцию трансформатора испытывают. Все испытания изоляции обмоток и трансформаторного масла, а также осмотр трансформатора производят в соответствии со специальными инструкциями.
Если результат испытаний и проверок соответствуют нормам, приступают к монтажным работам. Трансформаторы устанавливают на фундамент или в камере подстанции и закрепляют упорами. Газы, образующиеся в масле при нагреве аппарата, должны беспрепятственно выходить в расширитель, не скапливаясь под крышкой бака, поэтому часть трансформатора, над которой расположен расширитель, приподнимают с помощью стальных прокладок толщиной 10 мм и длиной не менее 150 м.

Силовой трансформатор напряжения 10 КВа 0,4 кВ (Купи Цены)

Город	Регион/Область	Срок доставки
Майкоп	Республика Адыгея	3-4 дней
Уфа	Республика Башкортостан	1-3 дней
Улан-Удэ	Республика Бурятия	5-15 дней
Горно-Алтайск	Республика Алтай	1-2 дней
Минск — Козлова	Минск	1-2 дней
Назрань	Республика Ингушетия	1-2 дней
Нальчик	Кабардино-Балкарская Республика	1-2 дней
Элиста	Республика Калмыкия	1-2 дней
Черкесск	Республика Карачаево-Черкессия	1-2 дней
Петрозаводск	Республика Карелия	1-2 дней
Сыктывкар	Республика Коми	1-2 дней
Йошкар-Ола	Республика Марий Эл	1-2 дней
Саранск	Республика Мордовия	1-2 дней
Якутск	Республика Саха (Якутия)	1-2 дней
Владикавказ	Республика Северная Осетия-Алания	1-2 дней
Казань	Республика Татарстан	5-7 дней
Кызыл	Республика Тыва	5-7 дней
Ижевск	Удмуртская Республика	5-7 дней
Абакан	Республика Хакасия	5-7 дней
Чебоксары	Чувашская Республика	5-7 дней
Барнаул	Алтайский край	5-7 дней
Краснодар	Краснодарский край	5-7 дней
Красноярск	Красноярский край	5-7 дней
Владивосток	Приморский край	5-7 дней
Ставрополь	Ставропольский край	5-7 дней
Хабаровск	Хабаровский край	7-12 дней
Благовещенск	Амурская область	7-12 дней
Архангельск	Архангельская область	7-12 дней
Астрахань	Астраханская область	7-12 дней
Белгород	Белгородская область	7-12 дней
Брянск	Брянская область	7-12 дней
Владимир	Владимирская область	7-12 дней
Волгоград	Волгоградская область	7-12 дней
Вологда	Вологодская область	7-12 дней
Воронеж	Воронежская область	7-12 дней
Иваново	Ивановская область	7-12 дней
Иркутск	Иркутская область	7-12 дней
Калининград	Калиниградская область	7-12 дней
Калуга	Калужская область	4-7 дней
Петропавловск-Камчатский	Камчатская область	4-7 дней
Кемерово	Кемеровская область	4-7 дней
Киров	Кировская область	4-7 дней
Кострома	Костромская область	4-7 дней
Курган	Курганская область	4-7 дней
Курск	Курская область	1-3 дней
Санкт-Петербург	Ленинградская область	1-3 дней
Липецк	Липецкая область	1-3 дней
Магадан	Магаданская область	1-3 дней
Москва	Московская область	1-3 дней
Мурманск	Мурманская область	1-3 дней
Нижний Новгород	Нижегородская область	1-3 дней
Новгород	Новгородская область	1-3 дней
Новосибирск	Новосибирская область	1-3 дней
Омск	Омская область	1-3 дней
Оренбург	Оренбургская область	1-3 дней
Орел	Орловская область	1-3 дней
Пенза	Пензенская область	1-3 дней
Пермь	Пермская область	1-3 дней
Псков	Псковская область	1-3 дней
Ростов-на-Дону	Ростовская область	1-3 дней
Рязань	Рязанская область	1-3 дней
Самара	Самарская область	1-3 дней
Саратов	Саратовская область	1-3 дней
Южно-Сахалинск	Сахалинская область	1-3 дней
Екатеринбург	Свердловская область	1-3 дней
Смоленск	Смоленская область	1-2 дней
Тамбов	Тамбовская область	1-2 дней
Тверь	Тверская область	1-2 дней
Томск	Томская область	1-2 дней
Тула	Тульская область	1-2 дней
Тюмень	Тюменская область	1-2 дней
Ульяновск	Ульяновская область	1-2 дней
Челябинск	Челябинская область	1-2 дней
Чита	Читинская область	1-2 дней
Ярославль	Ярославская область	1-2 дней
Москва	г. Москва	1-2 дней
Санкт-Петербург	г. Санкт-Петербург	1-2 дней
Биробиджан	Еврейская автономная область	1-2 дней
пгт Агинское	Агинский Бурятский авт. округ	1-2 дней
Кудымкар	Коми-Пермяцкий автономный округ	1-2 дней
пгт Палана	Корякский автономный округ	1-2 дней
Нарьян-Мар	Ненецкий автономный округ	1-2 дней
Дудинка	Таймырский (Долгано-Ненецкий) автономный округ	1-2 дней
пгт Усть-Ордынский	Усть-Ордынский Бурятский автономный округ	1-2 дней
Ханты-Мансийск	Ханты-Мансийский автономный округ	1-2 дней
Анадырь	Чукотский автономный округ	1-2 дней
пгт Тура	Эвенкийский автономный округ	1-2 дней
Салехард	Ямало-Ненецкий автономный округ	1-2 дней
Грозный	Чеченская Республика	1-2 дней

Силовой трансформатор: принцип работы устройства

На сегодняшний день трансформаторы считаются главными электрическими устройствами. Они используются не только на производстве, но и в быту. В этой статье вы найдете информацию про силовые трансформаторы. Силовой трансформатор – это электрическое устройство, которое передает энергию между своими контурами. Весь этот процесс происходит благодаря законам магнитной индукции.

Их применяют как приборы, которые могут повышать, или понижать напряжение. Эта уникальная способность может обеспечивать максимальную передачу тока.

Параметры силового трансформатора

Силовой трансформатор имеет номинальное напряжение. Оно может рассчитываться в зависимости от конструкции. В зависимости от конструкции он будет рассчитываться либо:

• Между фазой и землей.
• Между фазами.

Вот основные элементы, из которых состоит силовой трансформатор:

1. Первичная обмотка (W1).
2. Вторичная обмотка (W2).
3. Стержень магнитоотвода.
4. Ярмо магнитоотвода.

Силовой масляный трансформатор обычно состоит из двух обмоток и проволоки, которая содержит в себе изоляцию. Сердечник должен изготавливаться из железа.

Виды силовых трансформаторов

Силовой трансформатор в зависимости от области применения может иметь несколько видов:

1. Силовое понижающее устройство. Его часто используют для понижения напряжения.
2. Трехфазный и однофазный трансформатор. Достаточно часто их используют в трехфазной электрической системе. Вам предпочтительно будет применять три однофазных трансформатора. Они необходимо для того чтобы обеспечивать предприятие постоянным током.
3. Электрический силовой трансформатор. Его используют для распределения нагрузки. Эти устройства применяют для защиты системы электроснабжения.
4. Силовой автотрансформатор. Используется на тех предприятиях, где разница между высоким и низким напряжением не превышает 2%.
5. Открытый трансформатор. Его используют для установки на улице. Он способен работать даже при минусовых температурах.

Силовой трансформатор и его принцип работы

Переменный ток должен пройти через обмотку и произвести постоянно меняющийся ток. Этот поток постоянно будет меняться по своей амплитуде и направлению. Согласно закону Фарадея ЭДС должно индуцироваться за одну секунду. Он имеет такой же принцип работы как и трансформатор Тесла. Это время считается оптимальным. Если цепь в последней обмотке будет закрыта, тогда через нее сможет пройти электрический ток.

Если силовой трансформатор использует переменный ток, тогда он будет окружать катушку. Но если рядом расположить еще одну катушку, тогда потокосцепление станет направленным.

Ремонт и защита силового трансформатора тока

Отремонтировать силовой трансформатор достаточно сложно. Этот процесс отнимает не только много времени, но и денег. Выполнять этот процесс должен только специалист со стажем. Если в его конструкции будут неправильные соединения, то это может поставить вашу жизнь под угрозу. Существует немного заводов, которые могут выполнить его ремонт. Вот основные компании, которые могут взяться за эту работу:

Дифференциальная защита должна обеспечиваться в силовом трансформаторе. Она считается более эффективной, чем релейная защита. Для того чтобы надежно защитить современные силовые трансформаторы можно использовать специальную программу Transformer Designer.

Дифференциальное реле должно сравнивать между собою мощность первичного и вторичного тока. Если в вашем трансформаторе образуется дисбаланс, то реле активизируется, и будет защищать реакторы. Вторичная обмотка должна быть подключена к текущей катушке реле. Защита трансформатора должна быть пропорциональна смещению и или отклонению коэффициента разности токов.

Обмотку трансформатора можно провести самостоятельно. В обмотке должен находиться четный слой обмотки. Провод должен быть выведен обратно через выходное отверстие. Между слоями обмотки необходимо устанавливать хлопковые полосы, которые будут использованы от перегревания. Следить за повышением температуры можно также с помощью специальной жидкости, которая будет пропитывать слой изоляции. Собирать силовой трансформатор можно только опытным электрикам. Многие изготовители трансформаторов заботятся о том, чтобы вы самостоятельно смогли определить причину поломки. Определить поломку можно с помощью релейной защиты.

Схемы соединения обмоток силовых трансформаторов

В первичной обмотке каждая фаза должна распределяться под углом в 120 градусов. Первичная обмотка должна магнитно быть связана с вторичной через нейтральные точки. Ток может иметь значительное количество нечетных составляющих. Если силовые трансформаторы соединены с каждой фазой, то они смогут возвращаться в нормальное положение. Благодаря этой схеме вы узнаете как сделать трансформатор своими руками.

Эта схема обмотки считается наиболее простой. Также иногда часто может искажаться уровень выходящего напряжения. Технология линейного соединения может использоваться крайне редко. На сегодняшний день выбор силовых трансформаторов значительно увеличился.

Читайте также: измерительные трансформаторы.

Силовой трансформатор. Расчёт силового трансформатора

Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.

Магнитопровод низкочастотного трансформатора состоит из стальных пластин. Использование пластин вместо монолитного сердечника уменьшает вихревые токи, что повышает КПД и снижает нагрев.

Магнитопроводы вида 1, 2 или 3 получают методом штамповки.
Магнитопроводы вида 4, 5 или 6 получают путём навивки стальной ленты на шаблон, причём магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.

Магнитопроводы бывают:

1, 4 – броневые,
2, 5 – стержневые,
6, 7 – кольцевые.

Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно перемножить размеры «А» и «В». Для расчётов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.

Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Как определить габаритную мощность трансформатора.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно определить по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.
Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.
Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

P = B * S² / 1,69

Где:
P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

Пример:

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Пример:

Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции.

В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т.д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электрическим током.

В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием, рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт .
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт .

В качестве примера давайте рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт.
Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт . Такие лампочки с цоколем под стандартный патрон продаются в магазинах электро-товаров.

Если вы найдете лампочку другой мощности, например на 40 ватт , нет ничего страшного — подойдет и она. Просто наш трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р2 = U2 I2 = 60 ватт

Где:
Р2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт ;
U2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт ;
I2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более η = 0,8 .
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р1 = Р2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения Р1 , мощности потребляемой от сети 220 вольт , зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S .

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будет располагаться каркас с первичной и вторичной обмотками.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 √P1

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 √75 = 1,2 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50 / S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв .

w = 50 / 10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U1 w = 220 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U2 w = 36 4,8 = 172.8 витков, округляем до 173 витка.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков .

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1 / U1 = 75 / 220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I2 = P2 / U2 = 60 / 36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:

s = 0,8 d²

где: d — диаметр провода.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм .

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм равна:

s = 0,8 d² = 0,8 1,1² = 0,8 1,21 = 0,97 мм²

Округлим до 1,0 мм² .

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей поперечного сечения которых равна 1.0 мм² .

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм . и площадью по 0,5 мм² .

Или два провода:

Первый диаметром 1,0 мм . и площадью сечения 0,79 мм² ,
— второй диаметром 0,5 мм . и площадью сечения 0,196 мм² .
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм² .

Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.
Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Расчет силового трансформатора

Трансформатор – это пассивный преобразователь энергии. Его коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше единицы. Это означает, что мощность потребляемая нагрузкой, которая подключена к вторичной обмотке трансформатора, меньше, чем мощность, потребляемая нагруженным трансформатором от сети. Известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение, следовательно, в повышающих обмотках сила тока меньше, а в понижающих – больше силы тока, потребляемого трансформатором от сети.

Параметры и характеристики трансформатора.

