Принцип работы силовой трансформатор: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Содержание

как устроен, принцип работы силового трансформирующего устройства

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

Составляющие конструкции

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

  • обычные трансформаторы;
  • автотрансформаторы.

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

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

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

Принцип действия

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

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

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

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

Температурный режим

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

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

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

Правильная эксплуатация и обслуживание

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

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

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

Устройство силового трансформатора | Неисправности электрооборудования и способы их устранения

Страница 2 из 30

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ
Устройство силовых трансформаторов

Трансформатором называют статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии одного напряжения и тока в энергию другого напряжения и тока при постоянной частоте.
В настоящее время существует множество трансформаторов, однако по принципу действия и устройству они столь подобны друг другу, что можно, рассмотрев самый распространенный тип — силовые трансформаторы, легко изучить и все другие.

Трехфазный силовой двухобмоточный трансформатор состоит из следующих основных частей: магнитопровода, обмоток, переключателя анцанф, проходных изоляторов, бака, расширителя.
Магнитопровод трансформатора набирают из листов электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35 мм, листы изолируют один от другого специальными лаками.
Наиболее распространен магнитопровод стержневого типа, собранный при помощи шихтовки листов трансформаторной электротехнической стали. На рисунке 18 показана схема шихтовки магнитопровода стержневого типа трехфазного трансформатора. Обычно шихтовка магнитопровода проводится через две пластины и минимальное число пластин для трансформатора малой мощности — три.
На рисунке 19 показаны ярма и стержни магнитопровода. На стержни магнитопровода насаживают обмотки.
В мощных трансформаторах сечение ярм делают на 5-10% больше сечения стержней. Некоторые зарубежные фирмы строят мощные трансформаторы с магнитопроводами броневого типа.
В СССР броневые магнитопроводы делают у мелких однофазных трансформаторов и у специальных однофазных трансформаторов значительной мощности.

а — ярма; в — стержни.
Рис. 20. Магнитопровод броневого однофазного трансформатора:
а — ярмо; б — стержень.
а — первый слой листов; б — второй слой листов.


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

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

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


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

На рисунке 21, а показана многослойная обмотка ВН трансформатора небольшой мощности, на рисунке 21,6 — непрерывная обмотка ВН трансформатора значительной мощности, на рисунке 21, в — цилиндрическая обмотка НН трансформатора сравнительно небольшой мощности, а на рисунке 21, г — винтовая обмотка НН мощного трансформатора.

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

Трансформатор

Обмотки

ВН

НН

СН среднего напряжения

начало

конец

ней-
траль

начало

конец

ней-
трал

начало

конец

нейтраль

Однофазный

А

X

а

X

Ат

Хт

Трехфазный двух-
обмоточный

А

X

0

а

X

0

В

У

 

b

У

 

 

 

 

С

Z

 

с

г

 

 

 

 

Трехфазный трех

А

X

 

а

X

 

Ат

Хт

 

обмоточный

В

У

0

b

У

0

 

Ут

0

 

С

Z

 

с

Z

 

 

Хт

 

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

Рис. 24. Трехфазный нулевой переключатель:

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

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

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

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

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

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

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

РПН трансформатора: разновидности, принцип работы

Трансформатор позволяет преобразовывать переменное напряжение электрической цепи в целях обеспечения конечного источника необходимыми (фиксированными) параметрами энергопотребления.

В то же время, часто возникают и такие проблемы (в частности, для поддержания необходимого уровня напряжения в сетях потребителей), когда необходимо его оперативное регулирование.

Самый простой способ – изменение так называемого коэффициента трансформации, когда меняется число витков в первичной или вторичной обмотке. Современные силовые трансформаторы оборудованы специальными устройствами, позволяющими добавлять или отключать необходимое количество витков.

Точная настройка предусматривается с помощью специального тумблера.

Уровень сложности такого регулирования при использовании переключателя витков зависит частоты применения, а также от функциональных особенностей трансформатора и его габаритов.

Согласно известным законам электротехники, при изменении нагрузки цепи происходит изменение и напряжения. И для того, чтобы потребители были обеспечены необходимым его уровнем в допустимых пределах, и применяются различные методы его регулирования.

{xtypo_quote}Как уже отмечалось выше, самый простой и действенный способ – изменение соотношения числа витков первичной и вторичной обмоток. {/xtypo_quote}

Такие переключения возможны как под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой) или на холостом ходу – ПБВ (переключение без возбуждения). В любом из этих вариантов в силовом трансформаторе должны быть предусмотрены соответствующие ответвления от витков, позволяющие менять их задействованное в процессе электромагнитной индукции количество. Тем самым, соответственно, меняя и коэффициент трансформации. Испытания высоковольтных трансформаторов проводятся при новых включениях, после капитального ремонта или плановых ремонтов.

•Переключение без возбуждения

Такой вид переключений является сезонным – так как изначально предполагает невозможность отключения трансформатора от сети без возникновения проблем для потребителей. Схема регулирования позволяет варьировать коэффициентом трансформации в пределах плюс/минус 5 %, и использовать более простые и дешевые переключающие устройства. Главная проблема здесь – прекращение подачи электроэнергии в процессе коммутации, поэтому такой метод используют, в основном, для коррекции напряжения на выходе силовых понижающих трансформаторов, которое зависит от входного в соответствии с сезонными нагрузками.

•Регулирование под нагрузкой (РПН)

Данный тип регулировки подразумевает уже динамическое отслеживание изменений нагрузки в сети. В зависимости от конкретной модели трансформатора, его конструкция позволяет менять коэффициент трансформации в режиме РПН в пределах от ±10 до ±16 %. Регулировка производится со стороны высоковольтной обмотки, так как там значительно меньше силы тока, что позволяет осуществлять процесс с меньшими затратами при высокой надежности. Управление может быть как ручным, так и автоматическим.

Основные проблемы, которые возникают в процессе изменения числа витков в этом режиме, заключается в следующем:

— невозможность простого размыкания цепи из-за возникновения электрической дуги;

— необходимость многоступенчатого переключения, что опять же приводит к проблеме, указанной выше.

Чтобы уменьшить токи в короткозамкнутых обмотках, используют специальные токоограничительные сопротивления:

•Индуктивности (реакторы)

В этом случае каждую ступень РПН необходимо обеспечить двумя силовыми контакторами и одной индуктивностью с двумя обмотками. В процессе регулирования происходит переключение одного из контакторов на следующий контакт с автоматическим коротким замыканием части обмотки трансформатора – дополнительная индуктивность позволяет ограничить ток до необходимых пределов. Затем происходит замыкание со вторым контактором, что и обеспечивает необходимое регулирование без образования резких ингредиентов токов.

•Резисторы

Основной принцип этого метода, позволяющий существенно увеличить надежность переключателей витков силовых трансформаторов под нагрузкой, основан на изобретении триггерного контактора Янсона. Он предусматривает определенную нагруженность контактов жесткой пружиной, позволяющей контактам максимально сократить время переключения между витками с помощью специального токоограничивающего резистора.

Также для регулировки коэффициента трансформации в некоторых случаях могут быть использованы и последовательно подключаемые специальные регулировочные (вольтодобавочные) трансформаторы, позволяющие менять как уровень напряжения в сетях, так и фазу. Их применение ограничено, прежде всего, высокой стоимостью и сложностью осуществления регулировочных работ.

Изучение конструкции силовых трансформаторов.

  1. Краткая характеристика силовых трансформаторов 35-220 кВ

    1. Введение

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

    1. Назначение и принцип работы силового трансформатора

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

Трансформаторы бывают:

  • в зависимости от количества фаз: однофазные и трехфазные;

  • по количеству обмоток: двухобмоточные и трёхобмоточные;

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

  • по назначению: понижающие и повышающие.

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

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

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

ГОСТ Р 52719-2007 Трансформаторы силовые.

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

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

ГОСТ 16110-82Трансформаторы силовые. Термины и определения.

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

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

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

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

Структура условного обозначения типов отечественных трансформаторов:

Буквенная часть условного обозначения должна содержать обозначения в следующем порядке:

  • А - автотрансформатор;

  • О или Т - однофазный или трёхфазный трансформатор;

  • Р - расщепленная обмотка НН;

  • Л - исполнение трансформатора с литой изоляцией;

  • Т* - трёхобмоточный трансформатор;

  • Н - трансформатор с РПН;

  • С - исполнение трансформатора собственных нужд электростанций.

_______________________________

* Для двухобмоточных трансформаторов не указывают.

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

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

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

Примеры условных обозначений:

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

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

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

Силовые трансформаторы в электрических подстанциях: устройство и принцип работы агрегатов

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

 

Устройство и принцип работы 

 

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

 

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

 

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

 

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

 

Помимо сердечника, в конструктив силового трансформатора включены:

 

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

 

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

 

Классификация силовых трансформаторов

 

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

 

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

 

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

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

 

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

 

Для классификации силовых трансформаторов используются и другие критерии:

 

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

 

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

 

Этапы монтажа

 

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

 

Подготовительный этап

 

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

 

Этап транспортировки

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

Предмонтажная ревизия

 

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

 

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

 

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

 

Монтаж оборудования

 

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

 

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

 

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

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

 

Пусконаладочные работы

 

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

 

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

 

Обслуживание и диагностика 

 

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

 

Регулярной диагностике подлежат:

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

Для чего нужен силовой трансформатор

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

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

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

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

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

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

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

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

Гидравлическая схема трансформатора

Упрощенно состав и взаимодействие ее основных элементов показано на картинке.

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

В силовом трансформаторе образовано два контура циркуляции масла:

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

Внутри бака циркуляция масла может производиться:

принудительно за счет создания давления в системе насосами.

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

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

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

Контроль уровня масла в трансформаторе

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

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

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

Защита от проникновения влаги

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

Защита от внутренних повреждений

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

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

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

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

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

только на сигнал;

на отключение с выдачей сигнала.

Защита от аварийного повышения давления внутри бака

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

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

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

Электрическая схема силового трансформатора

Внутри корпуса бака размещаются:

остов с верхней и нижней балкой;

обмотки высокого и низкого напряжения;

регулировочные ответвления обмоток;

низковольтный и высоковольтный отводы

нижняя часть вводов высокого и низкого напряжения.

