Силовой трансформатор: устройство и принцип работы

Трансформаторы силовые используются для преобразования выходного напряжения генератора в более высокий уровень, подходящий для передачи энергии. Они же на следующем этапе понижают его до нужных потребителям значений.

Принципы работы ничем не отличаются от функционирования типичного трансформатора. Ток проходит по первичной обмотке. Этот процесс образует магнитное поле. Его силовые линии создают ЭДС – появляется ток во вторичной обмотке.

Промышленные установки создаются с учетом повышенной мощности, поэтому в конструкцию добавляют специальные изменения:

• Обмотки создают из алюминиевых и медных проводников с большой площадью сечения.
• Изоляционные слои обмоток дополняют лаками, увеличивающими механическую прочность.
• Чтобы регулировать в нужном диапазоне напряжения с небольшим шагом во вторичной обмотке делают необходимое количество ответвлений.
• Для переключения без отсоединения нагрузки применяют специальные устройства, которые создают электрические контакты между соседними элементами. С применением ограничивающих ток резисторов компенсируют негативные воздействия на оборудования при возникновении короткого замыкания.

При преобразовании напряжения выделяется большое количество тепла, которое отводится с помощью масла. В стандартной схеме охлаждения применяют следующие элементы:

• Расширительный бак, в который поступает жидкость при расширении в процессе нагрева.
• Выхлопная труба, через которую выпускаются газы.
• Радиатор – для улучшения эффективности системы.
• Осушитель воздуха, не допускающий проникновение влаги в теплоноситель.
• Указатель уровня масла.
• Специальное реле, регистрирующее интенсивность газообразования. Оно включает предупреждающие сигналы и отключает водные и выходные цепи при возникновении опасных режимов работы.

Даже из этого краткого описания понятно, что масляное охлаждение– это сложная система. Большое количество компонентов само по себе снижает общий уровень надежности. Для поддержания хорошего функционального состояния требуется тщательный контроль, регулярная замена масла.

Чтобы снизить нагрузки на персонал, и уменьшить расходы в процессе эксплуатации применяют трансформаторы силовые сухого типа. В них применяют литые изоляционные материалы, а для отвода тепла используют системы воздушного охлаждения.

Принципы работы силовых трансформаторов

1. Главная
2. Электрические машины
3. Силовые трансформаторы

Трансформатор нужен для преобразования электрической энергии одного напряжения к электрической энергии другого напряжения. Используется для повышения или понижения напряжения. Нет разницы в понижении или повышении, так как трансформатор является обратимой электрической машиной (возможно преобразование электроэнергии как в большую, так и меньшую сторону). Однако производители выпускают их для определенных целей – или повышающим или понижающим трансом.

На электрической станции турбогенератором вырабатывается электроэнергия с генераторным напряжением, например 15кВ, далее она трансформируется повышающими трансформаторами (описываемые элементы обозначены на схеме) до напряжения линии электропередач (например, 35кВ, 110кВ, 220кВ, 330кВ, 750кВ). Далее по ЛЭП электроэнергия передается к потребителям и снижается через понижающие трансформаторы до величины 10, 6, 0,4кВ.

Зачем передачу электроэнергии делают на высокие напряжения? Это необходимо для снижения потерь электроэнергии, что достигается увеличением напряжения. Какие бывают трансформаторы

По назначению:

• самыми распространенными являются силовые трансформаторы различных величин полной мощности, предназначенные для передачи и распространения электроэнергии
• существуют силовые трансформаторы специального назначения – сварочные, печные
• трансформаторы тока и напряжения (измерительные и релейные) тоже относятся к трансформаторам
• испытательные трансформаторы – для подачи высокого напряжения для проверки прочности изоляции
• а также радиотрансформаторы, импульсные трансформаторы, пик-трансформаторы

Трансформаторы подразделяются на разные виды в зависимости от числа обмоток на двухобмоточные и многообмоточные (одна первичная и одна или несколько вторичных обмоток).

В зависимости от числа фаз – однофазные, трехфазные, многофазные.

По способу охлаждения – масляные, сухие.

Принцип действия трансформатора

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Возьмем для примера двухобмоточный однофазный трансформатор. К первичной обмотке подключается источник переменного тока. Этот ток протекает по обмотке и создает переменный магнитный поток Ф, который пронизывает обмотки трансформатора и изменяясь наводит в них ЭДС. Так как обмотки имеют различное число витков, то и величина ЭДС будет в них различная.

В повышающих трансах вторичное напряжение будет больше первичного, а в понижающих – наоборот. К вторичной обмотке подключается нагрузка и возникает вторичный ток, созданный индуцируемой магнитным потоком ЭДС. Таким образом, в трансформаторе происходит передача электроэнергии из первичной обмотки с напряжением U1 и током I1 во вторичную обмотку с током I2 и напряжением U2 посредством магнитного потока.

Устройство трехфазного силового трансформатора

Основными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотка. Магнитопровод собирается из листов электротехнической стали толщиной 0,3-0,5мм. Изоляция листов представляет собой покрытие лаковой пленкой листа стали с обеих сторон. Магнитопровод разделяется на стержни и ярмо. Стержень это вертикальная часть магнитопровода, на которую насаживается обмотка. Ярмо – это горизонтальная часть, которая замыкает магнитный поток.

Трехфазные трансформаторы чаще всего выполняются с тремя стержнями (стержневой тип), на которых располагаются три обмотки. Соединение стержней и ярма бывает двух видов – стыковое и шихтованное. Стыковое соединение – ярмо и стержни крепятся соединительными деталями, при этом удобно снимать обмотки. При шихтованном соединении – ярмо и стержни собираются листами стали внахлест, в этом случае уменьшается магнитное сопротивление магнитопровода за счет уменьшения воздушного зазора. Также механическая прочность шихтованного соединения выше, чем у стыкового соединения.

Обмотки трансформатора выполняют из медного проводника круглого или квадратного сечения. Изоляцией выступает кабельная бумага или хлопчатобумажная пряжа.

Магнитопровод с баком заземляют, для безопасности на случай обрыва обмотки.

В масляных трансформаторах магнитопровод с обмоткой опускают в бак, залитый трансформаторным маслом. Масло отбирает тепло от обмоток. Характеристики масла выше, чем у воздуха, следовательно, габариты масляного трансформатора и сухого трансформатора одной мощности более выигрышны у масляного трансформатора.

При изменении климатических условий уровень масла может меняться. Происходит это не в баке трансформатора, а в специальном расширителе, который представляет собой сосуд на крышке бака, сообщающимся с ним.

При ненормальных режимах, таких как короткие замыкания, может изменяться давление масла, из-за выделения газов в масле. Для сброса этого давления на трансформаторах используют выхлопную трубу. На верхней части трубы находится стеклянная пластина. При повышении давления пластина разлетается, и давление выходит из трансформатора.

На мощных трансформаторах предусмотрено газовое реле. При повышении давления из-за выброса газов (например, при коротких замыканиях внутри трансформатора) происходит срабатывание реле и идет сигнал на отключение выключателя. После чего трансформатор отключается от сети.

Соединение обмоток с сетью происходит через ввода трансформатора. Они бывают различной конструкции: с главной изоляцией фарфоровой покрышки, конденсаторные проходные изоляторы, с бумажно-масляной, полимерной, элегазовой, маслобарьерной изоляцией.

В трансформаторах встречается возможность изменять число витков обмоток (группы соединения обмоток). Для этих целей используются ПБВ (переключатель числа витков без возбуждения) и РПН (регулирование числа витков под нагрузкой).

Включение трансформаторов на параллельную работу

Стоит отличать данный режим (1 на рисунке ниже — трансформаторы подключены к общим шинам как со стороны ВН, так и со стороны НН) от другого, когда подключение к общим шинам есть только с высокой стороны (2 на рисунке, совместная работа), то есть к секции 10кВ подключены два транса, а с низкой стороны каждый из них питает свою секцию 0,4кВ.

Если отключается один из Т (1 на рис.), то на втором происходит перегрузка, но все механизмы остаются в работе. Если же отключается один из трансов (2 на рис.) — то нагрузка либо отключается, либо переходит на резервный источник питания по АВР.

Ну и естественно расчет схем замещения для данных случаев будет разным:

• 1 — складываем // сопротивления двигателей, затем складываем // иксы трансформаторов, а затем последовательно первое со вторым
• 2 — суммируем ветви (двигатель плюс трансформатор), затем полученные иксы складываем параллельно

Далее буду рассматривать только схему под цифрой 1 на рисунке. Для чего же может применятся параллельная работа трансформаторов:

• повышается надежность, так как при выходе из строя одного из трансов, потребитель не лишается энергии.
• резервная мощность параллельно включенных трансформаторов будет больше, чем у одного большого
• при сезонных снижениях нагрузки (зимой больше нагрузки, летом меньше) возможно отключение одного из нескольких. При этом будет обеспечен более экономичный режим работы, так как уменьшаться потери холостого хода

Все плюсы улетучиваются, если установлено два транса по причине нехватки мощности одного из-за роста нагрузки например.

Условия параллельной работы:

• Равенство номинальных напряжений первичных и вторичных обмоток. Следовательно и одинаковое число витков первичных и вторичных обмоток для всех параллельно работающих трансформаторов. Так же перед включением необходимо проверять положения ПБВ и РПН. Если всё подобрано правильно то не должны возникать уравнительные токи. Они возникают из-за неравенства коэффициентов трансформации и текут даже в режиме холостого хода. Воспользовавшись схемой аналогичной схеме замещения ТТ, можно вывести формулу уравнительного тока:

В данной формуле U’, U»; I’, I» — напряжения и токи первого и второго;

uk1, uk2 — напряжения короткого замыкания в процентах;

Избавиться от уравнительного тока можно либо переключив устройства регулировки в нужное положение, либо, устроив ремонт, добиться одного числа намотанных витков.

• Равенство напряжений короткого замыкания. Напряжение короткого замыкания — такое напряжение, которое необходимо подать в одну из обмоток при замкнутой второй, чтобы в обеих тек номинальный ток. Данное условие необходимо выполнять потому, что отношение uk пропорционально распределению нагрузок и токов.
• Принадлежность к одной группе присоединения
• Отношение максимальной мощности к минимальной параллельно работающих трансформаторов должно быть не более 3 к 1. Если отношение мощности будет больше трех, то перегрузка меньшего из Тр может быть больше допустимой и целесообразнее будет вообще его отключить.
• По ГОСТ 11677-85 ни одна из обмоток не должна быть перегружена током больше допустимого для данной обмотки
• Если имеется РПН, то окончание переключения ответвлений должно происходить практически одновременно у всей группы. Трансформаторы с РПН мощностью ниже 1000кВА не предназначены для параллельной работы
• Число параллельно работающих трансформаторов выбирается исходя из условия наименьших суммарных потерь холостого хода и нагрузочных потерь всех машин.

Первичные и вторичные обмотки соединяются параллельно. При отключении одного, на втором Т возникает перегрузка, которая должна быть учтена при отстройке уставки МТЗ.

На // подключенных т мощностью 4 МВА и выше должна устанавливаться ДЗТ. Она производит быстрое и селективное срабатывание, отключая только поврежденное оборудование. В случае с МТЗ, при аварии со стороны НН могут отключиться оба трансформатора за счет равенства выдержек времени.

Для более глубокого погружения в данный вопрос рекомендую прочитать книгу Г.В. Алексенко — Параллельная работа трансформаторов и автотрансформаторов (Трансформаторы, вып. 17) — 1967 года.

как устроен, принцип работы силового трансформирующего устройства

При передаче электроэнергии на большие расстояния очень важно минимизировать её потери. Поэтому вырабатываемую генераторами энергию необходимо правильно преобразовывать с целью получения более высокого напряжения. Для этих целей в специальных подстанциях устанавливают силовой масляный трансформатор.

Составляющие конструкции

Высоковольтные линии электропередач с напряжением более 6 тысяч вольт защищают специальными устройствами, преобразующими переменный электрический ток и защищающими сети от серьёзного перенапряжения. Существует два типа таких устройств:

• обычные трансформаторы;
• автотрансформаторы.

Обе разновидности имеют похожее устройство и функциональные характеристики. Стандартная конструкция трансформатора включает в себя следующие составляющие:

• Ферромагнитный сердечник. Он заключается в специальный прочный корпус, не позволяющий агрессивной среде вывести его из строя.
• Обмотка. Бывает медной и алюминиевой, имеет сечения круглой либо прямоугольной формы. Концентрическая обмотка имеет вид цилиндров, располагающихся один в другом. Несколько слоёв обмотки с низким напряжением занимают место близко к сердечнику. Винтовая обмотка высокого напряжения устанавливается на специальный цилиндр, выполняющий роль изолятора. Балки, на которых находится обмотка, имеют специальную защиту.
• Газовое реле. Находясь в трубопроводе между основным и расширительным баком, оно пропускает весь газ, образующийся в процессе нагрева масла. Реле срабатывает даже при минимальном газообразовании. Если объём газа увеличивается, об этом уведомляют световые и звуковые датчики. В случае когда газа образуется очень много, чтобы не допустить разложения масляных веществ, происходит автоматическое срабатывание выключателей во всём трансформаторе.
• Гильза для термометра. Термометр требуется для постоянного отслеживания температуры поверхностных слоёв масла.
• Осушитель воздуха. Не даёт влаге из воздуха попадать в масло и ухудшать его диэлектрические параметры.
• Выхлопная труба. Для того чтобы масло поступало в нужном количестве, один край трубы соединяется с основным баком трансформатора, второй находится на уровне чуть выше расширителя.
• Предохранительная мембрана. Крепится на край выхлопной трубы, выполняет защитную функцию при аварийном скачке напряжения. В некоторых устройствах вместо мембраны может использоваться сильфон или клапанные элементы.
• Проходные изоляторы. С их помощью обеспечивается безопасное функционирование прибора. Для удобства управления прибор оснащается ручкой на крышке бака.

Устройство масляного трансформатора предусматривает наличие в нём охлаждающей и магнитной системы. Главная отличительная черта такого устройства от автотрансформатора — его небольшой размер, благодаря которому использование масляного трансформатора становится удобным и на улице, и в технических помещениях любого размера.

Принцип действия

Работа устройства, преобразующего ток, основывается на принципе электромагнитной индукции. Ток переменного напряжения поступает на обмотку, создавая переменное магнитное поле. Последнее способствует дальнейшему образованию электрического тока.

Масло, обладающее высокими диэлектрическими свойствами, заливается в бак, оснащённый задвижками и вкручивающейся пробкой. Находящееся в нижней части запорный вентиль позволяет производить отбор проб масла для анализа. Для увеличения поверхности бака могут использоваться пластины из металла, ускоряющие процедуру теплообмена между маслом и внешним воздушным слоем.