Два разных трансформатора при одинаковом напряжении сети могут быть рассчитаны на получение одинаковых напряжений вторичных обмоток. Но если нагрузка первого трансформатора потребляет больший ток, а второго маленький, значит, первый трансформатор характеризуется по сравнению со вторым большей мощностью. Чем больше сила тока в обмотках трансформатора, тем больше и магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще. Кроме того, чем больше сила тока в обмотке, тем более толстым проводом она должна быть намотана, а это требует увеличения окна сердечника. Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности. И наоборот, сердечник определенного размера пригоден для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется габаритной мощностью трансформатора. Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на ее выводах. Но это напряжение зависит также и от количества витков первичной обмотки. При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной зависит от отношения количества витков вторичной обмотки количеству витков первичной. Это отношение и называется коэффициентом трансформации. Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации нельзя произвольно выбирать количество витков одной из обмоток. Чем меньше габариты сердечника, тем больше должно быть количество витков каждой обмотки. Поэтому размеру сердечника трансформатора соответствует вполне определенное количество витков его обмоток, приходящееся на один вольт напряжения, меньше которого брать нельзя. Эта характеристика называется количеством витков на один вольт..

Как и всякий преобразователь энергии, трансформатор обладает коэффициентом полезного действия – отношением мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет от сети. КПД маломощных трансформаторов, которые обычно применяются для питания бытовой электронной аппаратуры, колеблется в пределах от 0,8 до 0,95. Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности.

Электрический расчет трансформатора

Перед расчетом трансформатора необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять. Они и будут являться исходными данными для расчета. Технические требования к трансформатору определяются также путем расчета, в результате которого определяются те напряжения и токи, которые должны быть обеспечены вторичными обмотками. Поэтому перед расчетом трансформатора производится расчет выпрямителя для определения напряжений каждой из вторичных обмоток и потребляемых от этих обмоток токов. Если же напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они являются техническими требованиями к трансформатору. Для определения габаритной мощности трансформатора необходимо определить мощности, потребляемые от каждой из вторичных обмоток и сложить их, учитывая также КПД трансформатора. Мощность, потребляемую от любой обмотки, определяют умножением напряжения между выводами этой обмотки на силу потребляемого от нее тока:

P– мощность, потребляемая от обмотки, Вт;

U– эффективное значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В;

I– эффективное значение силы тока, протекающего в этой же обмотке, А.

Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, вычисляется по формуле:

P S =U 1 I 1 +U 2 I 2 +U 3 I 3

Для определения габаритной мощности трансформатора, полученное значение суммарной мощности P S нужно разделить на КПД трансформатора:P г = , где

P г – габаритная мощность трансформатора; η – КПД трансформатора.

Заранее рассчитать КПД трансформатора нельзя, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметры проводов и их длина) и параметров сердечника (длина магнитной силовой линии и марка стали). И те и другие параметры становятся известными только после расчета трансформатора. Поэтому с достаточной для практического расчета точностью КПД трансформатора можно определить из таблицы 6.1.

Таблица 6.1

Суммарная мощность, Вт
КПД трансформатора

Наиболее распространены две формы сердечника: О – образная и Ш – образная. На сердечнике О – образной формы обычно располагаются две катушки, а на сердечнике Ш – образной формы — одна. Зная габаритную мощность трансформатора, находят сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:

Сечением рабочего керна сердечника является произведение ширины рабочего керна а и толщины пакета с. Размеры а и с выражены в сантиметрах, а сечение – в квадратных сантиметрах.

После этого выбирают тип пластин трансформаторной стали и определяют толщину пакета сердечника. Сначала находят приблизительную ширину рабочего керна сердечника по формуле: a= 0,8

Затем по полученному значению а производят выбор типа пластин трансформаторной стали из числа имеющихся в наличии и находят фактическую ширину рабочего керна а. после чего определяют толщину пакета сердечника с:

Количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения, определяется сечением рабочего керна сердечника трансформатора по формуле: n=k/S, гдеN– количество витков на 1 В;k– коэффициент, определяемый свойствами сердечника;S- сечение рабочего керна сердечника, см 2 .

Из приведенной формулы видно, что чем меньше коэффициент k, тем меньше витков будут иметь все обмотки трансформатора. Однако произвольно выбирать коэффициентkнельзя. Его значение обычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь оно зависит от свойств пластин трансформаторной стали, из которых собран сердечник. Для сердечников С-образной формы, витых из тонкой ленты, можно братьk= 35. Если используется сердечник О — образной формы, собранный из П- или Г – образных пластин без отверстий по углам, берутk= 40. Такое же значениеkи для пластин типа УШ, у которых ширина боковых кернов больше половины ширины среднего керна.. Если используются пластины типа Ш без отверстий по углам, у которых ширина среднего керна ровно вдвое больше ширины крайних кернов, целесообразно взятьk= 45, а если Ш – образные пластины имеют отверстия, тоk= 50. Таки образом, выборkв значительной мере условен и им можно в некоторых пределах варьировать, если учесть, что уменьшениеkоблегчает намотку, но ужесточает режим трансформатора. При применении пластин из высококачественной трансформаторной стали этот коэффициент можно немного уменьшать, а при низком качестве стали приходится его увеличивать.

Зная необходимое напряжение каждой обмотки и количество витков на 1 В, легко определить количество витков обмотки, перемножим эти величины: W=Un

Такое соотношение справедливо только для первичной обмотки, а при определении количества витков вторичных обмоток нужно дополнительно вводить приближенную поправку для учета падения напряжения на самой обмотке от протекающего по ее проводу тока нагрузки: W=mUn

Коэффициент mзависит от силы тока, протекающего по данной обмотке (см. таблицу 6.2). Если сила тока меньше 0,2 А, можно приниматьm= 1. Толщина провода, которым наматывается обмотка трансформатора определяется силой тока, протекающей по этой обмотке. Чем больше ток, тем толще должен быть провод, подобно тому как для увеличения потока воды требуется использовать более толстую трубу. От толщины провода зависит сопротивление обмотки. Чем тоньше провод, тем больше сопротивление обмотки, следовательно, увеличивается выделяемая в ней мощность и она сильнее нагревается. Для каждого типа обмоточного провода существует предел допустимого нагрева, который зависит от свойств эмалевой изоляции. Поэтому диаметр провода может быть определен по формуле:d=p, гдеd– диаметр провода по меди, м;I- сила тока в обмотке, А;p- коэффициент, (таблица 6.3) который учитывает допустимый нагрев той или иной марки провода.

Таблица 6.2: Определение коэффициента m

Таблица 6.3: Выбор диаметра провода.

Марка провода

Выбрав коэффициент pможно определить диаметр провода каждой обмотки. Найденное значение диаметра округляют до большего стандартного.

Сила тока в первичной обмотке определяется с учетом габаритной мощности трансформатора и напряжения сети:

Практическая работа:

U 1 = 6,3 В,I 1 = 1,5 А;U 2 = 12 В,I 2 = 0,3 А;U 3 = 120 В,I 3 = 59 мА

Первое, что надо сделать, это взять листок бумаги, карандаш и мультиметр. Пользуясь всем этим, прозвонить обмотки трансформатора и зарисовать на бумаге схему. При этом должно получиться что-то очень похожее на рисунок 1.

Выводы обмоток на картинке следует пронумеровать. Возможно, что выводов получится намного меньше, в самом простейшем случае всего четыре: два вывода первичной (сетевой) обмотки и два вывода вторичной. Но такое бывает не всегда, чаще обмоток несколько больше.

Некоторые выводы, хотя они и есть, могут ни с чем не «звониться». Неужели эти обмотки оборваны? Вовсе нет, скорей всего это экранирующие обмотки, расположенные между другими обмотками. Эти концы, обычно, подключают к общему проводу — «земле» схемы.

Поэтому, желательно на полученной схеме записать сопротивления обмоток, поскольку главной целью исследования является определение сетевой обмотки. Ее сопротивление, как правило, больше, чем у других обмоток, десятки и сотни Ом. Причем, чем меньше трансформатор, тем больше сопротивление первичной обмотки: сказывается малый диаметр провода и большое количество витков. Сопротивление понижающих вторичных обмоток практически равно нулю — малое количество витков и толстый провод.

Рис. 1. Схема обмоток трансформатора (пример)

Предположим, что обмотку с наибольшим сопротивлением найти удалось, и можно считать ее сетевой. Но сразу включать ее в сеть не надо. Чтобы избежать взрывов и прочих неприятных последствий, пробное включение лучше всего произвести, включив последовательно с обмоткой, лампочку на 220В мощностью 60…100Вт, что ограничит ток через обмотку на уровне 0,27…0,45А.

Мощность лампочки должна примерно соответствовать габаритной мощности трансформатора. Если обмотка определена правильно, то лампочка не горит, в крайнем случае, чуть теплится нить накала. В этом случае можно почти смело включать обмотку в сеть, для начала лучше через предохранитель на ток не более 1…2А.

Если лампочка горит достаточно ярко, то это может оказаться обмотка на 110…127В. В этом случае следует прозвонить трансформатор еще раз и найти вторую половину обмотки. После этого соединить половины обмоток последовательно и произвести повторное включение. Если лампочка погасла, то обмотки соединены правильно. В противном случае поменять местами концы одной из найденных полуобмоток.

Итак, будем считать, что первичная обмотка найдена, трансформатор удалось включить в сеть. Следующее, что потребуется сделать, измерить ток холостого хода первичной обмотки. У исправного трансформатора он составляет не более 10…15% от номинального тока под нагрузкой. Так для трансформатора, данные которого показаны на рисунке 2, при питании от сети 220В ток холостого хода должен быть в пределах 0,07…0,1А, т.е. не более ста миллиампер.

Рис. 2. Трансформатор ТПП-281

Как измерить ток холостого хода трансформатора

Ток холостого хода следует измерить амперметром переменного тока. При этом в момент включения в сеть выводы амперметра надо замкнуть накоротко, поскольку ток при включении трансформатора может в сто и более раз превышать номинальный. Иначе амперметр может просто сгореть. Далее размыкаем выводы амперметра и смотрим результат. При этом испытании дать поработать трансформатору минут 15…30, и убедиться, что заметного нагрева обмотки не происходит.

Следующим шагом следует замерить напряжения на вторичных обмотках без нагрузки, — напряжение холостого хода. Предположим, что трансформатор имеет две вторичные обмотки, и напряжение каждой из них 24В. Почти то, что надо для рассмотренного выше усилителя. Далее проверяем нагрузочную способность каждой обмотки.

Для этого надо к каждой обмотке подключить нагрузку, в идеальном случае лабораторный реостат, и изменяя его сопротивление добиться, чтобы напряжение на обмотке упало на 10-15%%. Это можно считать оптимальной нагрузкой для данной обмотки.

Вместе с измерением напряжения производится замер тока. Если указанное снижение напряжения происходит при токе, например 1А, то это и есть номинальный ток для испытуемой обмотки. Измерения следует начинать, установив движок реостата R1 в правое по схеме положение.

Рисунок 3. Схема испытания вторичной обмотки трансформатора

Вместо реостата в качестве нагрузки можно использовать лампочки или кусок спирали от электрической плитки. Начинать измерения следует с длинного куска спирали или с подключения одной лампочки. Для увеличения нагрузки можно постепенно укорачивать спираль, касаясь ее проводом в разных точках, или увеличивая по одной количество подключенных ламп.

Для питания усилителя требуется одна обмотка со средней точкой (см. статью ). Соединяем последовательно две вторичные обмотки и измеряем напряжение. Должно получиться 48В, точка соединения обмоток будет средней точкой. Если в результате измерения на концах соединенных последовательно обмоток напряжение будет равно нулю, то концы одной из обмоток следует поменять местами.

В этом примере все получилось почти удачно. Но чаще бывает, что трансформатор приходится перематывать, оставив только первичную обмотку, что уже почти половина дела. Как рассчитать трансформатор это тема уже другой статьи, здесь было рассказано лишь о том, как определить параметры неизвестного трансформатора.

В быту и технике широко применяется низковольтная аппаратура. Этот факт требует использования устройств, понижающих стандартное напряжение до необходимого уровня. Нужно создать прибор, который соответствует предъявляемым нормам. Перед электриком встаёт задача, как определить мощность трансформатора. Знание элементарных физических законов помогает решить проблему.

Теория и история

Латинское слово transformare переводится на русский язык как «превращение». Трансформатор предназначен для изменения уровня входного напряжения на определённую величину. Устройство состоит из одной или нескольких обмоток на замкнутом магнитопроводе. Катушки наматываются из алюминиевого или медного провода. Сердечник набирается из пластин с повышенными ферромагнитными свойствами.

Первичная обмотка присоединяется к электрической сети переменного тока. Во вторичную обмотку включается устройство, которому требуется напряжение другой величины.

После подключения к трансформатору питания в магнитопроводе появляется замкнутый магнитный поток, который индуцирует в каждой катушке переменную электродвижущую силу. Закон Фарадея гласит, что ЭДС равна скорости изменения магнитного потока, который проходит через электромагнитный контур. Знак «минус» указывает на противоположность направлений магнитного поля и ЭДС.

Формула e = − n (∆Ф ∕ ∆ t) объединяет следующие понятия:

• Электродвижущая сила e, исчисляемая в вольтах.
• Количество витков n в индукторе.
• Магнитный поток Ф, единица измерения которого называется вебером.
• Время t, необходимое для одной фазы изменения магнитного поля.

Учитывая незначительность потерь в катушке индуктивности, ЭДС приравнивается к напряжению в обмотке. Отношение напряжений в первичной и вторичной обмотке равно отношению количества витков в двух катушках. Отсюда выводится формула трансформатора:

K ≈ U ₁ ∕ U ₂ ≈ n ₁ ∕ n ₂.

Коэффициент K всегда больше единицы. В трансформаторе изменяется только напряжение и сила тока. Умноженные друг на друга, они определяют мощность прибора, постоянную величину для конкретного устройства. Соотношение тока и напряжения в обмотках раскрывает формула:

K = n₁ ∕ n₂ = I ₂ ∕ I₁ = U₁ ∕ U₂.

