ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ. Трансформатор из чего состоит

Трансформаторы — устройство, принцип работы и область применения, основные типы и характеристики

ВИДЫ И ТИПЫ - ХАРАКТЕРИСТИКИ - ПРИМЕНЕНИЕ

Трансформаторы — это устройства предназначенные для преобразования электроэнергии. Их основная задача — изменение значения переменного напряжения. Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических устройств.

Трансформаторы

Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.

Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. Классическая конструкция состоит из металлического магнитопровода и электрически не связанных обмоток выполненных из изолированного провода. Та обмотка, на которую подается электроэнергия, называется первичной. Вторая — подсоединённая к устройствам, потребляющим ток, называется вторичной.

После того как трансформатор подсоединяют к источнику переменного тока в его первичная обмотка формирует переменный магнитный поток. По магнитопроводу он передается на витки вторичной обмотки, индуцируя в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии устройства потребления в цепи вторичной обмотки возникает электрический ток.

Соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток.

Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W1/W2=U1/U2, где:

W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
U1,U2 — входное и выходное напряжения соответственно.

Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией. Микро трансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги.

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:

Автотрансформаторы. Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом. Импульсные трансформаторы. Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала. Разделительный трансформатор. Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице. Пик—трансформатор. Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы. Полезный совет

Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения.

Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.

В начало

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
способ преобразования: повышающий, понижающий;
количество фаз: одно- или трехфазный;
число обмоток: двух- и многообмоточный;
форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

В начало

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

Силовые.

Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя.

Перед подачей непосредственно на приборы потребления (станки, бытовые и осветительные приборы) электроэнергия претерпевает обратные преобразования, проходя через силовые понижающие трансформаторы.

Тока.

Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
защитные — подключаемые к защитным цепям;
промежуточные — используется для повторного преобразования.

Напряжения.

Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электро- радио- измерениях.

В начало

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

eltechbook.ru

Трансформаторы

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

Крановщикам и стропальщикам

Трансформаторы

Что называется трансформатором?

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

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

Из каких частей состоит трансформатор?

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

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

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

Что происходит в обмотках трансформатора при его работе?

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

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

Читать далее: Крановый электродвигатель

Категория: - Крановщикам и стропальщикам

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

"Устройство и принцип действия трансформатора"

Вопрос 1. Из чего состоит трансформатор?Ответ. Простейший трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода и двух обмоток в виде цилиндрических катушек.Одна из обмоток подключается к источнику переменного синусоидального тока с напряжением u1 и называется первичной обмоткой. К другой обмотке подключается нагрузка трансформатора. Эта обмотка называется вторичнойобмоткой.

Вопрос 2. Как осуществляется передача энергии из одной обмотки в другую?Ответ. Передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется путём электромагнитной индукции. Переменный синусоидальный ток i1, протекающий по первичной обмотке трансформатора, возбуждает в магнитопроводе переменный магнитный поток Фс, который пронизывает витки обеих обмоток и наводит в них ЭДС $e_1=-w_1({d{Phi}_c}/{dt})$ и $e_2=-w_2({d{Phi}_c}/{dt})$ с амплитудами пропорциональными числам витков w1 и w2. При подключении ко вторичной обмотке нагрузки в ней под действием ЭДС e2 возникает переменный синусоидальный ток i2 и устанавливается некоторое напряжение u2.Электрическая связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора отсутствует и энергия во вторичную обмотку передаётся посредством магнитного поля, возбуждаемого в сердечнике.

Вопрос 3. Чем является вторичная обмотка трансформатора по отношению к нагрузке?Ответ. По отношению к нагрузке вторичная обмотка трансформатора является источником электрической энергии с ЭДС e2. Пренебрегая потерями в обмотках трансформатора можно считать, что напряжение питающей сети U1 ≈ E1, а напряжение в нагрузке U2 ≈ E2.

Вопрос 4. Что такое коэффициент трансформации?Ответ. Так как ЭДС обмоток пропорциональны числам витков, то соотношение напряжений питания трансформатора и нагрузки также определяется соотношением чисел витков обмоток, т.е.U1/U2 ≈ E1/E2 ≈ w1/w2 = k.Величина k называется коэффициентом трансформации.