Попадая в бак, масло начинает движение по внутреннему и внешнему кругу. Функцию первого круга выполняют два коллектора, образующих радиатор.

Температура радиатора может понижаться естественным способом либо с помощью специально предусмотренной вентиляционной системы. Такая система, с одной стороны, эффективно охлаждает оборудование, с другой — сокращает его нагрузочные показатели в среднем на 25%.

Температурный режим

Циркулирующее внутри бака масло, нагреваясь и охлаждаясь, постоянно меняет свой объём в рамках заданного диапазона. Для своевременной компенсации колебаний объёма в трансформаторе имеется расширительный бачок с маслоуказателем. Благодаря принципу сообщающихся сосудов, используемому при его установке, и прозрачному градуированному стеклу, процесс отслеживания уровня масла в приборе максимально прост.

В процессе работы силового трансформатора температура масла достигает очень больших значений, поэтому при его охлаждении в атмосферу выходит огромное количество тепла.

Развитие современных промышленных технологий позволило использовать высвобождающуюся тепловую энергию для отопления зданий, располагающихся вблизи работающих трансформаторных подстанций.

Правильная эксплуатация и обслуживание

Залогом долговременной эксплуатации масляного трансформатора служит соблюдение всех норм его использования, прописанных в инструкции. Чтобы прибор работал бесперебойно, он должен подвергаться:

• профилактическому осмотру;
• техническому обследованию;
• внеплановому ремонту.

Во время этих работ специалисты проводят проверку работающего устройства на наличие постороннего шума и излишних вибраций, сверяют число переключений с данными, отображающимися на счётчиках. Периодичность проверок масляных трансформаторов зависит от способа их работы. Если процесс эксплуатации контролируется профессионалами, осмотр должен проводиться ежесуточно. В случаях с автономно работающими приборами достаточно трёх проверок в месяц.

Силовые трансформаторы в электрических подстанциях — устройство и принцип работы агрегатов

Трансформатор – электротехническое устройство, функционал которого направлен на преобразование и распределение электроэнергии, поступающей от источника к потребителю. Силовыми называют трансформаторы, способные работать с высокими показателями напряжения сети и передавать токи по высоковольтным линиям.

Устройство и принцип работы 

Базовый рабочий элемент силового трансформатора – сердечник из ферромагнитного сплава с первичной и вторичной обмотками. Сердечник представляет собой тонкие металлические пластины – их собирают так, чтобы форма стержней под обмотками напоминала круг. Такая конструкция облегчает создание витков и увеличивает полезную площадь. Для увеличения КПД силового трансформатора промежутки между отдельными пластинами перекрывают цельными листами, изготовленными из железа с магнитомягкими свойствами. 

Для производства первичной и вторичной обмоток используют медную проволоку – каждый виток тщательно изолируют как от пластин сердечника, так и от соседних витков провода. Технические пустоты между обмотками и их витками служат для циркулирования охладителя.

Большинство моделей преобразователей функционирует на основе масляного охлаждения. За счет высокой теплопроводности масло берет на себя энергию нагрева обмоток и выводит ее через радиаторные трубки охладительной системы. Некоторые силовые трансформаторы поддерживают сухое охлаждение, когда тепло от сердечника отводится воздушными потоками.

Принцип работы трансформатора основан на электромагнитной индукции – преобразовании значений напряжения переменного тока без изменения его частоты. Начальный импульс принимает первичная обмотка, затем за счет магнитных свойств сердечника создается переменный магнитный поток с замыканием между обмотками. Индуцированная электродвижущая сила поступает на вторичную обмотку с уже измененными показателями напряжения. 

Помимо сердечника, в конструктив силового трансформатора включены:

• регуляторы исходящего напряжения;
• силовые вводы;
• системы защиты от перегрузок и внутренних повреждений;
• влагопоглотители;
• системы регенерации масла;
• газовое реле и др.

Они поддерживают бесперебойную работу аппарата и предотвращают его преждевременный выход из строя.

Классификация силовых трансформаторов

В зависимости от нужд потребителя электричества работа устройства может быть направлена на:

• понижение выходного напряжения – понижающие трансформаторы;
• повышение выходного напряжения – повышающие аппараты.

Показатели электронапряжения напрямую зависят от соотношения витков между первичной и вторичной обмотками. В трансформаторах понижающего типа количество витков первичной обмотки преобладает над витками вторичной. И наоборот – агрегаты, генерирующие высокий потенциал, обладают бóльшим числом витков вторичной обмотки.

Важнейшие параметры преобразующей системы – полная мощность потребления и класс напряжения – позволяют выделить 8 габаритов силовых трансформаторов:

• нулевой габарит – мощность до 5 кВА включительно, напряжение до 35 кВ включительно;
• I габарит – от 100 до 1000 кВА мощности, до 35 кВ напряжения;
• II габарит – от 1000 до 6300 кВА, до 35 кВ;
• III габарит – свыше 6300 кВА, напряжение до 35 кВ;
• IV – до 32 000 кВА мощности, от 35 до 110 кВ;
• V – от 32 000 до 80 000 кВА, до 330 кВ напряжения;
• VI – до 200 000 кВА включительно с мощностью не более 330 кВ;
• VII – выше 200 000 кВА и 330 кВ.

Для классификации силовых трансформаторов используются и другие критерии:

• расположение – внутренние и наружные;
• количество фаз – однофазные и трехфазные;
• число обмоток – две и более. 

Большое количество параметров позволяет подобрать оптимальный вид силового трансформатора для электроснабжения того или иного объекта. Производители рекомендуют оснащать узлы сразу двумя трансформаторами – это поможет сохранить работоспособность энергосистемы в случае аварии или поломки базового распределителя.

Этапы монтажа

Сборка и установка трансформаторного узла – трудоемкий, длительный и кропотливый процесс, в котором задействуются квалифицированные кадры и спецтехника. Рассмотрим 5 этапов работ по обустройству и монтажу на примере масляного силового трансформатора.

Подготовительный этап

1. В первую очередь обустраивают фундамент – он служит своеобразной подставкой, защищая устройство от подтопления. Под фундаментом должна быть предусмотрена маслосборная емкость – в случае аварий и повреждений кожуха масло вытечет в емкость и не сможет воспламениться.
2. Подготавливают смотровую площадку – здесь силовой трансформатор будет осмотрен, прогрет и собран непосредственно перед установкой.
3. Проверяют готовность и работоспособность подъемного оборудования – крана-манипулятора, лебедок и пр. При необходимости расчищают подъездные пути к локации.
4. Готовят охлаждающую жидкость, резервуары под ее хранение и под тестовые испытания масла. На этом этапе проверяют основные параметры масляной жидкости – они должны соответствовать нормам, указанным в техдокументации к силовому трансформатору.

Этап транспортировки

Способ перевозки устройства будет зависеть от его габаритов. Крупногабаритные силовые трансформаторы, которые весят более 90 тонн, перевозят в частично разобранном виде – для удобства разрешается демонтировать расширители, вводы, выхлопные трубы и фильтры.

Если установка весит менее 90 тонн и не создает неудобств при погрузке, разрешается транспортировать ее в собранном виде при частично заполненном маслом баке.

Компактные силовые трансформаторы транспортируют в готовом виде и с полным объемом охлаждающей жидкости. Сразу после доставки на объект их можно подключать к питанию и проводить пусконаладочные работы, минуя этап кропотливой сборки.

Чаще всего для перевозки распределительных агрегатов выбирают автомобильный транспорт как самый удобный и недорогой. На дальние расстояния трансформаторы целесообразно перевозить по железной дороге или морскими видами транспорта.  

Устройства, поддерживающие показатели напряжения свыше 35 кВ, разрешается устанавливать открытым способом. Для энергообеспечения жилых кварталов чаще всего используются закрытые типы монтажа, когда трансформатор помещают в бетонное строение, отдельное помещение или металлический киоск. 

В подготовленную камеру устройство устанавливают при помощи лебедок, полиспастов или подъемных кранов. Для погрузки и разгрузки используют крюки, приваренные к стенкам бака. Если конструкцией не предусмотрено наличие катков, агрегат помещают прямо на обустроенный фундамент, подключая корпус к сети заземления.

Предмонтажная ревизия

Непосредственно перед монтажом все узлы и детали силового трансформатора подлежат обязательному осмотру. Монтажники проверяют:

• герметичность масляных баков;
• отсутствие повреждений на корпусе и отдельных элементах;
• наличие пломб на люках и кранах;
• качество охлаждающей жидкости;
• функционал приводов, переключателей и контакторов;
• работу встроенных трансформаторов тока;
• состояние расширителя, выхлопной трубы и термосифонного фильтра;
• вводы напряжения;
• работоспособность защитной и сигнальной систем.

Также необходимо позаботиться о средствах обеспечения пожарной безопасности – их достаточном количестве и соответствии сроков годности.

Монтаж оборудования

Проще всего монтируются силовые трансформаторы компактных габаритов, поскольку не нуждаются во вторичной сборке после транспортировки. Установки большой мощности собираются уже на объекте в определенной последовательности. Поэтапно к корпусу крепятся:

• радиаторы;
• расширитель с газовым и масляным реле;
• фильтры;
• вводы;
• вспомогательные измерительные трансформаторы;
• устройства контроля.

После проверки параметров изоляции и герметичности уплотнений приступают к заполнению бака трансформаторным маслом. Без масла силовой трансформатор не может находиться долгое время – максимум через 3 месяца после доставки устройства на объект резервуар должен быть заполнен. Масляному охладителю дают 12 часов отстояться, после чего проверяют уровень жидкости и при необходимости доливают.

На завершающем этапе монтажа мастера подключают к электрооборудованию провода, шины и выполняют заземление. 

Пусконаладочные работы

По окончании сборки подстанции команда электромонтажников проводит контрольные испытания силового трансформатора, а комиссия по приемке выдает разрешение на введение объекта в эксплуатацию. 

Во время первого пуска установке дают поработать 30 минут, после чего оценивают уровень нагрева отдельных элементов, наличие посторонних шумов, трещин на корпусе, сколов на изоляторах и другие отклонения в работе. Если изъянов не обнаружено, проводят еще 3-4 тестовых запуска, а затем переводят трансформатор в штатный режим работы.

Обслуживание и диагностика

Силовые трансформаторы регулярно испытывают на себе повышенную нагрузку, поэтому нуждаются в своевременной диагностике и обслуживании.  

Регулярной диагностике подлежат:

• первичная и вторичная обмотки, в том числе изоляция – изучаются радио- и акустические помехи, уровень содержания влаги;
• трансформаторное масло – исследуется состав, попадание примесей, плотность, влажность, растворенные газы, поверхностное натяжение и пр.;
• переключающее оборудование – измеряются температурные показатели и значения токов двигателя привода;
• магнитопровод – определяется сопротивление изоляции, проверяется и тестируется система сопротивления;
• система охлаждения и подшипники – изучается наличие посторонних шумов и вибраций, интенсивность воздушных потоков, чистота поверхности и скорость вращения.

Автоматизированная диагностика силовых трансформаторов осуществляется непрерывно благодаря встроенным измерительным системам. Они автоматически выявляют неполадки и подают сигналы об отклонениях в работе через коммутационную сеть. 

С определенной периодичностью проводится плановая и испытательно-измерительная диагностика. Осмотры направлены на более глубокое всестороннее изучение оборудования как под нагрузкой, так и без запитывания от сети. Установки, расположенные в помещениях без обслуживающего персонала, диагностируются ежемесячно. Агрегаты, работающие под контролем электриков, подлежат ежедневному осмотру. 

Для диагностики силовых устройств, которые уже были введены в эксплуатацию, применяют методы неразрушающего контроля:

• магнитные;
• радиоволновые;
• капиллярные;
• акустические;
• радиационные;
• вихретоковые;
• электрические;
• тепловые;
• визуально-оптические.

Своевременная диагностика позволяет вовремя обнаруживать неисправности и не допускать возникновения аварийных ситуаций. 

При обслуживании силовых трансформаторов работники выполняют наладку оборудования, смазывают трущиеся и подвижные детали, стягивают разболтанные крепежные элементы, очищают и перезаряжают фильтры. При необходимости проводится очистка поверхностей агрегата от загрязнений и обгораний, восстановление антикоррозионного покрытия, замена или доливка трансформаторного масла. Для разрушения пленки окислов устройство полностью отключается от систем ввода и вывода, а регулятор напряжения попеременно переводится во все доступные позиции.

Монтаж, диагностика и обслуживание трансформаторов сухого типа проводится по аналогичному алгоритму, за исключением шагов по заливке и диагностике масла.

Все работы по сборке и наладке силовых трансформаторов на объекте возьмет на себя наша компания. Мы разрабатываем проекты энергообеспечения под различные нужды, в том числе в сфере судостроения, предлагая самые эффективные решения.

Для чего нужен силовой трансформатор

При транспортировке электроэнергии на большие расстояния для снижения потерь используется принцип трансформации. Для этого электричество, вырабатываемое генераторами, поступает на трансформаторную подстанцию. На ней повышается амплитуда напряжения, поступающего в линию электропередачи.

Второй конец ЛЭП подключен на ввод удаленной подстанции. На ней для распределения электричества между потребителями осуществляется понижение напряжения.

На обеих подстанциях трансформацией электроэнергии больших мощностей занимаются специальные силовые устройства:

Они имеют много общих признаков и характеристик, но отличаются определенными принципами работы. Эта статья описывает только первые конструкции, у которых передача электроэнергии между разделенными обмотками происходит за счет электромагнитной индукции. При этом изменяющиеся по амплитуде гармоники тока и напряжения сохраняют частоту колебаний.

Силовые трансформаторы в энергетике устанавливаются на заранее подготовленные стационарные площадки с прочными фундаментами. Для размещения на грунте могут монтироваться рельсы и катки.

Общий вид одного из многочисленных типов силовых трансформаторов, работающего с системами напряжений 110/10 кВ и обладающего величиной полной мощности 10 МВА, показан на фотографии ниже.

Отдельные ярко выраженные элементы его конструкции снабжены подписями. Более подробно устройство основных частей и их взаимное расположение демонстрирует чертеж.

Электрическое оборудование трансформатора размещается внутри металлического корпуса, изготовленного в форме герметичного бака с крышкой. Он заполнен специальным сортом трансформаторного масла, которое обладает высокими диэлектрическими свойствами и, одновременно, используется для отвода тепла от деталей, подвергаемых большим токовым нагрузкам.