Иначе говоря, во сколько раз уменьшено напряжение во вторичной обмотке в сравнении с напряжением в первичной катушке, во столько раз сила тока во вторичной катушке больше тока в первичной обмотке. Различное напряжение устанавливается количеством витков в каждом индукторе. Формула, описывающая коэффициент K, объясняет, как рассчитать трансформатор.

Трансформатор предназначен для работы в цепи переменного напряжения. Постоянный ток не индуцирует ЭДС в магнитопроводе, и электрическая энергия не передаётся в другую обмотку.

Ещё в 1822 году Фарадей озаботился мыслью, как превратить магнетизм в электрический ток. Многолетние исследования приводят к созданию цикла статей, в которых описывалось физическое явление электромагнитной индукции. Фундаментальный труд публиковался в научном журнале английского Королевского общества.

Суть опытов состояла в том, что исследователь намотал два куска медной проволоки на кольцо из железа. К одной из катушек подключался постоянный ток. Гальванометр, соединённый с контактами другой обмотки, фиксировал кратковременное появление напряжения. Чтобы восстановить индукцию, экспериментатор отключал источник питания, а затем вновь замыкал контакты на батарею.

Работу Майкла Фарадея высоко оценило научное сообщество Великобритании. В 1832 году физик удостоился престижной награды. За выдающиеся работы в области электромагнетизма учёный награждён медалью Копли.

Однако устройство, собранное Фарадеем, ещё трудно назвать трансформатором. Аппарат, который действительно преобразовывал напряжение и ток, запатентован в Париже 30 ноября 1876 года. В 80-х годах позапрошлого столетия автор изобретения и конструктор трансформатора П. Н. Яблочков жил во Франции. В это же время выдающийся русский электротехник представил миру и прообраз прожектора — «свечу Яблочкова».

Расчёт параметров прибора

Иногда в руки к электрику попадает прибор без описания технических характеристик. Тогда специалист определяет мощность трансформатора по сечению магнитопровода. Площадь сечения находится перемножением ширины и толщины сердечника. Полученное число возводится в квадрат. Результат укажет на примерную мощность устройства.

Желательно, чтобы площадь магнитопровода немного превышала расчётное значение. Иначе тело сердечника попадёт в область насыщения магнитного поля, что приведёт к падению индуктивности и сопротивления катушки. Этот процесс увеличит уровень проходящего тока, вызовет перегрев устройства и поломку.

Практический расчёт силового трансформатора не займёт много времени. Например, перед домашним мастером стоит задача осветить рабочий уголок в гараже. В помещении имеется бытовая розетка на 220 В, в которую необходимо подключить светильник с лампой мощностью 40 Вт на 36 В. Требуется рассчитать технические параметры понижающего трансформатора.

Определение мощности

Во время работы устройства неизбежны тепловые потери. При нагрузке, не превышающей 100 Вт, коэффициент полезного действия равен 0,8. Истинная потребная мощность трансформатора P₁ определяется делением мощности лампы P₂ на КПД:

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0‚8 = 50

Округление осуществляется в бо́льшую сторону. Результат 50 Вт.

Вычисление сечения сердечника

От мощности трансформатора зависят размеры магнитопровода. Площадь сечения определяется следующим образом.

S = 1‚2∙√P₁ = 1‚2∙ 7‚07 = 8‚49

Поперечное сечение сердечника должно иметь площадь не менее 8‚49 см².

Расчёт количества витков

Площадь магнитопровода помогает определить количество витков провода на 1 вольт напряжения:

n = 50 ∕ S = 50 ∕ 8‚49 = 5‚89.

Разности потенциалов в один вольт будут соответствовать 5‚89 оборотам провода вокруг сердечника. Поэтому первичная обмотка с напряжением 220 В состоит из 1296 витков, а для вторичной катушки потребуется 212 витков. Во вторичной обмотке происходят потери напряжения, вызванные активным сопротивлением провода. Вследствие этого специалисты рекомендуют увеличить количество витков в выходной катушке на 5−10%. Скорректированное число витков будет равно 233.

Токи в обмотках

Следующий этап — нахождение силы тока в каждой обмотке, которое вычисляется делением мощности на напряжение. После нехитрых подсчётов получается требуемый результат.

В первичной катушке I₁ = P₁ ∕ U₁ = 50 ∕ 220 = 0‚23 ампера, а во вторичной катушке I₂ = P₂ ∕ U₂ = 40 ∕ 36 = 1‚12 ампера.

Диаметр провода

Расчёт обмоток трансформатора завершается определением толщины провода, сечение которого вычисляется по формуле: d = 0‚8 √ I. Слой изоляции в расчёт не берётся. Проводник входной катушки должен иметь диаметр:

d₁ = 0‚8 √I₁ =0‚8 √0‚23 = 0‚8 ∙ 0‚48 = 0‚38.

Для намотки выходной обмотки потребуется провод с диаметром:

d₂ = 0‚8 √I₂ =0‚8 √1‚12 = 0‚8 ∙ 1‚06 = 0‚85.

Размеры определены в миллиметрах. После округления получается, что первичная катушка наматывается проволокой толщиной 0‚5 мм, а на вторичную обмотку подойдёт провод в 1 мм.

Виды и применение трансформаторов

Области использования трансформаторов разнообразны. Устройства, повышающие напряжение, эксплуатируются в промышленных целях для транспортировки электроэнергии на значительные расстояния. Понижающие трансформаторы используются в радиоэлектронике и для подсоединения бытовой техники.

Некоторые народные умельцы, недовольные пониженным напряжением в сети, рискуют включать бытовые приборы через повышающий трансформатор. Спонтанный скачок напряжения может привести к тому, что яркий комнатный свет заменит очень яркое пламя пожара.

По задачам, которые решает трансформатор, приборы делятся на основные виды:

Любое изменение параметров электричества в цепи связано с трансформатором. Специалисту, проектирующему электронные схемы, необходимо знание природы электромагнетизма. Технология расчёта обмоток трансформатора основана на базовых формулах физики.

Электротехнику, занятому рутинным делом намотки трансформатора, стоит помянуть добрым словом дядюшку Фарадея, который открыл замечательный закон электромагнитной индукции. Глядя на готовое устройство, следует также вспомнить великого соотечественника, русского изобретателя Павла Николаевича Яблочкова.

При проектировании трансформаторов основным параметром является его мощность. Именно она определяет габариты трансформатора. При этом основным определяющим фактором будет полная мощность, отдаваемая в нагрузку:

Для трансформатора с большим количеством вторичных обмоток полную мощность можно определить, просуммировав мощности, потребляемые нагрузками, подключенными ко всем его обмоткам:

(2)

При полностью резистивной нагрузке (отсутствие индуктивной и емкостной составляющей в токе) потребляемая мощность активна и равна отдаваемой мощности S 2 . При расчете трансформатора важным параметром является типовая или габаритная мощность трансформатора. В этом параметре кроме полной мощности учитывается мощность, потребляемая трансформатором от сети по первичной обмотке. Типовая мощность трансформатора вычисляется следующим образом:

(3)

Определим типовую мощность для трансформатора с двумя обмотками. Полная мощность первичной обмотки S 1 = U 1 I 1 , где U 1 , I 1 — действующие значения напряжения и тока Именно этой мощностью определяются габариты первичной обмотки. При этом число витков первичной обмотки трансформатора зависит от входного напряжения, сечение провода от протекающего по ней максимального тока (действующее значение). Габаритная мощность трансформатора определяет необходимое сечение сердечника s с. Ее можно рассчитать следующим образом:

(4)

Напряжение на первичной обмотке трансформатора можно определить из выражения U 1 = 4k ф W 1 fs B m , где s – площадь сечения сердечника магнитопровода, определяемая как произведение ширины сердечника на его толщину. Эквивалентная площадь сечения сердечника трансформатора обычно меньше и зависит от толщины пластин или ленты и расстояния между ними, поэтому при расчете трансформатора вводится коэффициент заполнения сердечника, который определяется как отношение эквивалентной площади сечения сердечника магнитопровода к его геометрической площади . Его значение обычно равно k c = 1 … 0,5 и зависит от толщины ленты. Для прессованных сердечников (изготовленных из феррита, альсифера или карбонильного железа) k c = 1. Таким образом, s = k c s c и выражение для напряжения первичной обмотки трансформатора принимает следующий вид:

U 1 = 4k ф k c W 1 fs c B m (5)

Аналогичное выражение можно записать и для вторичной обмотки. В трансформаторе с двумя обмотками мощность первичной обмотки и типовая мощность трансформатора равны. Мощность первичной обмотки можно определить по следующему выражению:

U 1 = U 1 I 1 = 4k ф k c fs c B m W 1 I 1 (6)

При этом типовая мощность трансформатора будет рассчитываться по следующей формуле:

(7)

Отношение тока в проводе обмотки к его сечению называется плотностью тока. В правильно рассчитанном трансформаторе плотность тока во всех обмотках одинакова:

(8) где s обм1 , s обм2 — площади сечения проводников обмоток.

Заменим токи I 1 = js обм1 и I 2 = js обм2 , тогда сумма в скобках выражения (7) может быть записана следующим образом: W 1 I 1 + W 2 I 2 = , j (s обм1 W 1 + s обм2 W 2) = js м, где s м — сечение всех проводников (меди) в окне сердечника трансформатора. На рисунке 1 приведена упрощенная конструкция трансформатора, где отчетливо видны площадь сердечника s с, площадь окна магнитопровода s ок и площадь, занимаемая проводниками первичной и вторичной обмоток s м.

Рисунок 1 Упрощенная конструкция трансформатора

Введём коэффициент заполнения окна медью . Его величина находится в пределах k м = 0,15 … 0,5 и зависит от толщины изоляции проводов, конструкции каркаса обмоток, межслойной изоляции, способа намотки провода. Тогда js м = jk м s ок и выражение для типовой мощности трансформатора можно записать следующим образом:

(9)

Из выражения (9) следует, что типовая мощность определяется произведением s с s ок. При увеличении линейного размера трансформатора в m раз, его объём (масса) увеличится в m³ раз, а мощность возрастёт в m 4 раз. Поэтому, удельные массо-габаритные показатели трансформаторов улучшаются с увеличением номинальной мощности. С этой точки зрения предпочтительны многообмоточные трансформаторы по сравнению с несколькими двухобмоточными.

При разработке конструкции трансформаторов стараются увеличить коэффициент заполнения окна сердечника обмотками, так как при этом возрастает значение номинальной мощности S тип. Для достижения этой цели применяются обмоточные проводники с прямоугольным сечением. Следует отметить, что при практических расчетах формулу (9) преобразуют к более удобному виду.

(10)

При расчете трансформатора по заданной мощности на нагрузке исходя из выражения (10) определяется произведение s с s ок. Затем по справочнику выбирается конкретный тип и размер магнитопровода трансформатора, у которого этот параметр будет больше или равен рассчитанному значению. Затем приступают к расчету количества витков в первичной и вторичной обмотках. Рассчитывают диаметр провода и проверяют, помещаются ли обмотки в окне магнитопровода.

Литература:

Вместе со статьей «Мощность трансформатора» читают:

http://сайт/BP/KlassTransf/

http://сайт/BP/SxZamTransf/

Силовые и измерительные трансформаторы и их назначения

В зависимости от назначения различают силовые трансформаторы, измерительные трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Силовые трансформаторы преобразуют переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения для питания электроэнергией потребителей. В зависимости от назначения они могут быть повышающими или понижающими. В распределительных сетях применяют, как правило, трехфазные двухобмоточные понижающие трансформаторы, преобразующие напряжение 6 и 10 кВ в напряжение 0,4 кВ.

Измерительные трансформаторы напряжения – это промежуточные трансформаторы, через которые включаются измерительные приборы при высоких напряжениях.Благодаря этому измерительные приборы оказываются изолированными от сети, что делает возможным применение стандартных приборов (с переградуированием их шкалы) и тем самым расширяет пределы измеряемых напряжений.

Трансформаторы напряжения используются как для измерения напряжения, мощности, энергии, так и для питания цепей автоматики, сигнализаций и релейной защиты линий электропередачи от замыкания на землю.

Трансформатор тока представляет собой вспомогательный аппарат, в котором вторичный ток практически пропорционален первичному току и предназначенный для включения измерительных приборов и реле в электрические цепи переменного тока.

Трансформаторы тока служат для преобразования тока любого значения и напряжения в ток, удобный для измерения стандартными приборами (5 А), питания токовых обмоток реле, отключающих устройств, а также для изолирования приборов и обслуживающего их персонала от высокого напряжения.

В масляных трансформаторах основной изолирующей и охлаждающей средой является трансформаторное масло.

Масляный трансформатор состоит из магнитопровода, обмоток, бака, крышки с вводами.Магнитопровод собирают из изолированных друг от друга (для уменьшения потерь на вихревые токи) листов холоднокатаной электротехнической стали. Обмотки изготовляют из медного или алюминиевого провода. Для регулирования напряжения обмотка ВН имеет ответвления, соединяющиеся с переключателем. В трансформаторах предусмотрено два вида переключении ответвлений: под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой) и без нагрузки, после отключения трансформатора от сети — ПБВ (переключение без возбуждения). Наиболее распространен второй способ регулирования напряжения как наиболее простой.