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

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

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

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

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

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

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

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

Для подключения обмоток одной стороны напряжения между собой используют схемы:

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

Тип трансформатораСторона обмотки
Низкого напряженияСреднего напряженияВысокого напряжения
началоконецнейтральначалоконецнейтральначалоконецнейтраль
ОднофазныйаXАтХтАX
Две обмотки три фазыaХАX
bYBY
сгCZ
Три обмотки три фазыaXАтХтАX
bYY тBY
cZХтCZ

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

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

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

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

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

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

Для коммутации ответвлений используют трехфазный переключатель.

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

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

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

Способы регулирования выходного напряжения

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

1. с отключением нагрузки;

2. под нагрузкой.

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

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

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

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

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

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

Принцип и режимы работы

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

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

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

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

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

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

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

потерь в стали на намагничивание сердечника.

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

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

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

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

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

Зачем это нужно?

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

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

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

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

Принцип работы силового трансформатора

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

Индукция

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

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

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

Устройство трансформатора

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

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

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

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

Принцип работы

Схема работы силового трансформатора выглядит так:

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

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


Схема простейшего трансформатора

Почему трансформатор называют силовым

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


Установленный силовой трансформатор

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

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

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

Виды трансформаторов

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

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

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


Сетевой трансформатор

Контроль работы устройства

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

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

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

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

Основные детали и системы силового трансформатора

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

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

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

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

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

Принцип действия и режимы работы

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

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

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

Защита силовых трансформаторов

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

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

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

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

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

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

Монтаж и дальнейшая эксплуатация силовых трансформаторов

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

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

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

Релейная защита силового трансформатора

Трехфазный силовой трансформатор, назначение трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор – статический аппарат с тремя парами обмоток, предназначенный для преобразования напряжения при передаче электрического тока на дальние дистанции. Такое преобразование можно осуществить с помощью трех однофазных трансформаторов. Но комплексный аппарат имеет значительные габариты и массу. Трехфазный трансформатор свободен от этих недостатков, благодаря тому, что три обмотки расположены на общем магнитопроводе. Трехфазные аппараты успешно применяют в сетях мощностью до 60 кВА.

Назначение трехфазного трансформатора

Главная задача такого аппарата – преобразовать параметры электрического тока таким образом, чтобы потери при нагреве проводов были минимальными. Для решения этой проблемы необходимо снизить силу тока и увеличить значение напряжения до 6-500 кВ, чтобы значение мощности осталось постоянным. После доставки электрического тока потребителю напряжение необходимо снизить до требуемой величины – 380 В. И эту проблему тоже решают трехфазные аппараты.

Также эти устройства применяют для присоединения измерительных приборов, изменения напряжения при проведении испытаний или подключении силовой нагрузки.

Принцип действия и устройство силового трехфазного трансформатора

В конструкцию этого аппарата входят:

  • Магнитопровод. К нему крепятся все части аппарата. Также он служит для создания основного магнитного потока. Магнитопровод может быть стержневым, бронестержневым, броневым.
  • Обмотки. В каждой фазе присутствуют две обмотки – понижающая и повышающая. Обмотки могут соединяться «звездой» или «треугольником» В первом случае линейное напряжение (между началами фаз) в 1,73 раза выше фазного (между началом и концом фазы). При соединении «треугольником» линейное и фазное напряжения одинаковы. Соединение «звездой» эффективно при значительных напряжениях, «треугольником» – при высоких токах.
  • Вводы и выводы. Необходимы для присоединения концов обмоток к ЛЭП. Ввод соединяется с первичной обмоткой, вывод – со вторичной.

В каталоге силовых трансформаторов представлены «сухие» и «масляные» модели. В маломощных трансформаторах охлаждение осуществляется воздушным способом. Такие аппараты называют «сухими». Высокомощные устройства имеют масляное охлаждение, благодаря чему их называют «масляными». Масло не только охлаждает обмотки, которые нагреваются из-за протекания по ним электрического тока, но и повышает изоляционные характеристики.

Принцип действия:

  • При подключении первичной обмотки в сеть в ней начинает протекать переменный .
  • В сердечнике магнитопровода появляется магнитный поток, охватывающий обмотки всех фаз. В каждом витке присутствует ЭДС, равная по направлению и величине.
  • Если количество витков в первичной обмотке больше, чем число витков во вторичной обмотке, то выходное напряжение больше входного. И наоборот.

Силовые сухие трехфазные трансформаторы - особенности эксплуатации и характеристики

В сухих трансформаторах тепло от нагревающихся токоведущих частей отводится воздушным потоком. Такая охлаждающая система эффективна для аппаратов мощностью не выше 4000 кВА и напряжением обмоток высшего напряжения не более 35 кВ. Эти устройства применяются в местах, в которых предъявляются повышенные требования к безопасности обслуживающего персонала и оборудования. Они востребованы на металлургических предприятиях, в нефтяной индустрии, машиностроении, при организации электроснабжения объектов жилого, административного и производственного назначения.

Преимущества сухих трехфазных трансформаторов с выходным напряжением 380 В:

  • Возможность установки в непосредственной близости от людей и оборудования, в любом помещении. Необходимо только предусмотреть защитное ограждение, вентиляционную систему, средства мониторинга.
  • Безопасность. Эти аппараты взрывобезопасны, поскольку элегаз и жидкий диэлектрик отсутствуют.
  • Экологичность. Масляные испарения отсутствуют. Поэтому такие модели разрешены для установки возле дошкольных, учебных, медицинских учреждений.
  • Простота эксплуатации. Необходимо контролировать только основные параметры – температуру обмоток, отсутствие или наличие КЗ.
  • Современные комплектующие. Благодаря им удалось уменьшить габариты и массу аппаратов.

Недостатки моделей «сухого» типа:

  • Чувствительность к условиям окружающей среды – температуре, влажности, запыленности, сейсмическим воздействиям.
  • Отсутствие моделей, рассчитанных на напряжение более 35 кВ и мощность выше 4000 кВА.
  • Вероятность появления микротрещин в обмотке, которые развиваются и становятся причиной выхода устройства из строя и даже его возгорания.

Цены на сухие трансформаторы зависят от мощности аппарата и материала (медь, алюминий), из которого изготовлены обмотки. Также на стоимость влияет исполнение: открытое, защищенное, герметичное.

Трехфазные силовые трансформаторы масляного типа – плюсы и минусы конструкции

Эти аппараты более опасны в эксплуатации, по сравнению с «сухими» аналогами. Отказ от софтолового масла сделал устройства более безопасными и экологичными, но полностью предотвратить возгорания и взрывы этого оборудования пока не удалось. При использовании масляных устройств необходимо специальное обслуживание и постоянный контроль комплекса рабочих параметров, что повышает эксплуатационные расходы. Оборудование сложно транспортировать к месту назначения, поскольку для доставки масла необходима специальная станция.

Преимущества масляных силовых трехфазных трансформаторов:

  • Неприхотливость к условиям окружающей среды.
  • Привычная конструкция для электриков старшего поколения.
  • Отсутствие межвитковых и межслойных замыканий, благодаря теплопроводности масла.
  • Отсутствие вероятности появления микроскопических трещин в обмотках.
  • Наличие моделей, рассчитанных на значительные напряжение (375 кВ и выше) и мощность (40000 кВА и выше).

У обоих видов трансформаторов имеются собственные достоинства и недостатки. Поэтому при выборе конкретного типа оборудования инженеры-электрики учитывают запланированные эксплуатационные условия, требования СНиПов, ГОСТов, ПУЭ, рекомендации изготовителя.

Электротрансформатор - Устройство, работа и виды

Эта статья поможет вам разобраться в основных понятиях электрических трансформаторов или силовых трансформаторов, их конструкции, принципе действия, проводимых на них испытаниях и их классификации.

Вы когда-нибудь задумывались, как электричество, произведенное в сельской местности, освещает ваш дом, питает вашу бытовую технику и электронные устройства, которые вы используете и носите? Как линии высокого напряжения, проходящие над головой, преобразуются в линии низкого напряжения и помогают вам смотреть прямые трансляции спортивных состязаний по телевизору? Оборудование, которое это делает, называется электрическим трансформатором.

Раньше Электроэнергия постоянного тока вырабатывалась вблизи грузовых станций и распределялась. Изобретение трансформатор привел к недавним достижениям в производстве электроэнергии, секторы передачи и распределения. Трансформаторы сделали массовую выработку электроэнергии возможна передача электроэнергии переменного тока на большие расстояния. Сегодня мощность передается на до 765 кВ с минимальными потерями мощности и более высоким КПД.

Что такое электрический трансформатор?

Электрический трансформатор или силовой трансформатор r - это часть оборудования, которая предназначена для изменения величины переменного напряжения в цепи без изменения частоты и с минимальными потерями мощности. Он используется для понижения и повышения напряжения. Энергия передается от его входной стороны к его выходной стороне в процессе электромагнитной индукции.

Используется для передачи мощность, произведенная в удаленном месте для потребителя, эффективно на необходимое напряжение. Трансформаторы доступны в различных размерах и номиналах от те огромные на подстанции к тем крошечным на электронной плате.

Принцип работы трансформаторов

Электрический трансформатор работает по принципу взаимной индуктивности и закона Фарадея электромагнитной индукции .Поток переменного тока через катушку создает переменное магнитное поле. Когда другая катушка контактирует с переменным магнитным полем, в этой катушке индуцируется напряжение. Согласно закону Фарадея величина индуцированного напряжения зависит от скорости изменения магнитного потока, соединяющего вторую катушку, и количества витков.

ε = -N dΦ / dt

В случае трансформаторов: Поскольку скорость изменения магнитного потока между катушками практически одинакова, индуцированное напряжение зависит от количества витков катушек.

Идеальный трансформатор

An Идеальный трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, намотанных вокруг два вертикальных плеча ядра. Когда переменное напряжение подается на первичная обмотка трансформатора, через нее протекает ток, что создает переменное магнитное поле и, следовательно, переменный магнитный поток. Величина создаваемого магнитного поля зависит от количества витков катушка. Этот магнитный поток индуцирует ЭДС во вторичной катушке.Нагрузка может быть подключен к вторичной обмотке, пропускающей ток.