Вопрос 5. Какой трансформатор называется понижающим?Ответ. Если число витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной w2 < w1, то k > 1 и напряжение в нагрузке будет меньше напряжения на входе трансформатора. Такой трансформатор называется понижающим.

Вопрос 6. Какой трансформатор называется повышающим?Ответ. Если число витков вторичной обмотки больше числа витков первичной w2 > w1, то k < 1 и напряжение в нагрузке будет больше напряжения на входе трансформатора. Такой трансформатор называется повышающим.

Вопрос 7. Какая обмотка трансформатора называется обмоткой высшего напряжения (ВН)?Ответ. Обмотка, подключаемая к сети с более высоким напряжением, называется обмоткой высшего напряжения (ВН). Вторая обмотка называется обмоткой низшего напряжения (НН).

Вопрос 8. Какие трансформаторы называются «сухими»?Ответ. Трансформаторы, в которых отвод тепла производится потоком воздуха, называются «сухими» трансформаторами.

Вопрос 9. Какие трансформаторы называются «масляными»?Ответ. В тех случаях, когда воздушным потоком невозможно отвести тепловую энергию так, чтобы обеспечить ограничениетемпературы изоляции обмоток на допустимом уровне, для охлаждения используют жидкую среду, погружая трансформатор в бак со специальным трансформаторным маслом, которое одновременно выполняет роль хладоагента и электрической изоляции. Такие трансформаторы называются «масляными».

Вопрос 10. Как трансформаторы обозначают на электрических схемах?Ответ. Условные обозначения трансформаторов На рисунке показаны условные обозначения однофазных двухобмоточных (1, 2, 3) и многообмоточных (7, 8) трансформаторов, а также трёхфазных трансформаторов (12, 13, 14, 15, 16). Здесь же показаны обозначения однофазных (4, 5) и трёхфазных (9, 10) автотрансформаторов и измерительных трансформаторов напряжения (6) и тока (11).

Вопрос 11. Чем определяются условия работы и свойства трансформатора?Ответ. Условия работы и свойства трансформатора определяются системой параметров, называемых номинальными, т.е. значениями величин, соответствующих расчётному режиму работы трансформатора. Они указываются в справочных данных и на табличке, прикрепляемой к изделию.

первичное линейное напряжение U1N, в В или кВ;
вторичное линейное напряжение U2N, измеряемое при отключённой нагрузке и номинальном первичном напряжении, в В или кВ;
токи первичной и вторичной обмоток I1N и I2N, в А или кА;
полная мощность SN, равная для однофазных и трёхфазных трансформаторов соответственно $S_N=U_{1N}I_{1N},~S_N=sqrt{3}U_{1N}I_{1N}$ , в В⋅А или кВ⋅А.

Вопрос 12. Как влияет рабочая частота трансформатора на его массу и габариты?Ответ. Повышение рабочей частоты трансформатора позволяет при прочих равных условиях существенно уменьшить массу и габариты изделия. Действительно, напряжение первичной обмотки примерно равно ЭДС, наводимой в ней магнитным потоком в сердечнике Φc, а полная мощность, например, однофазного трансформатора равна $S_N=U_{1N}I_{1N}{approx}E_{1N}I_{1N}={2pi}/{sqrt{2}}w_1f{Phi}_{cm}I_{1N}={2pi}/{sqrt{2}}{w_1}f{S_c}B_{cm}{S_i}{j_N}=C*fS_c*B_{cm}{S_i}{j_N}=const,$ где $B_{cm}$ и ${j_N}$ – заданные номинальные значения индукции в сердечнике и плотности тока в обмотке, а Sc ∼ l2 и Si – поперечное сечение сердечника и суммарное сечение w1 витков обмотки. Следовательно, увеличение частоты питания f позволяет пропорционально уменьшить сечение сердечника при той же мощности трансформатора, т.е. уменьшить в квадрате его линейные размеры l.

Вопрос 13. Для чего служит магнитопровод трансформатора?Ответ. Магнитопровод трансформатора служит для увеличения взаимной индукции обмоток и в общем случае не является необходимым элементом конструкции. При работе на высоких частотах, когда потери в ферромагнетике становятся недопустимо большими, а также при необходимости получения линейных характеристик, применяются трансформаторы без сердечника, т.н. воздушные трансформаторы. Однако в подавляющем большинстве случаев магнитопровод является одним из трёх основных элементов трансформатора. По конструкции магнитопроводы трансформаторов подразделяются на стрежневые и броневые.

