Что такое силовой трансформатор: назначение, конструкция и принцип работы

Содержание

назначение, устройство и принцип действия

Силовые трансформаторы представляют собой устройства, работа которых основана на принципе электромагнитной индукции. Агрегат способен преобразовать напряжение переменного тока, сохранив при этом значение его частоты. Особенности прибора позволяют сохранить мощность, а также поменять систему сети (однофазная, трехфазная). Чтобы понять, что такое силовые трансформаторы, необходимо рассмотреть их устройство и принцип действия.

Силовой трансформатор ТМГ

Область применения

Устройство трансформатора силового позволяет транспортировать электричество на большие расстояния. От объекта, который его вырабатывает, до конечного потребителя расстояние может насчитывать тысячи километров. Рассказать кратко о силовых трансформаторах позволяет схема перемещения электричества. Чтобы избежать его искажений и потерь применяется принцип трансформации. Генераторы вырабатывают электричество и передают его на подстанцию. Здесь повышается напряжение, и ток с требуемыми характеристиками передается в линии электропередач.

На другой стороне ЛЭП подводится к удаленной подстанции. Через этот объект осуществляется распределение тока между всеми потребителями. Для этого напряжение понижается. Чтобы преобразовывать электричество большой мощности на обеих подстанциях функционируют представленные устройства. Это трансформаторы и автотрансформаторы. Технические характеристики этих устройств практически идентичны. Отличается их принцип функционирования.

Первый повышающий силовой трансформатор находится непосредственно возле ЛЭП электростанции. Последующие первичные агрегаты в сети также работают для повышения напряжения. Это позволяет избежать потери в линии. На пути к потребителю устанавливается определенное количество понижающей аппаратуры. В обеспечении полноценного функционирования всей системы заключается назначение всех силовых трансформаторов.

Функционирование системы

Принцип работы силового трансформатора основан на электродвижущей силе, которая движется по обмоткам. Данные устройства функционируют исключительно на переменном токе. Если его подключить к обмотке, будет создаваться магнитный поток. Он замыкается в магнитоприводе. В этот момент возникает электродвижущая сила во второй обмотке. Все катушки связаны в системе магнитной связью. Показатель ЭДС будет пропорционален количеству витков в обмотке.

Принцип действия понижающего или повышающего силового трансформатора включает в себя несколько режимов. Для каждого из них предусмотрены свои особенности.

В рабочем режиме к первичной обмотке подводится напряжение, а к вторичной – нагрузка. В таком положении установка способна длительное время обеспечивать подключенные к нему потребители электричеством. Рабочий режим может осуществляться при холостом ходе и опыте короткого замыкания.

Холостой ход наступает при размыкании вторичной обмотки. В этот период исключается протекание по ней тока. Этот режим позволяет определить КПД прибора, потери при намагничивании сердечника и коэффициент трансформации.

Опыт короткого замыкания происходит при коротком шунтировании выводов вторичной катушки. При этом сила тока на входе должна быть занижена на входе. На этом уровне создается вторичный ток без превышения. Представленную методику применяют для определения уровня потерь в меди.

Аварийный режим определяется при нарушениях в работе системы. Рабочие параметры отклоняются от допустимых значений. Наиболее опасным состоянием считается короткое замыкание внутри обмоток. При этом возможно возникновение пожара, причинение большого ущерба системе энергоснабжения. Чтобы предупредить возникновение аварии, применяются различные автоматические системы защиты, сигнализации и отключения оборудования.

Разновидности

Производство конструкций силовых трансформаторов предполагает применение различных технологий. В процессе создания представленной аппаратуры применяются разные диэлектрические компоненты. Определенные части оборудования способствуют охлаждению и обеспечивают электрическую защиту.

Для маломощных разновидностей применяется диэлектрический компаунд или специальная бумага, электротехническое лаковое покрытие. Средние и мощные агрегаты имеют в своем составе такие основные части, как масло, элегаз. Производство подобного оборудования предполагает выполнять особую изоляцию обмоток.

Помимо вышеприведенной классификации выделяют еще несколько основных категорий объектов:

  • Количество фаз. Бывает трёхфазный и однофазный тип приборов.
  • Тип исполнения. Применяются масляные, сухие и приборы с жидким диэлектрическим веществом.
  • Климатическое исполнение. Наружные и внутренние установки.
  • Число обмоток. Встречаются конструкции с двумя и более катушками.
  • Предназначение. Для понижения или повышения напряжения.
  • Возможность регулировки напряжения. Применяются аппараты с регулировкой и без нее.

Производство подобной аппаратуры позволяет создавать установки мощностью от 4 кВА до 200 тыс. кВА (и выше). При этом достигается уровень напряжения на обмотках более 330 кВ.

Всего существует девять групп оборудования. В первую из них входят приборы с напряжением не выше 35 кВ и мощностью 4-100 кВА. К восьмой отнесены аппараты с мощностью выше 200 тыс. кВА и напряжением 35-330 кВ. Существуют и более мощное оборудование. Оно относится к девятой категории.

Особенности и основные параметры

Устройство и монтаж силовых трансформаторов предполагает размещение станции на стационарной, специально подготовленной площадке. Фундамент сооружения должен быть прочным. На грунте при этом могут монтироваться катки и рельсы.

Внутри металлического корпуса располагаются электрические установки. Он выполнен в виде герметичного бака. Внутренние системы закрывает крышка. Чаще всего применяются масляные разновидности. Они имеют особые технические характеристики. Внутри короба такого агрегата находится масло специального типа. Оно обладает особыми диэлектрическими качествами. Масло отводит излишнее тепло от деталей системы в процессе повышенной токовой нагрузки. Однако есть и другие варианты охладительных систем.

Основными характеристиками, влияющими на функционирование установки, являются:

  • Количество катушек и тип их соединения.
  • Мощность.
  • Значение напряжения обмоток.

Сегодня в системах обеспечения электричеством различных объектов чаще встречаются агрегаты с двумя трехфазными обмотки. Только для бытовой сети применяются однофазные установки. Трехфазный силовой трансформатор распространен больше в сетях электрокоммуникаций.

Система регулировки бывает двух типов. В первом случае необходимо отключать питание перед проведением настройки, а во втором – нет. Регулировка выполняется со стороны обмотки высоковольтного типа. По ней движется меньший ток. Такой тип регулировки позволяет выполнять точную настройку.

Конструкция, предполагающая отключение нагрузки, проще. Однако ее предел изменения небольшой. Регулировка требует полного отключения прибора от сети.

Схема

Схема силового трансформатора включает в себя несколько основных элементов. К ним относятся:

  • Сердечник (магнитопривод).
  • Остов с балками (нижняя и верхняя).
  • Низковольтная и высоковольтная обмотки.
  • Отводы.
  • Регулировочные ответвления.
  • Нижняя часть вводов.

На основе с балками закрепляются все составные детали. Магнитопривод необходим для снижения потерь при прохождении магнитного потока через контуры. Он изготавливается из электротехнической стали.

В сердечнике магнитопривода листы металла собирают по определенной схеме. Стержни с обмотками должны приближаться по форме к кругу. Подобная конфигурация позволяет облегчить намотку проводников. Стыки между отдельными пластинами сердечника перекрываются цельными листами.

Обмотка выполняется из проводов круглой или прямоугольной формы сечения. Между слоями и самими обмотками оставляются зазоры для циркуляции охладительного компонента.

Особенности выбора

Силовые трансформаторы требуют при выборе учитывать требования потребителей электроэнергии. При монтаже оборудования энергоснабжения, необходимо рассчитать правильно мощность оборудования. Если применяется несколько агрегатов, при аварийном отключении один из них должен полностью компенсировать работу другого прибора.

Также важно уделять внимание качеству системы защиты. Она должна срабатывать при перегрузках, внутренних повреждений элементов конструкции. К их числу относятся приборы по контролю уровня давления масла, температуры сердечника, обмотки, образование газов.

Обслуживание и ремонт

Работа аппаратов связана с высокими значениями мощностей. Поэтому их обслуживанию уделяется повышенное внимание. Ежедневно обслуживающий персонал совершает осмотры, контролирует показания измерительных приборов.

В процессе техобслуживания оцениваются следующие показатели:

  1. Степень истощения прибора, поглощающего влагу.
  2. Количество масла.
  3. Износ механизмов регенерации масла.
  4. Наличие подтекания, механических повреждений трубопроводов радиаторов, корпуса.

Если на объекте не предусмотрено круглосуточное дежурство персонала, периодическая ревизия производится раз в месяц. На трансформаторных пунктах осмотр выполняют раз в 6 месяцев.

При необходимости меняют или доливают масло. Его цвет контролируется при визуальном осмотре. Если оно стало темным, его меняют. Раз в год и при проведении капитального ремонта выполняют лабораторное исследование состава масла.

Для разрушения пленки окислов на медных и латунных элементах раз в 6 месяцев отключают установку от питания. Переключатель переводят через все положения несколько раз. Такую процедуру проводят перед сезонными колебаниями нагрузки.

Силовая аппаратура является важным элементом сети энергоснабжения. Они функционируют круглосуточно, поэтому важно уделять внимание особенностям их выбора и обслуживанию. Это одно из сложнейших, но крайне важных устройств.

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

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

silovoy transformatorsilovoy transformator

Область применения

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

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

Основные детали и системы

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

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

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

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

Охладители бывают разных видов:

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

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

В зависимости от условий переключатели количества спиралей делят на виды:

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

Навесное оборудование

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

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

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

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

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

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

Контролирующие устройства

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

Кроме этого, в трансформаторе устанавливаются и другие модули:

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

silovoy-transformatorsilovoy-transformator

Принцип действия и режимы работы

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

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

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

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

Режим холостого хода

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

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

Работа при коротком замыкании

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

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

Рабочий режим

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

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

Типы и виды трансформаторов

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

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

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

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

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

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

Силовые трансформаторы. Виды и устройство. Работа и применение

Трансформатором называется электрическое устройство, которое передает электроэнергию от одного контура на другой с помощью магнитной индукции. Трансформаторы стали наиболее применяемыми электрическими устройствами, применяющимися в быту и промышленности. Эти устройства используются для повышения или понижения напряжения, а также в схемах блоков питания для преобразования входящего переменного тока в постоянный ток на выходе.