Гидравлическая схема трансформатора

Упрощенно состав и взаимодействие ее основных элементов показано на картинке.

Для залива/слива масла используются специальные задвижки и вкручивающаяся пробка, а запорный вентиль, расположенный внизу бака, предназначен для отбора проб масла и последующего проведения его химического анализа.

В силовом трансформаторе образовано два контура циркуляции масла:

Первый контур представлен радиатором, состоящим из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных системой металлических трубок. Через них проходит нагретое масло, которое, находясь в магистралях охладителя, остывает и возвращается в бак.

Внутри бака циркуляция масла может производиться:

принудительно за счет создания давления в системе насосами.

Часто поверхность бака увеличивается за счет создания гофр — специальных металлических пластин, улучшающих теплообмен между маслом и окружающей атмосферой.

Забор тепла от радиатора в атмосферу может выполняться обдувом системой вентиляторов или без них за счет свободной конвекции воздуха. Принудительный обдув эффективно повышает теплосъем с оборудования, но увеличивает затраты энергии на эксплуатацию системы. Они могут снизить нагрузочную характеристику трансформатора до 25%.

Тепловая энергия, выделяемая современными трансформаторами повышенной мощности, достигает огромных величин. Об ее размере может служить тот факт, что сейчас за ее счет стали реализовывать проекты отопления промышленных зданий, расположенных рядом с постоянно работающими трансформаторами. В них поддерживаются оптимальные условия работы оборудования даже в зимнее время.

Контроль уровня масла в трансформаторе

Масло постоянно циркулирует внутри бака. Его температура зависит от целого комплекса воздействующих факторов. Поэтому объем его все время изменяется, но поддерживается в определенных границах. Для компенсации объемных отклонений масла служит расширительный бачок. В нем удобно наблюдать текущий уровень.

Для этого используется маслоуказатель. Наиболее простые устройства изготавливают по схеме сообщающихся сосудов с прозрачной стенкой, заранее проградуированной в единицах объема.

Подключения такого маслоуказателя параллельно расширительному баку вполне достаточно для контроля эксплуатационных характеристик. На практике встречаются и другие, отличные от этого принципа работы маслоуказатели.

Защита от проникновения влаги

Поскольку верхняя часть расширительного бака контактирует с атмосферой, то в ней устанавливают осушитель воздуха, препятствующий проникновению влаги внутрь масла и снижению его диэлектрических свойств.

Защита от внутренних повреждений

Важным элементом масляной системы является газовое реле. Его монтируют внутри трубопровода, соединяющего основной бак трансформатора с расширительным. За счет этого все газы, выделяемые при нагреве из масла и органической изоляции, проходят через емкость с чувствительным элементом газового реле.

Этот датчик отстроен от работы на очень маленькое, допустимое газообразование, но срабатывает при его увеличении в два этапа:

1. на выдачу светового/звукового предупредительного сигнала обслуживающему персоналу о возникновении неисправности при достижении уставки первой величины;

2. на отключение силовых автоматических выключателей со всех сторон трансформатора для снятия напряжения при бурном газообразовании, свидетельствующем о начале мощных процессов разложения масла и органической изоляции, начинающихся при коротких замыканиях внутри бака.

Дополнительная функция газового реле — контроль уровня масла в баке трансформатора. При снижении его до критической величины газовая защита может отработать в зависимости от настройки:

только на сигнал;

на отключение с выдачей сигнала.

Защита от аварийного повышения давления внутри бака

На крышке трансформатора так монтируется выхлопная труба, чтобы ее нижний конец сообщался с емкостью бака, а масло поступало внутрь до уровня в расширителе. Верхняя часть трубы возвышается над расширителем и отводится в сторону, немного загибается вниз. Ее конец герметично закрыт стеклянной предохранительной мембраной, которая разрушается при аварийном повышении давления из-за возникновения нерасчетного нагрева.

Другая конструкция подобной защиты основана на монтаже клапанных элементов, которые открываются при повышении давления и закрываются при его сбросе.

Еще один вид — сильфонная защита. Она основана на быстром сжатии сильфона при резком повышении газа. В результате сбивается защелка, удерживающая боек, который в нормальном положении находится под воздействием сжатой пружины. Освобожденный боек разбивает стеклянную мембрану и тем самым осуществляет сброс давления.

Электрическая схема силового трансформатора

Внутри корпуса бака размещаются:

остов с верхней и нижней балкой;

обмотки высокого и низкого напряжения;

регулировочные ответвления обмоток;

низковольтный и высоковольтный отводы

нижняя часть вводов высокого и низкого напряжения.

Остов вместе с балками служит для механического закрепления всех составных деталей.

Конструкция внутренних элементов Магнитопровод служит для снижения потерь магнитному потоку, проходящему через обмотки. Его изготавливают из сортов электротехнической стали шихтованным способом.

По обмоткам фаз трансформатора протекает ток нагрузки. Материалами для их изготовления выбирают металлы: медь или алюминий с круглым либо прямоугольным сечением. Для изоляции витков используют специальные сорта кабельной бумаги или хлопчатобумажную пряжу.

Концентрические намотанные обмотки выполняют в виде цилиндров, расположенных один в другом. Для стороны высокого напряжения (ВН) создается непрерывная или многослойная обмотка, а для низкого (НН) — винтовая и цилиндрическая.

Обмотку НН располагают ближе к стержню: так легче выполнить слой для ее изоляции. Затем на нее устанавливают специальный цилиндр, обеспечивающий изоляцию между сторонами высокого и низкого напряжения, а на него монтируют обмотку ВН.

Описанный способ монтажа показан на левой части нижерасположенной картинки с концентрическим размещением обмоток на стержне трансформатора.

С правой стороны картинки показан способ размещения чередующихся обмоток, разделяемых изоляционным слоем.

Для повышения электрической и механической прочности изоляции обмоток их поверхность пропитывают специальным сортом глифталевого лака.

Для подключения обмоток одной стороны напряжения между собой используют схемы:

При этом концы каждой обмотки маркируют буквами латинского алфавита, как показано в таблице.

Тип трансформатора	Сторона обмотки
	Низкого напряжения			Среднего напряжения			Высокого напряжения
	начало	конец	нейтраль	начало	конец	нейтраль	начало	конец	нейтраль
Однофазный	а	X	—	Ат	Хт	—	А	X	—
Две обмотки три фазы	a	Х		—	—	—	А	X
	b	Y					B	Y
	с	г					C	Z
Три обмотки три фазы	a	X		Ат	Хт		А	X
	b	Y			Y т		B	Y
	c	Z			Хт		C	Z

Выводы от обмоток подключают к соответствующим токоотводам, которые монтируются на шпильки проходных изоляторов, расположенных на крышке бака трансформатора.

Для осуществления возможности регулировки величины выходного напряжения на обмотках делают ответвления. Один из вариантов выполнения регулировочных ответвлений показан на схеме.

Систему регулирования напряжения создают с возможностью изменения номинальной величины в пределах ±5%. Для этого выполняют пять ступеней по 2,5% в каждой.

У мощных силовых трансформаторов регулирование обычно создают на обмотке высокого напряжения. Это упрощает конструкцию переключателя ответвлений и позволяет повышать точность выходных характеристик за счет большего числа витков на этой стороне.

Для многослойных цилиндрических обмоток регулировочные ответвления выполняют на внешнем стороне слоя у окончания обмотки и компонуют их симметрично на одинаковой высоте относительно ярма.

У отдельных конструкций трансформаторов ответвления делают в средней части. При использовании оборотной схемы одна половина обмотки выполняется с правой намоткой, а вторая — с левой.

Для коммутации ответвлений используют трехфазный переключатель.

У него есть система неподвижных контактов, которые подключены к ответвлениям обмоток, и подвижных, осуществляющих коммутацию схемы за счет создания различных электрических цепей с неподвижными контактами.

Если ответвления сделаны около нулевой точки, то одним переключателем управляют работой сразу всех трех фаз. Это можно делать потому, что между отдельными частями переключателя напряжение не превышает 10% линейной величины.

Когда ответвления выполнены в средней части обмотки, то для каждой фазы используется свой, индивидуальный переключатель.

Способы регулирования выходного напряжения

Существуют два типа переключателей, позволяющие изменять количество витков на каждой обмотке:

1. с отключением нагрузки;

2. под нагрузкой.

Первый способ требует больше времени на выполнение и не пользуется популярностью.

Переключения под нагрузкой обеспечивают более легкое управление электрическими сетями за счет беспрерывного электроснабжения подключенных потребителей. Но, для его выполнения необходимо иметь усложненную конструкцию переключателя, который наделяется дополнительными функциями:

осуществление переходов между ответвлениями без разрыва токов нагрузки за счет подключения двух соседних контактов на момент переключения;

ограничение тока короткого замыкания внутри обмотки между подключаемыми ответвлениями во время их одновременного включения.

Техническое решение этих вопросов заключается в создании переключающих устройств, работающих от дистанционного управления с применением токоограничивающих реакторов и резисторов.

На фотографии, показанной в начале статьи, у силового трансформатора используется автоматическое регулирование выходного напряжения под нагрузкой за счет создания конструкции АРН, сочетающей релейную схему управления электродвигателя с приводным механизмом и контакторами.

Принцип и режимы работы

В основу работы силового трансформатора заложены те же законы, что и у обычного:

Проходящий по входной обмотке электрический ток с изменяющейся по времени гармоникой колебаний наводит внутри магнитопровода меняющееся магнитное поле.

Изменяющийся магнитный поток, пронизывая витки второй обмотки, наводит в них ЭДС.

При эксплуатации и проверках силовой трансформатор может оказаться в рабочем или аварийном режиме.

Рабочий режим создается подключением источника напряжения к первичной обмотке, а нагрузки — ко вторичной. При этом величина тока в обмотках не должна превышать расчетных допустимых значений. В этом режиме силовой трансформатор должен длительно и надежно питать все подключенные к нему потребители.

Разновидностями рабочего режима являются опыт холостого хода и короткого замыкания, создаваемые для проверок электрических характеристик.

Холостой ход создается размыканием вторичной цепи для исключения протекания в ней тока. Он используется для определения:

потерь в стали на намагничивание сердечника.

Опыт короткого замыкания , создается шунтированием накоротко выводов вторичной обмотки, но с заниженным напряжением на входе в трансформатор до величины, способной создать вторичный номинальный ток без его превышения. Этот способ используют для определения потерь в меди.

К аварийным режимам трансформатора относятся любые нарушения его работы, приводящие к отклонению рабочих параметров за границы допустимых для них значений. Особенно опасным считается короткое замыкание внутри обмоток.

Аварийные режимы приводят к пожарам электрооборудования и развитию необратимых последствий. Они способны причинить огромный ущерб энергосистеме.

Поэтому для предотвращения подобных ситуаций все силовые трансформаторы снабжаются устройствами автоматики, защит и сигнализации, которые предназначены для поддержания нормальной работы первичной схемы и быстрого отключения ее со всех сторон при возникновении неисправностей.

Трансформаторные будки есть практически на каждой улице любого города вне зависимости от размеров. Вся планета подвержена власти электричества. Что такое силовой трансформатор? Для чего они? Принцип работы силового трансформатора? При должном объяснении все станет понятно любому школьнику.

Зачем это нужно?

Трансформатор служит для повышения или понижения подаваемой электроэнергии. Зачем нужно преобразовывать ток? Смысл в том, что согласно закону Джоуля-Ленца тепло, которое выделяет проводник при прохождении по нему электрического тока выделяется в зависимости от силы тока. Причем зависимость эта квадратичная, так как сила тока в формуле имеет вторую степень.

На практике это означает, что увеличение силы тока в 2 раза приведет к увеличению тепловыделений в 4 раза. Все бы ничего, но закон сохранения энергии пока никто не отменял. На нагрев проводника расходуется электроэнергия, которую с таким трудом добывает человечество. Единственный выход: повысить напряжение до максимум.

Согласно закону Ома всегда сохраняется некое равенство: произведение силы тока на сопротивление равняется напряжению в сети. Предположим, что сопротивление не изменяется, так как оно зависит от свойств проводящего материала. Тогда единственным выходом будет максимально задрать напряжение, чтобы уменьшить силу тока в сети.

Высоковольтные линии придумали не ради развлечения. Единственная цель столь сложной системы с трансформаторами: максимальное сокращение потерь.

Принцип работы силового трансформатора

Чтобы говорить о принципе работы силового трансформатора требуется вспомнить некоторые понятия из школьного курса физики. В итоге будет проще понять объяснения рабочей схемы устройства.

Индукция

Чтобы понять, как работает силовой трансформатор, надо разбираться в понятии индукции. Именно на ней основана львиная доля современной электроники. Суть этого явления в том, что при прохождении через проводник ток создает переменное электрическое поле. Движение электронов в свою очередь порождает переменное магнитное поле, которое при попадании в другой проводник породит так переменное электрическое поле.

То есть, если поставить рядом два проводника, причем один из них подключить к источнику тока, а другое не подключать – электричество будет течь в обоих проводниках. Причем во втором проводнике направление тока будет противоположным таковому в исходном варианте.

Свойство индукции используется достаточно часто: в усилителях, передатчиках и, конечно, школьных опытах

Устройство трансформатора

Корпус аппарата представляет собой бак, в который заливается масло. Масло насыщается минералами, чтобы лучше отводить тепло. Выбросы тепловой энергии при работе трансформатора огромны. Однако даже такие потери в тысячи раз меньше возможных утечек энергии при транспортировке.

Масло циркулирует по внутреннему и внешнему контуру трансформатора. Отдельно отметим, что внешний контур часто представляет собой оребренный радиатор. Увеличение площади теплоотдачи приводит к улучшению отдачи тепла. Проще говоря, чем больше площадь соприкосновения масла из внутреннего контура и внешнего радиатора – тем лучше будет отводится тепло, тем меньше вероятность аварии на трансформаторной подстанции.

Само устройство силового трансформатора представляет собой квадратного сечения сердечник, набранный из тонких электростальных пластинок. Используются именно наборные сердечники, чтобы свести к минимум появление самоиндукционных токов, которые приводят к перегреву и увеличению потерь энергии.

На противоположные стороны квадрата наносят обмотку. Обмотка, на которую поддается ток, называется первичной, обмотка, отдающая преобразованную энергию, вторичной.

Принцип работы

Схема работы силового трансформатора выглядит так:

1. Ток подается на первичную обмотку.
2. Первичная обмотка в результате прохождения электрического тока начинает генерировать переменное магнитное поле.
3. Магнитное поле, проходящее сквозь вторичную обмотку, вызывает в ней электрический ток.