Вопрос 14. Каким условиям должна удовлетворять конструкция обмоток трансформатора?Ответ. Конструкция обмоток трансформаторов должна удовлетворять условиям высокой электрической и механической прочности, а также термостойкости.Кроме того, технология их изготовления должна быть по возможности простой, а потери в обмотках минимальными.

Вопрос 15. Из чего изготавливаются обмотки трансформатора?Ответ. Обмотки изготавливаются из медного или алюминиевого провода. Плотность тока в медных обмотках масляных трансформаторов находится в пределах 2…4,5 А/мм2, а в сухих трансформаторах 1,2…3,0 А/мм2. Верхние пределы относятся к более мощным трансформаторам. В алюминиевых обмотках плотность тока на 40…45% меньше. Провода обмоток могут быть круглого сечения площадью 0,02…10 мм2 или прямоугольного сечения площадью 6…60 мм2. Во многих случаях катушки обмоток наматываются из нескольких параллельных проводников. Обмоточные провода покрыты эмалевой и хлопчатобумажной или шёлковой изоляцией. В сухих трансформаторах применяются провода с термостойкой изоляцией из стекловолокна.

Вопрос 16. Как подразделяются обмотки трансформатора по способу расположения на стержнях?Ответ. По способу расположения на стержнях обмотки подразделяются на концентрические и чередующиеся. Концентрические обмотки выполняются в виде цилиндров, геометрические оси которых совпадают с осью стержней. Ближе к стержню обычно располагается обмотка низшего напряжения, т.к. это позволяет уменьшить изоляционный промежуток между обмоткой и стержнем. В чередующихся обмотках катушки ВН и НН поочерёдно располагают вдоль стрежня по высоте. Такая конструкция позволяет увеличить электромагнитную связь между обмотками, но значительно усложняет изоляцию и технологию изготовления обмоток, поэтому в силовых трансформаторах чередующиеся обмотки не используются.

Вопрос 17. Как выполняется изоляция обмоток трансформатора?Ответ. Одним важнейших элементов конструкции обмоток трансформатора является изоляция.Различают главную и продольную изоляцию.Главной называется изоляция обмотки от стержня, бака и других обмоток. Её выполняют в виде изоляционных промежутков, электроизоляционных каркасов и шайб. При малых мощностях и низких напряжениях функцию главной изоляции выполняет каркас из пластика или электрокартона, на который наматываются обмотки, а также несколько слоёв лакоткани или картона, изолирующих одну обмотку от другой.Продольной называется изоляция между различными точками одной обмотки, т.е. между витками, слоями и катушками. Межвитковая изоляция обеспечивается собственной изоляцией обмоточного провода. Для междуслойной изоляции используются несколько слоёв кабельной бумаги, а междукатушечная изоляция осуществляется либо изоляционными промежутками, либо каркасом или изоляционными шайбами.Конструкция изоляции усложняется по мере роста напряжения обмотки ВН и у трансформаторов, работающих при напряжениях 200…500 кВ, стоимость изоляции достигает 25% стоимости трансформатора.

Литература: Усольцев Александр Анатольевич. Электрические машины. Учебное пособие. 2013 г.

electrichelp.ru

Основные части конструкции трансформатора - Трансформаторы

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

Стержневой (рис1)
Броневой (рис2)
Тороидальный

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Основными частями конструкции трансформатора являются:

магнитная система (магнитопровод)
обмотки
система охлаждение

Магнитная система (магнитопровод) трансформатора — комплект элементов (чаще всего пластин) электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, собранных в определённой геометрической форме, предназначенный для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора.

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется — стержень

Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, называется — ярмо

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости
Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях
Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней
Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня

Обмотки

Основным элементом обмотки является виток — электрический проводник, или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.

Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Проводник обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства (для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При увеличении площади проводника проводник может быть разделён на два и более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы называется жилой.

рис. Транспонированный кабель применяемый в обмотке трансформатора

Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем.

Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный кабель. Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с постоянным шагом и применения общей внешней изоляции.

Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения требуемой общей толщины.

Обмотки разделяют по:

Назначению
- Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.
- Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
- Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.
Исполнению
- Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
- Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.
- Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.
- Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов

Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:

Y-соединение, так называемой соединение звездой, где все три обмотки соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной точке, называемой нейтральной точкой или звездой
Δ-соединение, так называемое дельта-соединение, или соединение треугольником, где три фазных обмотки соединены последовательно и образуют кольцо (или треугольник)
Z-соединение, так называемое соединение зигзагом

Первичная и вторичная стороны трансформатора могут быть соединены любым из трёх способов, показанным выше. Данные способы предлагают несколько различных комбинаций соединений в трансформаторах с различными характеристиками, выбор которых также может быть обусловлен типом сердечника.

Y-соединение обычно является естественным выбором для самых высоких напряжений, когда нейтральная точка предназначена для зарядки. В любом случае в целях защиты от перенапряжения или для прямого заземления предусмотрено наличие нейтрального проходного изолятора. В последнем случае в целях экономии уровень изоляции нейтрали может быть ниже, чем уровень изоляции фазного конца обмотки. Соединённая звездой обмотка также имеет то преимущество, что переключение регулирования коэффициента трансформации может быть предусмотрено на нейтральном конце, где также может быть размещён переключатель числа витков. Поэтому переключатель числа витков сможет функционировать при напряжении низкого логического уровня, а разница напряжений между фазами также будет незначительная. По сравнению с расходами, затраченными на установку переключателя числа витков, при более высоком уровне напряжения экономические затраты будут ниже.

Соединение звездой используется на одной стороне трансформатора, другая сторона должна быть соединена треугольником, особенно в случаях, если нейтраль соединения звездой планируется для зарядки. Соединение обмотки треугольником обеспечивает баланс ампер-виток для тока нулевой последовательности, следующего по нейтрали, и каждой фазы соединения звездой, что даёт приемлемый уровень полного сопротивления нулевой последовательности. Без соединения треугольником обмотки ток нулевой последовательности привёл бы к образованию поля токов нулевой последовательности в сердечнике. Если сердечник имеет три стержня, данное поле от ярма к ярму проникнет сквозь стенки бака и приведёт к выделению тепла. В случае с броневым сердечником, или при наличии пяти стержней сердечника, данное поле проникнет между раскрученными боковыми стержнями и полное сопротивление нулевой последовательности существенно повысится. Вследствие этого ток, в случае пробоя на землю может стать настолько слабым, что защитное реле не сработает.

В соединенной треугольником обмотке ток, протекающий по каждой фазовой обмотке равен фазному току, разделённому на , в то время как в соединении звездой, линейный ток каждой фазной обмотки идентичен линейному току сети. С другой стороны, для одинакового напряжения соединение треугольником требует наличия трёхкратного количества витков по сравнению с соединением звездой. Соединение обмотки треугольником выгодно использовать в высоковольтных трансформаторах, когда сила тока высока, а напряжение относительно низкое, как например, в обмотке низшего напряжения в повышающих трансформаторах.

Соединение обмотки треугольником позволяет циркулировать третьей (и кратным ей) гармонике тока внутри треугольника, образованного тремя последовательно соединёнными фазными обмотками. Токи третьей гармоники необходимы во избежание искажения синусоидальности потока магнитных, и, следовательно, наведённой ЭДС во вторичной обмотке. Третья гармоника тока во всех трёх фазах имеет одинаковое направление, данные токи не могут циркулировать в обмотке, соединённой звездой, с изолированной нейтралью.

Недостаток троичных синусоидальных токов в намагничивающем токе может привести к значительным искажениям наведённого напряжения, в случаях, если у сердечника 5 стержней, или он исполнен в броневом варианте. Соединённая треугольником обмотка трансформатора устранит данное нарушение, так как обмотка с соединением треугольником обеспечит затухание гармонических токов. Иногда в трансформаторах предусмотрено наличие третичной Δ-соединённой обмотки, предусмотренной не для зарядки, а для предотвращения искажения напряжения и понижения полного сопротивления нулевой последовательности. Такие обмотки называются компенсационными. Распределительные трансформаторы, предназначенные для зарядки, между фазой и нейтралью на стороне первого контура, снабжены обычно соединённой треугольником обмоткой. Однако ток в соединённой треугольником обмотке может быть очень слабым для достижения минимума номинальной мощности, а требуемый размер проводника обмотки чрезвычайно неудобен для заводского изготовления. В подобных случаях высоковольтная обмотка может быть соединена звездой, а вторичная обмотка — зигзагообразно. Токи нулевой последовательности, циркулирующие в двух отводах зигзагообразно соединённой обмотки будут балансировать друг друга, полное сопротивление нулевой последовательности вторичной стороны главным образом определяется полем рассеяния магнитного поля между двумя разветвлениями обмоток, и выражается весьма незначительной цифрой.