Способность трансформаторов передавать электроэнергию применяется для передачи мощности между разными схемами несогласованных электрических цепей. Рассмотрим различные виды и типы силовых трансформаторов, их установку и технические свойства.

Устройство трансформатора

Конструкции трансформаторов имеют различное строение. В зависимости от этого ведется расчет номинального напряжения, либо между фазой и землей, либо между двумя фазами.

1 — Первичная обмотка 2 — Вторичная обмотка 3 — Сердечник магнитопровода 4 — Ярмо магнитопровода

Конструкция обычного стандартного трансформатора состоит из двух обмоток с общим ярмом, для создания электромагнитной связи между обмотками. Сердечник изготавливают из электротехнической стали. Катушка, на которую входит электрический ток, является первичной обмоткой. Катушка на выходе называется вторичной.

Существует такой вид трансформаторов, как тороидальный. У такого трансформатора катушки индуктивности являются пассивными компонентами, состоящими из магнитного сердечника в виде кольца. Сердечник имеет повышенную магнитную проницаемость, изготовлен из феррита. Вокруг кольца намотана катушка. Тороидальные фильтры и катушки применяются для трансформаторов высокой частоты. Они используются для испытаний мощности.

Переменный ток поступает на первичную обмотку трансформатора, образуется электромагнитное поле, которое развивается в магнитном потоке сердечника. По принципу электромагнитной индукции во вторичной обмотке образуется переменная ЭДС, которая образует напряжение на клеммах выхода трансформатора.

Силовые трансформаторы, имеющие две обмотки, не рассчитаны на постоянный ток. Однако, в момент подключения их к постоянному току, они образуют короткий импульс напряжения на выходе.

Конструкция силового трансформатора подобна обычному бытовому трансформатору.

Виды

Существует множество факторов, по которым можно классифицировать силовые трансформаторы. При общем рассмотрении этих устройств, можно сказать, что они преобразуют электрическую энергию одного размера напряжения в электроэнергию с большим или меньшим размером напряжения.

В зависимости от различных факторов силовые трансформаторы делятся на виды:
  • По выполняемой задаче. Понижающие трансформаторы. Применяются для получения низкого напряжения из высоковольтных линий питания. Повышающие, используются для увеличения значения напряжения.
  • По числу фаз. Трансформаторы 3-фазные, 1-фазные. Широко применяются в трехфазной сети питания. Оптимальным вариантом будет в трехфазной сети установить три однофазных трансформатора на каждую отдельную фазу.
  • По количеству обмоток. Двухобмоточные и трехобмоточные.
  • По месту монтажа. Наружные и внутренние.

Существует много других разных факторов, по которым можно разделять силовые трансформаторы. Например, по способу охлаждения или соединения обмоток, и т.д. При установке оборудования важную роль играют условия климата, что также разделяет трансформаторы на классы.

Трансформаторное оборудование бывает универсальным, и специального назначения мощностью до 4000 кВт напряжением 35000 вольт. Конкретную модель выбирают по возлагаемой на трансформатор задаче.

Принцип действия

Трансформатором называется электромагнитное статическое устройство, у которых имеется 2 или больше обмоток, связанных индуктивно. Они предназначены для изменения одного переменного тока в другой. Вторичный ток может различаться любыми свойствами: значением напряжения, количеством фаз, формой графика тока, частотой. Широкое использование в электроустановках, а также в распределительных системах получили силовые трансформаторы.

С помощью таких устройств преобразуют размер напряжения и тока. При этом количество фаз, форма графика тока, частота не изменяются. Элементарный силовой трансформатор имеет магнитопровод из ферромагнитного материала, две обмотки на стержнях. Первая обмотка подключена к линии питания переменного тока. Ее называют первичной. Ко второй обмотке подсоединена нагрузка потребителя. Ее назвали вторичной. Магнитопровод вместе с катушками обмоток располагается в баке, наполненном трансформаторным маслом.

Принцип работы заключается в электромагнитной индукции. При включении питания на первичную обмотку в виде переменного тока в магнитопроводе образуется переменный магнитный поток. Он замыкается на магнитопроводе и образует сцепление с двумя обмотками, в результате чего в обмотках индуцируется ЭДС. Если к вторичной обмотке подключить какую-либо нагрузку, то под действием ЭДС в цепи этой обмотки образуется ток и напряжение.

В повышающих силовых трансформаторах напряжение на вторичной обмотке всегда выше, чем напряжение в первичной обмотке. В понижающих трансформаторах напряжения первичной и вторичной обмоток распределяются в обратном порядке, то есть, на первичной напряжение выше, а на вторичной ниже. ЭДС обеих обмоток отличаются по количеству обмоток.

Поэтому, используя обмотки с необходимым соотношением количества витков, можно получить конструкцию трансформатора для получения любого напряжения. Силовые трансформаторы имеют свойство обратимости. Это значит, что трансформатор можно применить как повышающий прибор, или понижающий. Но, чаще всего, трансформатор предназначен для определенной задачи, то есть, либо он должен повышать напряжение, либо снижать.

Сфера использования

Энергетика в современное время не обходится без устройств, преобразующих электроэнергию в сетях и магистралях, а также принимающих и распределяющих ее. Когда появились силовые трансформаторы, то произошло снижение расхода использования цветных металлов, а также уменьшились потери энергии.

Для эффективной работы оборудования нужно рассчитать потери в силовом трансформаторе. Для этого необходимо обратиться к специалистам. Мощные трансформаторы нашли применение на линиях высокого напряжения и станциях распределения энергии. Без них не обходится ни одна отрасль промышленности, где необходимо преобразование энергии.

Вот некоторые области применения силовых трансформаторов:
  • В сварочном оборудовании.
  • Для электротермических устройств.
  • В схемах электроизмерительных устройств и приборов.
Свойства и расчет трансформатора
Чаще всего основные свойства устройства указаны в инструкции в его комплекте. Для силовых трансформаторов такими основными свойствами являются:
  • Номинальное значение напряжения и мощности.
  • Наибольший ток обмоток.
  • Габаритные размеры.
  • Вес устройства.

Мощность трансформатора по номиналу определяется изготовителем, и выражается в кВА (киловольт-амперы). Номинальное значение напряжения указывается первичное, для соответствующей обмотки, и вторичное, на клеммах выхода. Размеры этих значений могут не совпадать на 5% в ту или иную сторону. Чтобы ее вычислить, нужно сделать простой расчет.

Номинальный ток и мощность устройства должны удовлетворять стандартам. На сегодняшний день производятся модели сухих трансформаторов, которые имеют такие данные мощности от 160 до 630 кВА. Обычно мощность трансформатора обозначена в его паспорте. По ее значению определяют номинальный размер тока. Для расчета применяют формулу:

I = S х √3U, где S и U – это мощность по номиналу, и напряжение.

Для каждой обмотки в формулу входят свои значения величин. Чтобы рассчитать мощность силового трансформатора при работе с потребляющей энергию нагрузкой, необходимо проводить довольно сложные расчеты, которые могут сделать специалисты. Такие расчеты необходимы во избежание негативных моментов, которые могут возникнуть при функционировании трансформатора.

Номинальное напряжение – это линейная величина напряжения холостого хода на обмотках. Они вычисляются, исходя из мощности трансформатора.

Установка и эксплуатация

Многие варианты исполнения силовых трансформаторов имеют большую массу. Поэтому на место монтажа их доставляют на специальных транспортных платформах. Их привозят в собранном готовом к подключению виде.

Силовые трансформаторы устанавливаются на специальном фундаменте, либо в определенном для этого помещении. При массе трансформатора до 2 тонн установка производится на фундамент. Корпус трансформатора в обязательном порядке заземляют.

Перед монтажом трансформатор подвергают лабораторным испытаниям, в ходе которых измеряется коэффициент трансформации, проверяется качество всех соединений, проверяется изоляция повышенным напряжением, производится контроль качества масла.

Перед установкой трансформатор необходимо тщательно осмотреть. Нужно обратить особое внимание на наличие утечек масла, проконтролировать состояние изоляторов, соединений контактов.

После ввода в эксплуатацию нужно периодически производить измерение температуры нагрева специальными стеклянными термометрами. Температура должна быть не более 95 градусов.

Во избежание аварий при эксплуатации силового трансформатора нужно периодически производить замеры нагрузки. Это дает информацию о перекосах фаз, искажающих напряжение питания. Осмотр силового трансформатора производится два раза в год. Периоды осмотра могут изменяться в зависимости от состояния устройства.

Похожие темы:
что это такое, принцип работы, разновидности, обмотка

Начиная с 19 века, трансформаторы начали приобретать все большее значение в электрике и электронике. Они остаются до сих пор обязательными элементами многих схем и есть практически в любом устройстве, которое потребляет электрический ток.

Принцип его работы основан на свойствах индукции. Трансформатор – это прибор, позволяющий регулировать ток, понижая его или наоборот, понижая. Был придуман он Фарадеем, почти 170 лет назад. Основные элементы, из которых состоит трансформатор – обмотки, которые и влияют на силу тока, тем самым изменяя его до требуемых значений.

В данной стать разобраны основные вопросы работы и устройства трансформатора. Также  статье есть видеоролик и скачиваемый файл по выбранной тематике.

Трансформатор

Трансформатор.