Идеальный трансформатор - это воображаемый трансформатор, имеющий нулевые потери, бесконечную магнитную проницаемость и 100% КПД. Поскольку одинаковое количество магнитного потока связывает первичную и вторичную обмотки трансформатора, отношение приложенного напряжения ( В первичной обмотки ) и индуцированного напряжения (В вторичной В) должно быть пропорционально отношению количества витков в первичной обмотке к количество витков (N первичной ) во вторичной обмотке (N вторичной ).

В первичный / V вторичный = N первичный / N вторичный

В Идеальный трансформатор, входная мощность равна выходной мощности.

В первичный / V вторичный = I вторичный / I первичный

В реальном трансформаторе индуцируемое за один виток напряжение определяется следующим уравнением:

E / N = K.Φm.f

где K - константа, Φm - максимальное значение общего потока по Веберсу, связывающее это оборот, а f - частота питания в герцах.

Повышающий трансформатор

В повышающих трансформаторах вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная. Кроме того, напряжение на вторичной обмотке должно быть выше, чем напряжение первичной обмотки (в зависимости от соотношения витков). Повышающие трансформаторы используются для увеличения напряжения передачи и уменьшения потерь при передаче. Их можно найти на генерирующих станциях и обычно называют силовыми трансформаторами.

Понижающий трансформатор

В понижающем трансформаторе количество витков на вторичной стороне трансформатора меньше, чем количество витков на первичной стороне и, следовательно, напряжение.Эти трансформаторы используются для понижения напряжения на распределительной стороне энергосистемы.

Коэффициент трансформации

Коэффициент «n» витков трансформатора - это число, обозначающее отношение количества витков проводника в первичной катушке к числу витков вторичной катушки. Коэффициент трансформации также известен как коэффициент трансформации напряжения. Это говорит о напряжении, доступном на вторичной стороне трансформатора для приложенного первичного напряжения.

N P - Число витков проводника в первичной обмотке.

В P - Приложенное первичное напряжение.

N S - Число витков проводника во вторичной обмотке.

В S - Преобразованное напряжение, измеренное на вторичной обмотке.

Подробнее: Онлайн - Калькулятор коэффициента трансформации трансформатора

Строительство трансформатора

Независимо от типа конструкции, ниже представлены основные компоненты трансформатора.Узнайте больше о различных частях трансформаторов.

  • Сердечник
  • Обмотка
  • Изоляция
  • Консерватор
  • Трансформаторное масло (в масляных трансформаторах)
  • Реле Бухгольца

Ядро

Сердечник трансформатора - это часть, на которую намотаны первичная и вторичная обмотки. Это поддерживает обмотки, а также обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитный поток, связывающий первичную и вторичную обмотки. Он состоит из высоких Ламинирование проницаемой кремнистой стали для уменьшения потерь в сердечнике.

Обмотка Трансформаторы

имеют два набора обмоток: обмотку низкого напряжения и обмотку высокого напряжения. Несколько витков медных проводников, связанных вместе, образуют обмотки трансформатора. Размер медных проводников зависит от тока нагрузки. В большинстве случаев обмотки называют первичной обмоткой и вторичной обмоткой. Обычно обмотка, к которой подключено входное напряжение, называется первичной обмоткой, а обмотка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной обмоткой.

Изоляция

Изоляция это самая важная часть трансформатора. Обмотки изолированы от каждого прочее и ядро. Нарушения изоляции трансформаторов являются наиболее частыми. серьезные проблемы. Следовательно, во время работы изоляционной части уделяется больше внимания. трансформаторная конструкция. Лак, крафт-бумага, Хлопчатобумажная целлюлоза и картон являются наиболее широко используемыми обмотками изоляционные материалы.

Трансформатор масло

Не все трансформаторы, но в масляных трансформаторах трансформаторное масло служит двойным назначение изоляции и охлаждения.Имеет высокое напряжение пробоя, высокое удельное сопротивление и высокая диэлектрическая прочность. Он извлекает тепло из обмотки и сердечник трансформатора и помогает снизить потери и улучшает КПД и срок службы трансформатора.

Реле Бухгольца

Реле Бухгольца - это реле с масляным приводом, используемое для определения неисправностей, возникающих внутри основного бака масляного трансформатора. Обнаруживает короткое замыкание, утечку масла, перегрев катушек трансформатора и т. Д.

Подробнее: Реле Бухгольца - Принцип действия

 W  Кто изобрел электрический трансформатор? 
В 1884 году три венгерских инженера, Кароли Зиперновски, Отто Блати и Микса Дери, разработали первый высокоэффективный трансформатор.Этот трансформатор получил название трансформатор ЗНД. Это привело к новым разработкам в конструкции трансформатора. Первый трехфазный трансформатор был разработан Михаилом Доливо-Добровольским. 

Убытки в трансформаторе

Потери в трансформаторе подразделяются на потери в обмотке и в сердечнике. Потери в обмотке возникают из-за сопротивления проводника. Он пропорционален квадрату тока, протекающего через него. Использование толстых медных проводов минимизирует сопротивление току и снижает потери в обмотке.Потери в сердечнике возникают из-за вихревых токов, образующихся в сердечнике трансформатора, и эффекта гистерезиса. Потери в сердечнике, также известные как потери в стали, всегда постоянны и не зависят от нагрузки. Использование ламинированного сердечника из мягкого железа и толстых проводников может помочь снизить потери в сердечнике и повысить КПД трансформатора.

эквивалент Схема трансформатора

Это теоретическая схема, которая представляет трансформатор и его физическое поведение. Эта схема, показанная ниже, представляет различные электрические параметры трансформатора.По этой схеме легко вычислить различные потери и перепады напряжения.

В P - Первичное или приложенное напряжение

I P - Первичный ток

R P - Сопротивление первичной обмотки

X P - Реактивное сопротивление первичной обмотки

I C - Составляющая тока, вносящая вклад в потери в сердечнике

R C - Резистивная составляющая, приводящая к потерям в сердечнике

I M - Ток намагничивания

X M - Реактивное сопротивление намагничивания

В с - Вторичное напряжение или приложенное напряжение

I с - Вторичный ток

R с - Сопротивление вторичной обмотки

X с - Реактивное сопротивление вторичной обмотки

Примечание:

Вышеупомянутая эквивалентная схема представляет собой обобщенную форму эквивалентной схемы для идеального трансформатора с коэффициентом трансформации 1: 1 без ссылки ни на первичную, ни на вторичную стороны.

Подробнее: Эквивалентная схема и фазовая схема трансформатора

Регулировка напряжения трансформатор

Насколько точно Трансформация напряжения происходит в трансформаторе при изменении нагрузки от нуля. нагрузка до полной нагрузки определяется регулированием напряжения трансформатора. Это рассчитывается по следующей формуле:

Где,

E sec-noload - Напряжение измеряется на вторичной обмотке без нагрузки.

E сек при полной загрузке - Напряжение измерено на вторичной обмотке при полной нагрузке.

Подробнее о регулировании напряжения

Классификация трансформатора

Трансформаторы подразделяются на различные типы в зависимости от различных параметров, таких как тип источника питания, их применение, тип конструкции, метод охлаждения, рабочее напряжение, режим работы, форма сердечника и т. Д.

Классификация по типу источника питания: Трехфазный трансформатор, однофазный трансформатор.

Классификация по типу конструкция: Трансформатор с сердечником, трансформатор типа Shell.

Классификация основана на методе охлаждения: Сухого типа или с естественным воздушным охлаждением, с масляным охлаждением - Oil Natural Air Natural (ONAN), Oil Natural Air Forced (ONAF), Oil Forced Air Natural (OFAN), Oil Forced Air Forced ( OFAF), с масляным и водяным охлаждением - масляное природное водяное принудительное (ONWF), масляное принудительное водяное (OFWF)

Классификация по назначению : Распределительный трансформатор, трансформатор напряжения, трансформатор тока, изолирующий трансформатор, радиочастотный трансформатор, катушка Тесла.

Подробнее: Виды электротрансформаторов.

Испытание трансформатора

Электротрансформаторы проходят следующие испытания:

  1. Проверка сопротивления обмотки.
  2. Проверка сопротивления изоляции.
  3. Проверка сопротивления трансформатора.
  4. Тест без нагрузки - Тест на разрыв цепи.
  5. Тест импеданса короткого замыкания - Тест короткого замыкания.
  6. Испытание на превышение температуры.
  7. Проверка полярности.
  8. Диэлектрические испытания трансформаторного масла.
  9. Испытания уровня шума

Подробнее: Испытание на обрыв и испытание на короткое замыкание в трансформаторах

Почему в энергосистеме используются электрические трансформаторы?

Электрический трансформатор можно рассматривать как наиболее важный компонент в сети передачи и распределения электроэнергии. Он выполняет функцию повышения эффективности передачи и снижения потерь и затрат на передачу.В основном трансформатор повышающих / понижающих напряжений. Электростанция вырабатывает электроэнергию напряжением от 11 кВ до 28 кВ при частоте 50 Гц. Чтобы уменьшить потери при передаче, напряжение повышается до 220 кВ или более и передается. На распределительной подстанции оно снова понижается до 33 кВ или 11 кВ в зависимости от потребности и поставляется промышленным предприятиям. На стороне бытового потребителя он снова снижается до низковольтных нагрузок потребителя.

Подробнее: Почему электричество передается при высоком напряжении?

При повышении напряжения ток нагрузки, протекающий по линиям передачи, уменьшается.Уменьшение тока нагрузки приводит к уменьшению потерь в меди (потери I2R) и размера проводника, используемого для передачи энергии. Следовательно, стоимость передачи энергии, а также ее эффективность повышаются.

(PDF) ТРАНСФОРМАТОР: Принцип работы трансформатора

Парвин Р.Карим, преподаватель. Электротехнический отдел. Al-Hawija Technical

институт Северный технический университет

Аналогичным образом, разделив уравнение (10) на уравнение (11), дает





  …….. (16)

Где a - коэффициент трансформации трансформатора.