При использовании соединения пары обмоток различными способами возможно достигнуть различных степеней напряжения смещения между сторонами трансформатора.

Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток принято выражать группой соединений. Для описания напряжения смещения между первичной и вторичной, или первичной и третичной обмотками, традиционно используется пример с циферблатом часов. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0° до 360°,а кратность сдвига составляет 30°, то для обозначения группы соединений выбирается ряд чисел от 1 до 12, в котором каждая единица соответствует углу сдвига в 30°. Одна фаза первичной указывает на 12, а соответствующая фаза другой стороны указывает на другую цифру циферблата.

Наиболее часто используемая комбинация Yd11 означает, например, наличие 30º смещения нейтрали между напряжениями двух сторон

Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов

Схема соединения обмоток Диаграмма векторов напряженияхолостого хода* Условноеобозначение ВН НН

У/Д-11

трансформатор

Всего комментариев: 0

ukrelektrik.com

Устройство трансформатора

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

Устройство и принцип действия трансформатора

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

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

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

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

Передача и распределение электроэнергии

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

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

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

electric-220.ru

Трансформатор, преобразователь - устройство, принцип действия

Трансформатор (Electric Transformer) – устройство, предназначенное для преобразования одного напряжения в другое. Состоит из нескольких изолированных друг от друга (кроме автотрансформаторов) обмоток (первичная, вторичная & etc), общего сердечника (магнитопровод), изготавливаемого из ферро-магнитного материала или прессованной электротехнической стали (в сборе называется остовом трансформатора), для уменьшения потерь от вихревых токов.

Электро трансформатор для бытовой сети. Масляный трансформатор для высоковольтных линий. Масло выступает как теплопроводник. Такие трансформаторы сольно нагреваются, потому им требуется солидное охлаждение. Данный трансформатор является обслуживаемым, то есть возможность замены масла имеется.

Обмотки трансформатора состоят из изолированного эмалевым лаком или пропитанного бумагой квадратного (для более плотной обмотки), медного проводника.

Магнитопровод может быть броневым, либо стержневым. Броневой тип защищает обмотки и окружает их со всех сторон. На стержневой магнитопровод катушки одеваются сами и ничем не защищены.

Часть магнитопровода, которая находится внутри катушки, называется — стержень, а та часть, которая служит для соединения сердечников и замыкания магнитного поля называется – ярмо.

Принцип действия обычного трансформатора:

Как работает трансформатор, принцип действия. Посредством магнитного поля с первичной обмотки, на вторичной возникает электрический ток определённой величины (в зависимости от количества витков и их ширины).

На первичную обмотку подаётся переменный ток, воздействуя посредством магнитной индукции на вторичную обмотку, тем самым образуя в ней переменный ток той же частоты, что и в первичной обмотке. Напряжение на выходе трансформатора будет зависеть от количества витков каждой из обмоток, но не может превышать мощность на входе.

КПД трансформатора, при правильном расчёте можно приблизить практически к 100%.

Существует такой вид трансформаторов как : «Автотрансформаторы» (Auto Transformers).

Автотрансформатор (auto transformer). Как видно имеет больше выводов чем обычный трансформатор.

Их обмотки соединены напрямую и они имеют несколько выходов с различным напряжением на них, за счёт различного количества витков после которого они были выведены. Плюсом таких трансформаторов в сравнении с несколькими отдельными являются меньший вес, габариты, цена. Применяются в местах, где не требуется значительное преобразование энергии (не больше чем в 4 раза), есть качественное заземление и напряжение выше 100 кВ.