Что такое трансформатор

Трансформатор – это электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при той же частоте. Действие трансформатора основано на использовании явления электромагнитной индукции.

Переменный электрический ток (ток, который изменяется по величине и по направлению) наводит в первичной катушке переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле, наводит переменное напряжение во вторичной обмотке. Величина напряжения ЭДС зависит от числа витков  в катушке и от скорости изменения магнитного поля.

Что такое трансформатор

Отношение числа витков первичной и вторичной обмоток определяет коэффициент трансформации:
k = w1 / w2;   где:

  • w1 — число витков в первичной обмотке;
  • w2 — число витков во вторичной обмотке.

Если число витков в первичной обмотке больше чем во вторичной — это понижающий трансформатор.

Если число витков в первичной обмотке меньше, чем во вторичной — это повышающий трансформатор.

Что такое трансформатор?

Один и тот же трансформатор может быть как понижающим, так и повышающим, в зависимости от того на какую обмотку подается переменное напряжение.

Трансформаторы без сердечника или с сердечником из высокочастотного феррита или альсифера — это высокочастотные трансформаторы ( частота выше 100 килогерц). Трансформаторы с ферромагнитным сердечником (сталь, пермаллой, феррит) – это низкочастотные трансформаторы (частота ниже 100 килогерц)

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Высокочастотные трансформаторы используются в устройствах техники электросвязи, радиосвязи и др. Низкочастотные трансформаторы используются в усилительной технике звуковых частот, в телефонной связи. Особое место трансформаторы со стальным (набор из стальных листов) сердечником занимают в электротехнике. Развитие электроэнергетики напрямую зависит от мощных, силовых трансформаторов. Мощности силовых трансформаторов имеют величины от нескольких ватт до сотен тысяч киловатт и выше. Классификация типов трансформаторов представлена в таблице ниже.

Типы трансформаторов

Таблица характеристик трансформаторов по их основным типам.

Что такое силовой трансформатор

На замкнутый сердечник (магнитопровод), набранный из стальных листов, надевают две или больше, обмоток, одна из которых соединяется с источником переменного тока. Другая (или другие) обмотка соединяется с потребителем электрического тока – нагрузкой. Переменный ток, проходящий по первичной обмотке, создает в стальном сердечнике магнитный поток, который наводит в каждом витке обмотки – катушки переменное напряжение. Напряжения всех витков складываются в выходное напряжение трансформатора.  Форма сердечника – магнитопровода, может быть Ш – образной, О – образной и тороидальной, в виде тора. Таким образом в силовом трансформаторе электрическая мощность из первичной обмотки передается во вторичную обмотку через магнитный поток в магнитопроводе.

силовой трансформатор

Потребителей электрической энергии очень много: электрическое освещение, электронагреватели, радио и теле аппаратура, электродвигатели и многое другое. И все эти приборы требуют различные напряжения (переменные и постоянные) и разные мощности. Проблема эта легко решается с помощью трансформатора. Из бытовой сети с переменным напряжением 220 вольт можно получить переменное напряжение любой величины и , если необходимо, преобразовать его в постоянное напряжение.

Коэффициент полезного действия трансформатора довольно велик, от 0,9 до 0,98 и зависит от потерь в магнитопроводе и от магнитных полей рассеяния.
От величины электрической мощности Р зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S.
По значению площади S определяется, при расчетах трансформатора, количество витков w на 1 вольт:

w = 50 / S.

Мощность трансформатора Рс выбирается из требуемой величины нагрузки Рн плюс величина потерь в сердечнике. 

Что такое трансформатор?

При расчете трансформатора с определенной степенью точности можно считать, что мощность нагрузки во вторичной обмотке Pн = Uн * Iн и мощность потребляемая из сети в первичной обмотке Pc = Uc * Ic приблизительно равны. Если  потерями в сердечнике  пренебречь, то получается равенство: k = Uс / Uн = Iн / Iс.

Трансформаторы и их применение

Трансформаторы и их применение/

Трансформаторы и их применение

Трансформатор – это устройство, служащее для повышения или понижения переменного напряжения без изменения его частоты и практически без потерь мощности. Трансформатор состоит из двух или более катушек, надетых на общий сердечник. Катушка, которая подключается к источнику переменного напряжения, называется первичной, а катушка, к которой присоединяется нагрузка (потребители электрической энергии), – вторичной. Сердечники трансформаторов изготавливаются из электротехнической стали и набираются из отдельных изолированных друг от друга пластин (для уменьшения потерь энергии вследствие возникновения в сердечнике вихревых токов).

Трансформаторы и их применение

Катушки трансформатора, как правило, содержат разное количество витков, причем большее напряжение оказывается приложено к катушке с большим числом витков. Если трансформатор используется для повышения напряжения, то обмотка с меньшим числом витков подключается к источнику напряжения, а к обмотке с большим числом витков присоединяется нагрузка. Для понижения напряжения все делается наоборот. При этом не следует забывать, что подавать на первичную обмотку можно напряжение не больше номинального (того, на которое она рассчитана).

Трансформаторы и их применение

Коэффициентом трансформации называют отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке. Он равен также отношению ЭДС в обмотках.  При отсутствии потерь в обмотках коэффициент трансформации равен отношению напряжений на зажимах обмоток: k=U1/U2. Для понижающего трансформатора коэффициент трансформации больше 1, а для повышающего – меньше 1. Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. При протекании переменного тока через первичную катушку вокруг нее возникает перемененное магнитное поле и магнитный поток, который пронизывает также и вторую катушку. В результате во вторичной катушке появляется вихревое электрическое поле и на ее зажимах возникает ЭДС индукции.

Трансформатор характеризуется коэффициентом полезного действия, равным отношению мощности, выделяющейся во вторичной катушке, к мощности, потребляемой первичной катушкой от сети. У хороших трансформаторов КПД составляет 99 – 99,5%. Важным свойством трансформатора является его способность преобразовывать сопротивление нагрузки. Рассмотрим трансформатор с КПД приблизительно равным 100%. В этом случае мощность, выделяющаяся во вторичной цепи трансформатора, будет равна мощности, потребляемой первичной обмоткой от источника напряжения. Для такого трансформатора мощность, потребляемая от источника напряжения, будет чисто активной. Мощность в первичной цепи трансформатора P1=(U12)/R1, а во вторичной цепи P2=(U22)/R2.

Так как P1=P2 и U1=kU2 , то R1=k2R2.

Таким образом, нагрузка сопротивлением R2, подключаемая к источнику переменного напряжения через трансформатор, по мощности будет эквивалентна нагрузке сопротивлением R1, подключаемой без трансформатора. Для регулировки переменного напряжения широко применяются лабораторные автотрансформаторы. Автотрансформаторы рассчитаны на подключение к сети переменного напряжения 220 В или 127 В. Как правило, выходное напряжение автотрансформатора регулируется плавно до 250 В.

Обмотка трансформатора выполнена изолированным проводом в один слой. На участках обмотки, которых касается подвижный контакт с угольной вставкой, изоляция очищена. При перемещении контакта угольная вставка закорачивает виток провода. Однако вследствие небольшого напряжения на одном витке и заметного сопротивления угольной вставки через замкнутый виток протекает допустимый ток.

Первичная обмотка автотрансформатора является частью его вторичной обмотки и поэтому между первичной и вторичной обмоткой трансформатора имеется гальваническая связь. К вторичной обмотке автотрансформатора нельзя непосредственно подключать потребители, один из проводов которых может оказаться соединенным с землей. Такое подключение приведет к аварии или несчастному случаю. При работе с автотрансформатором запрещается заземлять вторичную цепь. Рассмотрим кратко простейший расчет маломощных трансформаторов бытовой радиоаппаратуры.

Мощность трансформатора (в Вт) численно равна квадрату площади (в см2) поперечного сечения среднего стержня магнитопровода. Зная номинальную мощность трансформатора, можно  найти ток в первичной обмотке при номинальной нагрузке во вторичных обмотках. Диаметр провода обмотки выбирается из расчета (2,5-3)А/мм2 поперечного сечения провода. Для стандартных магнитопроводов, применяемых для изготовления трансформаторов, число витков на 1 вольт примерно равно частному от деления 50 на площадь поперечного сечения центрального стержня магнитопровода, выраженную в см2. Однако в зависимости от качества магнитопровода коэффициент может изменяться от 35 до 65.

Трансформатор

Трансформатор.

Полное сопротивление катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником зависит от силы протекающего через нее тока. Сопротивление катушки в зависимости от силы протекающего тока сначала увеличивается, достигает максимального значения, а затем уменьшается. Нелинейное возрастание тока холостого хода в зависимости от приложенного к первичной обмотке напряжения начинается примерно с 0,8Uном. Номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора выбирают так, чтобы ток холостого хода составлял 5-10% от номинального тока. При напряжении 1,1Uном ток холостого хода не должен превышать 20-25% номинального тока нагруженного трансформатора.

Материал в тему: как устроен тороидальный трансформатор и в чем его преимущества.

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены. Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

Что такое трансформатор?

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора. Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны, поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения.

Режимы работы трансформатора

Режимы работы трансформатора.

Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:
U_2/U_1 =N_2/N_1 , где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке. Если U2 > U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

Виды трансформаторов

В зависимости от своего применения и характеристик трансформаторы бывают нескольких видов. К примеру, в электрических сетях населенных пунктов, промышленных предприятий применяют трансформаторы силовые, основной задачей которых является понижение напряжения в сети до общепринятого – 220 В. Если трансформатор предназначен для регулировки тока, он называется трансформатор тока, а если устройство регулирует напряжение – то это трансформатор напряжения. В обычных сетях применяются однофазные трансформаторы, в сетях на три провода (фаза, ноль, заземление) нужен трехфазный трансформатор. Бытовой трансформатор, 220В предназначается для защиты бытовой техники от перепадов напряжения.