В случае, трансформатор называется повышающим трансформатором, а для

трансформатор называется понижающим трансформатором. В идеальном трансформаторе

потери равны нулю. В этом случае входная мощность трансформатора равна выходной мощности

, что дает

  …… .. (17)

Уравнение (17) можно переписать как :





  …….. (18)

Отношение первичного тока к вторичному:





 …… .. (19)

Опять же, магнитодвижущая сила, создаваемая первичным током. будет равна

магнитодвижущей силе, создаваемой вторичным током, и ее можно выразить как:

  …… . . (21)



 



 …….. (22)

Из уравнения (22) можно сделать вывод, что отношение первичного тока к вторичному обратно пропорционально коэффициенту трансформации трансформатора.

Входная и выходная мощность идеального трансформатора составляет:

   …… .. (23)

    …… .. (24)

Для идеальных условий угол  равен углу , и выходная мощность может быть пере-

в виде,

 

 …….. (25)

   …… .. (26)

Из уравнения (26) видно, что вход и выход мощность одинакова в случае идеального трансформатора

, аналогично входная и выходная реактивная мощность равны:

ТРАНСФОРМАТОР: ПРИНЦИП РАБОТЫ, ... - Механическая информация

ТРАНСФОРМАТОР: ПРИНЦИП РАБОТЫ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое по принципам электромагнитной индукции передает электрическую энергию от одной электрической цепи к другой без изменения частоты.Передача энергии обычно происходит при изменении напряжения и тока. Трансформаторы либо повышают, либо понижают напряжение переменного тока.

Трансформаторы используются для различных нужд. Некоторые трансформаторы могут быть высотой в несколько этажей, например, трансформаторы, которые можно найти на электростанции, или достаточно малы, чтобы их можно было держать в руке, которые можно использовать с зарядной подставкой для видеокамеры. Независимо от формы или размера, назначение трансформаторов остается неизменным: преобразование электроэнергии из одного типа в другой.

Очень простыми словами.

Трансформатор - это устройство, которое:

1. Передает электрическую мощность из одной электрической цепи в другую электрическую цепь.
2. Работает без изменения частоты.
3. Поработайте на электрической индукции.
4. Когда в обеих цепях действует взаимная индукция.
5. Не может повышать или понижать уровень постоянного или постоянного тока.
6. Может повышать или понижать уровень переменного напряжения или переменного тока.

ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ ТРАНСФОРМАТОРА

Любой трансформатор состоит из следующих трех основных частей.

1. Первичная обмотка.
Первичная катушка - это катушка, к которой подключен источник. Это может быть сторона высокого или низкого напряжения трансформатора. В первичной обмотке создается переменный поток.

2. Вторичная обмотка
Выходной сигнал снимается с вторичной обмотки. Переменный поток, создаваемый в первичной катушке, проходит через сердечник и связывается с их катушкой, и, следовательно, в этой катушке индуцируется ЭДС.

3. Магнитный сердечник
Поток, создаваемый в первичной обмотке, проходит через этот магнитный сердечник.Он состоит из ламинированного сердечника из мягкого железа. Он обеспечивает поддержку катушки, а также обеспечивает путь для потока с низким сопротивлением.

КОМПОНЕНТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Это основные компоненты трансформатора.

1. Сердечник
Сердечник служит опорой для обмотки трансформатора. Он также обеспечивает путь с низким сопротивлением для потока магнитного потока. Он изготовлен из ламинированного сердечника из мягкого железа, чтобы уменьшить потери на вихревые токи и потери на гистерезис. Состав сердечника трансформатора зависит от таких факторов, как напряжение, ток и частота.Диаметр сердечника трансформатора прямо пропорционален потерям в меди и обратно пропорционален потерям в стали. 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, происходит обратное.

Почему обмотки сделаны из меди?
• Медь обладает высокой проводимостью. Это сводит к минимуму потери, а также количество меди, необходимой для обмотки (объем и вес обмотки).
• Медь обладает высокой пластичностью. Это означает, что можно легко согнуть проводники в тугие обмотки вокруг сердечника трансформатора, тем самым сводя к минимуму необходимое количество меди, а также общий объем обмотки.

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

Обмотки можно классифицировать двумя способами:
1.На основе входного и выходного источника питания
2. В зависимости от диапазона напряжения

В соответствии с классификацией входного / выходного источника питания обмотки подразделяются на следующие категории:
1. Первичная обмотка - это обмотка, на которую подается входное напряжение.
2. Вторичная обмотка - это обмотка, на которую подается выходное напряжение.

В соответствии с классификацией диапазона напряжений обмотки подразделяются на следующие категории:
1. Обмотка высокого напряжения - изготовлена ​​из медного проводника. Количество сделанных витков должно быть кратно количеству витков в обмотке низкого напряжения.Используемый проводник будет тоньше, чем провод обмотки низкого напряжения.
2. Обмотка низкого напряжения - состоит из меньшего числа витков, чем обмотка высокого напряжения. Он изготовлен из толстых медных проводников. Это связано с тем, что ток в обмотке низкого напряжения выше, чем в обмотке высокого напряжения.

В зависимости от мощности трансформатора обычно проектируются три типа катушек:
• Квадратная обмотка
• Непрерывная
• Дисковая обмотка

Входное питание трансформаторов может подаваться от обмотки как низкого (LV), так и высокого (HV) напряжения. на основании требования.

3. 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: помимо изолирующей функции, оно также может охлаждать сердечник и катушку в сборе. Сердечник и обмотка трансформатора должны быть полностью погружены в масло. Обычно в качестве трансформаторного масла используются углеводородные минеральные масла.Загрязнение масла является серьезной проблемой, поскольку загрязнение лишает масло его диэлектрических свойств и делает его бесполезным в качестве изоляционной среды.

4. Трансформаторное масло
Трансформаторное масло или изоляционное масло - это масло, устойчивое при высоких температурах и обладающее отличными электроизоляционными свойствами. Он используется в маслонаполненных трансформаторах, некоторых типах высоковольтных конденсаторов, балластах люминесцентных ламп и некоторых типах высоковольтных переключателей и автоматических выключателей. Его функции заключаются в изоляции, подавлении коронного разряда и дуги, а также в качестве охлаждающей жидкости.

5. Бак расширителя
Это небольшой бак, который используется в трансформаторах большой мощности. Он подключается над основным баком трансформатора. Он имеет цилиндрическую форму. Главный бак и бак расширителя соединены между собой трубой. Реле Бухгольца используется между баком расширителя и основным баком в трансформаторах мощностью более одного МВА. Бак расширителя в трансформаторе выполняет следующие функции:

• Он обеспечивает место для расширения горячего трансформаторного масла. Он также обеспечивает подачу масла в трансформатор после того, как масло остынет.
• Также используется для уменьшения окисления за счет уменьшения площади масла вокруг воздуха.
• Окисленное масло остается в баке расширителя. Зеркальная трубка также соединена с баком расширителя для считывания уровня масла в трансформаторах. Предварительно промаркированный датчик также присутствует в зеркальной трубке. Необходимо, чтобы уровень масла был охлажден до отметки манометра.

6. Сапун
Сапун регулирует уровень влажности в трансформаторе. Влага может возникнуть, когда колебания температуры вызывают расширение и сжатие изоляционного масла, что затем вызывает изменение давления внутри расширителя.Изменения давления уравновешиваются потоком атмосферного воздуха, поступающего в расширитель и выходящего из него, благодаря чему влага может попасть в систему.
Попадание в изоляционное масло влаги может повлиять на бумажную изоляцию или даже вызвать внутренние неисправности. Поэтому необходимо, чтобы воздух, поступающий в резервуар, не содержал влаги.
Сапун трансформатора представляет собой цилиндрический контейнер, заполненный силикагелем. Когда атмосферный воздух проходит через силикагель сапуна, влага воздуха поглощается кристаллами кремнезема.Сапун действует как воздушный фильтр для трансформатора и контролирует уровень влажности внутри трансформатора. Он подсоединяется к концу сапуна.

7. РПН
Выходное напряжение трансформаторов изменяется в зависимости от входного напряжения и нагрузки. В условиях нагрузки напряжение на выходной клемме уменьшается, тогда как в условиях без нагрузки выходное напряжение увеличивается. Чтобы уравновесить колебания напряжения, используются переключатели ответвлений. Устройства РПН могут быть либо переключателями ответвлений под нагрузкой, либо переключателями ответвлений без нагрузки.В устройстве РПН ответвления можно изменять без отключения трансформатора от источника питания. В устройстве РПН это делается после отключения трансформатора. Также доступны автоматические переключатели ответвлений.
Переключатель ответвлений используется для регулирования вторичного напряжения в случае низкого напряжения на первичной стороне трансформатора. Используются переключатели двух типов:
1. Переключатель холостого хода: используется для изменения соотношения напряжений обмотки. Переключатель ответвлений подключен к высоковольтной стороне трансформатора.Как следует из названия, переключатель РПН без нагрузки используется только при выключенном трансформаторе.
2. Переключатель нагрузки: переключатель РПН может использоваться с трансформатором под нагрузкой.

8. Охлаждающие трубки
Охлаждающие трубки используются для охлаждения трансформаторного масла. Трансформаторное масло циркулирует по охлаждающим трубкам. Циркуляция масла может быть естественной или принудительной. При естественной циркуляции, когда температура масла повышается, горячее масло естественным образом поднимается вверх, а холодное опускается вниз.Таким образом, масло естественным образом циркулирует по трубкам. При принудительной циркуляции для циркуляции масла используется внешний насос.

9. Реле Бухгольца
Реле Бухгольца представляет собой контейнер защитного устройства, размещенный над соединительной трубой, ведущей от основного резервуара к резервуару расширителя. Он используется для определения неисправностей, возникающих внутри трансформатора. Это простое реле, которое приводится в действие газами, выделяющимися при разложении трансформаторного масла при внутренних неисправностях. Это помогает обнаруживать и защищать трансформатор от внутренних неисправностей.