Вес секрет процесса в количестве витков. Отношение принятого напряжения к отданному равняется отношению количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичного обмотки. Это же отношение называют коэффициентом трансформации. То есть коэффициент показывает, во сколько раз уменьшится или увеличится выходное напряжение на подстанции.

Схема простейшего трансформатора

Почему трансформатор называют силовым

Как мы уже сказали, силовые трансформаторы используют для понижения высоковольного тока до приемлемых для города параметров, то есть 220/360 В – в зависимости от местности и прочих условий. Но нужно отметить, что напряжение высоковольтных линий ненамного больше 1000 к В, а это больше миллиона вольт. Именно за трансформацию столь сильного напряжения, устройство и назвали таким красивым именем.

Установленный силовой трансформатор

Именно силовые трансформаторы используются для преобразования электричества городских и квартальных сетей. Получается многоступенчатая система снабжения страны электроэнергией:

1. Сначала повышающие трансформаторы увеличивают напряжение до огромных значений
2. По проводам ток течет в города и села
3. Понижающие трансформаторы понижают напряжение сначала до общегородских, а потом и до квартальных значений.

Отдельно нужно сказать, что иногда приходится понижать значение напряжения до 360 В в городе, потому что высоковольтные линии проводить в городской черте запрещено.

Виды трансформаторов

Уже были названы повышающие и понижающие трансформаторы. В зависимости от места использования можно выделить сетевые и силовые аппараты. Сетевые трансформаторы используются в устройствах, поскольку даже квартальные параметры тока слишком высоки для простого телевизора или ноутбука. Поэтому используется трансформатор, чтобы преобразовать ток в подходящий для конкретного предмета бытовой техники.

Сразу использовать маленькие параметры в городе нельзя из тех же соображений экономии. К тому же, разные приборы требуют разных параметров – всем производителям электроники не угодишь, а потому проще каждому встраивать в свой прибор трансформатор.

Отдельной строкой идут автомобильные трансформаторы, которые позволяют заводить машину с использованием небольшого электрического импульса. Выделяют и импульсные и многие другие трансформаторы, но всех их объединяет одно: принцип работы. Отличия кроются только в рабочих параметрах тока и предназначении трансформатора.

Сетевой трансформатор

Контроль работы устройства

Во время сервисных работ строго запрещается заглядывать внутрь бака, сливать полностью масла и проводить какие-либо манипуляции с содержимым корпуса трансформатора. Работоспособность изделия проверяется путем химической оценки пробы масла и холостого подключения аппарата. В результате удается узнать, насколько трансформатор работоспособен в данный момент времени.

Даже к месту монтажа привозят уже готовую конструкцию, которую остается только подключить к сети. Заливка маслом производится на заводе, не говоря уже о более сложных процедурах. Для доставки оборудования используется специализированная техника.

Транспортировка электрической энергии на большие расстояния неизбежно приводит к определенным потерям. Для того чтобы снизить потери, в системе передачи применяется свойство трансформации. С этой целью электрический ток проходит через трансформаторную подстанцию, с помощью которой осуществляется повышение амплитуды напряжения, подаваемого в ЛЭП для дальнейшей транспортировки.

Конечная точка ЛЭП подключается к вводу удаленной подстанции. Здесь выполняется снижение напряжения, после чего электричество распределяется среди потребителей. На обеих подстанциях установлены силовые трансформаторы, устройство и принцип действия которых позволяет преобразовывать электроэнергию большой мощности. Они отличаются особенностями устройства и техническими характеристиками.

Основные детали и системы силового трансформатора

Металлический корпус предназначен для размещения внутри него электрического оборудования трансформатора. Он представляет собой герметичный бак с крышкой, заполненный трансформаторным маслом. Такой сорт масла имеет высокие диэлектрические качества, с его помощью отводится тепло от деталей, подверженных значительным токовым нагрузкам.

Охлаждение трансформатора осуществляется с помощью гидравлической системы. Залив и слив масла производится с использованием задвижек и вкручивающихся пробок. Отбор масла для химического анализа производится через запорный вентиль, расположенный в нижней части бака.

Циркуляция масла в силовом трансформаторе происходит по двум контурам – внешнему и внутреннему. В состав внешнего контура входит радиатор, состоящий из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных между собой металлическими трубками. Нагретое масло проходит через магистрали охладителя, остывает и вновь поступает в бак. Внутри бака масло может циркулировать естественным путем или принудительно под действием давления, создаваемого насосами. Теплообмен значительно улучшается за счет специальных гофр, устанавливаемых на поверхности бака.

Важнейшим элементом силового трансформатора является его электрическая схема. Все ее элементы размещаются внутри корпуса. Верхняя и нижняя балки составляют остов, на котором крепятся все остальные детали. В состав схемы входит магнитопровод, обмотки высокого и низкого напряжения, высоковольтные и низковольтные отводы, регулировочные ответвления обмоток. В нижней части располагаются вводы высокого и низкого напряжения.

Основной функцией магнитопровода является снижение потерь магнитного потока, проходящего через обмотки. Для его изготовления используется специальные сорта электротехнической стали. Ток нагрузки протекает через обмотки фаз. Изоляция витков выполняется специальными сортами хлопчатобумажной ткани или кабельной бумаги. Механическая и электрическая прочность обмоточной изоляции повышается за счет пропитки поверхностей специальным лаком. Подключение обмоток может выполняться по схеме «звезда», «треугольник» или «зигзаг». Для маркировки концов каждой обмотки используются латинские символы.

Принцип действия и режимы работы

Силовые трансформаторы действуют по такому же принципу, как и обычные трансформаторные устройства. Во входную обмотку поступает электрический ток, колебания которого изменяются по времени. Это приводит к наведению в магнитопроводе изменяющегося магнитного поля. Далее изменяющийся магнитный поток проходит через витки второй обмотки, после чего в ней возникает электродвижущая сила.

Во время проверок и в процессе эксплуатации работа трансформатора может происходить в различных режимах:

• Рабочий режим. В этом случае источник напряжения подключается к первичной обмотке, а нагрузка – к вторичной. Величина тока в каждой обмотке должна быть не более допустимого расчетного значения. В данном режиме обеспечивается устойчивое и надежное питание потребителей в течение длительного времени. В рабочем режиме может создаваться холостой ход и короткое замыкание с целью проверки характеристик трансформаторного устройства.
• Холостой ход. Создается путем размыкания вторичной цепи, чтобы исключить протекание по ней тока. Данный режим позволяет определить коэффициент полезного действия, коэффициент трансформации, потери в стальных деталях, затраченные для намагничивания сердечника.
• Режим короткого замыкания. В этом случае накоротко шунтируются выводы вторичной обмотки. На входе трансформатора напряжение оказывается заниженным до значения, при котором создается вторичный номинальный ток с постоянным значением. Данный способ позволяет установить потери в меди.
• Аварийный режим. К нему относятся любые нарушения работы трансформатора, вызывающие отклонение рабочих показателей за пределы допустимого значения. Особую опасность представляет короткое замыкание, возникающее внутри обмоток. Для предотвращения последствий аварийного режима в силовых трансформаторах устанавливаются автоматические средства защиты и сигнализации. Они поддерживают нормальную работу первичной схемы и полностью отключают ее в случае неисправностей и аварийных ситуаций.

Защита силовых трансформаторов

В первую очередь необходимо постоянно контролировать уровень масла, циркулирующего внутри бака. На его температуру оказывает влияние целый комплекс различных факторов. В связи с этим происходит постоянное изменение объема и главной задачей становится поддержание уровня масла в установленных границах. Важную роль в этом играет использование расширительного бачка, компенсирующего все объемные отклонения. Кроме того, он позволяет вести наблюдения за текущим уровнем масла.

Данные о состоянии уровня снимаются с помощью маслоуказателя, подключаемого параллельно с расширительным бачком.

Силовые трансформаторы должны быть защищены от проникновения влаги, поскольку расширительный бак своей верхней частью плотно контактирует с окружающей средой. С этой целью устанавливается осушитель воздуха, создающий препятствия попаданию влаги в масло, что существенно снижает его диэлектрические свойства.

Важной составляющей масляной системы считается газовое реле, защищающее трансформатор от внутренних повреждений. Оно монтируется внутри трубопровода, который соединяет между собой основной и расширительный баки. Во время нагрева масло и органическая изоляция выделяют газы, попадающие в емкость газового реле, содержащую внутри чувствительный элемент.

В некоторых случаях может возникнуть аварийное повышение давления внутри бака. В целях защиты на крышке трансформатора выполняется монтаж выхлопной трубы. Ее нижний конец должен сообщаться с емкостью бака, а масло – поступать внутрь до необходимого уровня в расширителе. Над расширителем возвышается верхняя часть трубы, которая отводится в сторону и незначительно загибается вниз. Ее конец герметично закрывает стеклянная предохранительная мембрана, разрушающаяся в случае аварийного повышения давления.

Силовые трансформаторы, имеющие обмотку высокого напряжения свыше 1000 В, оборудуются релейной защитой от основных повреждений и неисправностей. Непосредственными защитными устройствами являются вторичные реле прямого или косвенного действия. Их подключение осуществляется не напрямую, а через измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Монтаж и дальнейшая эксплуатация силовых трансформаторов

Большинство конструкций силовых трансформаторов обладают значительным весом. Поэтому для их транспортировки к месту монтажа используется специальный транспорт. Оборудование поставляется полностью собранным и готовым к подключению.

Монтаж силового трансформатора выполняется на заранее подготовленном фундаменте или в специальном помещении. Во избежание воздушных мешков под крышкой бака в процессе установки, под катки со стороны расширителя подкладываются стальные пластинки. Их толщина должна обеспечивать подъем 1% с узкой и 1,5% с широкой стороны трансформатора. Длина прокладок составляет не менее 150 мм. При массе устройства до 2 тонн установка выполняется непосредственно на фундамент. Корпус в обязательном порядке соединяется с системой заземления.

Перед началом установки силовые трансформаторы проходят испытания в лабораторных условиях. В это время измеряется коэффициент трансформации, проверяется качество соединений, изоляции, а также соответствие трансформаторного масла.

Релейная защита силового трансформатора

Устройство силового трансформатора | Неисправности электрооборудования и способы их устранения

Страница 2 из 30

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ
Устройство силовых трансформаторов

Трансформатором называют статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии одного напряжения и тока в энергию другого напряжения и тока при постоянной частоте.
В настоящее время существует множество трансформаторов, однако по принципу действия и устройству они столь подобны друг другу, что можно, рассмотрев самый распространенный тип — силовые трансформаторы, легко изучить и все другие.
Трехфазный силовой двухобмоточный трансформатор состоит из следующих основных частей: магнитопровода, обмоток, переключателя анцанф, проходных изоляторов, бака, расширителя.
Магнитопровод трансформатора набирают из листов электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35 мм, листы изолируют один от другого специальными лаками.
Наиболее распространен магнитопровод стержневого типа, собранный при помощи шихтовки листов трансформаторной электротехнической стали. На рисунке 18 показана схема шихтовки магнитопровода стержневого типа трехфазного трансформатора. Обычно шихтовка магнитопровода проводится через две пластины и минимальное число пластин для трансформатора малой мощности — три.
На рисунке 19 показаны ярма и стержни магнитопровода. На стержни магнитопровода насаживают обмотки.
В мощных трансформаторах сечение ярм делают на 5-10% больше сечения стержней. Некоторые зарубежные фирмы строят мощные трансформаторы с магнитопроводами броневого типа.
В СССР броневые магнитопроводы делают у мелких однофазных трансформаторов и у специальных однофазных трансформаторов значительной мощности.
а — ярма; в — стержни.
Рис. 20. Магнитопровод броневого однофазного трансформатора:
а — ярмо; б — стержень.
а — первый слой листов; б — второй слой листов.


Рис. 18. Схема шихтовки магнитопровода стержневого типа трехфазного трансформатора:

Рис. 19. Магнитопровод стержневого типа трехфазного трансформатора:
В броневом трансформаторе ярма магнитопровода частично защищают — бронируют обмотки. Магнитопровод однофазного броневого трансформатора показан на рисунке 20.
Стержни и ярма трансформаторов стягиваются шпильками, изолированными от магнитопровода, или другим способом.
По магнитопроводу трансформатора замыкается основной магнитный поток трансформатора.
Обмотки трансформатора выполняют из медных или алюминиевых проводов круглого и прямоугольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой. В СССР для силовых трансформаторов используют концентрические обмотки, представляющие собой цилиндры, надетые один на другой. В силовом трехфазном двухобмоточном трансформаторе на каждый стержень надевают две обмотки. Обмотка низшего напряжения — НН располагается ближе к стержню, так как ее легче изолировать от него; на обмотку НН надевают обмотку высшего напряжения — ВН. Изоляцией между обмотками НН и ВН служит специальный изоляционный цилиндр. От ярм магнитопровода обмотки изолируют специальными изоляционными кольцами и прокладками.

Рис. 21. Обмотки силовых трансформаторов:
а — многослойная обмотка ВН; б — непрерывная обмотка BH; в — цилиндрическая обмотка НН; г —винтовая обмотка НН.

Рис. 22. Схема расположения обмоток на стержне трансформатора:
а — концентрических; б — чередующихся.

На рисунке 21, а показана многослойная обмотка ВН трансформатора небольшой мощности, на рисунке 21,6 — непрерывная обмотка ВН трансформатора значительной мощности, на рисунке 21, в — цилиндрическая обмотка НН трансформатора сравнительно небольшой мощности, а на рисунке 21, г — винтовая обмотка НН мощного трансформатора. В трансформаторах специального назначения применяют чередующиеся обмотки, представляющие собой дискообразные катушки. Катушки НН и ВН надевают на стержни трансформатора так, чтобы они правильно чередовались.
На рисунке 22, а схематически показана концентрическая обмотка, а на рисунке 22,6 — чередующаяся. Из рисунка 22, б видно, что ближе к ярму располагают катушки НН, так как их легче изолировать. Чтобы повысить электрическую и механическую прочность обмоток трансформаторов, их пропитывают глифталевым лаком марки ГФ-95. По действующему стандарту на силовые трансформаторы начала и концы обмоток обозначают буквами латинского алфавита (табл. 1).