Виды трансформаторов

Виды трансформаторов

Сварочный трансформатор предназначен для разделения сварочной и силовой сети, для понижения напряжения в сети до нужной для сварки величины. Масляный трансформатор предназначается для использования в сетях с напряжением выше 6 000 Вольт. Конструкция трансформатора включает в себя: магнитопровод, обмотки, бак, а также крышки с вводами. Магнитопровод состоит из 2 листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга, обмотки, как правило, делают из алюминиевого или медного провода. Регулировка напряжения производится с помощью ответвления, которое соединяется с переключателем. Существует два вида переключения ответвлений: переключение под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой), а также без нагрузки, после того, как трансформатор отключен от внешней сети (ПБВ, или переключение без возбуждения). Большее распространение получил второй способ регулировки напряжения.

Говоря о видах трансформаторов, нельзя не рассказать об электронном трансформаторе. Электронный трансформатор представляет собой специализированный источник питания, который служит для преобразования напряжения 220В в 12 (24)В, при большой мощности. Электронный трансформатор намного меньше обычного, при тех же самых параметрах нагрузки.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные особенности трансформаторов.  Больше информации можно найти в скачиваемой версии учебника по электромеханике Что такое трансформатор. В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.domasniyelektromaster.ru

www.td-automatika.ru

www.ivatv.narod.ru

www.etcenter.ru

www.www.joyta.ru

Предыдущая

ТрансформаторыТрансформаторы для светодиодных лент, мнение специалистов

Следующая

ТрансформаторыЧто такое трансформаторная подстанция

Типы силовых трансформаторов

Трансформаторы используются в электротехнике для преобразования переменного тока из одного напряжения в другое посредством электромагнитной индукции, с сохранением неизменной частоты при минимальных мощностных потерях.

Существуют различные типы трансформаторов по количеству фаз, числу обмоток, типу изоляции и виду охлаждения. Распространенная классификация устройств основана на том, куда погружается магнитная система (сердечник), то есть, по типу охлаждения. В этом случае выделяют трансформаторы:

  • Масляные – погружение сердечника происходит в трансформаторное масло с диэлектрическими свойствами (оно находится в корпусе прибора)
  • Сухие – в обмотку заливается эпоксидная смола
  • Жидкостные – в качестве охлаждающей среды используются различные органические жидкости, то есть негорючие диэлектрики

Охлаждение для всех трех видов трансформаторов имеет свои нюансы. Для вашего удобства мы свели их в таблицу:

Вид трансформатора Тип охлаждения Обозначение
Сухие Естественное воздушное – для открытого исполнения С
Аналогично – для защищенного исполнения СЗ
Аналогично – для герметичного исполнения СГ
Воздушное с дутьем СД
Масляные Естественная циркуляция воздуха и масла М
2 вида циркуляции – принудительная для воздуха и естественная для масла Д
2 вида циркуляции – естественная для воздуха и принудительная для масла МЦ
Принудительная циркуляция воздуха и масла ДЦ
2 вида циркуляции – принудительная для воды и естественная для масла МВ
Принудительная циркуляция воды и масла Ц
Жидкостные Естественное охлаждение – негорючий жидкий диэлектрик Н
Охлаждение негорючим жидким диэлектриком посредством дутья НД


image1.pngСреди этих трех типов наиболее популярны последние. Почему – об этом вы можете прочесть здесь, в одном из наших материалов. Мы же расскажем об основных критериях классификации трансформаторов по типам и чуть подробнее остановимся на сухих разновидностях.

Основные параметры классификации трансформаторов

  • Тип охлаждения

О нем мы частично упомянули выше. Видов охлаждения несколько:

  • М – масляное
  • Д – охлаждение в масляной среде + воздушное дутье
  • Ц – масляное охлаждение с принудительной циркуляцией
  • С – воздушное охлаждение (то есть, «сухие» трансформаторы)

Маркировка типов трансформаторов расшифровывается следующим образом:

  • Буквенное обозначение – кол-во фаз, тип охлаждения, число обмоток и вид переключения ответвлений. Также могут быть дополнительные буквенные маркировки, говорящие о специальных особенностях конкретного трансформатора
  • Номинальная мощность + класс напряжения
  • Последние 2 цифры года выпуска рабочих чертежей конкретного трансформатора
  • Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69

Далее мы перечислим другие основные параметры классификации:

  • Климатическое исполнение

Прибор бывает наружный или внутренний

  • Конструктивное исполнение и характер работы

На этом параметре стоит остановиться более подробно:

  1. Автотрансформаторы – одна обмотка с несколькими отводами, переключение между которыми позволяет получить разные показатели напряжения.
  2. Импульсные – преобразовывают импульсный сигнал незначительной продолжительности (около десятка микросекунд) с минимальным искажением.
  3. Разделительные – между первичной и вторичной обмоткой электрической связи нет, присутствует гальваническая развязка между входными и выходными цепями.
  4. Пик—трансформатор – применяется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров
  • Количество фаз

Трехфазные (наиболее распространенные) и однофазные.

  • Количество обмоток

2-х и 3-х обмоточные с расщепленной обмоткой или без неё

По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н).

Понижающие (для низкого напряжения из высоковольтных линий) и повышающие (соответственно, наоборот)

  • Уровень напряжения

Высоковольтный, низковольтный, высокопотенциальный

  • Форма магнитопровода

Стержневой, тороидальный, броневой

Всего выделяют 6 групп трансформаторов:

  • 1-я группа (изделия с мощностью до 100 кВА)
  • 2-я группа (диапазон мощности от 160 до 630 кВА)
  • 3-я группа (от 1000 до 6300 кВА)
  • 4-я группа (показатель мощности выше 10000 кВА)
  • 5-я группа (все трансформаторы с мощностью выше 40000 кВА)
  • 6-я группа (мощность от 100000 кВА)

Среди дополнительных критериев классификации стоит отметить наличие/отсутствие:

  • Наличие/отсутствие регулятора выходного напряжения.
  • Без расширителей, с азотной подушкой для защиты

Сухие трансформаторы

Несмотря на то, что масляные трансформаторы пользуются большой популярностью, широко востребованы силовые трансформаторы и сухого типа, в частности:

  • Силовые трехфазные с литой изоляцией ТСЛ (ТСГЛ) и ТСЗЛ (ТСЗГЛ)
  • Силовые трехфазный ТС и ТСЗ
  • Сухие ТС и ТСЗ
  • Трансформаторы собственных нужд (сухого типа) ТСКС

Назначение трехфазных сухих трансформаторов с воздушным охлаждением – преобразование электроэнергии в электросетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Предельная мощность сухих трансформаторов – 2500 кВА.

Такие трансформаторы монтируются на производстве и в общественных зданиях – на любых объектах, где действуют повышенные требования в области пожарной безопасности, взрывозащищенности и экологичности, то есть, где использование масляного трансформатора является потенциальным риском. Единственное неудобство от сухих приборов – повышенный шум при работе.

Виды трансформаторов. Где и для чего применяются?

Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня поговорим про виды трансформаторов, рассмотрим их общее устройство и принцип работы, узнаем где применяются. И так…

В энергетике и электротехнике постоянно требуется преобразование тока из одного состояния в другое. В этих процессах активно участвуют различные виды трансформаторов, представляющие собой электромагнитные статические устройства, без каких-либо подвижных частей. В основе их действия лежит электромагнитная индукция, посредством которой переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения. При этом частота остается неизменной, а потери мощности совсем незначительные.

Общее устройство и принцип работы

Каждый трансформатор оборудуется двумя или более обмотками, индуктивно связанными между собой. Они могут быть проволочными или ленточными, покрытыми изоляционным слоем. Обмотки наматываются на сердечник, он же магнитопровод, выполненный из мягких ферромагнитных материалов. При наличии одной обмотки, такое устройство называется автотрансформатором.

Принцип действия трансформатора довольно простой и понятный. На первичную обмотку устройства подается переменное напряжение, что приводит к течению в ней переменного тока. Этот переменный ток, в свою очередь, вызывает создание в магнитопроводе переменного магнитного потока. Под его воздействием в первичной и вторичной обмотках происходит наведение переменной электродвижущей силы (ЭДС). Когда вторичная обмотка замыкается на нагрузку, по ней также начинает течь переменный ток. Этот ток во вторичной системе отличается собственными параметрами. У него индивидуальные показатели тока и напряжения, количество фаз, частота и форма кривой напряжения.

В конструкцию простейшего силового трансформатора входит магнитопровод, изготавливаемый из ферромагнитных материалов, преимущественно из листовой электротехнической стали. На стержнях магнитопровода – сердечника располагаются первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка соединяется с источником переменного тока, а вторичная подключается к потребителю.

 

Типы трансформаторов

В соответствии со своими параметрами и характеристиками, все виды трансформаторов разделяются:

  • По количеству фаз могут быть одно- или трехфазными
  • В соответствии с числом обмоток, трансформаторы бывают двух- или трехобмоточными, а также двух- или трехобмоточными с расщепленной обмоткой
  • По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н)
  • По видам охлаждения – с естественным масляным охлаждением (М), с масляным охлаждением и воздушным дутьем (Д), принудительная циркуляция масляного охлаждения (Ц), сухие трансформаторы с воздушным охлаждением (С). Кроме того, существуют устройства без расширителей, для защиты которых используется азотная подушка.

Среди многообразных трансформаторных устройств чаще всего встречаются трансформаторы:

  • силовые
  • измерительные
  • специальные

Силовые трансформаторы

Термином «силовой» определяют назначение, связанное с преобразованием высоких мощностей. Вызвано это тем, что большинство бытовых и производственных потребителей электрических сетей нуждаются в питании напряжением 380/220 вольт. Однако доставка его на большие расстояния связана с огромными потерями энергии, которые снижаются за счет использования высоковольтных линий.