Кроме указанных трансформаторов с масляным охлаждением (ТМ) выпускаютсятрансформаторы в герметичном исполнении (ТМГ), в которых масло не сообщается с воздухом и, следовательно, исключается его ускоренное окисление и увлажнение. Масляные трансформаторы в герметичном исполнении полностью заполнены трансформаторным маслом и не имеют расширителя, а температурные изменения его объема при нагревании и охлаждении компенсируются изменением объема гофров стенок бака. Эти трансформаторы заполняются маслом под вакуумом, вследствие чего повышается электрическая прочность их изоляции.

Сухой трансформатор, так же как и масляный, состоит из магнитопровода, обмоток ВН и НН, заключенных в защитный кожух. Основной изолирующей и охлаждающей средой является атмосферный воздух. Однако воздух является менее совершенной изолирующей и охлаждающей средой, чем трансформаторное масло. Поэтому в сухих трансформаторах все изоляционные промежутки и вентиляционные каналы делают большими, чем в масляных.

Сухие трансформаторы изготовляют с обмотками со стеклоизоляцией класса нагревостойкости В (ТСЗ), а также с изоляцией на кремнийорганических лаках класса Н (ТСЗК). Для уменьшения гигроскопичности обмотки пропитывают специальными лаками. Применение в качестве изоляции обмоток стекловолокна или асбеста позволяет значительно повысить рабочую температуру обмоток и получить практически пожаробезопасную установку. Это свойство сухих трансформаторов дает возможность применять их для установки внутри сухих помещений в тех случаях, когда обеспечение пожарной безопасностиустановкиявляется решающим фактором. Иногда сухие трансформаторы заменяют более дорогими и сложными в изготовлении совтоловыми.

Сухие трансформаторы имеют несколько большие габаритные размеры и массу (ТСЗ) и меньшую перегрузочную способность, чем масляные, и используются для работы в закрытых помещениях с относительной влажностью не более 80%. К преимуществам сухих трансформаторов относят их пожаробезопасность (отсутствие масла), сравнительную простоту конструкции и относительно малые затраты на эксплуатацию.

Из каких основных частей состоит трансформатор

Что называется трансформатором?

Трансформатором называется электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования входного напряжения, изменяющегося во времени, в ему подобное с положительным коэффициентом подобия.

С помощью трансформатора можно или увеличить напряжение вторичного тока или уменьшить.

Из каких частей состоит трансформатор?

Трансформатор (рис. 20) состоит из замкнутого сердечника (магнитопровода), набранного из листов электротехнической стали толщиной 0,35 — 0,5 мм, и обмоток, намотанных из медных изолированных проводов. Части сердечника, на которых находятся обмотки, называются стержнями, а части без обмоток — ярмами. Обмотка, к которой подводится электроэнергия, называется первичной, а обмотка, от которой электроэнергия отводится потребителю,— вторичной. Первичная и вторичная обмотки трансформатора электрически изолированы друг от друга (кроме автотрансформатора).

Величины, относящиеся к первичной обмотке (число витков обмотки, мощность, напряжение, ток и т. д.), называются первичными, а величины, относящиеся ко вторичной обмотке, — вторичными.

Величина напряжения на концах первичной обмотки трансформатора так относится к величине напряжения на концах вторичной обмотки, как число витков первичной обмотки относится к числу витков вторичной обмотки.

Что происходит в обмотках трансформатора при его работе?

При работе трансформатора в первичной обмотке происходит преобразование электрической энергии, потребляемой из сети, в энергию магнитного поля, а во вторичной обмотке в это время энергия магнитного поля преобразуется в электрическую энергию.

Однако в действительности такое равенство не наблюдается, так как из-за потерь энергии на нагрев обмоток и стержней трансформатора коэффициент полезного действия его никогда не бывает равным единице. Правда, при нормальном режиме работы потери незначительны и коэффициент полезного действия его очень высок — доходит до 0,98 — 0,99.

Основные элементы трансформаторов

Основные части трансформатора — это магнитопровод и обмотки. Магнитопровод трансформатора выполняют из листовой электротехнической стали. Перед сборкой листы с двух сторон изолируют (в основном лаком). Такая конструкция магнитопровода дает возможность в значительной степени ослабить в нем вихревые токи. Часть магнитопровода, на которой располагают обмотки, называют стержнем.

В двухфазных стержневых трансформаторах имеются два стержня (в трехфазных – три) и соединяющих их два ярма.

Броневые трансформаторы имеют разветвленный магнитопровод с одним стержнем и ярмами, частично прикрывающими («бронирующими») обмотки.

Стержневая конструкция имеет наибольшее распространение, особенно в трансформаторах большой и средней мощности. Достоинства этой конструкции — простота изоляции обмоток, лучшие условия охлаждения, простота ремонта.

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

В трансформаторах большой мощности применяют бронестержневую конструкцию магнитопровода, которая хотя и требует несколько повышенного расхода электротехнической стали, но позволяет уменьшить высоту магнитопровода (НВС

Трансформатор – это электрическая статическая машина, предназначаемая для изменения характеристик напряжения или тока. Название говорящее – трансформировать – значит преобразовывать. Впрочем, трансформации подвергаются только силовые характеристики тока, частота и форма при этом не изменяются.

Состоит эта машина из нескольких основных частей:

1. Корпус или магнитопровод – представляет собой сердечник из металлических пластинок, плотно сжатых между собой, изготавливаются из мягкой трансформаторной стали, а в отдельных случаях, из специального состава ферромагнетика.
2. Первичной обмотки – катушка, размещенная на магнитопроводе, по ней пропускается ток, характеристики которого нужно изменить;
3. Вторичная обмотка – также катушка, но с проводами других характеристик, в которой индуцируется ток с другими, заранее рассчитанными параметрами.

Принцип работы и область применения

В электромагнитную схему трансформатора входят две обмотки и замкнутый сердечник, выполняемый из трансформаторных листовых материалов. Ток, проходящий по первичной катушке, возбуждает в сердечнике электромагнитную индукцию.

Пересекая провода вторичной катушки, она индуцирует в ней ток, соответствующий параметрам вторичной обмотки. Таких катушек может быть несколько с разными характеристиками (количество витков, сечение провода, материал), соответственно и результат индукции будет различным.

Трансформаторы используются в энергообеспечении народного хозяйства в различных областях:

1. Для передачи и преобразования электроэнергии:
2. Передача электроэнергии на далекие расстояния и ее разделение между пользователями. Передача электричества по сетям непосредственно после генерации связана с большими его потерями. Генераторы дают напряжение 6-24 кВ, а передача, во избежание потерь, осуществляется при напряжении от 110 до 750 кВ. Для получения таких характеристик применяются повышающие трансформаторы.
3. Когда электроэнергия по ЛЭП доходит до потребителя, она поступает на понижающие трансформаторные станции, где производится понижение напряжения и мощности в соответствии с потребностями для группы потребителей, а затем распределяется на другие трансформаторные подстанции, например, районного значения. Дальнейшее распределение энергии зависит от потребности того или иного объекта или их группы.
4. Для правильного включения вентилей в преобразователях, что позволяет согласовать величину напряжения на выходах и входах устройства. Их название – преобразовательные.
5. Для выполнения различных операций технологических процессов, например – сварки, в электролизных производствах, в обеспечении работы электросталеплавильных агрегатов и других.
6. Обеспечение работы схем и приборов радиоаппаратуры, электроники, средств связи, бытового электрооборудования и многого прочего.
7. Для подключения электроизмерительных приборов и отдельных аппаратов (реле, коммандеры и др.) в цепи высокого напряжения для обеспечения измерений и электробезопасности объектов. Такие трансформаторы образуют отдельный класс – измерительные.

Устройство

Магнитная схема

Конфигурация магнитной схемы разделяет эти устройства на три класса:

• тороидальные;
• броневые;
• стержневые;

Стержень представляет собой ту часть магнитопровода, на которой размещены обмотки, остальная часть называется «ярмо». В виде стержневых изготавливаются трансформаторы большой и средней мощности.

Это связано также с более простой схемой охлаждения такой машины. Магнитопроводы обычно производятся из листовой электротехнической стали толщиной 0,25-0,5 мм. Листовые детали соединяются между собой электротехническим изолирующим лаком. Это делается для уменьшения влияния вихревых токов на работу магнитопровода.

Маломощные и микротрансформаторы обычно производят броневыми, поскольку они в изготовлении дешевле стержневых из-за меньшего числа катушек и технологичности изготовления.

Одним из преимуществ тороидальных трансформаторов является магнитная схема без зазоров. Этим обусловлено низкое магнитное сопротивление магнитопровода таких преобразователей.

Обмотки

В зависимости от конструкции, обмотки могут быть расположены последовательно. Эти называются дисковыми. Исполнение зависит от особенностей трансформатора и его назначения.

Мощные статические машины выделяют много тепла и нуждаются в интенсивном охлаждении.

Виды преобразователей

Силовой трансформатор

Предназначается для изменения параметров потока электричества в сетях, используемых для потребления. Необходимость их использования связана с потребностью понижения мощности (до 760 кВ) подводящих сетей в потребительскую мощность городского хозяйства (220/380 В). Силовой преобразователь переменного тока предназначается для изменения силы тока прямым воздействием в сети.

Автотрансформатор

Отличен от предыдущего тем, что обмотки в нем соединяются не только через индукционные потоки, но и непосредственно одна с другой. Вторичная обмотка имеет несколько выводов (но не менее трех), подключение к ним в различных комбинациях ведет к получению различного напряжения.

Преимуществом такой конструкции является повышенный КПД устройства, потому что изменению подвергается только часть энергии. Это эффективно при небольшом различии напряжений на входе и выходе.

Несовершенство этих устройств состоит в том, что между обмотками нет изоляции. Применение оправдано при надежном заземлении в сетях до 115 кВ и небольшим коэффициентом трансформации – в пределах 3-4 раз. Габаритные размеры магнитопровода и обмоток у таких машин меньше, следовательно, они экономичнее в производстве.

Трансформатор напряжения

Этот вид преобразователя питается от соответствующего источника. Применяется обычно для изменения высокого напряжения на пониженное в цепях автоматики или релейной защиты. Использование связано с необходимостью ограждения низковольтных участков схем от повышенного напряжения.

Трансформаторы тока

Здесь первичная катушка получает питание от источника тока. Применяется для понижения тока в устройствах релейной защиты и измерителях. Вместе с тем, производится гальваническая развязка. Как правило, ток на вторичной катушке составляет величину 1А или 5А.

Первичную катушку включают в одну цепь с нагружением, подлежащем контролю, а к вторичной катушке подключаются приборы контроля, либо релейные устройства. Идеальный режим работы вторичной обмотки близок к короткому замыканию. Если происходит замыкание вторичной катушки, возникающее напряжение настолько велико, что повреждает подключенные к ней элементы.

Разделительные трансформаторы

Обмотки таких машин не связаны между собой. Такие преобразователи применяются для улучшения условий безопасности функционирования сетей при замыкании, срабатывает гальваническая развязка.

Импульсные преобразователи

Предназначаются для реформирования сигналов в виде коротких (до 10 миллисекунд) импульсов с максимальным сохранением их формы. В основном применяется для передачи импульсов, характерных прямоугольной формой. Как правило, главное требование к этому преобразователю – передача кратковременного импульса в максимально сохраненной форме, при этом, изменение его амплитуды и полярности несущественно.

Согласующие трансформаторы

Используются при согласовании нагрузок различных участков с максимальным сохранением формы сигнала. Вместе с тем, использование такого преобразователя дает гальваническую развязку разных участков электронных схем.

Пик-трансформатор

Машина, обеспечивающая изменение синусоидальных напряжений в импульсные. При этом, происходит изменение полярности в каждом полупериоде.

Сдвоенный дроссель

Конструктивно выполняется в виде преобразователя с одинаковыми обмотками. Учитывая индуктивное влияние катушек друг на друга, он заметно эффективнее обычного дросселя. Распространены как входные фильтры БП блоков питания в звуковых схемах.

Строительство трансформатора — Circuit Globe

Трансформатор в основном состоит из магнитной цепи, электрической цепи, диэлектрической цепи, резервуаров и принадлежностей. Основными элементами трансформатора являются первичная обмотка , вторичная обмотка и стальной сердечник . Сердечник трансформатора изготовлен из кремнистой стали, чтобы обеспечить непрерывный магнитный путь. Обычно сердечник трансформатора ламинирован для минимизации потерь на вихревые токи.

Состав:

1. Магнитная цепь
2. Электросхема
3. Трансформатор с сердечником
4. Трансформатор корпусного типа
5. Диэлектрическая цепь
6. Баки и аксессуары
   1. Консерватор
   2. Сапун
   3. Взрывоотводчик
   4. Радиатор
   5. Втулки

Магнитная цепь

Магнитопровод трансформатора состоит из сердечника и ярма .Схема обеспечивает путь к потоку магнитного потока. Трансформатор состоит из стального многослойного сердечника и двух катушек. Две катушки изолированы друг от друга, а также от сердечника.

Сердечник трансформатора изготовлен из пластин стального листа или кремнистой стали, собранных для обеспечения непрерывного магнитного пути. При обычных плотностях потока кремнистая сталь имеет низкие гистерезисные потери.

Вертикальное положение, в котором намотана катушка, называется стержнем , а горизонтальное положение — стержнем .