10. Взрывоотводчик
Взрывоотводчик используется для удаления кипящего масла из трансформатора во время серьезных внутренних повреждений, чтобы избежать взрыва трансформатора. При серьезных неисправностях масло вылетает из вентиляционного отверстия. Уровень взрывного устройства обычно поддерживается выше уровня резервуара зимнего сада.

11. Радиатор:
В трансформаторах мощностью 50 кВА и выше, радиаторы используются с главным баком трансформатора для охлаждения. Это как трубы или трубки. Увеличивает площадь поверхности трансформатора.Радиатор делает охлаждение трансформатора более эффективным. Этот способ охлаждения получил название ОНАН (масло натуральное воздушное натуральное).

12. Вентиляторы охлаждения:
В трансформаторах мощностью 26 МВА и выше вентиляторы охлаждения также используются на радиаторе. Датчик температуры масла подает сигнал на включение или выключение охлаждающих вентиляторов. Когда температура становится выше 75º, датчик температуры масла включает охлаждающие вентиляторы. Этот способ охлаждения получил название ОНАФ (масляное естественное и воздушно-принудительное).

13. Масляные насосы:
В трансформаторах мощностью 26 МВА масляные насосы также используются вместе с охлаждающими вентиляторами и радиатором.масляные насосы, используемые для вращения масла в трансформаторе. Этот метод охлаждения называется OFAF (масляное и воздушное).

14. Масломер:
Масломер используется для измерения масла в трансформаторе. Показывает уровень масла. Масломер обычно циферблатного типа. Указатель на циферблатном индикаторе используется для измерения уровня масла. Он используется с трансформаторами среднего и высокого напряжения.

15. Втулки:
Втулки используются для вывода клемм обмоток из резервуара, а также для изоляции.Например, фарфоровые, маслонаполненные вводы и вводы конденсаторного типа. Рупоры дуги также соединены с вводами для защиты от молнии. В трансформаторе напряжением выше 34 кВ используются полностью герметичные вводы конденсаторного типа. В трансформаторах мощностью менее 25 кВ используются плоские вводы.

16. Термометр:
Термометр также используется в трансформаторах мощностью более 50 кВА. Он используется для измерения температуры масла. В трансформаторах большой мощности внутри обмоток также используется термометр, который измеряет температуру обмоток.При повышении температуры до опасного уровня включается сигнал тревоги.

КАК РАБОТАЮТ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Важно помнить, что трансформаторы не вырабатывают электроэнергию; они передают электроэнергию из одной цепи переменного тока в другую с помощью магнитной связи. Сердечник трансформатора используется для обеспечения контролируемого пути магнитного потока, генерируемого в трансформаторе током, протекающим через обмотки, которые также известны как катушки.
Основной трансформатор состоит из четырех первичных частей.Части включают входное соединение, выходное соединение, обмотки или катушки и сердечник.

* Входные соединения - Входная сторона трансформатора называется первичной стороной, потому что основная электрическая мощность, которую необходимо изменить, подключается в этой точке.

* Выходные соединения - Выходная или вторичная сторона трансформатора - это то место, где электрическая мощность передается на нагрузку. В зависимости от требований нагрузки поступающая электрическая мощность либо увеличивается, либо уменьшается.

* Обмотка - трансформаторы имеют две обмотки, первичную и вторичную. Первичная обмотка - это катушка, которая потребляет энергию от источника. Вторичная обмотка - это катушка, которая передает энергию преобразованного или измененного напряжения на нагрузку. Обычно эти две катушки делятся на несколько катушек, чтобы уменьшить создание магнитного потока.

* Сердечник - сердечник трансформатора используется для обеспечения контролируемого пути магнитного потока, генерируемого в трансформаторе.Сердечник, как правило, представляет собой не сплошной стальной стержень, а конструкцию из множества тонких ламинированных стальных листов или слоев. Эта конструкция используется для устранения и уменьшения нагрева.

Когда на первичную обмотку подается входное напряжение, в первичной обмотке начинает течь переменный ток. По мере протекания тока в сердечнике трансформатора создается изменяющееся магнитное поле. Когда это магнитное поле пересекает вторичную обмотку, во вторичной обмотке создается переменное напряжение.

Соотношение между количеством фактических витков провода в каждой катушке является ключом к определению типа трансформатора и выходного напряжения. Соотношение между выходным напряжением и входным напряжением такое же, как отношение количества витков между двумя обмотками.
Выходное напряжение трансформатора выше входного, если во вторичной обмотке больше витков провода, чем в первичной. Выходное напряжение повышается и считается «повышающим трансформатором».Если у вторичной обмотки меньше витков, чем у первичной, выходное напряжение ниже. Это «понижающий трансформатор».

Короче говоря, трансформатор выполняет следующие операции:
1. Передача электроэнергии из одной цепи в другую.
2. Передача электроэнергии без изменения частоты.
3. Передача по принципу электромагнитной индукции.
4. Две электрические цепи связаны взаимной индукцией.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИДЕАЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Идеальный трансформатор характеризуется следующими характеристиками:

1.Нет утечки потока, что означает, что потоки, связанные с первичным и вторичным токами, ограничены внутри сердечника.
2. Первичная и вторичная обмотки не имеют сопротивления, что означает, что приложенное напряжение (напряжение источника) v1 такое же, как наведенное первичное напряжение e1; то есть v1 = e1. Аналогично v2 = e2.
3. Магнитопровод имеет бесконечную проницаемость, что означает, что сопротивление сердечника равно нулю. Следовательно, для создания магнитного потока требуется очень небольшое количество тока.
4. Магнитопровод без потерь, что означает, что гистерезис, а также потери на вихревые токи незначительны.

КОНФИГУРАЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА

Существуют различные конфигурации как для однофазных, так и для трехфазных систем.
• Однофазное питание - Однофазные трансформаторы часто используются для питания освещения жилых помещений, розеток, систем кондиционирования и отопления. Однофазные трансформаторы можно сделать еще более универсальными, если первичную и вторичную обмотки сделать из двух равных частей.Затем две части любой обмотки можно повторно соединить последовательно или параллельно.

• Трехфазное питание - Питание может подаваться через трехфазную цепь, содержащую трансформаторы, в которых используется набор из трех однофазных трансформаторов, или через трехфазный трансформатор. Когда на преобразование трехфазной мощности требуется значительная мощность, более экономично использовать трехфазный трансформатор. Уникальное расположение обмоток и сердечника позволяет сэкономить много железа.

• Определены треугольник и звезда - существует две конфигурации подключения для трехфазного питания: треугольник и звезда. Дельта и звезда - это греческие буквы, обозначающие конфигурацию проводов трансформаторов. При соединении треугольником три проводника соединяются встык в форме треугольника или треугольника. Для звездочки все проводники исходят из центра, что означает, что они соединены в одной общей точке.

• Трехфазные трансформаторы - Трехфазные трансформаторы имеют шесть обмоток; три основных и три средних.Шесть обмоток соединены производителем как треугольник, так и звезда. Как указывалось ранее, каждая из первичных и вторичных обмоток может быть соединена треугольником или звездой. Их не обязательно подключать в одной конфигурации к одному трансформатору. Фактические используемые конфигурации подключения зависят от приложения.

ВИДЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы можно классифицировать по разным признакам, например по типам конструкции, типам охлаждения и т. Д.

(A) НА ОСНОВЕ КОНСТРУКЦИИ

1. Трансформатор с сердечником
Он имеет одну магнитную цепь. Сердцевина прямоугольная, имеющая два отростка. Обмотка охватывает сердечник. Используются катушки цилиндрического типа. Как упоминалось ранее, катушки намотаны спиральными слоями, причем разные слои изолированы друг от друга бумагой или слюдой. Обе катушки размещены на обеих конечностях. Катушка низкого напряжения расположена внутри рядом с сердечником, а катушка высокого напряжения окружает катушку низкого напряжения.Сердечник состоит из большого количества тонких пластин. Поскольку обмотки равномерно распределены по двум ветвям, естественное охлаждение более эффективно. Катушки можно легко снять, сняв ламинат верхнего ярма для обслуживания.

2. Трансформатор корпусного типа
Имеет двойную магнитную цепь. Сердечник имеет три конечности. Обе обмотки размещены на центральном плече. Сердечник охватывает большую часть обмоток. Используемые змеевики обычно представляют собой многослойные дисковые или многослойные змеевики.Как упоминалось ранее, каждая катушка высокого напряжения находится в точке
между двумя катушками низкого напряжения, а катушки низкого напряжения находятся ближе всего к верхней и нижней части ярма. Сердечник ламинированный. При укладке пластин сердечника следите за тем, чтобы все стыки на чередующихся слоях были расположены в шахматном порядке, чтобы избежать узкого воздушного зазора в стыке прямо через поперечное сечение сердечника. Такие швы называются швами внахлест или черепицей. Обычно для трансформаторов очень высокого напряжения предпочтительна корпусная конструкция.Поскольку обмотки окружены сердечником, естественного охлаждения не существует. Для снятия любой обмотки для обслуживания необходимо удалить большое количество накладок.

(3) Трансформатор ягодного типа
Сердечник похож на спицы колеса. Для размещения этого типа трансформатора используются плотно подогнанные резервуары из листового металла с заполненным внутри трансформаторным маслом.

(B) НА ОСНОВЕ НАЗНАЧЕНИЯ

1. Повышающий трансформатор: напряжение увеличивается (с последующим уменьшением тока) на вторичной обмотке.
2. Понижающий трансформатор: Напряжение уменьшается (с последующим увеличением тока) на вторичной обмотке.

(C) НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

1. Силовой трансформатор: Используется в сети передачи, высокий рейтинг
2. Распределительный трансформатор: Используется в распределительной сети, сравнительно более низкий рейтинг, чем у силовых трансформаторов.
3. Измерительный трансформатор: Используется для реле и защиты в различных приборах в промышленности
* Трансформатор тока (CT)
* Трансформатор потенциала (PT)

(D) НА ОСНОВЕ ОХЛАЖДЕНИЯ

1.Самоохлаждающийся тип с масляным заполнением
В масляном типе с самоохлаждением используются распределительные трансформаторы малых и средних размеров. Собранные обмотки и сердечник таких трансформаторов устанавливаются в сварные маслонепроницаемые стальные резервуары, снабженные стальной крышкой. Резервуар заполняется очищенным высококачественным изоляционным маслом, как только сердечник возвращается на свое место. Масло помогает передавать тепло от сердечника и обмоток к корпусу, откуда оно излучается в окружающую среду.
Для трансформаторов меньшего размера резервуары обычно имеют гладкую поверхность, но для трансформаторов больших размеров требуется большая площадь теплового излучения, и это тоже без нарушения кубической емкости резервуара.Это достигается частым рифлением корпусов. Еще более крупные размеры снабжены радиацией или трубами.