Воздушные ЛЭП высокого напряжения соединяют в единую сеть подстанции с силовыми трансформаторами соответствующего класса.

Виды трансформаторов
   Силовой трансформатор 110 кВ

А по другим линиям напряжение 6 или 10 кВ подводится к силовым трансформаторам, обеспечивающих питанием 380/220 вольт жилые комплексы и производственные предприятия.

Виды трансформаторов

   Силовой мачтовый трансформатор 10 на 0,4 кВ

Измерительные трансформаторы

В этом классе работают два вида устройств, обеспечивающих в целях измерения параметров сети преобразования:

  1. тока
  2. напряжения

Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики периодически подвергают поверке на правильность измерения как величин, так и углов отклонения векторов тока и напряжения.

Трансформаторы тока

Главная особенность их устройства заключается в том, что они постоянно эксплуатируются в режиме короткого замыкания. У них вторичная обмотка полностью закорочена на маленькое сопротивление, а остальная конструкция приспособлена для такой работы.

Чтобы исключить аварийный режим входная мощность ограничивается специальным устройством первичной обмотки: в ней создается всего один виток, который не может создать при протекании по нему тока большого падения напряжения на обмотке и, соответственно, передать в магнитопровод высокую мощность.

Этот виток врезается непосредственно в силовую цепь, обеспечивая его последовательное подключение. У отдельных конструкций просто создается сквозное отверстие в сердечнике, через которое пропускают провод с первичным током.

Нагрузку вторичных цепей трансформатора тока, находящегося под напряжением, нельзя разрывать. Все провода и соединительные клеммы по этой причине изготавливаются с повышенной механической прочностью. В противном случае на разорванных концах сразу возникает высоковольтное напряжение, способное повредить вторичные цепи.

Благодаря работе трансформаторов тока создается возможность обеспечения постоянного контроля и анализа нагрузок, протекающих в электрической системе. Особенно это актуально на высоковольтном оборудовании.

Виды трансформаторов

   Измерительные трансформаторы тока 110 кВ

Номинальные значения вторичных токов измерительных трансформаторов энергетики принимают в 5 ампер для оборудования до 110 кВ включительно и 1 А — выше.

Широкое применение трансформаторы тока нашли в измерительных приборах. За счет использования конструкции раздвижного магнитопровода удается быстро выполнять различные замеры без разрыва электрической цепи, что необходимо делать при использовании обычных амперметров.

Токовые клещи с раздвижным магнитопроводом трансформатора тока позволяют обхватить любой проводник с напряжением и замерить величину и угол вектора тока.

Трансформаторы напряжения

Отличительная особенность этих конструкций заключается в том, что они работают в режиме, близком к состоянию холостого хода, когда величина их выходной нагрузки невысокая. Они подключается к той системе напряжений, величина которой будет измеряться.

Виды трансформаторов

   Измерительный трансформатор напряжения 110 кВ

Измерительные трансформаторы напряжения обеспечивают гальваническую развязку оборудования первичных и вторичных цепей, работают в каждой фазе высоковольтного оборудования.

Из них создают целые комплексы систем измерения, позволяющие фильтровать и выделять различные составляющие векторов напряжения, учет которых необходим для точной работы защит, блокировок, систем сигнализации.

За счет работы трансформаторов тока и напряжения снимают вектора вторичных величин, пропорциональные первичным в реальном масштабе времени. Это позволяет не только создавать цепи измерения и защит по току и напряжению, но и за счет математических преобразований векторов анализировать состояние мощностей и сопротивлений в действующей электрической системе.

Специальные виды трансформаторов

К этой группе относят:

  • разделительные
  • согласующие
  • высокочастотные
  • сварочные и другого типа трансформаторные устройства, созданные для выполнения специальных электрических задач
Разделительные трансформаторы

Размещение двух обмоток совершенно одинаковой конструкции на общем магнитопроводе позволяет из 220 вольт 50 герц на входе получать такое же напряжение на выходе.

Напрашивается вопрос: зачем делать такое преобразование? Ответ прост: в целях обеспечения электрической безопасности.

Виды трансформаторов

   Разделительный трансформатор с системой контроля изоляции, тока нагрузки, температуры трансформатора

При пробое изоляционного слоя провода первичной схемы, на корпусе прибора появляется опасный потенциал, который по случайно сформированной цепи через землю способен поразить человека электрическим током, нанести ему электротравму.

Гальваническое разделение схемы позволяет оптимально использовать питание электрооборудования и в то же время исключает получение травм при пробоях изоляции вторичной схемы на корпус.

Поэтому разделительные трансформаторы широко используются там, где проведение работ с электроинструментом требует принятия дополнительных мер безопасности. Также они широко используются в медицинском оборудовании, допускающем непосредственный контакт с телом человека.

Высокочастотные трансформаторы

Отличаются от обычных материалом магнитопровода, который способен, в отличие от обычного трансформаторного железа, хорошо, без искажений передавать высокочастотные сигналы.

Используется в электротермии, в частности при индукционном нагреве в электротермических установках для высокочастотной сварки металлов, плавки, пайки, закалки и т.д.

Согласующие трансформаторы

Основное назначение — согласование сопротивлений разных частей в электронных схемах. Согласующие трансформаторы нашли широкое применение в антенных устройствах и конструкциях усилителей на электронных лампах звуковых частот.

Сварочные трансформаторы

Первичная обмотка создается с большим число витков, позволяющих нормально обрабатывать электрическую энергию с входным напряжением 220 или 380 вольт. Во вторичной обмотке число витков значительно меньше, а ток протекающий по ним высокий. Он может достигать тысяч ампер.

Поэтому толщина провода этой цепи выбирается повышенного поперечного сечения. Для управления сварочным током существует много различных способов.

Сварочные трансформаторы массово работают в промышленных установках и пользуются популярностью у любителей изготавливать различные самоделки своими руками.

Рассмотренные виды трансформаторов являются наиболее распространёнными. В электрических схемах работают и другие подобные устройства, выполняющие специальные задачи технологических процессов.

 

Смотрите также по теме:

   Трансформатор Тесла (Tesla coil). Делаем своими руками.

   Принцип работы трансформатора. Устройство и режимы работы.

 

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Сферы применения силовых трансформаторов

Силовым трансформатором является аппарат электрический, главная функция которого – это преобразование электричества из энергии одного значения напряжения в энергию, которая имеет другое назначение. Такие трансформаторы делятся на несколько групп:

  • исходя их количества фаз, они бывают трехфазные и однофазные;
  • они имеют разное количество обмоток и бывают трехобмоточные и двухобмоточные;
  • в зависимости от того, в каком месте их устанавливают, они бывают наружной установки и внутренней;
  • различные они и по назначению. Одни понижающие, а другие повышающие.

Стоит отметить, что это еще не все разграничения. Силовые трансформаторы отличаются в зависимости от способа охлаждения и исходя из группы обмотки.


Любой трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции. При обмотке трансформатора подключается источник переменного тока, именно по этой обмотке и протекает переменный ток, он и создает в магнитопроводе устройства переменный магнитный поток. При замыкании в магнитопроводе этот поток индуктируется силу, которая называется электродвижущей. При чем, происходит это в другой обмотке. Это говорит о том, что все обмотки устройства связаны между собой связью, называемой магнитной.

Такие трансформаторы стали просто незаменимы во многих сферах. Таковой сферой, в первую очередь, являются промышленные предприятия, а также линии электропередачи железнодорожных путей. Словом, урбанистический пейзаж каждого города обязательно дополняется силовыми трансформаторами.

Такие трансформаторы создаются для того, чтобы передавать и распределять энергию электричества. Для этого строят подстанции, которые и распределяют энергию между домами, фабриками, заводами.

Существуют преобразовательные трансформаторы, которые применяются для того, чтобы обеспечивать нужную схему включения вентилей в устройствах преобразовательных. Кроме того, они согласовывать напряжение на входе и выходе этого устройства.

Для технологических целей также применяют такие силовые устройства. Так, их используют при сварке или в качестве питания электротермических установок.

Они необходимы также для того, чтобы включать электроизмерительные приборы и некоторые аппараты. Это нужно для того, чтобы расширить пределы измерения в электромагнитных цепях и обеспечить при этом электробезопасность.

Кроме того, и для телевизионной и радио аппаратуры тоже используют силовые трансформаторы в качестве питания. Благодаря этому устройству удается согласовать напряжение, разделить электрические цепи при необходимости.

Стоит отметить еще один важный вид трансформаторов – это сухие. Они созданы для того, чтобы работать в помещениях, которые имеют умеренный климат, при этом, температура может быть от плюс сорока градусов до минус сорока пяти градусов, а влажность воздуха 75 процентов даже при пятнадцати градусов. Устанавливать такие трансформаторы нужно не более тысячи метров над уровнем моря.

  • Трансформаторы ТСЗГЛ отличаются тем, что они без кожуха, у них есть выводы ВН и НН, для того, чтобы была возможность подключать гибкими шинами или кабелем.
  • ТСЗГЛ имеют вывод ВН внутри кожуха, а вот выводы НН либо выводятся на крышу трансформатора, либо находятся внутри кожуха для того, чтобы подсоединяться кабелем.
  • ТСЗГЛ и ТСЗГЛФ создаются с выводами вида НН, они обычно располагаются сбоку кожуха. При этом, у ТСЗГЛ выводы ВН с помощью кабеля подсоединены внутри кожуха. А вот у ТСЗГЛФ выводятся на фланец для того, чтобы их подсоединять шинами.

Для таких трансформаторов обычно используют специальные обмотки для изоляции, которые имеют кварцевый наполнитель и стеклоткань. Это говорит о том, что исключена возможность возникновения трещин, даже если трансформатор будет перегружен.