Трансформатор	Обмотки
	ВН			НН			СН среднего напряжения
	начало	конец	ней- траль	начало	конец	ней- трал	начало	конец	нейтраль
Однофазный	А	X	—	а	X	—	Ат	Хт	—
Трехфазный двух- обмоточный	А	X	0	а	X	0	—	—	—
	В	У		b	У
	С	Z		с	г
Трехфазный трех	А	X		а	X		Ат	Хт
обмоточный	В	У	0	b	У	0		Ут	0
	С	Z		с	Z			Хт

Любая из обмоток трансформатора может быть соединена тремя способами: звездой, треугольником или зигзагом. Магнитопровод с обмотками называют активной частью трансформатора. Активная часть силовых трансформаторов помещается в специальный бак, заполненный маслом. Выводы от обмоток трансформаторов подключают к шпилькам проходных фарфоровых изоляторов, установленных на крышке бака трансформатора.
Переключатели анцапф служат для изменения в небольших пределах числа включенных витков обмоток ВН. Переключатель может быть установлен в каждую фазу трансформатора или быть общим для трех фаз. На рисунке 23 показан однофазный переключатель барабанного типа. В этих переключателях используют самоустанавливающейся кольцевой контакт. Контактные кольца, выточенные из латунной трубы, установлены на коленчатом валу и прижимаются к контактным стержням спиральными пружинами, вставленными в каждое из колец. Ось коленчатого вала укреплена в середине двух гетинаксовых дисков.
По окружности этих дисков расположены контактные стержни, к которым подключаются отводы от обмоток трансформатора. Переключатель вращается с помощью штанги, соединенной с валом, выведенным на крышку трансформатора. На рисунке 24 показан трехфазный нулевой переключатель на три положения. Этот переключатель устанавливается непосредственно на крышке трансформатора.
Проходные изоляторы — вводы масляных трансформаторов служат для соединения выводных концов обмоток трансформатора с внешними сетями. Ввод состоит из токоведущей части в виде шпильки из меди, бронзы или латуни и фарфорового проходного изолятора цилиндрической формы, устанавливаемого в отверстии крышки трансформатора. Фарфоровый изолятор для внутренней установки имеет гладкую или слаборебристую поверхность. Изолятор для наружной установки имеет ребристую наружную часть, выполненную так, чтобы при дожде нижние поверхности ребер оставались несмоченными. Ребра увеличивают сопротивление изолятора для токов утечки.

Рис. 24. Трехфазный нулевой переключатель:

1-штифт стальной; 2 — втулка стальная; 3 — диск гетинаксовый;
вырез в диске; 5 — вал коленчатый; 6 — стержень контактный; 7- кольца контактные; 8 — втулка бумажно-бакелитовая; 9 — выводы от обмоток.
а — общий вид; б— вид снизу; 1— пластина гетинаксовая; 2—контакт неподвижный; 3 — болт контактный; 4, 10— болты; 5 — сегмент контактный;
На рисунке 25 показан съемный ввод обмотки НН для наружной установки.

Рис. 23. Переключатель барабанного типа:
Бак трансформатора с масляным охлаждением
1 — вал коленчатый; 7 — вал изоляционный; 8 — фланец; 9 — цилиндр; 11 — кольцо резиновое; 12 — крышка бака; 13— фланец; 14 — болт стопорный; 15 — дощечка; 16 — колпак.

Рис. 25. Съемный ввод для наружной установки на напряжение 230—525 В:
1 — дно; 2 — трубы; 3 — стенка бака; 4 — верхняя рама; 5 — уплотнение; 6 — крышка.

Рис. 26. Трубчатый бак трансформатора:
1 — шпилька медная; 2— гайка латунная; 3 — шайба медная; 4 — колпак латунный; 5— кольцо резиновое; 6 — втулка медная; 7, 10— изоляторы фарфоровые; 8 — шайба резиновая; 9, 11 — шайба из электрокартона.
представляет собой резервуар овальной формы, сваренный из листовой стали. В этот резервуар помещают активную часть трансформатора и заливают трансформаторным маслом. В трансформаторах до 25 кВА баки делают гладкими, а в трансформаторах мощностью до 160 кВА—трубчатыми (рис. 26). Баки мощных трансформаторов снабжают навесными радиаторами. Трубы и радиаторы увеличивают поверхность охлаждения баков.
Расширитель-консерватор устанавливают на трансформатор для уменьшения поверхности соприкосновения масла с воздухом и для приема лишнего масла из бака при его нагревании.

Рис. 27. Расширитель и выхлопная труба:
1_ указатель уровня масла; 2 — трубка для свободного обмена воздуха; 3 — пробка для заливки масла; 4 — выхлопная труба; 5— кран для отсоединения расширителя; 6 — газовое реле; 7 — грязеотстойник.

Рис. 28. Схема работы однофазного трансформатора под нагрузкой:
Г — генератор переменного тока; 1 — обмотка ВН; 2 — обмотка НН; 3 — нагрузка; К — однополюсный выключатель; Ф — основной магнитный поток.

Расширитель, представляющий собой цилиндрический стальной резервуар, емкость которого составляет 10—12% емкости бака, с баком соединяется трубой. Обычно между расширителем и баком устанавливают газовое реле для защиты трансформатора от внутренних повреждений. Расширитель снабжают указателем уровня масла с отметками, соответствующими температуре масла,—35° С; +15° С; +35° С. При указанных температурах до соответствующих отметок заливают масло в неработающий трансформатор.
Расширитель и выхлопная труба трансформатора показаны на рисунке 27.  

Изучение конструкции силовых трансформаторов.

1. Краткая характеристика силовых трансформаторов 35-220 кВ

1. Введение

В представленной работе рассматриваются вопросы конструкции силовых трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов (далее — трансформаторов).

2. Назначение и принцип работы силового трансформатора

Силовой трансформатор — это электрический аппарат, который предназначен для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в электрическую энергию другого значения напряжения.

Трансформаторы бывают:

• в зависимости от количества фаз: однофазные и трехфазные;

• по количеству обмоток: двухобмоточные и трёхобмоточные;

• в зависимости от места их установки: наружной и внутренней установки;

• по назначению: понижающие и повышающие.

Кроме того, силовые трансформаторы различают по группам соединения обмоток, по способу охлаждения. Также при установке трансформаторов учитывают климатические условия.

Принцип работы любого силового трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Если к обмотке данного устройства подключить источник переменного тока, то по виткам этой обмотки будет протекать переменный ток, который создаст в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток. Замкнувшись в магнитопроводе, переменный магнитный поток будет индуктировать электродвижущую силу (ЭДС) в другой обмотке трансформатора. Это объясняется тем, что все обмотки трансформатора намотаны на один магнитопровод, то есть они связаны между собой электромагнитной связью. Значение индуктируемой ЭДС будет пропорционально количеству витков данной обмотки.

3. Применяемые стандарты, классификация и рекомендации при изготовлении и эксплуатации силовых трансформаторов

ГОСТ Р 52719-2007 Трансформаторы силовые.

ГОСТ 12965-85 Трансформаторы силовые масляные общего назначения классов напряжения 110 и 150 кВ. Технические условия.

ГОСТ 17544-93 Трансформаторы силовые масляные общего назначения классов напряжения 220, 330, 500 и 750 кВ. Технические условия.

ГОСТ 16110-82Трансформаторы силовые. Термины и определения.

ГОСТ 24126-80 Устройства регулирования напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой. Общие технические условия.

ГОСТ 30830-2002 (МЭК 60076-1-93) Трансформаторы силовые. Часть 1. Общие положения.

Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.180.01.116-2012.

Классификация силовых трансформаторов по габаритам представлена в приложении 1, в приложении 2 представлены схемы и группы соединения обмоток трансформаторов.

Структура условного обозначения типов отечественных трансформаторов:

Буквенная часть условного обозначения должна содержать обозначения в следующем порядке:

• А — автотрансформатор;

• О или Т — однофазный или трёхфазный трансформатор;

• Р — расщепленная обмотка НН;

• Л — исполнение трансформатора с литой изоляцией;

• Т* — трёхобмоточный трансформатор;

• Н — трансформатор с РПН;

• С — исполнение трансформатора собственных нужд электростанций.

^{_______________________________}

* Для двухобмоточных трансформаторов не указывают.

В стандартах или технических условиях на силовые трансформаторы конкретных групп или типов могут предусматриваться дополнительные буквенные обозначения после букв, перечисленных выше.

Условное обозначение видов охлаждения: исполнение трансформатора с естественным масляным охлаждением или с охлаждением негорючим жидким диэлектриком с защитой при помощи азотной подушки без расширителя.

Для трансформаторов с разными классами напряжения обмоток ВН допускается применять одинаковые условные обозначения, если эти трансформаторы различаются лишь номинальными напряжениями. В этом случае указывают наибольший из классов напряжения обмотки ВН.

Примеры условных обозначений:

• ТМН-2500/110-У1: трансформатор трехфазный масляный с охлаждением при естественной циркуляции воздуха или масла, двухобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 2500 кВА, класса напряжения 110 кВ, исполнения У категории 1;

• АТДЦТН-200000/330/110-У1: автотрансформатор трехфазный масляный с охлаждением при принудительной циркуляции воздуха и масла с ненаправленным потоком масла, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 200000 кВА, класса напряжения обмотки ВН — 330 кВ, класса напряжения обмотки — СН — 110 кВ, исполнения У категории 1.

Необходимо контролировать правильность установки трансформаторов оборудованных устройствами газовой защиты. Крышка должна иметь подъем по направлению к газовому реле не менее 1 %, а маслопровод к расширителю — не менее 2 %. Полость выхлопной трубы должна быть соединена с полостью расширителя. При необходимости мембрана (диафрагма) на выхлопной трубе должна быть заменена аналогичной, поставленной заводом-изготовителем.

Принцип работы, конструкция и типы силового трансформатора

Трансформатор — обычное слово для инженеров-электриков и студентов инженерных специальностей. В этом посте я расскажу о , что такое трансформатор , принцип его работы, конструкцию трансформатора , типы трансформатора и испытание трансформатора . Я собираюсь разместить серию статей о трансформере с видео. Итак, начнем.

Что такое силовой трансформатор?

Одним предложением мы можем сказать, что трансформатор — это статическая часть электрического оборудования, которая может преобразовывать электрическую мощность переменного тока из одной цепи в другую путем повышения или понижения основного напряжения с той же частотой.Это одно из наиболее распространенных электрических устройств, размер которых отличается от того, который мы используем в повседневной жизни с утра до ночи.

Принцип работы силового трансформатора:

Трансформатор имеет две или более отдельных обмоток катушки, размещенных на общем магнитном сердечнике. Но первичная обмотка катушки отвечает за подачу переменного тока (AC) с подаваемой частотой и создает магнитный поток той же частоты в магнитопроводе.

Затем магнитная связь с обмоткой вторичной катушки также изменяется с той же частотой, что приводит к индуцированному e.м.ф той же частоты на вторичную обмотку катушки. Но направление наведенной ЭДС во вторичной обмотке катушки противодействует причинам создания переменного потока обмоткой первичной катушки.

Связанные: Что такое трансформаторное масло и типы трансформаторного масла

Строительство силового трансформатора:

У трансформатора есть несколько применений. Таким образом, конструкция, типы и аксессуары трансформатора зависят от его размера, области применения и местоположения.Теперь есть некоторые комплектующие и аксессуары трансформатора ,

.

1. Стальной бак (корпус)
2. Ядро
3. Обмотка катушки
4. Консерватор
5. Сапун
6. Термометр
7. Вентиляционная труба или сброс давления
8. Клапаны
9. Реле Бухгольца
10. Переключатель РПН

Различные типы силовых трансформаторов:

Силовой трансформатор бывает нескольких типов, например, двухобмоточный трансформатор, трехобмоточный трансформатор и автотрансформатор.Помимо автотрансформатора и силового трансформатора, есть еще много достоинств специального трансформатора. Он включает в себя следующие:

1. Трансформатор обмотки
2. Трансформатор печи
3. Выпрямительный трансформатор
4. Регулирующий трансформатор
5. Горный трансформатор
6. Трансформатор тока и напряжения
7. Трансформатор тяговый
8. Высоковольтный испытательный трансформатор
9. Высокочастотный трансформатор
10. Трансформатор для проверки короткого замыкания
11. Коммуникационный трансформатор
12. Управляющий и бытовой трансформатор

Связано: Поиск и устранение неисправностей силового трансформатора

Испытания силового трансформатора:

Существует два типа испытаний трансформаторов,

1. Тест обрыва цепи
2. Тест короткого замыкания

Теперь, если вы найдете этот пост полезным, поделитесь с друзьями и сообщите им кое-что о силовом трансформаторе.Если вы хотите получать ежедневные обновления, добавьте наш сайт в закладки или подпишитесь на рассылку новостей. Спасибо!

Принцип работы трансформатора

| Как работает трансформатор

Определение трансформатора

Устройство, состоящее из двух или более обмоток, соединенных магнитным сердечником, которое используется для преобразования сбалансированного набора трехфазных напряжений с одного уровня напряжения на другой без изменения частоты.

Трансформатор является важным элементом системы электроснабжения.Это одна из основных причин широкого использования энергосистем переменного тока. Это делает возможным производство электроэнергии при наиболее эффективном напряжении, систему передачи и распределение при наиболее экономичных уровнях напряжения и использование электроэнергии при наиболее подходящем напряжении. Электрический трансформатор также широко применяется для измерения очень высоких напряжений с использованием трансформаторов напряжения или потенциала и очень больших токов с использованием трансформатора тока). Дополнительные важные применения трансформаторов включают согласование импеданса, изоляцию одной электрической цепи от другой.

Принцип работы трансформатора

Однофазный трансформатор в основном состоит из двух основных обмоток, соединенных магнитным сердечником. Когда одна из обмоток (обычно называемая первичной) подключена к источнику питания переменного тока, в сердечнике создается изменяющийся во времени поток, который связывает вторую обмотку (обычно называемую вторичной обмоткой). Следовательно, во вторичной обмотке индуцируется напряжение. Когда к вторичной обмотке подключена электрическая нагрузка, начинает течь вторичный ток.

Однофазный трансформатор показан на рис. 1. Первичная и вторичная обмотки имеют N1 и N2 витков соответственно. Напряжения и токи, связанные с каждой обмоткой, указаны в форме фароса.

Рис.1: Схема трансформатора

Характеристики идеального трансформатора

Идеальный трансформатор характеризуется следующими характеристиками:

1. Нет утечки потока, что означает, что потоки, связанные с первичной вторичные токи ограничены внутри сердечника.

2. Первичная и вторичная обмотки не имеют сопротивления, что означает, что приложенное напряжение (напряжение источника) v ₁ такое же, как наведенное первичное напряжение e ₁ ; то есть v ₁ = e ₁ . Аналогично v ₂ = e ₂ .