Электросхема

Конструкция электрической цепи трансформатора состоит из первичной и вторичной обмоток, как правило, из меди. Проводники прямоугольного сечения обычно используются для обмотки низкого напряжения, а также для обмотки высокого напряжения больших трансформаторов. В малогабаритном трансформаторе для обмотки высокого напряжения используются проводники круглого сечения.

В зависимости от конструкции сердечника и способа размещения первичной и вторичной обмоток вокруг него трансформатор имеет обозначение сердечника типа и типа оболочки .

Трансформатор с сердечником

В конструкции трансформатора с простым сердечником образуются прямоугольные пластинки рамы, образующие сердечник трансформатора. Пластины нарезаются в виде L-образных полос, как показано на рисунке ниже. Чтобы избежать высокого сопротивления в соединениях, где слои стыкуются друг с другом, чередующиеся слои размещаются по-разному, чтобы исключить непрерывные соединения.

Первичная и вторичная обмотки чередуются для уменьшения потока утечки.Половина каждой обмотки размещается бок о бок или концентрически на любом конце сердечника.

При размещении этих обмоток изоляция из бакелитового формирователя обеспечивается между сердечником и обмоткой низкого напряжения (LV), между двумя обмотками, которые находятся между обмотками низкого напряжения (LV) и высокого напряжения (HV), а также между катушками и ярмом. А также между ветвью ВН и вилкой, как показано на рисунке ниже.

Для уменьшения изоляции обмотка низкого напряжения всегда размещается ближе к сердечнику.

Трансформатор корпусного типа

В трансформаторе кожухового типа отдельные пластинки нарезаются в виде длинных полос E и I формы, как показано на рисунке ниже. Он имеет две магнитопроводы, а сердечник имеет три плеча. Центральная конечность несет весь поток, тогда как боковые конечности несут половину потока. Следовательно, ширина центра вдвое больше ширины внешних конечностей.

Поток утечки уменьшается за счет разделения обмоток, которые, в свою очередь, имеют меньшее реактивное сопротивление.И первичная, и вторичная обмотки размещены на центральном плече рядом друг с другом. Обмотка низкого напряжения помещается ближе к сердечнику, а обмотка высокого напряжения размещается снаружи обмотки низкого напряжения.

Чтобы снизить стоимость ламинирования между сердечником и обмоткой низкого напряжения, обмотки формируются и наматываются до цилиндрической формы, а затем пластинки сердечника вставляются позже.

Диэлектрическая цепь

Диэлектрическая цепь состоит из изоляции, используемой в разных местах трансформатора для изоляции проводящих частей.Сердечник ламинирован для минимизации потерь на вихревые токи. Пластины изолированы друг от друга тонким слоем лака или оксидным слоем. Толщина пластин варьируется от 0,35 мм до 0,5 мм для частоты 50 Гц .

Емкости и принадлежности

На трансформаторе также установлены другие различные детали и аксессуары для его эффективной работы, а также для увеличения срока службы и улучшения обслуживания трансформатора. Они следующие:

Консерватор

Консерватор представляет собой цилиндрический резервуар, расположенный наверху или на крыше основного резервуара трансформатора.Предусмотрена большая крышка, которую можно время от времени открывать для надлежащего обслуживания и очистки трансформатора. Он действует как резервуар для изоляционного масла трансформатора.

Когда трансформатор полностью загружен и температура трансформатора сильно повышается, происходит увеличение объема воздуха внутри трансформатора. Поскольку уровень масла одновременно увеличивается и уменьшается, таким образом, зимний сад обеспечивает достаточное пространство для этого расширенного масла внутри трансформатора.

Сапун

Как в человеческом теле есть сердце, так и дышащий действует как сердце для трансформатора. Когда температура трансформатора повышается, изоляционное масло в трансформаторе нагревается. Это масло расширяется и сжимается.

Когда масло нагревается и расширяется, трансформатор вдыхает воздух и, таким образом, масло охлаждается, уровень масла понижается и воздух поглощается им. Этот процесс всасывания и выдоха воздуха называется дыханием трансформатора.

Уровень масла в камере увеличивается и уменьшается, когда сапун забирает и выходит воздух для охлаждения масла. Этот воздух переносит влагу, которая загрязняет масло, и, таким образом, качество масла ухудшается.

Для устранения этой влажности сапун заполнен силикагелем. Основная функция силикагеля — отделять влагу от масла, поддерживая качество изоляционного масла. Первоначально цвет силикагеля синий, а когда он впитывает влагу из масла, он становится розовым.

Fresh Silica gel высушивает воздух до точки росы ниже -40 градусов Цельсия .

Взрывоотводчик

Взрывоотводчик представляет собой тонкую алюминиевую трубу, расположенную на обоих концах трансформатора, чтобы предотвратить повреждение трансформатора. Когда температура в трансформаторе резко возрастает и внутри трансформатора создается избыточное давление, выпускное отверстие для взрыва помогает сбросить давление.

Радиатор

Основная функция радиатора — охлаждение масла в трансформаторе.Радиатор представляет собой съемное устройство, верхняя и нижняя часть которого соединены клапаном с баком трансформатора. После очистки и обслуживания трансформатора клапан предотвращает слив масла при отсоединении радиатора от трансформатора.

Когда трансформатор находится в рабочих условиях, масло трансформатора нагревается и поднимается в основной бак и попадает в радиатор через верхний клапан. Там оно охлаждается и из нижнего клапана радиаторного блока масло снова попадает в бак трансформатора, и этот процесс продолжается.

Втулки

Проходные изоляторы в трансформаторе являются изолирующим устройством, которое позволяет электрическому проводнику безопасно пропускать через него электрическую энергию. Он обеспечивает напряженность электрического поля для изоляции проводников, чтобы выдержать, если через нее проходит большое количество электрической энергии. Цельный фарфоровый проходной изолятор типа используется в меньшем трансформаторе, а масляный конденсаторный изолятор типа используется в большом трансформаторе.

Наиболее частой причиной выхода из строя проходного изолятора, приводящего к повреждению трансформатора, является проникновение влаги.Коэффициент мощности ввода всегда будет в стабильном состоянии, но если в коэффициенте мощности наблюдается изменение, это означает, что изоляция ухудшилась.

Это может быть идентифицировано тестами, известными как приемочные или стандартные тесты и тест Doble Power Factor Test.

Что нужно знать о силовых трансформаторах

Трансформатор как электрическое оборудование используется в различных коммерческих и промышленных секторах для передачи энергии между двумя или более цепями с помощью электромагнитной индукции.Трансформатор состоит из первичной обмотки и вторичной обмотки с переменными магнитными полями, которые дополнительно индуцируют изменяющуюся электродвижущую силу или напряжение. Таким образом, трансформаторы стратегически спроектированы для переключения одного уровня напряжения на другой в электрических сетях в зависимости от приложений. Существуют разные типы трансформаторов, и в этом блоге конкретно говорится о силовых трансформаторах.

Что такое силовой трансформатор?

Каждая электрическая система состоит из цепи питания, которая дополнительно состоит из электромагнитных компонентов.Силовые трансформаторы — это электромагнитные компоненты силовой цепи, которые передают или отклоняют электрическую энергию между двумя или более цепями с помощью метода электромагнитной индукции. Этот конкретный тип трансформатора используется там, где требуется большое количество электроэнергии или напряжения. Силовой трансформатор также используется в ситуациях, когда требуется низкая мощность.

Каковы основные области применения силовых трансформаторов?

Силовые трансформаторы широко используются в нескольких секторах, таких как электростанции, трансформаторные подстанции, вспомогательные установки, промышленные предприятия, реакторы и т. Д.Он играет важную роль, когда дело доходит до изменения и регулирования удельной мощности до уровня напряжения, подходящего для данного приложения.

Еще одно важное приложение, которым управляют силовые трансформаторы, — это повышение напряжения электричества, прежде чем оно будет передано на большие расстояния по проводам. Способность силовых трансформаторов увеличивать напряжение электроэнергии в конечном итоге приводит к экономичной передаче электроэнергии на большие расстояния по проводам.Этот процесс значительно снижает вероятность потери мощности из-за малых токов.

Следовательно, силовые трансформаторы используются во всех электрических операциях, где принимаемое напряжение конкретного оборудования может быть уменьшено или увеличено в соответствии с желаемым применением.

Какие типы силовых трансформаторов доступны на рынке?

Силовые трансформаторы различных типов, производимые для различных областей применения, включают повышающие и понижающие трансформаторы, трансформаторы высокого напряжения, трансформаторы тока, изолирующие трансформаторы, сухие трансформаторы, маслонаполненные трансформаторы, трансформаторы низкого напряжения, взрывобезопасные трансформаторы и т. Д.

Что нужно знать о силовых трансформаторах Последнее изменение: 19 марта 2018 г., автор: gt stepp

О gt stepp

GT Stepp — инженер-электрик с более чем 20-летним опытом работы, специалист в области исследований, оценки, тестирования и поддержки различных технологии. Посвящен успеху; с сильными аналитическими, организационными и техническими навыками. В настоящее время работает менеджером по продажам и операциям в Custom Coils, разрабатывая стратегии продаж и маркетинга, которые увеличивают продажи, чтобы сделать Custom Coils более узнаваемыми и уважаемыми на рынке.

Информация о трансформаторе

Информация о трансформаторе

Теория и применение трансформаторов

ЧАСТИ ТРАНСФОРМАТОРА

Трансформатор состоит из трех основных частей:

1. железный сердечник, служащий магнитопроводом,
2. первичная обмотка или катушка с проводом и
3. вторичная обмотка или катушка провода.

К первичному обычно обращаются в качестве входа; вторичный как выход.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Переменный ток, приложенный к первичной обмотке, вызывает переменный ток. магнитный поток в железном сердечнике.Большая часть этого потока остается в ядре и только небольшой процент его перемещается по воздуху. Чередование магнитный поток в железном сердечнике затем связывает витки вторичной обмотки, вызывающие напряжение. Все это следует из закона Фарадея. индукция. Это объясняет, почему первичная обмотка имеет напряжение, а вторичная есть напряжение, но между ними нет связи.

ПОЧЕМУ МЫ ИСПОЛЬЗУЕМ ТРАНСФОРМАТОРЫ

ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПИТАНИЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ.

Более рентабельно распределять мощность при более высоких напряжениях, поскольку рассеиваемая мощность (потеря) в резистивной нагрузке определяется квадратом ток умножается на сопротивление провода.Лучше всего использовать самые низкие возможный ток и, следовательно, наибольшая разность потенциалов (напряжение). А Типичный трансформатор принимает входное напряжение 480 или 600 вольт и изменяет напряжение до 240 вольт для некоторых двигателей или до 120 вольт для других таких приложений, как потребительские товары, освещение и т. д. Общий результат лучшее регулирование напряжения, минимальные потери в линии и меньшие затраты на проводку.

ДЛЯ ИСКЛЮЧЕНИЯ ДВОЙНОЙ ПРОВОДКИ.

Для максимальной безопасности могут быть установлены цепи освещения и управления на 120 вольт. от силовых цепей 240, 480 или 600 вольт путем установки трансформаторов на наиболее удобное расположение груза.Это устраняет отдельные схемы и независимый учет мощности и часто приводит к существенная экономия.

ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЦЕПЕЙ.

Установка трансформаторов позволяет разделить цепи на удовлетворить независимый спрос. Подключение к 3-фазной цепи 480 В a трансформатор может обеспечить

1. Трехпроводная однофазная нагрузка 120/240 В:
2. Однофазная нагрузка 120 В:
3. Однофазная нагрузка 240 вольт.

Трансформаторы позволяют заземлять каждую цепь низкого напряжения.

Силовой трансформатор | Это эффективность, потери и 5 важных приложений

Содержание

• Определение силового трансформатора
• Конструкция силового трансформатора
• Схема силового трансформатора
• Мощность силового трансформатора
• Потери силового трансформатора 900
• КПД силового трансформатора
• Применение силового трансформатора (на подстанции)
• Техническое обслуживание силового трансформатора
• Отказ силового трансформатора

Определение силового трансформатора

Типичный трансформатор можно определить как « Устройство, передающее электрическую энергию между электрическими цепями.«Это пассивное и статичное устройство. Силовой трансформатор — единственный в своем роде. Силовые трансформаторы используются для сопряжения понижающих и повышающих напряжений в системе распределения электроэнергии.

Срок службы обычного силового трансформатора составляет около 30 лет.

Конструкция силового трансформатора

Типовой трансформатор состоит из частей —

• A. Металлический сердечник
• B. Две обмотки, составленные из катушек

Силовой трансформатор имеет те же компоненты, что и обычный один.Кроме того, он имеет систему охлаждения и металлический каркас, ламинированный листами. В зависимости от конструкции сердечника силовой трансформатор может быть корпусным или сердечниковым. Он также может быть трехфазным или однофазным. Трехфазный можно сделать из трех однофазных трансформаторов.

Первичная и вторичная обмотки намотаны проводниками изнутри или снаружи сердечника. Однофазные и трехфазные трансформаторы нуждаются в «банке» для размещения обмоток.Если мы используем три однофазных трансформатора, то необходимо выделить каждую батарею изолированной от других. В случае выхода из строя одной из батарей трансформатор также обеспечит бесперебойную работу. Но в случае с одним трехфазным трансформатором он не сработает, если выйдет из строя банк.