2. Тип
с водяным охлаждением, заполненным маслом. Этот тип используется для гораздо более экономичного строительства больших трансформаторов, поскольку описанный выше метод с самоохлаждением очень дорог. Здесь используется тот же метод - обмотки и сердечник погружаются в масло. Единственное отличие состоит в том, что рядом с поверхностью масла установлен охлаждающий змеевик, через который холодная вода продолжает циркулировать.Эта вода уносит тепло от устройства. Эта конструкция обычно реализуется на трансформаторах, которые используются в высоковольтных линиях электропередачи. Самым большим преимуществом такой конструкции является то, что для таких трансформаторов не требуется другого корпуса, кроме собственного. Это значительно снижает затраты. Еще одним преимуществом является то, что техническое обслуживание и осмотр этого типа требуется только один или два раза в год.

3. Воздухораспределитель Тип
Этот тип используется для трансформаторов, которые используют напряжение ниже 25 000 вольт.Трансформатор помещен в коробку из тонкого листового металла, открытую с обоих концов, через которую воздух продувается снизу вверх.

(E) НА ОСНОВЕ ОБМОТКИ

1. Двухобмоточный трансформатор
Двухобмоточный трансформатор - это трансформатор, в котором две обмотки связаны общим изменяющимся во времени магнитным потоком. Одна из этих обмоток, известная как первичная, получает питание при заданном напряжении от источника; другая обмотка, известная как вторичная обмотка, подает мощность, обычно при значении напряжения, отличном от напряжения источника, на нагрузку.Роли первичной и вторичной обмоток можно поменять местами. Однако в трансформаторах с железным сердечником данная обмотка должна работать при напряжении, не превышающем ее номинальное значение при номинальной частоте, иначе возбуждающий ток станет чрезмерным.

2. Автотрансформатор
Автотрансформатор - это особый тип силового трансформатора. Он состоит из одной непрерывной обмотки, имеющей ответвления с одной стороны, чтобы обеспечить либо повышающую, либо понижающую функцию. Это отличается от обычного двухобмоточного трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки полностью изолированы друг от друга, но магнитно связаны общим сердечником.Обмотки автотрансформатора электрически и магнитно связаны между собой.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА

Наиболее важные области применения и применения трансформатора:
• Он может повышать или понижать уровень напряжения или тока (когда напряжение увеличивается, ток уменьшается, и наоборот, потому что P = V x I , и мощность такая же) в цепи переменного тока.
• Может увеличивать или уменьшать значение конденсатора, катушки индуктивности или сопротивления в цепи переменного тока. Таким образом, он может действовать как устройство передачи импеданса.
• Его можно использовать для предотвращения передачи постоянного тока от одной цепи к другой.
• Трансформатор, используемый для согласования импеданса.
• Трансформатор, используемый для электрической развязки двух цепей.
• Трансформатор, используемый в вольтметре, амперметре, защитном реле и т. Д.
• Трансформатор, используемый в выпрямителе.
• Он используется в регуляторах напряжения, стабилизаторах напряжения, источниках питания и т. Д.

Трансформатор является основной причиной передачи и распределения мощности переменного тока вместо постоянного, потому что трансформатор не работает на постоянном токе, поэтому слишком сложно передавать мощность в постоянный ток. .при переходе и распределении постоянного тока уровень напряжения повышается с помощью понижающего и повышающего преобразователя, но это слишком дорого и нецелесообразно с экономической точки зрения. Основное применение трансформатора - повышение (увеличение) или понижение (уменьшение) уровня напряжения. Другими словами, увеличить или снизить уровень тока, в то время как мощность должна быть такой же.

Другое применение и применение трансформатора:

Он повышает уровень напряжения на стороне генерации перед передачей и распределением.
на стороне распределения, для коммерческого или бытового использования электроэнергии, трансформатор понижает (понижает) уровень напряжения, например, с 11 кВ до 220 В однофазный и 440 В трехфазный.
Трансформатор тока и трансформатор напряжения также используются в энергосистемах и в промышленности. Также он используется для согласования импеданса. Итак, это были простые способы использования трансформатора.

Потенциальный трансформатор: конструкция и его применение

В недавнем прошлом электрические системы и их генерация, передача и распределение занимали более существенную часть технологического, административного, экономического механизма и промышленного сектора. Основные области его использования включают коммерческий сектор, промышленность, транспорт, рыболовство и т. Д., Где более высокое напряжение от подстанции производства электроэнергии и систем распределения должно быть преобразовано в номинальное напряжение устройства.Он включает в себя повышенную сложность и несколько изнашиваемых устройств. В сценариях, когда и домашнее хозяйство, и промышленность находятся в одном сообществе, распределенное напряжение должно быть увеличено или уменьшено в соответствии с электрическими стандартами. В этих случаях несколько устройств, такие как повышающий трансформатор, понижающий трансформатор и трансформаторы напряжения, используются для снижения напряжения и эффективной и безопасной передачи на следующий блок электрической связи. В этой статье краткое описание трансформатора напряжения, принципиальная схема и конструкция трансформатора напряжения, принцип работы, типы трансформаторов напряжения или напряжения, ошибки и их применение обсуждаются вместе с соответствующими графическими диаграммами.

Что такое трансформатор напряжения?

Определение: Трансформатор потенциала, также известный как трансформатор напряжения, представляет собой статическое электрическое устройство, используемое в системе электроснабжения для снижения напряжения в соответствии с номинальными характеристиками системы, счетчиками и реле. Требование уменьшения входного напряжения приведет к безопасному использованию имеющихся в продаже реле и счетчиков, используемых для защиты и измерения, которые предназначены для низкого напряжения.

Принцип работы

Принцип работы трансформатора напряжения в основном зависит от взаимной индукции.Первичная и вторичная обмотки трансформатора электрически изолированы друг от друга, но магнитно связаны между собой через путь сердечника с минимальным сопротивлением. Первичная обмотка трансформатора подключена к входному напряжению, в результате чего в многослойном сердечнике генерируется переменный магнитный поток. Согласно закону Фарадея, магнитная связь через первичную обмотку индуцирует ЭДС через вторичную обмотку, и ток начинает течь через нагрузку.

Таким образом, закон Фарадея пропорционален свойствам сердечника и высокой магнитной проницаемости.Уравнения для расчета проницаемости и индуцированного потока внутри контура следующие:
∅ = N * I—– (1)

Где ∅ = индуцированный поток

N = количество витков

I = ток, протекающий через цепь

∅ ∝ A / L—- (2)

∅ = Измеренный поток в сердечнике

A = Потенциальная площадь поперечного сечения трансформатора

L = Длина магнитного пути сердечника
R = l / мкА —- (3)

Где R = сопротивление

μ = проницаемость материала сердечника

Приведенное выше уравнение (3) показывает, что значение сопротивления увеличивается с увеличением магнитного пути и уменьшается с увеличением площадь поперечного сечения и проницаемость керна.

Конструкция трансформатора напряжения

Трансформатор напряжения спроектирован и изготовлен с использованием высококачественных материалов сердечника с минимальной магнитной индукцией. Это помогает добиться низкого тока намагничивания. Конечные точки трансформатора являются основным блоком реальной модели и спроектированы таким образом, что фазовый сдвиг между выходным и входным напряжением минимален, а различия между нагрузкой и соотношением напряжений меньше.

Вторичная обмотка содержит меньше витков трансформатора, в то время как большое количество витков на первичной стороне.Коаксиальная обмотка трансформатора напряжения снижает реактивное сопротивление утечки. Кроме того, за счет погружения первичная обмотка на основные секции снижает стоимость установки и снижает изоляцию между слоями.

Принципиальная схема трансформатора потенциала

Поскольку выходной сигнал испытательной схемы рассчитывается в виде импульса напряжения, трансформатор напряжения подключается параллельно первичной цепи. Принцип работы аналогичен понижающему трансформатору. Входная фаза и земля подключены к первичной обмотке трансформатора.

принципиальная схема трансформатора потенциала

Выходной сигнал клемм второго потенциала рассчитывается с помощью различных измерительных инструментов, таких как ваттметр и вольтметр. Как и в понижающем трансформаторе, высокое напряжение переменного тока подается на первичную обмотку, а наведенное низкое напряжение наблюдается на вторичных обмотках. Вторичная и первичная обмотки трансформатора связаны по принципу магнитной связи.

Типы трансформаторов напряжения подразделяются на два типа, а именно, с обычными обмотками (электромагнитные типы) и конденсаторные трансформаторы напряжения.По сравнению с последними, первые (конденсаторные трансформаторы напряжения) являются намотанными и дорогими из-за дополнительных требований к изоляции. Емкостной трансформатор потенциала включает в себя трансформатор магнитного потенциала и схему делителя потенциала емкостного типа.

Ошибки в трансформаторе потенциала

На приведенном ниже рисунке изображена векторная диаграмма трансформатора напряжения.

векторная диаграмма трансформатора потенциала

Ключевые слова следующие:

I с = вторичный ток
E с = ЭДС на вторичной обмотке
В с = напряжение на вторичной клемме
R с = Сопротивление вторичной обмотки X с - Реактивное сопротивление вторичной обмотки
I p = Первичный ток
E p = Индуцированная ЭДС на первичной обмотке
В p = Первичное напряжение на клеммах
R p = Сопротивление первичной обмотки
X p = Реактивное сопротивление первичной обмотки
K t = Передаточное число
I o = Ток возбуждения
I м = Компонент намагничивания I0
I w = Io Составляющая потерь в сердечнике
Φ м = Основной поток
β = Фазовая погрешность

Основной поток (φ м ) рассматривается как опорный сигнал.Ток возбуждения I o и обратный вторичный ток I s с коэффициентом умножения 1 / k t определяют первичный ток. Пусть Vp будет первичным напряжением на клеммах трансформатора напряжения.