3. Магнитопровод имеет бесконечную проницаемость, что означает, что сопротивление сердечника равно нулю. Следовательно, для создания магнитного потока требуется очень небольшое количество тока.

4. Магнитный сердечник без потерь, что означает, что гистерезис, а также потери на вихревые токи незначительны.

Как работает трансформатор

Пусть взаимный поток, связывающий обе обмотки, будет синусоидальным, то есть

$ \ begin {matrix} {{\ phi} _ {m}} = {{\ Phi} _ {m}} \ sin \ omega t & {} & (1) \\\ end {matrix} $

Тогда согласно закону электромагнитной индукции Фарадея. Индуцированная ЭДС может быть выражена как

\ [\ begin {matrix} {{e} _ {1}} = \ frac {d {{\ lambda} _ {1}}} {dt} = {{N} _ {1}} \ frac {d {{f} _ {m}}} {dt} = \ omega {{\ Phi} _ {p}} {{N} _ {1}} \ cos \ omega t & { } & (2) \\\ end {matrix} \]

\ [\ begin {matrix} {{e} _ {2}} = \ frac {d {{\ lambda} _ {2}}} {dt } = {{N} _ {2}} \ frac {d {{f} _ {m}}} {dt} = \ omega {{\ Phi} _ {p}} {{N} _ {2}} \ cos \ omega t ~ & {} & (3) \\\ end {matrix} \]

Действующие значения наведенных напряжений равны

\ [\ begin {matrix} {{E} _ {1}} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ omega {{\ Phi} _ {p}} {{N} _ {1}} = 4.44f {{\ Phi} _ {p}} {{N} _ {1}} & {} & (4) \\\ end {matrix} \]

\ [\ begin {matrix} {{E} _ {2}} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ omega {{\ Phi} _ {p}} {{N} _ {2}} = 4.44f {{\ Phi} _ {p} } {{N} _ {2}} & {} & (5) \\\ end {matrix} \]

Где $ f = {\ omega} / {2 \ pi} \; $ циклов в секунду или герц .

Полярность наведенных напряжений определяется законом Ленца; то есть ЭДС создают токи, которые имеют тенденцию противодействовать изменению потока. Отношение наведенных напряжений можно записать как:

\ [\ begin {matrix} \ frac {{{E} _ {1}}} {{{E} _ {2}}} = \ frac {{{ N} _ {1}}} {{{N} _ {2}}} = a & {} & (6) \\\ end {matrix} \]

Где a называется отношением витков, поскольку трансформатор идеально, индуцированные напряжения равны соответствующим им напряжениям на клеммах; то есть E ₁ = V ₁ и E ₂ = V ₂ .Следовательно,

\ [\ begin {matrix} \ frac {{{E} _ {1}}} {{{E} _ {2}}} = \ frac {{{V} _ {1}}} { {{V} _ {2}}} = a & {} & (7) \\\ end {matrix} \]

Постулат о том, что магнитная цепь идеального трансформатора не имеет потерь, указывает на то, что МДС, создаваемые обмотками уравновешивают или отменяют друг друга; то есть первичный MMF равен вторичному MMF. Что касается токов обмоток, это может быть указано как

$ \ begin {matrix} {{N} _ {1}} {{I} _ {1}} = {{N} _ {2}} {{ I} _ {2}} & {} & (8) \\\ end {matrix} $

Уравнение (8) демонстрирует, что токи в обмотках синфазны друг с другом и что их величины связаны соотношением

\ [ \ begin {matrix} \ frac {{{I} _ {1}}} {{{I} _ {2}}} = \ frac {{{N} _ {2}}} {{{N} _ { 1}}} = \ frac {1} {a} & {} & (9) \\\ end {matrix} \]

Первичное напряжение и ток могут быть выражены через их вторичные аналоги следующим образом:

$ \ begin {matrix} {{V} _ {1}} = a {{V} _ {2}} & {} & (10) \\\ end {matrix} $

$ \ begin {matrix} { {I} _ {1}} = \ left (\ frac {1} {a} \ right) {{I} _ {2}} & {} & (11) \\\ end {matrix} $

Умножение уравнения (10) и (11) дают

$ \ begin {matrix} {{V} _ {1}} {{I} _ {1}} = {{V} _ {2}} {{I} _ {2}} & {} & (12) \\\ end {matrix} $

Уравнение (12) устанавливает закон степенной инвариантности для идеального трансформатора.{2}} {{Z} _ {2}} & {} & (14) \\\ end {matrix} $

Эквивалентная схема идеального трансформатора проиллюстрирована на рисунке 2, где все величины относятся к с той же стороны.

Рис. 2 (a): Эквивалентная схема идеального трансформатора (a) все величины, относящиеся к первичной обмотке

Рис. 2 (b): Эквивалентная схема идеального трансформатора (a) все величины, относящиеся к вторичная сторона

Пример расчета трансформатора

Идеальный трансформатор на 60 Гц рассчитан на 220/110 В.индуктивная нагрузка Z ₂ = 10 + j10 Ом подключена к низковольтной стороне при номинальном вторичном напряжении. Рассчитайте следующее:

1. Первичный и вторичный токи
2. Полное сопротивление нагрузки относительно первичной обмотки
3. Мощность, подаваемая от источника

Решение

1. Соотношение витков составляет

$ a = \ frac {{{V} _ {1}}} {{{V} _ {2}}} = \ frac {220} {110} = 2 $

Первичный и вторичный токи находятся следующим образом:

\ [{{\ text { I}} _ {\ text {2}}} = \ frac {{{V} _ {2}}} {{{Z} _ {2}}} = \ frac {110 \ angle {{0} ^ { о}}} {10 + j10} = 7.{2}} (10) = 605W $

Характеристики трансформатора описываются с точки зрения регулирования напряжения и эффективности. Рабочие характеристики трансформатора можно предсказать по результатам двух испытаний, известных как испытание на обрыв цепи и испытание на короткое замыкание.

Принцип работы трансформатора

— StudiousGuy

Электричество — одно из величайших открытий в истории человечества, которое заметно изменило мир. Сегодня мы извлекаем выгоду из различных удобств, которые приносит использование этой фундаментальной силы природы и перенос ее в надуманные регионы; однако так было не всегда.В начале 1800-х годов единственными устройствами, производящими ток, были гальванические элементы, которые производили небольшие токи путем растворения металлов в кислотах. В 1830 году Фарадей и Генри ускорили исследования электричества, связав его с магнетизмом, что привело к открытию электромагнитной индукции. Это открытие произвело революцию в мире, заложив основу для разработки генераторов переменного тока; Однако только в 1884 году три венгерских инженера, Кароли Зиперновски, Отто Блати и Микса Дери (ZBD), запатентовали первый коммерческий трансформатор, который позволил передавать электроэнергию на большие расстояния.

Указатель статей (Нажмите, чтобы перейти)

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это электрическое устройство, использующее электромагнитную индукцию для передачи переменного тока от одной цепи к другой. Он используется либо для преобразования переменного тока низкого напряжения в переменный ток высокого напряжения, либо для получения переменного тока низкого напряжения из переменного тока высокого напряжения.

Компоненты трансформатора

Несмотря на то, что трансформаторы могут весить от нескольких граммов до сотен метрических тонн, есть несколько основных компонентов, перечисленных ниже, которые являются общими для их конструкции.

Ядро

Сердечник трансформатора обычно изготавливается из таких материалов, как мягкое железо или CRGO (холоднокатаная сталь с ориентированной зернистостью), поскольку они имеют высокую проницаемость и используются для поддержки обмоток и контролируемого пути генерируемого магнитного потока. в трансформаторе. Ядро обычно состоит из нескольких тонких ламинированных листов или слоев, а не из цельного стержня. Эта конструкция помогает исключить и уменьшить нагрев. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник состоит из пакета тонких пластин кремнистой стали, разделенных тонкими слоями лака.

Обмотки

Обмотки — это провода, намотанные на сердечник. Трансформатор в основном состоит из двух обмоток: первичной и вторичной. Катушка, которая потребляет электричество от источника, известна как первичная обмотка, тогда как катушка, которая подает энергию на нагрузку на другом конце сердечника, известна как вторичная обмотка. Обмотки двух катушек полностью отделены друг от друга, но они магнитно связаны через общий сердечник, что позволяет передавать электрическую энергию от одной катушки к другой.Чтобы ограничить генерацию магнитного потока, эти две катушки иногда разделяют на несколько катушек.

Изоляция

Изоляция — один из важнейших компонентов трансформаторов. Изоляция защищает трансформатор от нескольких поражений электрическим током. Наиболее серьезные повреждения трансформаторов могут вызвать нарушения изоляции. Изоляция обязательно требуется в нескольких частях трансформатора, например, между обмотками и сердечником, между обмотками, каждым витком обмотки и всеми токоведущими элементами и баком.Изоляторы должны иметь высокую диэлектрическую прочность, сильные механические свойства и способность выдерживать высокие температуры. В трансформаторах для выполнения этих условий обычно используется изоляция из целлюлозы. Они сохраняют электрический заряд при включении трансформатора и, таким образом, изолируют компоненты трансформатора, которые находятся под разными напряжениями. Он также выполняет механическую роль, поддерживая обмотки, и способствует термической стабильности трансформатора, образуя охлаждающие каналы.

Масляная изоляция

В некоторых трансформаторах трансформаторное масло в основном служит трем целям: изоляция между токопроводящими частями, охлаждение за счет лучшего рассеивания тепла и обнаружение неисправностей.Масляная изоляция часто используется вместе с твердой целлюлозной изоляцией. Он используется для закрытия всех открытых участков, не имеющих твердой изоляции. Масло также проникает в бумагу и заполняет отверстия для воздуха, тем самым улучшая качество бумажной изоляции. Отработанное тепло рассеивается обмотками трансформатора, и его необходимо исключить. Трансформаторное масло поглощает тепло от обмоток и отводит его наружу трансформатора, где оно может рассеиваться в наружный воздух. Масло, используемое в трансформаторах, обычно получают путем фракционной перегонки и последующей обработки сырой нефти.В основном есть два типа: трансформаторное масло на парафиновой основе и трансформаторное масло на основе нафты; однако из-за их превосходных огнестойких и влагопоглощающих свойств синтетические масла, такие как силиконовое масло, становятся популярными.

Втулка клемм

Обычно в высоковольтных трансформаторах используется вывод проходного изолятора трансформатора — это изолирующее устройство, которое позволяет проводнику с током проходить через заземленный бак трансформатора без какого-либо электрического контакта.Обычно они сделаны из фарфора или эбонита и имеют вид колонны из круглых дисков. Электрическое поле создается всеми элементами, имеющими электрический заряд. Когда наэлектризованный проводник приближается к заземленному материалу с потенциалом земли, он может генерировать чрезвычайно сильные силовые линии, особенно если силовые линии вынуждены резко изгибаться вокруг заземленного материала. Трансформаторный ввод обеспечивает эффективную изоляцию вокруг токопроводящей клеммы и заземленного бака трансформатора.

Принцип работы трансформатора

Принцип работы трансформатора основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что «Электродвижущая сила вокруг замкнутого пути равна отрицательной скорости изменения во времени магнитного потока, заключенного на пути». трансформатор, когда ток проходит через первичную обмотку, вокруг нее создается магнитное поле. Поскольку ток переменный, а катушки находятся рядом друг с другом, это изменяющееся поле распространяется на вторичную катушку, тем самым вызывая напряжение во вторичной обмотке.Этот процесс известен как взаимная индукция, при котором катушка с проволокой индуцирует напряжение в другой катушке, расположенной в непосредственной близости от нее. Кроме того, трансформаторы получили свое название от того факта, что они «преобразуют» один уровень напряжения или тока в другой. Трансформаторы могут изменять уровни напряжения и тока источника питания без изменения его частоты или количества электроэнергии, передаваемой от одной обмотки к другой через магнитную цепь. Соотношение количества фактических витков провода в каждой катушке имеет решающее значение при определении типа трансформатора и выходного напряжения.Отношение выходного напряжения к входному напряжению такое же, как количество витков между двумя обмотками. Выходное напряжение трансформатора больше входного, если вторичная обмотка имеет больше витков провода, чем основная обмотка. Этот тип трансформатора известен как «повышающий трансформатор». Напротив, если вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная обмотка, выходное напряжение будет ниже. Это известно как «понижающий трансформатор». Математически эту концепцию можно объяснить следующим образом:

Предположим, что имеется {N} _ {1} витков во вторичной обмотке и {N} _ {1} витков во вторичной обмотке.Переменная ЭДС {E} _ {1} применяется к первичной обмотке, которая создает ток {I} _ {1} в первичной цепи и {I} _ {2} во вторичной цепи. Ток в катушках вызывает намагничивание сердечника и создает соответствующее магнитное поле внутри сердечника. Из-за намагничивания сердечника поле больше по сравнению с полем, создаваемым только током в катушках. Это создает большую ЭДС {E} _ {2} во вторичной обмотке, которая прямо пропорциональна ЭДС в первичной обмотке.Уравнение, представляющее эту связь, имеет вид:

{E} _ {2} = {-} \ frac {{N} _ {2}} {{N} _ {1}} {E} _ {1}

Знак минус указывает, что {E} _ {2} сдвинут по фазе на 180 ° с {E} _ {1}.

Типы трансформаторов

Хотя трансформатор является статическим электрическим компонентом, он стал важным элементом эффективности современных электрических, а также электронных устройств. По этой причине сегодня на рынке доступно несколько разновидностей трансформаторов. Давайте взглянем на несколько типов трансформаторов.

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор — один из наиболее распространенных типов трансформаторов, которые можно встретить в повседневной жизни. Силовой трансформатор, который преобразует поступающую электроэнергию в более или менее высокое напряжение для определенной цели, является ключевым компонентом электросети. Эти трансформаторы подключают понижающие и повышающие напряжения в распределительных сетях без каких-либо изменений частоты во время передачи энергии. В электронной системе силовой трансформатор предлагает ряд источников переменного тока с различным напряжением и соответствующими значениями тока от электросети общего пользования.

Трансформатор корпусного типа

Трансформатор оболочечного типа используется в нескольких электрических устройствах повседневного использования, таких как телевидение, радио и т. Д. Этот трансформатор имеет прямоугольную форму и состоит из трех основных компонентов: одного сердечника и двух обмоток. Первичная и вторичная обмотки этого трансформатора намотаны на одну ветвь сердечника, образуя концентрические цилиндры катушек, что отличает его от других трансформаторов. Эта конфигурация предлагает значительное снижение потерь магнитного потока во время работы трансформатора.Трансформаторы такого типа часто имеют ламинат и не содержат масла для изоляции.