Для того, чтобы преобразовывать электроэнергию в сетях энергосистем, для того, чтобы блокировать железные дорогие, питание потребителей электроэнергии, для того, чтобы питать аппаратуры сигнализации существуют однофазные трансформаторы ОМ, ОМП, ОМГ.

Важно сказать также об энергосберегающих трансформаторах ТМГ 12. Это масляное устройство, которое создано для того, чтобы преобразовывать энергию в сетях различных систем энергии, как при наружной, так и при внутренней установке. При чем, используются они при температурах, которые колеблются от минус сорока пяти до сорока градусов. В связи с тем, что энергоресурсы постоянно дорожают, целесообразно экономить энергию. А это значит, что такой энегросберегающий трансформатор придется очень кстати. Еще один масляный трансформатор – ТМГ 21. Благодаря ему удается создать конструкцию, при которой удары токов и короткие замыкания сводятся к минимуму. Это плотная конструкция, которая имеет повышенную стойкость к радиальным усилиям.

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Что такое силовой трансформатор?

Иногда известный просто как трансформатор, силовой трансформатор - это устройство, которое используется для преобразования входящего электричества или напряжения в более высокое или более низкое значение, чтобы приспособиться к потоку тока, необходимому для определенных целей. Силовые трансформаторы являются обычным компонентом в электрических сетях многих стран, позволяя регулировать передачу электроэнергии в жилые и коммерческие здания без перегрузки схемы в этих структурах.С этой точки зрения, трансформатор также можно рассматривать как функцию безопасности, которая снижает риск, связанный с использованием электрического тока в этих настройках.

Man with a drill Человек с дрелью

Две основные функции силового трансформатора - передавать электрический ток от источника к месту назначения и регулировать напряжение этого тока до того, как он достигнет намеченного места назначения.Это управляется в системе катушек устройства. Катушки функционируют как проводники, помогая поддерживать ток в пределах диапазона, который считается приемлемым. Управляя флуктуацией магнитного поля, которая имеет место в сердечнике силового трансформатора, можно контролировать напряжение и изменять его любым необходимым способом, прежде чем ток поступит в дома или на предприятия.

Силовой трансформатор может представлять собой относительно большой блок, подобный тем, которые используются многими коммунальными предприятиями как часть их сетевой системы, или устройство намного меньшего размера, которое регулирует подачу напряжения на бытовые устройства.Небольшой трансформатор обычно используется в звуковом оборудовании, используемом в театре, что позволяет адекватно питать микрофоны, динамики и другое оборудование без риска повреждения оборудования излишне высоким напряжением. Многие бытовые приборы, в том числе кухонные приборы, могут содержать какой-либо тип силового трансформатора. В последние годы технология начала устранять необходимость в трансформаторах в некоторых устройствах, особенно в небольших приборах. В настоящее время использование силового трансформатора для управления потоком мощности и напряжением в электрических сетях и подстанциях, эксплуатируемых как часть производственных операций, продолжает оставаться распространенным явлением.

Безопасность также является ключом к конструкции любого типа силового трансформатора, большого или маленького. Без таких устройств возможность использования электричества без значительного риска была бы невозможна. Нередки случаи, когда система трансформаторов напряжения питания, используемая как часть энергосистемы коммунального предприятия, включает функции отказоустойчивости, которые приводят к полному отключению устройства в случае какого-либо повреждения или скачка напряжения.Таким образом, трансформатор обычно предотвращает подачу избыточного количества напряжения на точки назначения и сводит к минимуму вероятность перегрузки и разрушения цепей на приемном оборудовании или приборах.

,
Основное различие между силовым трансформатором и распределительным трансформатором

Основное различие между силовым трансформатором и распределительным трансформатором

Вкратце, эти трансформаторы, установленные в конечной или приемной точке длинных и высоковольтных линий электропередачи, представляют собой силовые трансформаторы (в основном Шаг вперед). С другой стороны, распределительные трансформаторы (как правило, устанавливаются на полюсах) - это трансформаторы, установленные вблизи нагрузочных терминалов (города и села) для подачи напряжения потребления на потребительские терминалы (в основном понижающие). difference between Power Transformer and Distribution Transformer  difference between Power Transformer and Distribution Transformer

Ниже приведены некоторые дополнительные различия между силовыми и распределительными трансформаторами.

  • Силовые трансформаторы используются в передающей сети с более высоким напряжением для повышающих и понижающих применений (400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ) и, как правило, имеют номинал выше 200 МВА .
  • Распределительные трансформаторы используются для низковольтных распределительных сетей в качестве средства подключения конечного пользователя. (11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В, 230 В) и обычно имеют номинальную мощность менее 200 МВА .
  • Силовой трансформатор обычно имеет одну первичную и одну вторичную , а также одну настройку входа и выхода. Распределительный трансформатор может иметь один первичный и один разделенный или «вторичный» вторичный или два или более вторичных.
  • Силовые трансформаторы обычно работают при почти полной нагрузке. Однако распределительный трансформатор работает при небольших нагрузках в течение большей части дня.
  • Рабочие характеристики силовых трансформаторов обычно анализируются по коммерческой или максимальной эффективности, поскольку они рассчитаны на максимальную эффективность при полной нагрузке.Принимая во внимание, что о производительности распределительного трансформатора судят по КПД трансформатора в течение всего дня, потому что они рассчитаны на максимальную эффективность при нагрузке 60-70%, так как обычно они не работают при полной нагрузке в течение всего дня, поскольку существуют пиковые нагрузки. часы для загрузки в течение 24 часов, которые не всегда одинаковы все время.
  • Номинальная мощность высокого трансформатора во много раз выше, чем у распределительного трансформатора.
  • В силовом трансформаторе плотность потока выше, чем у распределительного трансформатора.
  • Силовые трансформаторы, первичная обмотка всегда подключена в звезду, а вторичная обмотка в соединениях треугольник, в то время как в распределительных трансформаторах первичная обмотка подключена в треугольник, а вторичная цепь в соединении звезда Узнайте больше о сравнении между звездами и треугольниками.
  • В подстанции, в конце линии электропередачи, соединение силового трансформатора находится в режиме звезда-треугольник (для понижения уровня напряжения)
  • В начале линии электропередачи (HT) соединение Силовой трансформатор находится в Delta - Star (для повышения уровня напряжения).Кроме того, не то же самое соединение, то есть соединение Delta - Star, также используется в трехфазном понижающем распределительном трансформаторе.

Полезно знать : Эффективность в течение всего дня = (Выход в кВтч) / (Вход в кВтч) через 24 часа , Эффективность в течение всего дня меньше, чем Энергетическая эффективность. Подробнее здесь.

Как работают электрические трансформаторы?

Реклама

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 27 мая 2020 г.

Могущественные линии электропередач, которые пересекаются наша сельская местность или покачивание невидимого ниже городских улиц несут электричество при чрезвычайно высоких напряжениях от власти растения в наших домах. Для линии электропередач нет ничего необычного от 400 000 до 750 000 вольт! Но приборы в наших домах используют Напряжения в тысячи раз меньше - обычно всего от 110 до 250 вольт.Если Вы пытались привести тостер или телевизор в действие от электрической опоры, это мгновенно взорваться! (Даже не думайте о попытках, потому что электричество в воздушных линиях почти наверняка убьет вас.) какой-то способ снижения высокого напряжения электроэнергии от электростанций к Электричество низкого напряжения используется на фабриках, в офисах и домах. Часть оборудования, которая делает это, гудит электромагнитным энергия, как она идет, называется трансформатором. Давайте подробнее рассмотрим, как это работает!

Фото: взрыв из прошлого: трансформатор странной формы на плотине Чикамауга близ Чаттануги, штат Теннесси.Снято в 1942 году Альфредом Т. Палмером, военное управление, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Почему мы используем высокое напряжение?

Фото: идет вниз: эта старая подстанция (понижающий трансформатор) обеспечивает электроэнергию в маленькой английской деревне, где я живу. Его высота составляет около 1,5 м (5 футов), и его задача - преобразовать несколько тысяч вольт поступающего электричества в сотни вольт, которые мы используем в наших домах.

Ваш первый вопрос, вероятно, следующий: если наши дома и офисы используя копировальные аппараты, компьютеры, стиральные машины и электробритвы рассчитан на 110–250 вольт, почему электростанции просто не передают электричество при этом напряжении? Почему они используют такие высокие напряжения? к объясните, что нам нужно немного узнать о том, как путешествует электричество.

Как электричество стекает по металлу провод, электроны, которые несут свою энергию перебираем металлическую конструкцию, разбиваем и разбиваем как правило, тратить энергию, как непослушный школьники бегут по коридору. Вот почему провода становятся горячими, когда через них течет электричество (что очень полезно в электрических тостерах и других приборы, в которых используются нагревательные элементы). Оказывается, что чем выше напряжение электричества, которое вы используете, и тем ниже ток, тем меньше энергии тратится впустую таким образом.Так что электричество, которое приходит от электростанций отправляется по проводам при очень высоких напряжениях к экономия энергии.

Но есть и другая причина. Промышленные предприятия имеют огромный завод машины, которые намного больше и более энергоемкие, чем все, что вы есть дома. Энергия, которую использует прибор, напрямую связана (пропорциональна) к напряжению, которое он использует. Таким образом, вместо того, чтобы работать на 110–250 вольт, энергоемкие машины могут использовать 10 000–30 000 вольт. Небольшие фабрики и механические мастерские могут нуждаться поставки 400 вольт или около того.Другими словами, разное электричество пользователям нужны разные напряжения. Имеет смысл отгружать высоковольтные электричество от электростанции, а затем преобразовать его в более низкие напряжения, когда он достигает своих различных мест назначения. (Тем не менее, централизованные электростанции все еще очень неэффективны. Около двух третей энергии, поступающей на электростанцию, в виде сырого топлива, тратится впустую на самом заводе и на пути к вашему дому.)