Значения I pXp и I pRp показывают падение напряжения первичной обмотки из-за сопротивления и реактивного сопротивления. Первичная наведенная ЭДС на клеммах может быть рассчитана путем вычитания падения напряжения из первичного напряжения.

Взаимная индукция, возникающая из-за преобразования первичной ЭДС во вторичную обмотку, фиксирует значение вторичной индуцированной ЭДС.Влияние сопротивления вторичной обмотки и реактивного сопротивления приводит к появлению вторичного выходного напряжения на клемме вторичной обмотки.
Ошибка соотношения или ошибка напряжения трансформатора потенциала - это разница между фактическим значением и идеальным значением (V p / K t ). Это выражается как:

Погрешность напряжения (%) = P - K T * V S ) / В P * 100% —– (4)

При На начальном этапе внутреннее сопротивление первичной обмотки вызывает падение напряжения.На более поздних стадиях он преобразуется во вторичную обмотку по соотношению витков. Здесь снова возникает падение напряжения из-за импеданса вторичной обмотки. Это важные причины падения напряжения на трансформаторе.

Приложения

Приложения трансформатора напряжения включают следующие

  • Трансформаторы потенциала используются в измерительных приборах для измерения счетов за электроэнергию и других расчетных целей.
  • Используется в качестве устройства управления защитой, которое может быть использовано для защиты системы или реле защиты
    .
  • Он используется в качестве инструмента для измерения промышленных нагрузок и управления экономикой.
  • В электросети как устройство для синхронизации напряжения

Таким образом, все это касается общего обзора трансформатора напряжения, такого как принцип работы, конструкция, принципиальная схема и его применения. Вот вам вопрос, в чем преимущества трансформатора напряжения?

Трансформатор

Трансформатор - это электрическое устройство, используемое для изменения значения переменного напряжения.трансформаторы широко используются в электромонтажных работах. Они встречаются ежедневно в промышленных, коммерческих и бытовых ситуациях. Они различаются по размеру от миниатюрных блоков, используемых в электронике, до огромных блоков, используемых на электростанциях. Эффективная передача и распределение электроэнергии по всей стране были бы невозможны без использования силовых трансформаторов.

Трансформаторы

также используются по соображениям безопасности на строительных площадках при использовании электроинструментов и в домашних условиях в ванной комнате в бритвах.Они используются в дверных звонках, а также для питания электронного оборудования, зарядных устройств, телевизоров, компьютеров, систем сигнализации и т. Д.

Трансформаторы

значительно различаются по конструкции, размеру и форме в зависимости от области применения.

Все трансформаторы работают по принципу взаимной индуктивности.

Обозначения трансформаторов

Конструкция трансформаторов

Трансформатор состоит из двух катушек проводов, называемых обмотками, намотанных на общий железный сердечник.Провод, используемый в двух обмотках, первичной и вторичной, покрыт изолирующим лаком. Обе катушки намотаны на железный сердечник, но изолированы от него. См. Рисунок 2.

Конструкция трансформатора

Принцип работы трансформатора

Когда проводник или катушка перемещается в постоянном магнитном поле, он перерезает линии магнитного потока, и в проводнике или катушке индуцируется ЭДС. Этот же принцип также применяется, когда проводник удерживается в неподвижном состоянии, а магнитный поток изменяется или изменяется.

Теперь рассмотрим переменный ток, приложенный к неподвижной катушке. Магнитное поле будет нарастать и разрушаться в катушке, непрерывно повышаясь и опускаясь в соответствии с приложенным переменным током, как показано на Рисунке 3.

Принцип работы трансформатора

Если вторая катушка (катушка 2) расположена рядом с первой катушкой (катушка 1), переменный магнитный поток в катушке 1 соединяется с катушкой 2. См. Рисунок 4. Это приводит к наведению ЭДС в катушке. 2. Это процесс, известный как взаимная индукция.

Принцип работы трансформатора 2

Если катушка 1 и катушка 2 установлены на железном сердечнике, магнитный поток вокруг обеих катушек будет сосредоточен. Такое расположение катушек и железного сердечника образуют законченное устройство, известное как трансформатор. См. Рисунок 5

Принцип работы трансформатора 3

Входная катушка трансформатора питается от источника переменного тока и называется первичной обмоткой. Выходная катушка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной обмоткой.Важно помнить, что между первичной и вторичной обмотками трансформатора нет электрического соединения. Единственная общая связь между двумя обмотками - магнитное поле.

оборотов и коэффициент напряжения

Взаимосвязь между числом витков первичной обмотки (N1) и числом витков вторичной обмотки (N2) вместе с первичным входным напряжением (U1) и вторичным выходным напряжением (U2) может быть выражена как соотношение или уравнение, как показано на рисунке. ниже.

Где:

N1 = количество витков первичной обмотки
N2 = количество витков вторичной обмотки
U1 = первичное входное напряжение
U2 = вторичное выходное напряжение

Эту формулу можно преобразовать, чтобы найти любую неизвестную, если известны три других.

ВТОРИЧНЫЙ ТОК

По закону Ома величина вторичного тока равна вторичному напряжению, деленному на сопротивление вторичной цепи. На рис.1 принято значение 100 Ом для R L и пренебрежимо малое сопротивление катушки.

Схема работы трансформатора Вторичный ток

МОЩНОСТЬ ВТОРИЧНАЯ

Мощность, рассеиваемая R L во вторичной обмотке: I S 2 X R L или V S X I S , что в данном примере равно 100 Вт. Вычисления

Важно отметить, что мощность, потребляемая вторичной нагрузкой, такой как R L на рис.1 питается от генератора в первичной обмотке. Как нагрузка вторичной обмотки потребляет энергию от генератора первичной обмотки, можно объяснить следующим образом

При токе во вторичной обмотке его магнитное поле противодействует изменяющемуся потоку первичного тока. Генератор должен затем производить больший первичный ток, чтобы поддерживать самоиндуцированное напряжение на L P и вторичное напряжение, создаваемое в L S за счет взаимной индукции.Если вторичный ток удваивается, например, потому что сопротивление нагрузки уменьшается вдвое. Значение первичного тока также удвоится, чтобы обеспечить требуемую мощность вторичной обмотки. Следовательно, влияние мощности вторичной нагрузки на генератор такое же, как если бы R L находились в первичной обмотке, за исключением того, что во вторичной обмотке напряжение для R L повышается или на коэффициент поворотов.

СООТНОШЕНИЕ ТОКА

При нулевых потерях в трансформаторе мощность вторичной обмотки равна мощности первичной:

Коэффициент тока является обратной величиной коэффициента напряжения: то есть повышение напряжения во вторичной обмотке означает понижение тока и наоборот.Вторичный не генерирует энергию, а только берет ее от первичной обмотки. Следовательно, повышение или понижение тока определяется вторичным током I S , который определяется сопротивлением нагрузки на вторичном напряжении.

Как работает трансформатор?

Как работает трансформатор?

На рисунке показан блок питания, установленный в школьных лабораториях. Он подключен к электросети, которая обеспечивает входное напряжение 240 В.Используя переключатель напряжения, вы можете выбирать выходное напряжение от 2 В до 12 В. Что меняет входное напряжение с 240 В на более низкое выходное напряжение?
Основным компонентом блока питания является трансформатор. Трансформаторы могут уменьшать или увеличивать переменный ток . напряжение подается на него .

Принцип действия трансформатора:

  1. Трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции .
  2. Он состоит из двух катушек, намотанных на сердечник из мягкого железа, как показано на рисунке.
  3. Первичная катушка подключена к сети переменного тока. источник питания, в то время как вторичная катушка подключена к выходным клеммам.
  4. Когда ток в первичной цепи увеличивается, рост магнитного потока заставляет силовые линии магнитного поля перерезать вторичную катушку. Э.д.с. индуцируется во вторичной катушке.
  5. Когда ток в первичной цепи уменьшается, магнитный поток падает, и силовые линии снова разрезают вторичную катушку. Э.д.с. действие в противоположном направлении индуцируется во вторичной катушке.
  6. Переменный ток в первичной катушке создает изменяющийся магнитный поток, который вызывает переменную ЭДС. той же частоты во вторичной катушке.
  7. На рисунке показана принципиальная схема трансформатора с переменным источником питания.

Люди также спрашивают

Какие бывают типы трансформаторов?

Повышающий и понижающий трансформаторы:

  1. Существует два типа трансформаторов:
    (a) Повышающий трансформатор
    (b) Понижающий трансформатор
  2. На рисунке показано сравнение между два типа трансформаторов.

Эксперимент с повышающими и понижающими трансформаторами

Цель: Разобраться в повышающем и понижающем трансформаторах.
Материалы: Медная катушка с 120 витками, медная катушка с 400 витками, соединительные провода
Аппарат: Два С-образных железных сердечника с зажимом, изолированные провода, низкое напряжение переменного тока. источник питания, две лампочки 2,5 В 0,3 А с держателями и две лампочки 6,2 В 0,3 А с держателями
Метод:

Повышающий трансформатор

  1. Устройство установлено, как показано на рисунке.Первичная катушка - это медная катушка с 120 витками, а вторичная обмотка - это медная катушка с 400 витками.
  2. Лампочки на 6,2 В, 0,3 А ввинчиваются в соответствующие держатели.
  3. Источник питания установлен на 2 В переменного тока.
  4. Электропитание включено. Сравнивается яркость лампочек в первичной и вторичной цепях.

Понижающий трансформатор

  1. Настройка устройства изменена так, что медная катушка с 400 витками становится первичной обмоткой, а обмотка с 120 витками - вторичной обмоткой.
  2. Лампы заменяются на лампочки 2,5 В, 0,3 А.
  3. Электропитание включено. Сравнивается яркость лампочек в первичной и вторичной цепях.