Трансформатор с сердечником

Трансформатор с сердечником — это трансформатор, который имеет две обмотки, отдельно намотанные на два или три плеча сердечника. В отличие от трансформатора с оболочкой, между первичной и вторичной обмотками трансформатора с сердечником имеется значительный зазор. Пластины нарезаются на кусочки L-образной формы, и их поочередно укладывают друг на друга, чтобы исключить высокое сопротивление в местах соединения пластин друг с другом.Чтобы ограничить поток утечки, первичная и вторичная обмотки чередуются, при этом половина каждой обмотки расположена рядом или концентрически на плече сердечника. Первичная и вторичная обмотки разделены на концах сердечника для простоты использования. Между сердечником и нижней обмоткой находится изоляционный слой, защищающий трансформатор от короткого замыкания. Для трансформатора с сердечником требуется больше медных проводников, чем для трансформатора с корпусом, поскольку обмотка расположена на отдельных ветвях или ветвях трансформатора с сердечником.

Тороидальный трансформатор

Тороидальные трансформаторы используются в тех электронных или электрических устройствах, в которых пространство является важным атрибутом. Тороидальные трансформаторы — это силовые трансформаторы с тороидальным сердечником, на который намотаны первичная и вторичная обмотки. Как следует из названия, они выглядят как электрический компонент в форме пончика. Когда ток проходит через первичную катушку, он вызывает электродвижущую силу (ЭДС) во вторичной обмотке, которая передает мощность от первичной катушки к вторичной катушке.Отличительная структура тороидального трансформатора позволяет использовать более короткие катушки, что снижает резистивные потери и потери в обмотке и повышает общий КПД. Тороидальные силовые трансформаторы особенно хорошо подходят для жизненно важного медицинского оборудования и устройств, поскольку исключительная эффективность имеет решающее значение в медицинских системах, требующих низких токов утечки, бесшумной работы и долговременной надежности. Поскольку эти трансформаторы малы и легки, их можно легко интегрировать в медицинские приборы, где габариты и вес являются важными факторами конструкции.

Автотрансформаторы

Автотрансформатор, в основном используемый в диапазоне низкого напряжения, представляет собой тип трансформатора, который содержит только одну обмотку. Приставка «авто» относится к одиночной катушке, функционирующей независимо (по-гречески «я»), а не к какой-либо механической системе. Автотрансформатор похож на двухобмоточный трансформатор, но первичная и вторичная обмотки соединены по-разному. Автотрансформатор работает по тому же принципу, что и двухобмоточный трансформатор.Он работает на основе закона электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что каждый раз, когда магнитное поле и проводники сближаются, в проводниках индуцируется ЭДС. Это трансформатор с некоторыми общими витками между первичной и вторичной обмотками. «Общее сечение» относится к части обмотки, которая используется как первичной, так и вторичной обмотками. «Последовательная секция» относится к части обмотки, которая не используется как первичной, так и вторичной обмоткой.Две клеммы подключены к первичному напряжению. Вторичное напряжение генерируется двумя выводами, один из которых часто используется совместно с выводом первичного напряжения.

Распределительный трансформатор

Распределительный трансформатор, также известный как служебный трансформатор, используется в качестве устройства окончательного преобразования в распределительной сети, основная функция которого заключается в преобразовании высокого напряжения в напряжение, подходящее для конечного использования, то есть 240 В или 440 В. Эти трансформаторы бывают нескольких размеров и могут быть разделены на категории в зависимости от нескольких факторов, включая количество фаз, место установки, класс напряжения, тип изоляции и базовый уровень импульсной изоляции.Обычно они устанавливаются там, где высоковольтная линия на тысячи вольт встречается с опорой электросети, обеспечивающей источник питания 240 В или 440 В для бытового или промышленного использования, соответственно.

Измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор — это устройство, которое используется вместе с измерительными приборами для эффективного измерения высокого напряжения, тока, мощности, энергии или коэффициента мощности. Другими словами, измерительные трансформаторы — это понижающие трансформаторы с реле защиты.Они используются для расширения диапазона амперметров или вольтметров переменного тока. Измерительные трансформаторы в основном бывают двух типов: трансформатор тока и трансформатор напряжения (напряжения). Трансформатор тока (CT) — это устройство для измерения тока, которое производит ток низкого уровня во вторичной обмотке, пропорциональный току высокого уровня в первичной обмотке. Поскольку первичная обмотка соединена последовательно с токоведущим проводом, питающим нагрузку, трансформатор тока часто называют «последовательным трансформатором».Напротив, трансформаторы напряжения или напряжения подключены параллельно и функционируют как небольшая нагрузка для контролируемого источника, сохраняя при этом точное соотношение напряжений и фазовое соотношение для обеспечения точных измерений, подключенных к вторичной обмотке.

Однофазный трансформатор

В однофазном трансформаторе задействованы только одна первичная и одна вторичная обмотки, которые преобразуют однофазный вход переменного тока в однофазный выход переменного тока с более высоким или более низким напряжением; однако вход и выход остаются в противофазе.Эти трансформаторы часто используются для питания освещения жилых помещений, розеток, систем кондиционирования и нагревательных элементов. Однофазные трансформаторы можно сделать еще более эффективными, если разделить первичную и вторичную обмотки пополам и соединить их последовательно или параллельно.

Трехфазный трансформатор

Трехфазный трансформатор состоит из трех первичных и трех вторичных обмоток, намотанных на один сердечник. Поскольку трехфазное распределение электроэнергии более эффективно для передачи электроэнергии в отдаленные места, трехфазные трансформаторы используются чаще, чем однофазные трансформаторы.Тем не менее, три однофазных трансформатора можно соединить вместе, чтобы сформировать трехфазный трансформатор. Существует две конфигурации подключения для трехфазного питания: конфигурация треугольником и конфигурация звезды (звезда- «Y»). Три проводника в треугольном соединении соединены встык друг с другом по треугольнику или треугольнику. В звездообразной конфигурации все проводники исходят из центра, что указывает на то, что все они соединены в одном месте. При одинаковом напряжении в трехфазной системе используется меньше проводников, чем в эквивалентных однофазных, двухфазных системах или системах постоянного тока.Три провода цепи в трехфазной системе несут три переменных тока (одинаковой частоты), которые достигают своих мгновенных пиковых значений в разное время.

Импульсный трансформатор

В области электроники импульсный трансформатор часто используется для генерации и передачи высокоскоростных электрических импульсов постоянной амплитуды. Импульсный трансформатор — это устройство, которое преобразует напряжение и ток импульсного сигнала с сохранением исходной формы импульса на выходе.Импульсные трансформаторы подразделяются на два основных типа в зависимости от их применения: силовые импульсные трансформаторы и сигнальные импульсные трансформаторы. Для изменения уровня мощности напряжения из одного диапазона в другой используются силовые импульсные трансформаторы. Основная конструкция этих трансформаторов может быть однофазной или трехфазной или может изменяться в зависимости от соединенной обмотки. Трансформаторы импульсных сигналов используются для передачи данных от одного типа цепи к другому посредством электромагнитной индукции. В результате они обычно используются для увеличения или уменьшения напряжения от одной поверхности силового трансформатора к другой.

Трансформаторы звуковые

Звуковой преобразователь — это электромагнитное устройство, которое изолирует входную цепь от выходной цепи, а также фильтрует проходящий через нее сигнал. Он называется звуковым преобразователем, потому что он предназначен для преобразования сигналов, частотный спектр которых находится в слышимом диапазоне, то есть от 20 Гц до 20 кГц. Поскольку аудиопреобразователи работают в диапазоне звуковых сигналов, где имеется много шума от таких вещей, как сетевое питание и инвертирующие источники питания в окружающей среде, они обычно имеют магнитное экранирование для защиты своих цепей от помех.Аудио трансформаторы доступны как в повышающей, так и в понижающей конфигурациях, но вместо того, чтобы быть настроенными на создание определенного выходного напряжения, они в основном используются для согласования импеданса. Аудиопреобразователи выполняют несколько функций в аудиоустройствах; например, увеличение выходного уровня микрофона, уменьшение выходного уровня инструментов в соответствии с микрофоном и т. д.

Потери в трансформаторе

«Потери» в любом электрическом устройстве можно определить как разницу между входной и выходной мощностью.Теоретически идеальный трансформатор не имеет потерь мощности или энергии; однако трансформатор, будучи статической машиной, имеет некоторые потери энергии. Эти потери можно разделить на следующие категории:

Потери в сердечнике или Потери в железе

Потери в стали в основном вызваны переменным магнитным потоком в сердечнике трансформатора. Этот тип потерь в основном определяется магнитными характеристиками материала сердечника трансформатора, и его можно дополнительно классифицировать как:

• Гистерезисные потери: Инверсия магнетизма в сердечнике трансформатора вызывает гистерезисные потери.{1.6} {ƒV} Вт
  Где {W} _ {h} — потери на гистерезис, η — коэффициент Стейнмеца материала, {B} _ {max} — максимальная плотность магнитного потока, ƒ — функция реверсирования магнитного поля, и V — объем ядра.

• Потери на вихревые токи: Первичная обмотка трансформатора принимает переменный ток, который создает переменный магнитный поток. {2} {RT}

  Где Q — рассеиваемое тепло, I — ток, R — сопротивление, а T — время.

  Инверторный трансформатор

  : основы конструкции и принцип работы

  Инверторные трансформаторы — это силовые трансформаторы с питанием от напряжения. Их часто называют электронными трансформаторами из-за их применения в маломасштабном преобразовании энергии. Эти инверторные трансформаторы используются там, где есть источник постоянного тока, но для силового устройства требуется вход переменного тока. Инвертор выполняет преобразование постоянного тока в переменный, и, кроме того, трансформатор можно использовать в качестве силового трансформатора для повышающих или понижающих приложений, поэтому они считаются исполнителями особого типа.Благодаря возможностям преобразования мощности и повышения-понижения эти трансформаторы с питанием от напряжения стали популярными для нескольких промышленных приложений. Однако, чтобы использовать его, нужно понимать, какие параметры конструкции и принципы работы применять в подходящем приложении. В этом посте обсуждаются эти моменты.

  Краткое введение в инверторный трансформатор

  Инвертор сочетает в себе концепцию инверторного трансформатора и силового трансформатора.Инвертор переключает ток с постоянного (DC) на переменный (AC), используя полевые МОП-транзисторы на основе полупроводников для переключения первичного напряжения. В зависимости от коэффициента трансформации трансформаторы могут повышать или понижать напряжение от первичной обмотки до вторичной обмотки. Как правило, эти инверторные трансформаторы подходят для входов напряжения 110 В или 220 В. Хотя их можно использовать для преобразования постоянного напряжения в переменное, их можно также использовать в приложениях при умеренных нагрузках.

  Поскольку эти инверторные трансформаторы часто изготавливаются по индивидуальному заказу, конкретная конструкция не всегда очевидна. Однако общая конструкция, основные компоненты и общий принцип работы инверторного трансформатора остаются неизменными для всех конструкций.

  Основные компоненты инверторного трансформатора

  Ниже приведены основные компоненты инверторного трансформатора.

  • Трансформатор
  • MOSFET
  • Выпрямители
  • Диоды
  • Автоматические выключатели
  • Операционные усилители

  Конструкция инверторного трансформатора

  Следующие принципы помогут вам понять конструкцию инверторного трансформатора:

  • В первую очередь, инверторный узел состоит из интегральной схемы, которая действует как генератор.В некоторых схемах интегральная схема питается от накопленной энергии конденсатора.
  • Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET) интегрированы с генератором для переключения тока с постоянного на переменный без изменения частоты тока. МОП-транзисторы представляют собой электронные транзисторные переключатели типа ВКЛ / ВЫКЛ, которые запускают переключатель постоянного тока в переменный.
  • Кроме того, МОП-транзисторы могут быть подключены параллельно трансформатору с центральным отводом. Переменный ток проходит от полевых МОП-транзисторов к первичной обмотке трансформатора, которая в дальнейшем может быть повышена или понижена в соответствии с требованиями силовых устройств.

  Хотя это общая конструкция, некоторые дополнительные компоненты, такие как диоды, автоматические выключатели, выпрямители, также могут быть интегрированы в инвертор. Автоматические выключатели могут быть добавлены для мгновенного отключения, если этого требует индивидуальная конструкция. Диоды часто используются для индикации, мониторинга и управления процессом.

  Принцип работы инверторного трансформатора

  Принцип работы инверторного трансформатора довольно прост, поскольку он сочетает в себе функции инвертора и трансформатора.Следующие действия происходят во время работы инверторного трансформатора.

  • Инвертор принимает входной сигнал от источника питания постоянного тока или батареи, если он хранит энергию. Серия полевых МОП-транзисторов в сборке инвертора действует как переключатель для преобразования тока из постоянного в переменный.
  • Поскольку полевые МОП-транзисторы часто подключаются параллельно центральной ленте, переменный ток достигает первичной обмотки трансформатора. Трансформатор имеет магнитопровод, на который намотаны первичная и вторичная обмотки.Из-за электромагнитного эффекта мощность передается от первичной обмотки ко вторичной. Напряжение может быть повышенным или пониженным.
  • Переменный ток вторичной обмотки трансформатора может подавать питание на нагрузку.

  Общие области применения инверторных трансформаторов

  После обсуждения инверторных трансформаторов, их конструкции и принципа работы, давайте обсудим, где их можно использовать.

  • Центры передачи энергии ветряных мельниц
  • Электронные панели управления
  • Системы управления лифтом
  • Фотоэлектрические сети
  • Панели солнечных батарей

  Список областей применения инверторных трансформаторов длинный; однако качество инверторного трансформатора также очень важно.Следовательно, вы должны поставлять свой инверторный трансформатор от надежного производителя, такого как Custom Coils. Компания является одним из ведущих производителей трансформаторов по индивидуальному заказу.

  Инверторный трансформатор

  : основы конструкции и принцип работы были в последний раз изменены: 9 марта 2021 года, gt stepp

  О gt stepp

  GT Stepp — инженер-электрик с более чем 20-летним опытом работы, специалист в области исследований, оценки, испытаний и поддержка различных технологий.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.

  Принцип работы трансформатора управления

  | ATO.com

  Управляющий трансформатор — это небольшой трансформатор сухого типа, который в основном используется для изменения напряжения переменного тока.Он намотан железным сердечником и катушкой. Он может изменять не только напряжение переменного тока, но и импеданс. Если расчетная мощность не превышена, ток также можно изменить. В разных средах трансформатор также может применяться по-разному. Как правило, он используется в качестве источника контрольного освещения и светового индикатора для электрических приборов в станках и механическом оборудовании.