Все эти настройки с ядром хранятся внутри каркаса. Каркас поглощен огнестойким маслом. Масло одновременно выполняет функцию изоляции и охлаждения. Имеются шины (изоляторы), которые позволяют проводнику выполнять свою работу, не мешая внешней конструкции.Трансформаторам тоже нужно охлаждающее устройство. Этому процессу может помочь вентилятор или какой-то другой процесс.

Силовой трансформатор Схема

Номинальная мощность передачи

Номинальные характеристики трансформаторов основаны на мощности, которую они могут передать нагрузке. Если трансформатор выдает на выходе ток 5 вольт и 4 ампера, то номинал трансформатора будет 5 * 4 = 20 вольт ампер. Вот почему трансформаторы измеряются в вольт-ампер (ВА) или киловольт-ампер (кВА). Обычно они работают при более высоких напряжениях и измеряются в киловольтах-амперах.

Силовой трансформатор — дорогостоящая часть системы распределения. Если номинальная мощность не указана правильно, трансформатор может сгореть. Итак, необходимо точно рассчитать силовой трансформатор. Текущее значение можно рассчитать, используя диаметр катушки обмоток. Напряжение можно рассчитать, используя количество витков или отношение витков.

Потери силового трансформатора

Силовой трансформатор страдает потерями, поскольку это не идеальный трансформатор.Потеря трансформатора означает потерю мощности. Потери трансформатора можно разделить на четыре категории. Они составляют —

A. Потери в сердечнике / потери в железе (гистерезисные потери и потери на вихревые токи)

B. Диэлектрические потери

C. Потери в меди или омические потери

D. Потери на утечку

A. Потери в сердечнике / потери в железе:

Эти потери также называются «потерями без нагрузки». Эти трансформаторы несут такие потери всякий раз, когда они подключены к источнику питания, даже если к ним не подключена нагрузка на вторичной стороне.Эти виды потерь постоянны и не меняются. Железные потери также бывают двух видов —

• a. Гистерезисные потери
• b. Вихретоковые потери

a. Гистерезисные потери:

• Переменная сила намагничивания возникает внутри сердечника трансформатора. Из-за намагничивающего рычага образовалась петля гистерезиса, и мощность рассеивалась в виде тепла. Потери на гистерезис вызывают потери холостого хода от 50% до 80%.

P _h = η * B _max * n * f * V

P _h = Гистерезисные потери

η = Максимальный коэффициент гистерезиса Штейнмеца

B 9036 = Максимальный коэффициент гистерезиса

B 9036

n = экспонента Steinmetz

f = частота вращения магнитного поля в секунду

V = объем магнитного материала

b. Потери на вихревые токи :

• Потери на вихревые токи возникают из-за закона индукции Фарадея.ЭДС индуцируется в цепи сердечника из-за магнитного потока. Эта ЭДС вызывает прохождение тока через структуру сердечника, поскольку он состоит из железа. Этот ток известен как вихревой ток. Вихревой ток бесполезен для работы в этой цепи. Таким образом, потери мощности из-за этого тока известны как потери на вихревые токи. Потери на вихревые токи составляют от 20% до 50% потерь холостого хода.

Убыток определяется как —

Pe = K _e * B _max ² * f * V * t ²

P _e = Потери вихревого тока

K _e = Вихретоковая постоянная

B _max = Максимальная плотность магнитного потока

f = частота вращения магнитного поля в секунду

V = объем магнитного материала

t = толщина магнита

B.Диэлектрические потери:

• Изоляторы, размещенные внутри трансформаторов, являются причиной этих потерь. Это незначительные потери, они составляют 1% от общих потерь холостого хода.

C. Потери в меди или омические потери:

• Этот тип потерь в силовом трансформаторе можно назвать потерями нагрузки, поскольку трансформаторы страдают этим типом потерь из-за условий короткого замыкания или при подключении к нагрузке. Источником этих потерь является сопротивление обмоток провода.Поскольку большинство кабелей состоит из меди, потери названы в честь этого.

D. Потери из-за рассеяния:

• Эти потери возникают из-за потока утечки. Поток утечки зависит от нескольких параметров, таких как геометрическая структура обмотки, размер резервуара и т. Д. Изменение этих параметров также может снизить потери. Это ничтожная потеря.

Есть и другие потери. Один из них — Вспомогательные потери. Этот тип потерь вызывает система охлаждения трансформатора.Кроме того, несбалансированная и искаженная мощность приводит к дополнительным потерям.

КПД силового трансформатора

КПД электрического устройства выражается как отношение выходной мощности к входной. Он задается — η.

η = Выход / Вход * 100%

В практическом сценарии трансформатор имеет потери, как упоминалось ранее. Эти потери численно равны разнице между входной мощностью и выходной мощностью, то есть —

Потери = Входная мощность — Выходная мощность

Или, выходная мощность = Входная мощность — Потери

Теперь можно записать КПД —

η = (потеря входной мощности) / входная мощность * 100%

η = 1- (потери / входная мощность) * 100%

Его также можно записать как —

η = (V ₂ I ₂ Cosϕ / (В ₂ I ₂ Cosϕ + P _i + P _c )) * 100%

Где,

В ₂ = Вторичное напряжение

I ₂ = Вторичный ток

Cos ϕ = коэффициент мощности

P _i = потери в железе / потери в сердечнике

P _c = потери в меди

Большой силовой трансформатор может достичь КПД до 99.75%, а маленький может достичь КПД до 97,50%. Если КПД силового трансформатора остается в диапазоне от 98 до 99,50%, это считается хорошим.

Потребность во власти стремительно растет. В случае распределения мощности силовой трансформатор является одним из необходимых инструментов. Хотя они предназначены для более высокой эффективности, высока потребность в большей эффективности с заботой об окружающей среде и сниженным потреблением энергии. Снижение потерь — путь к этой цели.

Применение силового трансформатора (силовой трансформатор на подстанции)

Трансформаторы — одна из важнейших и самых невероятных инноваций в области электротехники. Силовые трансформаторы наиболее часто используются в системе распределения электроэнергии. Некоторые из приложений: —

• Силовые трансформаторы используются в системах производства и распределения электроэнергии.
• Силовые трансформаторы используются на подстанциях. Подстанция преобразует более высокое электрическое напряжение в более низкое, и силовой трансформатор выполняет эту работу.это самое ответственное устройство подстанции.
• Для снижения потерь мощности при передаче электроэнергии. Трансформаторы помогают минимизировать энергопотребление, и поэтому электричество можно подавать повсюду.
• Для повышения и понижения напряжения по мере необходимости.
• Силовые трансформаторы работают непрерывно, обеспечивая питание 24 * 7. Таким образом, когда нам нужно делать всегда, можно использовать трансформатор.
• Они также находят применение в заземляющих трансформаторах, разделительных трансформаторах.

Техническое обслуживание силового трансформатора

Силовые трансформаторы дороги, громоздки и являются важной частью системы распределения электроэнергии. Итак, трансформатор требует качественного обслуживания. Техническое обслуживание бывает двух видов — ежедневное и при возникновении аварийной ситуации. Для этого типа трансформатора, который устанавливается на подстанции, настоятельно рекомендуется регулярное техническое обслуживание. Некоторые типы обслуживания приведены ниже —

Регулярное обслуживание:

1. Проверка уровня масла
2. Для поддержания уровня масла на желаемом уровне.
3. Чтобы закрыть утечку, если таковая обнаружена.
4. Для замены силикагеля, если цвет изменится на розовый.

Ежемесячное обслуживание:

1. Уровень масла во избежание повреждений.
2. Проверить втулки.
3. Чистка каркаса.

Полугодовое техническое обслуживание:

1. Для проверки IFT, DDA, горячих точек.
2. Для проверки кислотности, содержания воды и диэлектрической прочности.

Ежегодное обслуживание:

1. Проверьте состояние масла — состояние с точки зрения содержания влаги и диэлектрической прочности.
2. Проверить все сигнальные и контрольные выключатели.
3. Измерение и проверка заземления.
4. Проверка и очистка втулок.
5. Проверить устройство пресс-релиза.

Отказ силового трансформатора

Типичный электрический трансформатор довольно сложен по своей схеме. Силовой трансформатор сложнее, так как в нем есть дополнительные элементы. Трансформатор выходит из строя из-за сгорания или отключения трансформатора.Отказ трансформатора может произойти по нескольким причинам. Механические неисправности, периодическое обслуживание, стихийные бедствия, такие как молния, могут привести трансформатор к разрушению.

• Трансформаторы выделяют тепло во время работы. Если для изоляции используется некачественный материал, то выделяемое тепло приведет к возгоранию.
• Перегрузка — еще одна причина для трансформаторов.
• Старые трансформаторы могут стать причиной отказа. Для старых трансформаторов характерны механические неисправности.
• Если содержание влаги в масле отклоняется от номинальных значений, это также может привести к неисправности.

Сбой питания можно предотвратить, выполнив регулярное техническое обслуживание. Информация, основанная на предыдущих сбоях, также помогает обнаружить признаки сбоя питания до того, как произойдет инцидент.

Чтобы узнать больше о трансформаторе, щелкните здесь

О Sudipta Roy

Я энтузиаст электроники и в настоящее время занимаюсь электроникой и коммуникациями.
Я очень заинтересован в изучении современных технологий, таких как искусственный интеллект и машинное обучение.
Мои работы посвящены предоставлению точных и обновленных данных всем учащимся.
Мне доставляет огромное удовольствие помогать кому-то в получении знаний.

Давайте подключимся через LinkedIn — https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/

Transformers — обзор | Темы ScienceDirect

5.4 Примеры проблем

Описанная выше формулировка методом конечных элементов была включена в программу полевого анализа MSC / EMAS.Эта программа имеет общие возможности статического, переходного, синусоидального, собственных значений и нелинейного анализа, включая все аспекты поведения поля. Программа использует обычные конечные элементы на основе узлов в различных формах, включая 3D, 2D, 1D, нульмерные, осесимметричные и схемные элементы. Материалы могут быть линейными, нелинейными (магнетизм) или анизотропными и сложными (синусоидальный анализ и анализ собственных значений).

Несколько примеров задач включены, чтобы проиллюстрировать методы моделирования схем.Первый пример, понижающий стабилизатор напряжения, представляет собой строго схемную модель (без анализа поля), которая иллюстрирует использование пассивных компонентов схемы, нелинейных возбуждений и передаточных функций. Второй пример, схема, управляющая проволочной петлей, представляет собой трехмерный пример, включающий проводящий лист (двумерные проводящие элементы), внедренный в трехмерное пространство, управляемый извне цепью RL. В примере с многослойным трансформатором моделируется нагрузочный резистор во вторичной обмотке трансформатора, работающий как в линейных, так и в нелинейных условиях.Наконец, модель осесимметричного трансформатора явно включает первичные и вторичные проводники и сравнивает результаты с T-эквивалентной моделью, основанной на статических результатах.

Модель цепи понижающего регулятора напряжения

Этот первый пример представляет только модель схемы; модель месторождения конечных элементов не прилагается. Понижающий стабилизатор напряжения на рисунке 5.4.1 состоит из силового транзистора BJT, диода, катушки индуктивности, конденсатора и резистора. Понижающий стабилизатор напряжения используется для понижения постоянного источника 12 В до более низкого, почти постоянного напряжения на нагрузочном резисторе RL.Источник 12 В Vc включается и выключается с помощью транзистора. Рабочий цикл транзистора (управляемый внешней схемой управления) определяет возможное выходное напряжение. Выходящая из транзистора пилообразная волна выпрямляется диодом D, а затем сглаживается LC-фильтром нижних частот. На RL появляется почти постоянное напряжение.

Рисунок 5.4.1. Схема понижающего регулятора

Все особенности схемы, включая нелинейное действие транзистора и диода, могут быть смоделированы с использованием дополнительных функций, описанных выше (см.рис.5.4.2).

Рисунок 5.4.2. Модель MSC / EMAS для понижающего регулятора

Источник напряжения / действие транзистора — Чистый эффект источника напряжения и действия транзистора представляет собой прямоугольный сигнал на 12 В с рабочим циклом 0,4167. Это моделируется зависящим от времени источником идеального тока (естественное возбуждение), подключенным параллельно резистору 1 Ом. Временная диаграмма прямоугольной волны возбуждения вводится в табличной форме.

Диодное действие — Нелинейная нагрузка (NOLIN) используется для подачи тока на узел 2, который является функцией напряжения в узле 1.Для напряжений V1, превышающих 0,17 вольт, к узлу 2 подается ток в 1200 ампер. Для напряжений меньше 0,17 вольт приложенный ток составляет -75 ампер. Передаточная функция используется для преобразования значения ψ в узле 2 в производную по времени от ψ в узле 3.

Пассивные элементы схемы — Пассивные элементы схемы моделируются как элементы RES, IND и CAP с соответствующими значениями.

Поведение этой схемы нелинейно, поэтому соответствующая временная история получается с использованием алгоритма Ньюмарка-Бета (неявное интегрирование по времени).В этом случае алгоритм решил 125 полных циклов схемы (5 мсек), чтобы получить установившийся отклик. Вывод запрашивался с интервалом в одну микросекунду.

На рисунке 5.4.3 показано выходное напряжение, возникающее на нагрузочном резисторе RL, а на рисунке 5.4.4 показано напряжение, возникающее на диоде. Среднее выходное напряжение 4,37 В хорошо сравнимо с выходным сигналом, вычисленным с помощью программы анализа цепей SPICE (4,46 В, ошибка 2,2%). Пиковая пульсация в 21 мВ также хорошо согласуется с результатами SPICE, равными 20.5 мВ (погрешность 2,4%). Схема управления проволочной петлей

Рисунок 5.4.3. Расчетное выходное напряжение понижающего регулятора.