Фото: изготовление больших электрических трансформаторов на заводе Westinghouse во время Второй мировой войны.Фото Альфреда Т. Палмера, Военное управление, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Как работает трансформатор?

Трансформатор основан на очень простом факте об электричестве: когда флуктуирующий электрический ток течет через провод, он генерирует магнитный поле (невидимая картина магнетизма) или "магнитный поток" все вокруг него. Сила магнетизма (который имеет довольно техническое название плотности магнитного потока) напрямую связано с размер электрического тока.Таким образом, чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. Теперь есть еще один интересный факт о электричество тоже. Когда магнитное поле колеблется вокруг куска провод, он генерирует электрический ток в проводе. Так что, если мы поставим Вторая катушка провода рядом с первой, и отправить колеблющийся Электрический ток в первую катушку, мы создадим электрический ток во втором проводе. Ток в первой катушке обычно называется первичным током и током во втором проводе является (сюрприз, сюрприз) вторичным током.Что мы сделали вот пропустить электрический ток через пустое пространство от одной катушки провод к другому. Это называется электромагнитным индукция, потому что ток в первой катушке вызывает (или «индуцирует») ток во второй катушке. Мы можем обеспечить более эффективную передачу электрической энергии от одной катушки к другой, оборачивая их вокруг мягкого железного стержня (иногда называемого ядром):

Чтобы сделать катушку из проволоки, мы просто скручиваем провод в петли или («поворачивается», как их любят физики).Если вторая катушка имеет то же число витков, что и первая катушка, электрический ток в вторая катушка будет практически того же размера, что и первая катушки. Но (и вот умная часть), если у нас больше или меньше поворотов во второй катушке мы можем сделать вторичный ток и напряжение больше или меньше, чем первичный ток и напряжение.

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

Трансформаторы понижающие

Если первая катушка имеет больше витков, чем вторая, вторичная напряжение меньше, чем первичное напряжение:

Это называется понижение трансформатор. Если вторая катушка имеет половину столько же витков, сколько у первой катушки, вторичное напряжение будет вдвое меньше размер первичного напряжения; если вторая катушка имеет одну десятую Оказывается, он имеет одну десятую напряжения.В целом:

Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = число витков во вторичном ÷ число витков в первичной

Ток преобразуется противоположным образом - увеличивается в размерах - в понижающий трансформатор:

Вторичный ток ÷ Первичный ток = Число витков в первичное ÷ число витков во вторичном

Таким образом, понижающий трансформатор с 100 катушками в первичной и 10 катушки во вторичной обмотке уменьшат напряжение в 10 раз, но умножьте ток в 10 раз одновременно.Сила в электрический ток равен току, умноженному на напряжение (Вт = это один из способов запомнить это), чтобы вы могли видеть мощность в вторичная катушка теоретически равна мощности в первичная катушка. (На самом деле, между первичный и вторичный, потому что часть "магнитного потока" просачивается ядра, часть энергии теряется, потому что ядро ​​нагревается и т. д.)

Повышающие трансформаторы

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

На этот раз у нас есть больше поворотов на вторичном чем катушка первичная.Это все еще правда, что:

Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Количество витков в вторичный ÷ число витков в первичной

и

Вторичный ток ÷ Первичный ток = Число витков в первичное ÷ число витков во вторичном

В повышающем трансформаторе мы используем больше оборотов во вторичном, чем в первичный, чтобы получить большее вторичное напряжение и меньший вторичный ток.

Рассматривая как понижающие, так и повышающие трансформаторы, вы можете видеть, что это общее правило, которое катушка с наибольшим количеством витков имеет наибольшее напряжение, а катушка с наименьшим числом витков имеет самый высокий ток.

Трансформаторы в вашем доме

Фото: типичные домашние трансформаторы. Против часовой стрелки сверху слева: модем-трансформер, белый трансформер в iPod зарядное устройство и зарядное устройство для мобильного телефона.

Как мы уже видели, в городах много огромных трансформаторов. и города, где высоковольтное электричество от входящих линий электропередач преобразуется в более низкие напряжения. Но есть много трансформаторов в Твой дом тоже. Большие электрические приборы, такие как стиральные и посудомоечные машины, используют относительно высокое напряжение 110-240 вольт, но электронные устройства, такие как ноутбуки и зарядные устройства для MP3-плееров и мобильных телефонов, используют относительно небольшие Напряжение: ноутбуку нужно около 15 вольт, зарядному устройству iPod нужно 12 вольт, и мобильный телефон обычно требует менее 6 вольт, когда вы зарядите свой аккумулятор.Таким образом, электронные приборы, подобные этим, имеют небольшие встроенные в них трансформаторы (часто устанавливаемые в конце привести), чтобы преобразовать 110-240 вольт отечественных питание на меньшее напряжение, которое они могут использовать. Если вы когда-нибудь задумывались, почему такие вещи, как мобильные телефоны, имеют эти большие толстые короткие шнуры питания, потому что они содержат трансформаторы!

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

Индукционные зарядные устройства

Многие домашние трансформаторы (например, те, которые используются в iPod и сотовые телефоны) предназначены для зарядки аккумуляторов. Вы можете точно увидеть, как они работают: потоки электроэнергии в трансформатор от электрической розетки на вашей стене, получает преобразуется до более низкого напряжения, и течет в батарею в вашем iPod или телефон.Но что происходит с чем-то вроде электрической зубной щетки, которая не имеет кабель питания? Заряжается с немного другим типом трансформатор, который имеет одну из своих катушек в основании щетки и другой в зарядном устройстве, на котором стоит щетка. Вы можете узнать как работают трансформаторы в нашей статье об индукционных зарядных устройствах.

Трансформаторы на практике

Если у вас дома есть такие трансформаторные зарядные устройства (обычные или индукционные), вы заметите, что они нагреваются через некоторое время.Поскольку все трансформаторы вырабатывают некоторое количество отработанного тепла, ни один из них не является абсолютно эффективным: вторичная катушка вырабатывает меньше электрической энергии, чем мы подаем в первичную, и отработанное тепло составляет большую часть разницы. На маленьком домашнем зарядном устройстве для мобильного телефона потеря тепла довольно минимальна (меньше, чем у старомодной лампы накаливания) и обычно не о чем беспокоиться. Но чем больше трансформатор, тем больше ток, который он несет, и тем больше тепла он производит.Для трансформатора подстанции, подобного показанному на нашей верхней фотографии, который примерно такой же ширины, как маленький автомобиль, отработанное тепло может быть действительно значительным: оно может повредить изоляцию трансформатора, серьезно сократить его срок службы и сделать его гораздо менее надежным (давайте Не забывайте, что сотни или даже тысячи людей могут зависеть от мощности одного трансформатора, который должен надежно работать не только изо дня в день, но и из года в год). Поэтому вероятное повышение температуры трансформатора во время работы является очень важным фактором в его конструкции.Типичная «нагрузка» (насколько интенсивно она используется), сезонный диапазон температур наружного воздуха (окружающей среды) и даже высота (которая снижает плотность воздуха и, следовательно, насколько эффективно он охлаждает что-либо), - все это необходимо учитывать для выяснить, насколько эффективно будет работать наружный трансформатор.

На практике большинство крупных трансформаторов имеют встроенные системы охлаждения, которые используют воздух, жидкость (масло или воду) или и то, и другое для отвода тепла. Как правило, основная часть трансформатора (сердечник, а также первичная и вторичная обмотки) погружается в масляный бак с теплообменником, насос и ребра охлаждения прилагаются.Горячее масло перекачивается из верхней части трансформатора через теплообменник (который охлаждает его) и обратно в дно, готовое повторить цикл. Иногда масло движется по контуру охлаждения только за счет конвекции без использования отдельного насоса. Некоторые трансформаторы имеют электрические вентиляторы, которые обдувают воздух через охлаждающие ребра теплообменника для более эффективного рассеивания тепла.

Artwork: Большие трансформаторы имеют встроенные системы охлаждения. В этом случае сердечник трансформатора и катушка (красного цвета) находятся внутри большого масляного бака (серого цвета).Горячее масло, забираемое из верхней части бака, циркулирует через один или несколько теплообменников, которые рассеивают отработанное тепло с помощью охлаждающих ребер (зеленого цвета) перед возвратом масла в тот же бак в нижней части. Произведение из патента США 4,413,674: охлаждающая структура трансформатора, автор Randall N. Avery et al., Westinghouse Electric Corp., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Что такое полупроводниковые трансформаторы?

Прочитав выше, вы поймете, что трансформаторы могут быть очень большими, очень неуклюжими, а иногда и очень неэффективными.С середины 20-го века все виды аккуратных электрических трюков, которые раньше выполнялись крупными (а иногда и механическими) компоненты были сделаны электронным способом, используя так называемую «твердотельную» технологию. Так, например, переключающие и усиливающие реле поменялись местами для транзисторов, в то время как магнитные жесткие диски все чаще заменяются флэш-памятью (в таких случаях, как твердотельные накопители, твердотельные накопители и карты памяти USB).

В течение последних нескольких десятилетий инженеры-электронщики работали над созданием так называемых твердотельных трансформаторов (SST).Это по существу компактные, мощные высокочастотные полупроводниковые схемы, которые увеличивают или уменьшают напряжения с большей надежностью и эффективность, чем традиционные трансформаторы; они также намного более управляемы, поэтому реагировать на изменения спроса и предложения. «Умные сети» (будущие системы электропередачи, питаемые от источников возобновляемые источники энергии, такие как ветряные турбины и солнечные фермы), поэтому будет основным приложением. Несмотря на огромный интерес, SST технология остается относительно мало используемой до сих пор, но, вероятно, будет самая захватывающая область проектирования трансформаторов в будущем.