  Управляющий трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции.Трансформатор имеет два набора катушек: первичную и вторичную. Вторичная обмотка находится за пределами первичной обмотки. Когда к первичной катушке подается переменный ток, железный сердечник трансформатора генерирует переменное магнитное поле, а затем вторичная катушка генерирует индуцированную электродвижущую силу. Первичная обмотка и вторичная обмотка обычно покрыты железным сердечником, так что они могут быть связаны друг с другом посредством магнитных цепей и связи цепей, так что энергия передается от первичной обмотки к вторичной обмотке.Условно говоря, к основным функциям более сложного оборудования относятся: предотвращение поражения рабочих электрическим током, предотвращение помех и получение соответствующего напряжения. Принцип его работы следующий:

  Из рисунка видно, что U1 — это положительно выбранное переменное напряжение. Когда он нагружен с обеих сторон первичной обмотки, в проводе будет генерироваться переменный ток I1 и переменный магнитный поток. Переменный магнитный поток может проходить через первичную катушку и вторичную катушку вдоль железного сердечника, тем самым обеспечивая замкнутую магнитную цепь.Потенциал взаимной индукции U2 индуцируется во вторичной катушке, и в то же время ① самоиндуцированный потенциал также индуцируется в первичной катушке, то есть E1, который противоположен направлению приложенного напряжения, поэтому он будет ограничивать значение l1. Если требуется поддерживать существование, это требует потребления энергии. Кроме того, трансформатор имеет потери. Если вторичный ток не подключен к нагрузке, но катушка все еще имеет ток, это именно тот ток холостого хода, о котором мы говорили.

  Затем, если вторичная катушка подключена к нагрузке, в катушке будет генерироваться ток l2, и в это время будет генерироваться магнитный поток ②, который противоположен направлению движения бывшей, и также играет противодействующая роль. Кроме того, общий магнитный поток в сердечнике уменьшается, напряжение самоиндукции E1 также уменьшается, l1 увеличивается, поэтому можно сделать вывод, что первичный ток и вторичная нагрузка тесно связаны. Если ток вторичной нагрузки увеличивается, l1 увеличится, и также увеличится, тогда ① увеличенная часть может быть просто компенсирована на, при этом общее магнитное количество сердечника останется неизменным.

  Управляющий трансформатор должен медленно повышаться во время использования. При этом запрещается перемещение управляющего трансформатора во время работы. Следует отметить, что конструкция управляющего трансформатора ограничивает его работоспособность в течение длительного времени, и он может поддерживать работу только на короткое время. Если управляющий трансформатор эксплуатируется в течение длительного времени, трансформатор перегорит из-за выделяемого чрезмерного тепла.

  Управляющий трансформатор может также использоваться в химической промышленности в качестве выпрямительного трансформатора.В настоящее время требуется только перемонтировать регулировочные отводы управляющего трансформатора, отключить все питание оборудования, а затем отрегулировать напряжение на управляющем трансформаторе с помощью оборудования для регулирования напряжения с обеих сторон, чтобы его можно было использовать в химическая промышленность.

  Основы и принцип работы трансформатора
  
  Что такое трансформатор?
  
  

  Трансформатор — это статическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую без изменения частоты.Передача энергии в трансформаторе осуществляется посредством процесса электромагнитной индукции. Трансформатор повышает или понижает напряжение в соответствии с требованиями к напряжению питания, и ток также изменяется пропорционально напряжению для поддержания той же мощности. В этом посте мы узнаем об основах и принципе работы трансформатора.

  Почему напряжение нужно повышать или понижать?

  Прелесть переменного напряжения в том, что его легко генерировать, передавать, повышать или понижать с помощью трансформатора.Напряжение повышается для длительной передачи, чтобы уменьшить потери в линии.

  Потери в линии зависят от силы тока и сопротивления проводника. Потери в линии изменяются пропорционально току в цепи. При повышении напряжения ток уменьшается для передачи того же количества электроэнергии, и, как следствие, потери в линии уменьшаются.

  На приемном конце напряжение понижается до уровня использования через понижающий трансформатор.

  Принцип работы трансформатора:

  Трансформатор работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея. Закон гласит, что если проводник помещен в переменное магнитное поле, в проводнике индуцируется напряжение. Когда переменное напряжение подается на первичную обмотку, магнитный поток, изменяющийся по величине и направлению, связывается с первичной и вторичной обмотками трансформатора.

  Величина наведенной ЭДС зависит от скорости изменения магнитного потока и количества витков в катушке.Согласно закону Ленца наведенная ЭДС в катушке всегда противодействует приложенному напряжению. Индуцированная ЭДС в катушке может быть выражена как:

  e = — N dФ / dt

  Трансформатор имеет первичную и вторичную обмотки, намотанные на магнитный сердечник. Когда на первичную обмотку подается переменное напряжение, трансформатор потребляет ток намагничивания для создания магнитного потока в сердечнике. Переменный магнитный поток связан с первичной и вторичной обмотками трансформатора.
  
  В идеале поток, создаваемый в первичной обмотке, должен быть связан с вторичной обмоткой без какой-либо утечки. Однако практически весь поток, производимый в первичной обмотке, не связывается со вторичной обмоткой, и некоторые части потока теряются. Магнитопровод из холоднокатаного зерно-ориентированного материала (CRGO) более эффективен для передачи потока на вторичную обмотку. Кроме того, гистерезисные потери сердечника CRGO меньше. Если трансформатор идеален, поток, генерируемый первичной обмоткой, связывается со вторичной и первичной обмотками, и нет потока утечки.Тем не менее, это идеальные условия, и практически некоторая часть магнитного потока протекает и связывается с другими частями трансформатора. Магнитные звенья в материале сердечника индуцируют ЭДС, которая дополнительно вызывает тепловые потери в сердечнике из-за вихревых токов. Потеря называется потерей на вихревые токи. Магнитопровод имеет многослойное покрытие для уменьшения потерь на вихревые токи .

  
  На первичную обмотку подается синусоидальное напряжение. Синусоидальное напряжение — это переменное напряжение, а ток, протекающий в первичной обмотке, создает магнитный поток в сердечнике.Поток проходит через сердечник и связывается со вторичной и первичной обмотками. Переменный поток вызывает ЭДС в первичной и вторичной обмотках. Величина ЭДС, наведенной в первичной и вторичной обмотках, указана ниже.
  
  Ep = 4,44 Np fФm
  Es = 4,44 Ns fФm
  
  Где,
  Ep = наведенная ЭДС в первичной обмотке
  ES = наведенная ЭДС во вторичной обмотке
  Np = Количество витков первичной обмотки
  = Число витков вторичной обмотки
  f = Частота
  Фm = Поток в сердечнике
  
  Сердечник трансформатора может выдерживать магнитный поток до максимальной номинальной мощности.Ядро CRGO может переносить поток до 1,9 Тл. Если поток увеличивается выше 1,9 Тл, сердечник может насыщаться, и выходное напряжение может искажаться.
  
  Трансформатор работает хорошо, пока поток остается постоянным. Плотность потока зависит от соотношения напряжение / частота.
  

  Коэффициент трансформации и коэффициент трансформации напряжения трансформатора:

  
  Уравнение ЭДС трансформатора приведено ниже.
  
  Ep = 4.44 Np fФm ——- (1)
  Es = 4,44 Ns fФm ——— (2)
  
  Разделив уравнение (2) По (1) получаем,
  
  Es / Ep = Ns / Np ——— (3)
  
  Es и Ep почти равны первичному и вторичному напряжению на клеммах, если не учитывать сопротивление обмотки и реактивное сопротивление утечки.
  
  Es = Vs и Ep = Vp
  
  Vs / Vp = Ns / Np = K —- (4)
  
  33 9055 905 609 905 K — коэффициент преобразования напряжения.
  
  Входная мощность трансформатора почти равна выходной мощности.
  
  Vs x Is = Vp x Ip
  
  Vs / Vp = Ip / Is ——— (5)
  
  Из уравнений (4) и (5) получаем
  
  Vs / Vp = Ns / Np = Ip / Is = K
  
  Коэффициент витков определяется как отношение витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки.
  
  Коэффициент оборотов = Np / Ns = 1 / K
  

  Трансформатор используется для повышения и понижения напряжения.Трансформатор, повышающий первичное напряжение, называется повышающим трансформатором, а трансформатор, понижающий напряжение, называется понижающим трансформатором.

  В понижающем трансформаторе количество витков в первичной обмотке больше, чем количество витков во вторичной обмотке.

  В повышающем трансформаторе количество витков в первичной обмотке (Np) меньше количества витков во вторичной обмотке (Ns).

  Трансформатор используется для повышения и понижения напряжения. Трансформатор, повышающий первичное напряжение, называется повышающим трансформатором, а трансформатор, понижающий напряжение, называется понижающим трансформатором.

  Что такое идеальный трансформатор? | Принцип работы идеального трансформатора

  Прежде чем говорить об идеальном трансформаторе, поговорим о простом трансформаторе. Трансформатор — это фиксированное электрическое устройство, в котором нет вращающейся части, например двигателя.Трансформатор используется для поддержания постоянной частоты и передачи электрической энергии между двумя цепями во время увеличения / уменьшения тока или напряжения.

  Принцип работы трансформатора — «закон индукции Фарадея». Когда ток в основной обмотке изменяется, это изменяет магнитный ток, так что наведенная ЭДС может иметь место во вторичной катушке.

  Экспериментальный трансформатор имеет некоторые потери, такие как потери в сердечнике, потери в меди и т. Д. Потери в меди также можно определить как обмотку трансформатора.Когда сопротивление, а также реакция вызывают некоторые повреждения, это называется потерей меди.

  Потеря сердечника в трансформаторе происходит, когда трансформатор активен. Потери в сердечнике не меняются с основной нагрузкой. Этот тип потерь вызван двумя факторами: вихреобразованием и гистерезисом. Из-за этой потери выходная мощность трансформатора меньше входной.

  В сегодняшней статье мы увидим, какой трансформатор является идеальным. Сегодня мы увидим, каков принцип его работы и каково его использование.

  Что такое идеальный трансформатор?

  Определение: Трансформатор, который не несет каких-либо потерь, таких как потери в меди, сердечнике и т. Д., Известен как идеальный трансформатор. Выходная мощность в идеальном трансформаторе равна входной мощности. КПД такого трансформатора — 100%. Это означает, что нет никаких потерь электричества.

  Читайте также: Типы потерь в трансформаторе | КПД трансформатора

  Принцип работы идеального трансформатора:

  Идеальный трансформатор работает по двум принципам: электрический ток создает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле в катушке подводит напряжение к концу катушки.Когда меняется ток в первичной катушке. Затем возникает магнитный поток. Таким образом, изменение магнитного поля может вызвать напряжение на вторичной катушке.

  Когда ток течет в первичной обмотке, он создает магнитное поле. Две обмотки намотаны на магнитный сердечник с очень высоким магнитным сопротивлением, например, из железа, поэтому они подают магнитный поток через обмотки. Как только нагрузка подключена к вторичной катушке, напряжение и ток будут в направленном направлении.

  Свойства идеального трансформатора:

  Некоторые свойства Ideal Transformer следующие:

  • Две обмотки этого трансформатора имеют небольшое сопротивление.
  • Нет повреждений трансформатора из-за сопротивления, вихревых токов и гистерезиса.
  • КПД идеального трансформатора составляет 100%.
  • Общий поток, генерируемый в трансформаторе, связывается с сердечником и соединяется с обмоткой. Поэтому его ток и утечка индуктивности равны нулю.
  • Сердечник имеет неограниченную проницаемость, поэтому для регулирования потока внутри сердечника требуется незначительная магнитодвижущая сила.

  Этот тип трансформатора идеально подходит для трех типов трансформаторов.Когда в нем нет потока утечки. Нет сопротивления в обмотке и нет потерь железа в сердечнике. Свойства практичных и идеальных трансформаторов не идентичны друг другу.

  Также читайте: Что такое однофазный трансформатор | Строительство однофазного трансформатора | Применение однофазного трансформатора

  Уравнения идеального трансформатора:

  Свойства, которые мы обсуждали выше, не применимы к практическому трансформатору.Выходная мощность в Ideal Transformer такая же, как и входная. Таким образом, нет потери мощности.

    E2 * I2 * CosΦ = E1 * I1 * CosΦ в противном случае E2 * I2 = E1 * I1 
  
    E2 / E1 = I2 / I1  

  Аналогичным образом уравнение коэффициента преобразования показано ниже.

    V2 / V1 = E2 / E1 = N2 / N1 = I1 / I2 = K  

  Потоки в первичной и вторичной обмотках обратно пропорциональны их соответствующим поворотам.

  Фазорная диаграмма идеального трансформатора:

  Векторная диаграмма идеального трансформатора выглядит следующим образом.Поскольку первичная обмотка трансформатора является полностью индуктивной, входное напряжение V1 индуцирует ток намагничивания в плече трансформатора под углом 90º.

  E 1 и E 2 — наведенные ЭДС в первичной и вторичной обмотках трансформатора. Направление наведенной ЭДС обратно пропорционально приложенному напряжению.

  Преимущества идеального трансформатора:

  Преимущества Ideal Transformer следующие:

  • В этом трансформаторе отсутствуют потери, такие как гистерезис, вихревые и медные потери.
  • Соотношение напряжения и тока полностью зависит от скрутки катушки.
  • Не зависит от частоты.
  • Абсолютная линейность.
  • Нет утечки потока.
  • Нет паразитной индуктивности и емкости.
  Часто задаваемые вопросы (FAQ):

  1. Какое уравнение идеального трансформатора?

  Это значение определяется коэффициентом мощности, но для идеального трансформатора оно остается неизменным.Поэтому V1I1 = V2I2 выражается этим соотношением. V 1 V 2 = I 2 I 1. Это показывает, что если трансформатор передает напряжение на более высокое значение, ток соответственно уменьшится.

  2. Каковы характеристики идеального трансформатора?

  Этот тип трансформатора не имеет сопротивления обмотки и не имеет реакции. Что исключает потери меди внутри трансформатора. Нет серьезных повреждений, т.е. нет потерь на гистерезис или вихревые токи. Нет утечки потока.Весь магнитный поток связан сердечником.

  3. Какие бывают 3 типа трансформаторов?

  Существует три основных типа трансформаторов напряжения (ТН): электромагнитный, конденсаторный и оптический .

  4. Какой коэффициент трансформации?

  Коэффициент трансформации трансформатора делится на количество витков первичной обмотки и количество витков вторичной обмотки.