Рисунок 5.4.4. Расчетное напряжение диода в цепи понижающего регулятора.

Маленькая модель петли с четвертью симметрии, приводимая в действие схемой возбуждения RL в установившемся режиме, показана на рис. 5. Трехмерные кирпичные элементы используются для представления свободного пространства, а двухмерные четырехугольные элементы, встроенные в трехмерное пространство, представляют проводящий контур (проводимость = медь ε = ν = 0).Ограничения накладываются на A на границе, чтобы сделать нормальную составляющую B равной нулю.

Внешняя схема возбуждения состоит из источника идеального синусоидального тока, подключенного параллельно резистору 5 Ом. Перед входом в модель поля конечных элементов ток проходит через индуктивность 1 мкГенри, а затем еще через резистор 5 Ом. Потенциал ψ на передней и задней плоскости контура ограничивается одним и тем же значением с помощью MFC. ψ (а также dψ / dt) также ограничено нулем на одном конце контура, чтобы сформировать соединение с землей.

Рисунок 5.4.5. Модель цепи, управляющей токопроводящей петлей.

В таблице 5.4.1 показаны частота возбуждения и связанный ток контура, полученные с помощью метода конечных элементов, в сравнении с приблизительными результатами, полученными с помощью теории простых цепей. Отдельный магнитостатический анализ петли (с использованием модели FE) показывает, что она имеет индуктивность приблизительно 1 мкГенри для этой модели с четвертью симметрии. Сопротивление контура составляет 2 Ом, поэтому полное сопротивление цепи, включая схему возбуждения, равно 12 + i 2πf (2 × 10 ⁻⁶ ).Принимая во внимание приблизительные параметры схемы, используемые в теории простых схем, согласие с результатами конечных элементов считается хорошим. На рисунках 5.4.6a и 5.4.6b показан ток, протекающий в петле, и результирующие магнитные поля, окружающие петлю.

Таблица 5.4.1. Ток контура (миллиампер) при различных частотах

Частота (Гц)	Результаты FE (миллиампер)	Теория цепи (миллиампер)
60	83.33 — i 0,005	83,33 — i 0,001
60 × 10 3	82,93 — i 5,13	83,00 — i 5,21
600 × 10 3	59,36 59,74 — i 37,5

Рисунок 5.4.6.a. Стрелочные графики рассчитанных полей в проволочной петле а) Плотность тока Дж

Рисунок 5.4.6.b. Стрелочные графики рассчитанных полей в проволочной петле б) Плотность магнитного потока B

Многослойный трансформатор с вторичным резистором: линейный режим

Рисунок 5.4.7 показан один квадрант трансформатора, первичная обмотка которого запитана током 60 Гц, а вторичная обмотка подключена к нагрузочному резистору. На рис. 5.4.7 также показана модель конечных элементов одной четверти трансформатора, содержащая однооборотную первичную и вторичную обмотки, смоделированную с использованием проводящих элементов 1D. Сопротивление вторичной обмотки моделируется элементом цепи из РЭС 0,086 Ом. Сталь моделируется трехмерными конечными элементами с проницаемостью 2000 и нулевой проводимостью (многослойная сталь).

Рисунок 5.4.7. Трансформатор с сопротивлением вторичной нагрузки, включая конечно-элементную модель.

Рисунок 5.4.8. Формы сигналов в насыщенном трансформаторе, а) Б в насыщенной стали, б) I во вторичной обмотке. Осесимметричный трансформатор

Возбуждение первичной обмотки составляет 1 ампер. Расчеты методом конечных элементов показывают, что магнитное поле в стали составляет 7,9 × 10 ^-4 Тл, а вторичный ток составляет 0,7 А при -45 градусов.

Результаты конечных элементов можно проверить следующим образом.Закон Ампера, примененный к замкнутому стальному пути, дает:

(5.4.1) | B | = μI1

, где I — сумма первичного и вторичного токов:

(5.4.2) I = (1− 0,5 + i0,5) = 0,707 при 45 градусах

Длина 1 составляет примерно 2,25 м, поэтому | B | = 7,9 × 10 ⁻⁴ тесла, что хорошо согласуется с результатами конечных элементов.

Вторичный ток можно проверить с помощью Т-эквивалентной схемы трансформатора. Индуктивность намагничивания рассчитывается с использованием | B | = 1.14 × 10 ⁻³ Тесла из анализа с нулевым вторичным током. Таким образом, потокосцепление:

(5.4.3) λ = N | B | (площадь) = I × (1,14 × 10−3) × (0,2 м × 1 м) = 0,228 × 10−3 Webers

Определение L = λ / I дает намагничивающую индуктивность 0,228 м Генри. Таким образом, при 60 Гц намагничивающее реактивное сопротивление составляет 0,086 Ом, и, игнорируя реактивное сопротивление утечки, вторичный ток должен быть 0,707 А при -45 градусов. Таким образом, вторичный ток, вычисленный в модели конечных элементов, проверяется, включая влияние реактивного сопротивления утечки.

Многослойный трансформатор с вторичным резистором: режим насыщения

Трансформатор из предыдущей секции возбуждается гораздо более высоким током, пиковым значением 10 000 А. Теперь сталь хорошо переходит в нелинейный режим, поэтому для прогнозирования поведения необходимо использовать алгоритм нелинейных переходных процессов Ньюмарка-Бета. Использовалась нелинейная кривая B ( H ) для стали SAE 1010. Этот материал становится нелинейным в магнитном поле приблизительно 1,5 Тесла.

Результаты расчетов методом конечных элементов показаны на рис.8а и 8б. Как и ожидалось, магнитное поле ограничивается величиной более 1,5 Тесла, поэтому результирующий вторичный ток имеет высокий пик всякий раз, когда ∂ | B | / ∂t большое. Эти результаты кажутся правдоподобными, но количественной проверки не проводилось.

Осесимметричный трансформатор

На рисунке 5.4.9a показан простой осесимметричный трансформатор. Он состоит из внутреннего сердечника из мягкого феррита, на который намотан одновитковый вторичный медный провод. Наружная оболочка из мягкого феррита содержит одновитковую первичную обмотку.Внутренний ферритовый сердечник и внешняя ферритовая оболочка разделены радиальным воздушным зазором 1 мм.

Рисунок 5.4.9. Осесимметричный трансформатор, а) Размеры в см, б) Т-образная модель трансформатора с первичным и вторичным сопротивлениями.

Рисунок 5.4.9b представляет собой схематическое описание схемы трансформатора. Первичная обмотка возбуждается источником напряжения амплитудой V1 и частотой f, включенным последовательно с резистором R1 = 2 Ом. Вторичная обмотка имеет подключенный резистор R2 = 200 Ом.Напряжение на R2 следует определять в диапазоне частот приблизительно от 1 кГц до 100 МГц.

В проведенном здесь анализе предполагается, что феррит имеет постоянную относительную проницаемость 60. Предполагается, что феррит имеет нулевую проводимость. Предполагается, что проводимость первичной и вторичной обмоток равна проводимости меди (5 × 107 Сименс / м), и это единственная проводимость, отличная от нуля в этой модели. В реальных трансформаторах ферритовые или стальные сердечники могут иметь значительные вихревые токи из-за конечной проводимости.Реальные трансформаторы также могут иметь намного больше первичных и вторичных обмоток, чем анализируемый здесь простой трансформатор.

Статический анализ

Приблизительный анализ трансформатора предполагает отсутствие токов, кроме первичной и вторичной обмоток, и вычисляет индуктивности эквивалентной Т-цепи. Требуемые индуктивности — это индуктивность намагничивания и индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток.

Таблица 5.4.2. Отношение выходного напряжения к входному при различных частотах

9099 9069

Частота (Гц)	T — Контур	FE
1 × 10 3	0.0020	0,0020
1 × 10 4	0,0200	0,0200
1 × 10 5	0,194	0,194
0,750
1 × 10 7	0,807	0,807
1 × 10 9	0,664	0,664

9 под напряжением только первичный.В этом линейном (постоянная магнитная проницаемость) случае индуктивность определяется выражением

(5.4.4), L = 2WI2

, где W — накопленная магнитная энергия, вычисленная с использованием статического анализа, а I — это входной ток. Индуктивность, наблюдаемая для этого случая отсутствия вторичного тока, равна индуктивности намагничивания L _mag плюс индуктивность рассеяния первичной обмотки L _Leak1 . Статический анализ дает:

(5.4.5) Lmag + Lleak1 = 0,782 мкГенри

Индуктивности рассеяния могут быть вычислены с помощью другого магнитостатического анализа, в котором вторичная обмотка находится под напряжением, равной первичной и противоположной ей.Это не дает ни тока, ни энергии в индуктивности намагничивания, а все токи и энергии в индуктивностях рассеяния. Полная индуктивность рассеяния может быть рассчитана по формуле. (14.16), но этот общий результат не указывает, как разделить утечку между первичной и вторичной обмотками. Чтобы правильно распределить эти две индуктивности рассеяния, используется следующая формула:

(5.4.6) Lleaki = λiI = AidliI

, где A _i — векторный потенциал обмотки i, определяющий ее потокосцепление λ _i .Здесь магнитостатический результат дает

(5.4.7) Lleak1 = 0,145 мкГенри,

и

(5.4.8) Lleak2 = 0,105 мкГенри

Схема трансформатора с Т-эквивалентом на рис. 9b была проанализирована как чистая схема. определить отношение V2 к V1 как функцию частоты. Результаты показаны в столбце Т-цепи таблицы 2. В таблице показаны низкие выходные напряжения на низких частотах из-за тока, проходящего через намагничивающую индуктивность. На высоких частотах выходное напряжение выше.Модель Т-эквивалентной схемы, вероятно, пригодна в довольно большом диапазоне частот для анализируемого здесь простого трансформатора. Вихревые токи и множество первичных и вторичных обмоток не позволяют создать простую эквивалентную схему для многих реалистичных конструкций трансформаторов.

Анализ методом конечных элементов

Модель конечных элементов была изменена путем присоединения резисторных элементов первичной и вторичной цепи. Результирующая осесимметричная конечно-элементная модель показана на рис. 5.4.10. Резисторы прикреплены к трем дополнительным точкам сетки, которые расположены вне плоскости xz осесимметричных конечных элементов.К точкам сетки также прикреплены одномерные линейные элементы, представляющие первичные и вторичные цепи. Дополнительные три СЕТКИ должны быть размещены на y = 2πr, где r — радиус вторичной или первичной обмотки.

Рисунок 5.4.10. Конечно-элементная модель осесимметричного трансформатора с резистором во вторичной обмотке.

Результаты, полученные с помощью связанной модели конечных элементов / схемы, перечислены в столбце FE таблицы 2. Обратите внимание, что согласие с результатами T-эквивалентной схемы отличное на всех частотах.

Трансформаторы

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатор — это устройство который передает электрическую энергию из одной цепи в другую без каких-либо физических связь.

Трансформаторы не меняют частота сигнала от входа до выхода. Напряжение и ток могут измениться.

Взаимная индукция — это средство что трансформатор использует для передачи энергии.

Две или более катушки объединены изготовить трансформатор.

ОСНОВНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Основные элементы трансформатора

Самый простой трансформатор состоит из первичной обмотки, вторичной обмотки и сердечника.

Функции элементов

Первичная катушка поставляется с переменным током и производит изменяющиеся линии магнитного потока.

Вторичная катушка получает энергия от первичной катушки.

Ядро обеспечивает путь для магнитные линии потока.

Основные характеристики

Трансформаторы с воздушным сердечником изготавливаются с обмотками, обернутыми вокруг пластика или картона. Они используются для высокие частоты. Передачи с железным сердечником выполняются с обмотками, намотанными вокруг магнитный материал с высокой магнитной проницаемостью, такой как кремнистое железо или никелевые сплавы.

Основной состав

Самый распространенный железный сердечник В трансформаторе используется сердечник, известный как сердечник оболочки.Слои E-образной формы и I фигурные куски металла скреплены болтами. Расслоение предотвращает электрический ток течет между слоями.

Обмотки трансформатора

Первичная обмотка намотана сначала вокруг ядра. Затем изоляционный материал оборачивается вокруг первичной обмотки. обмотка. Затем вторичная обмотка наматывается вокруг первичной. Изоляция намотана на вторичную обмотку. Затем секции E и I оболочки вставлены в обмотки и вокруг них.

ТРАНСФОРМАТОР НАГРУЗОЧНЫЙ

Состояние холостого хода

Когда напряжение присутствует на первичная обмотка, но нет нагрузки, подключенной к вторичной обмотке, трансформатор находится в ненагруженном состоянии. Противоэдс (Магнитное поле катушка, создающая напряжение в обратном направлении источника) сохраняет величина тока первичной обмотки мала. Ток первичной обмотки называется возбуждающее течение.

Условия нагрузки

Взаимная индуктивность вызывает напряжение на вторичной обмотке. Когда нагрузка подключена к ток вторичной обмотки протекает через нагрузку. Поскольку ток вторичной обмотки увеличивает противоэдс первичной обмотки, уменьшается, поэтому дополнительный ток также протекает через первичную катушку. На ток первичной обмотки влияет нагрузка подключена к вторичной обмотке.