Узнайте больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для пожилых читателей
    Разработка и применение трансформаторов
  • от Robert M. Del Vecchio et al. CRC Press, 2018. Подробное руководство по трансформаторам питания.
  • Руководство по проектированию трансформаторов и индукторов полковника Уильяма Т. Маклимана. CRC Press, 2011. Подробное практическое руководство по проектированию электрических машин с использованием индуктивности.
  • Электрические трансформаторы и силовое оборудование Энтони Дж. Пансини. Fairmont Press, 1999. Объясняет теорию, конструкцию, установку и техническое обслуживание трансформаторов и трансформаторов различных типов, прежде чем перейти к описанию связанных силовых устройств, таких как автоматические выключатели, предохранители и защитные реле.
  • Трансформаторы и моторы Джорджа Патрика Шульца. Newnes, 1997. Эта книга гораздо практичнее, чем некоторые другие книги, перечисленные здесь; он предназначен больше для электриков и людей, которые должны работать с трансформаторами, чем для тех, кто хочет их проектировать.
  • Трансформаторы и индукционные машины М.В.Бакши и У.А.Бакши. Технические публикации, 2009. Объясняет различные виды трансформаторов и связанного электрического оборудования, которое работает по индукции.
Более общие книги для читателей младшего возраста
  • Д.К. Свидетель: Электричество от Стива Паркера. Дорлинг Киндерсли, 2005. Исторический взгляд на электричество и на то, как люди используют его на практике.
  • Сила и Энергия Криса Вудфорда. Факты по делу, 2004.Это одна из моих собственных книг, в которой описывается, как люди использовали энергию (включая электричество) на протяжении всей истории.

Патенты

Существуют сотни патентов на электрические трансформаторы разных видов. Вот несколько особенно интересных (ранних) из базы данных Управления по патентам и товарным знакам США:

  • Патент США 351589: система распределения электроэнергии, Люсьен Голлард и Джон Гиббс, 26 октября 1886 года. Голлард и Гиббс описывают, как можно использовать трансформаторы для повышения и понижения напряжения для эффективного распределения энергии - основа современной системы электроснабжения По всему миру.
  • Патент США 433702: Электрический трансформатор или индукционное устройство. Авторы: Никола Тесла, 5 августа 1890 года. Тесла описывает трансформатор с фазовым сдвигом (который может создавать разность фаз между первичным и вторичным токами).
  • Патент США 497113: «Трансформаторный двигатель» Отто Тита Блати, 9 мая 1893 года. Комбинированный трансформатор и двигатель, изготовленные одним из изобретателей трансформатора.
  • Патент США 1422653: Электрический трансформатор для регулирования или изменения напряжения тока, подаваемого от него Эдмундом Берри, 11 июля 1922 года.Трансформатор с циферблатом, позволяющим регулировать выходное напряжение.

Статьи новостей

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты.

Статьи с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным наказаниям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Следуйте за нами

Поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать об этом друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2007/2020) Электротрансформаторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/transformers.html. [Доступ (Введите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте...

,

частей силового трансформатора

Что такое трансформатор?

Трансформатор - это электрическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую посредством электромагнитной индукции (также называемой действием трансформатора). Он используется для повышения или понижения переменного напряжения.

Основные части трансформатора

Это основные компоненты трансформатора.

  1. Ламинированный сердечник
  2. обмоток
  3. Изоляционные материалы
  4. Трансформаторное масло
  5. РПН
  6. Консерватор масла
  7. Дыхательный аппарат
  8. Охлаждающие трубки
  9. Реле Бухгольца
  10. Взрывное отверстие

Из вышеперечисленного ламинированный сердечник из мягкого железа, обмотки и изоляционный материал являются основными частями и присутствуют во всех трансформаторах, тогда как остальные можно увидеть только в трансформаторах, имеющих мощность более 100 кВА.

Сердечник

Сердечник действует как опора для обмотки в трансформаторе. Это также обеспечивает низкий путь сопротивления магнитному потоку. Он сделан из ламинированного мягкого железного сердечника, чтобы уменьшить потери на вихревые токи и гистерезисные потери. Состав сердечника трансформатора зависит от таких факторов, как напряжение, ток и частота. Диаметр сердечника трансформатора прямо пропорционален потерям меди и обратно пропорционален потерям железа. Если диаметр сердечника уменьшается, вес стали в сердечнике уменьшается, что приводит к меньшим потерям в сердечнике трансформатора и увеличению потерь в меди.Когда диаметр сердечника увеличивается, наоборот.

Обмотка

Два комплекта обмоток выполнены над сердечником трансформатора и изолированы друг от друга. Обмотка состоит из нескольких витков медных проводников, связанных вместе и соединенных последовательно.

Намотка может быть классифицирована двумя различными способами:

  1. На основе входного и выходного питания
  2. На основании диапазона напряжений

В классификации входов / выходов обмотки подразделяются на следующие категории:

  1. Первичная обмотка - это обмотка, к которой подается входное напряжение.
  2. Вторичная обмотка - это обмотка, к которой подается выходное напряжение.

В рамках классификации диапазона напряжения обмотки подразделяются на следующие категории:

  1. Обмотка высокого напряжения - изготовлена ​​из медного провода. Число выполненных витков должно быть кратным числу витков в обмотке низкого напряжения. Используемый проводник будет тоньше, чем у обмотки низкого напряжения.
  2. Обмотка низкого напряжения - состоит из меньшего числа витков, чем обмотка высокого напряжения.Изготовлен из толстых медных проводников. Это связано с тем, что ток в обмотке низкого напряжения выше, чем в обмотке высокого напряжения.

Входное питание для трансформаторов может быть подано либо от обмотки низкого напряжения, либо от высокого напряжения, в зависимости от требований.

Изоляционные материалы

Изоляционная бумага и картон используются в трансформаторах для изоляции первичной и вторичной обмоток друг от друга и от сердечника трансформатора.

Трансформаторное масло - еще один изоляционный материал.Трансформаторное масло выполняет две важные функции: в дополнение к изолирующей функции оно также может охлаждать сердечник и катушку в сборе. Сердечник и обмотка трансформатора должны быть полностью погружены в масло. Обычно углеводородные минеральные масла используются в качестве трансформаторного масла. Загрязнение маслом является серьезной проблемой, поскольку загрязнение лишает масло его диэлектрических свойств и делает его бесполезным в качестве изолирующей среды.

Консерватор

Консерватор экономит трансформаторное масло.Это герметичный металлический цилиндрический барабан, установленный над трансформатором. Резервуар консерватора выпускается в атмосферу в верхней части, и нормальный уровень масла находится примерно в середине консерватора, чтобы позволить маслу расширяться и сжиматься при изменении температуры. Консерватор подключен к основному резервуару внутри трансформатора, который полностью заполнен трансформаторным маслом через трубопровод.

Передышка

Передышка контролирует уровень влажности в трансформаторе.Влага может возникнуть, когда колебания температуры вызывают расширение и сжатие изолирующего масла, что приводит к изменению давления внутри консерватора. Изменения давления уравновешиваются потоком атмосферного воздуха в и из консерватора, что позволяет влаге проникать в систему.

Если изоляционное масло встречает влагу, это может повлиять на изоляцию бумаги или даже привести к внутренним неисправностям. Следовательно, необходимо, чтобы воздух, поступающий в резервуар, не содержал влаги.

Передышка трансформатора представляет собой цилиндрический контейнер, заполненный силикагелем. Когда атмосферный воздух проходит через силикагель сапуна, влага воздуха поглощается кристаллами кремнезема. Передышка действует как воздушный фильтр для трансформатора и контролирует уровень влажности внутри трансформатора. Это связано с концом дыхательной трубы.

Tap Changer

Выходное напряжение трансформаторов зависит от его входного напряжения и нагрузки.В условиях нагрузки напряжение на выходной клемме уменьшается, тогда как в условиях без нагрузки выходное напряжение увеличивается. Чтобы сбалансировать изменения напряжения, используются устройства РПН. Устройство РПН может быть либо устройством РПН, либо устройством РПН. В переключателе отводов под нагрузкой ответвление можно менять, не изолируя трансформатор от источника питания. В устройстве РПН, это происходит после отключения трансформатора. Автоматические устройства РПН также доступны.

Охлаждающие трубки

Охлаждающие трубки используются для охлаждения масла трансформатора. Трансформаторное масло циркулирует через охлаждающие трубки. Циркуляция масла может быть естественной или принудительной. В естественной циркуляции, когда температура масла повышается, горячее масло естественным образом поднимается наверх, а холодное масло опускается вниз. Таким образом, масло естественным образом циркулирует по трубам. При принудительной циркуляции для циркуляции масла используется внешний насос.

Реле Бухгольца

Реле Бухгольца представляет собой контейнер защитного устройства, размещенный над соединительной трубой от основного резервуара к резервуару консерватора.Он используется для определения неисправностей, возникающих внутри трансформатора. Это простое реле, которое работает от газов, выделяющихся при разложении трансформаторного масла при внутренних неисправностях. Это помогает в обнаружении и защите трансформатора от внутренних неисправностей.

Взрывной клапан

Взрывной клапан используется для удаления кипящего масла в трансформаторе во время тяжелых внутренних неисправностей, чтобы избежать взрыва трансформатора. При тяжелых неисправностях масло выливается из вентиляционного отверстия.Уровень вентиляционного отверстия обычно поддерживается выше уровня резервуара зимнего сада.

Подробнее о трансформаторах

Я написал серию статей, чтобы помочь читателю понять силовые трансформаторы. Я перечислил два здесь, и если вы хотите найти больше, вы можете найти их, нажав на мой профиль автора в верхней части этой статьи.

Как работает трансформатор - Основные принципы работы трансформатора.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о