Наблюдения:
Обсуждение:

  1. Яркость лампы пропорциональна напряжению на ней. Яркость лампочки в первичной цепи указывает на величину входного напряжения. Яркость лампочки во вторичной цепи указывает на величину выходного напряжения.
  2. Когда количество витков вторичной катушки больше, чем количество витков первичной катушки, выходное напряжение больше входного.
  3. Когда количество витков вторичной катушки меньше, чем количество витков первичной катушки, выходное напряжение меньше входного.

Вывод:

  1. Более высокое напряжение индуцируется во вторичной катушке, когда у вторичной катушки больше витков, чем у первичной катушки.
  2. Более низкое напряжение индуцируется во вторичной катушке, когда у вторичной катушки меньше витков, чем у первичной катушки.

Связь между коэффициентом вращения и коэффициентом напряжения Эксперимент

Цель: Показать взаимосвязь V s / V p = N s / N p
Материалы: Медные катушки с 300, 600 и 900 витков соответственно, соединительные провода
Аппаратура: Сердечники из мягкого железа, 0 - 12 В переменного тока блок питания, два переменного тока вольтметры (0–10 В)
Метод:

  1. Устройство установлено, как показано на рисунке, с медной катушкой на 300 витков в качестве первичной катушки и катушкой на 600 витков в качестве вторичной катушки.
  2. Напряжение источника питания устанавливается равным 2 В.
  3. Электропитание включается и регистрируются показания вольтметров.
  4. Шаги с 1 по 3 повторяются с медной катушкой на 300 витков в качестве первичной катушки и катушкой на 900 витков в качестве вторичной катушки.
  5. Настройка устройства изменена таким образом, что 900-витковая катушка является первичной обмоткой, а 600-витковая катушка - вторичной обмоткой.
  6. Напряжение блока питания установлено на 10 В.
  7. Включение питания и запись показаний вольтметров.
  8. Этапы 6 и 7 повторяются с 900-витковой катушкой в ​​качестве первичной катушки и 300-витковой катушкой в ​​качестве вторичной катушки.

Наблюдения:

Обсуждение:

  1. Отношения N s / N p и V s / V p для каждой пары первичной и вторичной катушек примерно равны.
  2. Принимая во внимание экспериментальные ошибки и потерю мощности в трансформаторе, можно сделать вывод, что N s / N p = V s / V p .

Вывод:
Отношение вторичного выходного напряжения к первичному входному напряжению равно отношению количества витков вторичной катушки к количеству витков в первичной катушке.

Проблемы с соотношением витков и напряжением, которые можно решить
  1. На рисунке показана лампочка на 12 В, подключенная к выходным клеммам трансформатора.

    Каково значение N s , если бы лампа загоралась с нормальной яркостью?
    Решение:
    Когда лампа загорается с нормальной яркостью, напряжение на ней составляет 12 В.

Взаимосвязь между выходной мощностью и входной мощностью идеального трансформатора
  1. Трансформатор передает электроэнергию от первичный контур к вторичному контуру.
  2. Первичная цепь трансформатора получает питание при определенном напряжении от a.c. источник питания. Трансформатор подает эту мощность с другим напряжением на электрическое устройство, подключенное к вторичной цепи, как показано на рисунке.
  3. В идеальном трансформаторе отсутствуют потери энергии в процессе преобразования напряжения и передачи мощности.
  4. Выходная мощность равна входной. Следовательно,
    Выходная мощность = Входная мощность
    То есть:

Расчет первичного и вторичного тока трансформатора

На рисунке показан трансформатор, используемый для управления нагревателем 6 В, 48 Вт от источника переменного тока 240 В.c. поставлять.

Вычислить
(a) количество витков в первичной катушке, N p
(b) ток во вторичной катушке, I s
(c) ток в первичной обмотке, I p
Решение:

Как работают трансформаторы - инженерное мышление

Узнайте, как работают трансформаторы, как создать магнитное поле с помощью электричества, почему в трансформаторах можно использовать только переменный ток, как работает базовый трансформатор, повышающие и понижающие трансформаторы и, наконец, трехфазные трансформаторы.Эта статья является продолжением нашей серии по электротехнике, так что ознакомьтесь с другими статьями ЗДЕСЬ , если вы еще этого не сделали.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть обучающее видео на YouTube.

Помните, что электричество опасно и может быть смертельным, вы должны быть квалифицированными и компетентными для выполнения любых электромонтажных работ.

Основные сведения о трансформаторе

Есть два типа электричества; Переменный и постоянный ток, но трансформаторы могут работать только от переменного или переменного тока.Теперь, если вы не знаете разницы между этими двумя, то, пожалуйста, прежде всего, прочтите статьи по основам электричества. Проверьте эти ЗДЕСЬ. Когда мы подключаем генератор переменного тока к замкнутому контуру кабеля, через этот кабель может протекать ток, и направление тока будет чередоваться взад и вперед при вращении генератора.

Как это работает?

Чередование означает, что ток достигает максимальной и минимальной точки в течение цикла, что придает ему синусоидальную форму при подключении к осциллографу.Вы можете думать об этом как о приливе на море; по мере того, как он меняет направление и достигает своей максимальной и минимальной точки. Когда ток течет по кабелю, он допускает магнитное поле. Если мы пропустим через кабель постоянный ток, магнитное поле останется постоянным, но если мы пропустим через кабель переменный ток, то магнитное поле будет увеличиваться и уменьшаться по силе и меняет полярность по мере изменения направления тока.

Переменный ток

Если мы соединим несколько кабелей и пропустим через них ток, то магнитные поля объединятся, чтобы создать более сильное магнитное поле.Если затем свернуть кабель в катушку, магнитное поле станет еще сильнее. Если мы поместим вторую катушку в непосредственной близости от первой катушки, а затем пропустим переменный ток переменного тока через первую катушку, то создаваемое ею магнитное поле вызовет ток во вторую катушку, и эта магнитная сила будет толкать и тянуть свободные электроны. заставляя их двигаться.

Электродвижущая сила

Ключевым компонентом здесь является то, что магнитное поле меняет полярность, а также интенсивность.Это изменение интенсивности и направления магнитного поля постоянно мешает свободным электронам во вторичной катушке и заставляет их двигаться. Это движение известно как электродвижущая сила или ЭДС.

Изменение полярности магнитного поля

Электродвижущая сила не возникает, когда мы пропускаем постоянный ток через первичную катушку, и это потому, что магнитное поле постоянно, поэтому электроны не вынуждены двигаться. Единственный раз, когда это вызовет ЭДС, - это очень короткое время, когда первичная цепь размыкается и замыкается, или когда напряжение увеличивается или уменьшается.И это потому, что эти действия приводят к изменению магнитного поля. Поэтому мы используем переменный ток, так как это изменение происходит постоянно.

Постоянный ток через первичную обмотку

Проблема с этой установкой состоит в том, что большая часть магнитного поля с первичной стороны тратится впустую, потому что оно находится вне диапазона вторичной обмотки.

Как это исправить?

Чтобы исправить это, место инженера, сердечник или ферромагнитный материал, такой как железо, в петле между первичной и вторичной обмотками.Теперь этот контур направляет магнитное поле по пути к вторичной катушке, так что они разделяют магнитное поле, и это делает трансформатор намного более эффективным.

Ферромагнитный материал

В настоящее время использование железного сердечника не является идеальным решением. Некоторая энергия будет потеряна из-за того, что известно как вихревые токи, когда ток закручивается вокруг сердечника, и это нагревает трансформатор, что означает, что энергия теряется в виде тепла. Чтобы уменьшить это, инженеры используют ламинированные листы железа для формирования сердечника, что значительно снижает вихревые токи.

через GIPHY

Повышающие и понижающие трансформаторы

Трансформаторы производятся в качестве повышающих или понижающих трансформаторов, и они используются для увеличения или уменьшения напряжения, просто используя другое количество витков в катушке на вторичной стороне . В повышающем трансформаторе напряжение во вторичной обмотке увеличивается, и это будет означать, что ток будет уменьшаться, но не беспокойтесь сейчас о том, почему это происходит. Мы рассмотрим это в следующей статье по электротехнике.Для увеличения напряжения в повышающем трансформаторе; нам просто нужно добавить больше витков к катушке на вторичной стороне, чем на первичной стороне. В понижающем трансформаторе это напряжение снижается во вторичной обмотке, что означает, что ток увеличивается. Для этого мы просто используем меньше витков в катушке на вторичной стороне по сравнению с первичной стороной.

Например, электростанции необходимо транспортировать вырабатываемую ею электроэнергию в город на некотором расстоянии. Электростанция будет использовать повышающий трансформатор для увеличения напряжения и уменьшения тока, поскольку это снизит потери в длинных кабелях передачи.Затем, когда он достигнет города, его нужно будет уменьшить, чтобы сделать его безопасным и пригодным для использования в зданиях и домах, поэтому потребуется понижающий трансформатор. Трансформаторы для коммерческих зданий и электростанций обычно имеют трехфазную конфигурацию. Вы увидите, как они размещены вокруг ваших городов, и они будут выглядеть примерно так.

Пример трансформатора

Эти трехфазные трансформаторы могут быть изготовлены либо из трех отдельных трансформаторов, которые соединены вместе, либо они могут быть встроены в один большой блок с общим железным сердечником.

В этой схеме катушки обычно располагаются концентрически одна в другой, причем катушка с более высоким напряжением находится снаружи, а катушка с более низким напряжением находится внутри. Теперь эти катушки изолированы друг от друга, так что между двумя катушками будет проходить только магнитное поле. Для соединения двух сторон существует множество различных конфигураций, но одна из наиболее часто используемых - это соединение катушек в конфигурации, известной как Delta Wye, иногда называемой Delta Star. Это относится к первичной стороне, подключенной по схеме треугольника, а к вторичной стороне - к широкой в ​​конфигурации звезды.Центральная точка стороны звезды, где встречаются все три разъема, часто заземляется, что позволяет также подключить нейтральную линию.

Конфигурация треугольником и звездой

Мы расскажем о подключении трансформатора и расчетах в других более сложных статьях, поскольку это может оказаться довольно сложным. Так что пока просто сосредоточьтесь на том, как они работают, чтобы сформировать ваши базовые знания.