ПЕРЕДАЧИ ТРАНСФОРМАТОРА

Коэффициент напряжения и обороты

Напряжение, присутствующее на вторичная катушка определяется напряжением, приложенным к первичной катушке и отношение витков первичной обмотки к виткам вторичной обмотки.

Np / Ns = Вп / Вс

Np = количество первичной обмотки исполняется

Ns = количество вторичной обмотки исполняется

Vp = напряжение, приложенное к первичная обмотка

Vs = напряжение, индуцированное в вторичная обмотка

Повышающий трансформатор имеет на вторичной обмотке наведено большее напряжение, чем на первичную катушка. Повышающий трансформатор будет иметь больше вторичных обмоток, чем первичных. обмотки.

Понижающий трансформатор имеет меньшее значение напряжения, индуцированного на вторичной катушке, чем подается на первичная обмотка. Понижающий трансформатор будет иметь меньше вторичных обмоток, чем первичные обмотки.

Передаточное число

Понижающий трансформатор может обычно указывается с соотношением 10: 1, что означает, что первичная обмотка имеет 10-кратное обмотки вторичной катушки.

Коэффициент текущей ликвидности и обороты

Вторичный ток равен к первичному току, умноженному на коэффициент поворотов.

Is = Ip (Np / Ns)

Понижающий трансформатор 10: 1 ток вторичной обмотки в 10 раз превышает ток первичной обмотки. катушка. Повышающий трансформатор 1: 2 имеет половину тока во вторичной обмотке. как ток в первичной обмотке.

ПОТЕРИ ТРАНСФОРМАТОРА

Вся мощность (ватт) первичная обмотка подключена к вторичной обмотке, за исключением потерь в пределах трансформатор.Ни один трансформатор не идеален, но у многих трансформаторов почти 100% эффективность.

Потеря меди

Сопротивление постоянному току обмотки вызывают некоторую потерю мощности, которая рассеивается в виде тепла. Эта потеря может быть уменьшается за счет использования проволоки большего диаметра.

Вихретоковые потери

Случайные электрические токи могут поток в сердечнике, вызывающий потерю мощности, рассеиваемую в виде тепла. Эти случайные токи называются вихревыми токами.Ламинированная конструкция трансформатора сердечников значительно снижает эти потери.

Потеря гистерезиса

Поскольку магнитные домены обратное направление материала сердечника с каждым циклом возникает молекулярное трение что приводит к тому, что некоторые потери рассеиваются в виде тепла. Это называется гистерезисной потерей.

СИМВОЛЫ ТРАНСФОРМАТОРА, ПОЛЯРНОСТЬ ПОКАЗАТЕЛИ И РЕЙТИНГИ

Символы

Символ трансформатора как две катушки напротив друг друга.Катушки с железным сердечником показаны двумя линиями. между катушками. Отводы также могут быть показаны там, где вторичная обмотка или катушки отводы для обеспечения нескольких уровней напряжения.

Индикаторы полярности

В зависимости от направления окна вторичной обмотки могут быть синфазными или противофазными с первичной. Точки индикации фазы на схеме указывают на соединения трансформатора, который синфазны. У них одинаковая мгновенная полярность.

Рейтинги

Максимальное напряжение на необходимо соблюдать первичные обмотки. Текущий рейтинг обычно указывается только для вторичной обмотки. Мощность трансформаторов составляет измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

ВИДЫ И ПРИМЕНЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформаторы силовые

Силовые трансформаторы распространены для снижения напряжения 120 В переменного тока до более полезных уровней для различных устройств.это Обычно силовой трансформатор имеет несколько вторичных обмоток для обеспечения более одного уровня напряжения.

Автотрансформаторы

Автотрансформатор не имеют две отдельные катушки. Отвод на одну катушку дает эффект трансформатора. Вариак — автотрансформатор. Подвижный отвод позволяет выходному напряжению быть отрегулирован.

Промежуточная частота (ПЧ) и радиочастотные трансформаторы

ПЧ и ВЧ трансформаторы используется в высокочастотных цепях для соединения (соединения) цепей.Напряжения постоянного тока заблокирован. Они только передают высокочастотные сигналы переменного тока.

Согласование импеданса Трансформаторы

Импеданс — это противостояние Переменный ток. Это похоже на сопротивление в постоянном токе. Согласование импеданса — это средства создания другого импеданса в первичной обмотке трансформатора, чем фактическое сопротивление нагрузки. Обычно это требуется для подключения динамиков. к усилителям.

Разделительные трансформаторы

Трансформатор с отдельным первичная и вторичная обмотки обеспечивают гальваническую развязку.Вторичная говорят, что плавают. Первичный элемент может иметь ссылку на землю. Вторичный не может быть отнесен к земле. Это можно использовать для защиты от опасность поражения электрическим током.

УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ТРАНСФОРМАТОР НЕИСПРАВНОСТИ

Типичные неисправности открыты цепи или шорты. Как и в случае с катушками, замыкание между обмотками может быть затруднено. обнаружить.

Трансформаторы

Трансформаторы
Далее: Согласование импеданса Up: индуктивность Предыдущая: Схема Трансформатор — это устройство для повышения или понижения напряжения переменный электрический сигнал.Без эффективных трансформаторов трансмиссия и распределение переменного тока электричество на большие расстояния было бы невозможно. Рисунок 51 показана принципиальная схема типичного трансформатора. Есть две схемы. А именно, первичная цепь и вторичная цепь . Между двумя цепями нет прямого электрического соединения, но каждая цепь содержит катушку, которая соединяет ее индуктивно, , с другой схемой. В реальных трансформаторах две катушки намотаны на один и тот же железный сердечник.Назначение железного сердечника — направлять магнитный поток, генерируемый ток, протекающий вокруг первичной обмотки, так что насколько это возможно, также связывает вторичная обмотка. Общий магнитный поток, связывающий две катушки, обычно обозначается на принципиальных схемах рядом параллельных прямых линий, проведенных между катушками.

Рисунок 51: Принципиальная схема трансформатора.

Рассмотрим особенно простой трансформатор, в котором первичная и вторичная катушки — это соленоидов с одним и тем же заполненным воздухом сердечником.Предположим, что — длина сердечника; — площадь его поперечного сечения. Пусть будет общее количество витков в первичной катушке, и пусть будет общее количество витков во вторичной обмотке. Предположим, что переменное напряжение

(281)

подается в первичную цепь от некоторого внешнего источника переменного тока. Здесь, — пиковое напряжение в первичной цепи, а — частота чередования (в радианах в секунду).Течение вокруг первичная цепь написана

(282)

где — пиковый ток. Этот ток генерирует изменение магнитного потока, в сердечнике соленоида, который связывает вторичную катушку, и, таким образом, индуктивно генерирует переменную ЭДС

(283)

во вторичной цепи, где — пиковое напряжение. Предположим, что это ЭДС управляет переменным током

(284)

вокруг вторичной цепи, где — пиковый ток.

Записывается уравнение первичной цепи

(285)

предполагая, что в этой цепи пренебрежимо малое сопротивление. Первый срок в приведенном выше уравнении — это ЭДС, генерируемая извне. Второй член обратная ЭДС из-за самоиндукции первичной катушки. В последний член — ЭДС из-за взаимной индуктивности первичной и вторичные катушки. При отсутствии значительного сопротивления в первичной обмотке В цепи эти три ЭДС должны в сумме равняться нулю.Уравнения (281), (282), (284) и (285) можно объединить, чтобы получить

(286)

поскольку

(287)

Переменная ЭДС, генерируемая во вторичной цепи, состоит из ЭДС, генерируемая собственной индуктивностью вторичной катушки, плюс ЭДС, создаваемая взаимной индуктивностью первичной и вторичной катушек.Таким образом,

(288)

Уравнения (282), (283), (284), (287) и (288) дают

(289)

Теперь мгновенная выходная мощность внешнего источника переменного тока, который управляет первичный контур

(290)

Точно так же мгновенная электрическая энергия в единицу времени индуктивно передается от первичный к вторичному контуру

(291)

Если резистивные потери в первичной обмотке и вторичные цепи пренебрежимо малы, как предполагается, тогда, за счет сохранения энергии эти две силы должны всегда равняться друг другу.Таким образом,

(292)

что легко сводится к

(293)

Уравнения (286), (289) и (293) дают

(294)

который дает

(295)

и, следовательно,

(296)

Уравнения (293) и (296) можно объединить, чтобы получить

(297)

Обратите внимание, что, хотя взаимная индуктивность двух катушек равна несет полную ответственность за передачу энергия между первичной и вторичной цепями, это собственная индуктивность двух катушек, которые определяют соотношение пиковых напряжений и пиковые токи в этих цепях.

Теперь из Разд. 10.2, собственные индуктивности первичной и вторичные катушки представлены а также , соответственно. Следует что

(298)

и, следовательно, что

(299)

Другими словами, соотношение пиковых напряжений и пиковых токов в первичном и вторичном контурах определяется соотношением количество витков в первичной и вторичной обмотках.Это последнее соотношение обычно называют передаточным числом трансформатора. Если вторичная обмотка содержит на витков больше, чем первичная обмотка, на витков больше, чем пиковое напряжение во вторичной цепи превышает , что в первичной цепи. Этот тип трансформатора называется повышающим трансформатором , потому что он увеличивает напряжение сигнала переменного тока. Обратите внимание, что в повышении трансформатор пиковый ток во вторичной обмотке цепь на меньше, чем пиковый ток в первичной цепи на (как и должно быть, если необходимо сохранить энергию).Таким образом, повышающий трансформатор фактически понижает ток. Так же, если вторичная обмотка содержит на витков меньше, чем на витков первичной обмотки тогда пиковое напряжение во вторичной цепи на меньше, чем на в первичном контуре. Этот тип трансформатора называется понижающим . трансформатор . Обратите внимание, что понижающий трансформатор фактически увеличивает ток ( т. е. , пиковый ток во вторичной цепи превышает значение в первичном контуре).

Электроэнергия переменного тока вырабатывается на электростанциях при довольно низком пиковом напряжении ( я.е. , что-то вроде 440 В), и потребляется внутренним пользователь при пиковом напряжении 110 В (в США). Однако электричество переменного тока передается от электростанции к месту потребления при очень высоком пиковом напряжении (обычно 50 кВ). Фактически, как только сигнал переменного тока выходит из генератора на электростанции, подается на повышающий трансформатор, повышающий пиковое напряжение с нескольких сотен вольт до многих десятков киловольт. Выход повышающего трансформатора подается на линия электропередачи высокого напряжения, которая обычно транспортирует электроэнергию по многие десятки километров, и, как только электричество достигнет своего точка потребления, он питается через серию понижающих трансформаторов до тех пор, пока к моменту выхода из домашней розетки его пиковое напряжение не станет равным. только 110В.Но если электричество переменного тока генерируется и потребляется на сравнительно низкие пиковые напряжения, зачем возиться с повышение пикового напряжения до очень высокого значения на электростанции, а затем снова понизить напряжение, когда электричество дошел до своей точки потребления? Почему бы не создавать, передавать и распределять электричество при пиковом напряжении 110В? Что ж, рассмотрим электрический линия электропередачи, по которой передается пиковая электрическая мощность между электростанциями и город. Мы можем думать о том, что зависит от количества потребителей в городе и характера электрические устройства, с которыми они работают, как по существу фиксированное количество.Предположим, что и — пиковое напряжение и пиковый ток сигнала переменного тока, передаваемого по линии, соответственно. Мы можем рассматривать эти числа как переменные, поскольку мы можем изменять их с помощью трансформатора. Однако, поскольку произведение пика напряжение и пиковый ток должны оставаться постоянными. Предположим, что сопротивление линии есть. Пиковая скорость потери электроэнергии из-за к омическому нагреву в строке есть, что можно записать

(300)

Таким образом, если мощность, передаваемая по линии, является фиксированной величиной, как и сопротивление линии, тогда мощность, потерянная в линии из-за омического нагрева, изменяется как обратный квадрат из пиковое напряжение в линии.Оказывается, даже при очень высоких напряжениях например, 50 кВ, омические потери мощности в линии электропередачи протяженностью десятки километров может составлять до 20% передаваемой мощности. Это легко может быть оценил, что если была сделана попытка передать электрическую мощность переменного тока при пиковом напряжении 110 В омические потери будут настолько значительными, что практически ни один из сила достигнет своей цели. Таким образом, можно только генерировать электроэнергию в центральном месте, передавать ее на большие расстояния, а затем распределить его в точке потребления, если передача выполняется при очень высоких пиковых напряжениях (чем выше, тем лучше).Трансформеры играют жизненно важную роль в этом процессе, потому что они позволяют нам активизировать и понизить напряжение электрического сигнала переменного тока очень эффективно (хорошо продуманный трансформатор обычно имеет потери мощности, которые составляют всего несколько процентов от полная мощность, протекающая через него).

Конечно, трансформаторы не работают на электричестве постоянного тока, потому что магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, не меняется во времени, и, следовательно, не вызывает ЭДС во вторичной катушке. На самом деле не существует эффективного метода повышения или понижение напряжения электрического сигнала постоянного тока.Таким образом, это невозможно эффективно передавать электроэнергию постоянного тока на большие расстояния. Это основная причина, почему коммерчески производимая электроэнергия — это переменный ток, а не постоянный ток.

---

Далее: Согласование импеданса Up: индуктивность Предыдущая: Схема

Ричард Фицпатрик 2007-07-14

.