Основной причиной выхода трансформатора из строя является пробой обмотки. Происходит это по причине перегрева, либо резкого скачка напряжения. Трансформатор с пробоем, для дальнейшего использования не подлежит. Потому, производители делают трансформаторы с большим запасом прочности, ведь замена трансформатора довольно трудоёмкий процесс.

www.xtechx.ru

Что внутри у трансформатора

Трансформатор представляет собой устройство для преобразования величины переменного тока или напряжения.

В простейшем случае трансформатор состоит из двух гальванически изолированных друг от друга обмоток, помещенных на общий сердечник (Рис.1 ).

Обмотка, подключенная к источнику переменного тока называется первичной. Нагрузка подключается к вторичной обмотке трансформатора. Материалом для обмоток служит медные проводники, реже – алюминиевые круглого или прямоугольного сечения. Для трансформаторов, работающих на сетях переменного тока низкой промышленной частоты материалом сердечника служит электротехническая сталь. внутри у трансформатора

Рис. 1

Принцип работы трансформатора заключается в том, что проходящий по первичной обмотке ток II создает магнитный поток ФОСН, одинаковый во всем сечении сердечника. Магнитный поток индуцирует во вторичной обмотке токIII и напряжение UII, определяемое соотношением витков в двух обмотках – wIи wII.

При прохождении магнитного потока возникают потери в сердечнике на вихревые токи.

Для их уменьшения магнитопровод собирают из отдельных, изолированных друг от друга пластин с высоким удельным сопротивлением. Если замыкаются несколько пластин сердечника, вихревые токи приводят к повышению температуры магнитопровода, что может привести к разрушению изоляции обмоток.

Также возникают потери на образовании магнитного поля вне сердечника трансформатора (Рис. 1,ФРАС). Проходящий в первичной обмотке ток вызывает нагрев проводника катушки и снижает КПД работы трансформатора.

Однофазные трансформаторы по типу сердечника разделяются на броневые и стержневые.

На броневых магнитопроводах катушки обмотки установлены на одной оси и закрыты другими полосами сердечника (Рис 2,а).

Такие трансформаторы широко используется при небольшой мощности потребления. В стержневых трансформаторах (Рис 2, б ) катушки охватывают большую часть сердечника. Магнитопроводы трансформатора делают раздельными для уменьшения вихревых токов и стягивают между собой при сборке. Что внутри у трансформатора

Рис. 2

В зависимости от отношения витков трансформаторы бывают повышающими и понижающими. Также различают сторону подключения высокого и низкого напряжения.

Однофазный трансформатор может работать в режиме холостого хода, короткого замыкания или на нагрузку.

При холостом ходе, вторичная обмотка не подключена, или подключена на нагрузку с большим сопротивлением. Ток в ней равен нулю. Режим холостого хода используется для измерения коэффициента трансформации и величины потерь в магнитопроводе.

Короткое замыкание в трансформаторе получается, если замкнуть выводы вторичной обмотки. При этом возникает падение напряжение в первичной обмотке, а во вторичной напряжение определяется падением напряжения на сопротивлении обмотки. Режим КЗ используется для измерения величины потерь на обмотках.

Включение трансформатора под нагрузку является рабочим режим трансформатора. При отсутствии перегрузок трансформатор может проработать неограниченно долго. нутри у трансформатора

Рис. 3

Трехфазные трансформаторы можно рассматривать как три отдельных однофазных трансформатора, первичные и вторичные обмотки которых соединены определенным образом – по схеме «звезда» или «треугольник» (Рис 3, первичные обмотки включены «звездой», вторичные – «треугольником»).

Использование соединения «звездой» конструктивно проще и применяется при больших действующих напряжениях при сравнительно малом токе. В обратном случае (при большом токе и малом напряжении) предпочтительней «треугольник». При одинаковой схеме подключения вторичной и первичной обмоток коэффициент трансформации соответствуют коэффициенту одной фазы.

Если используется смешанное подключение коэффициент трансформации будет отличаться от номинального в большую или меньшую сторону, что позволяет изменять напряжение на выводах коммутацией обмоток.

Как правило,трехфазные трансформаторы работают на больших мощностях, что требует дополнительного охлаждения обмоток и сердечника. Что внутри у трансформатора

Рис. 4

Трехфазный трансформатор (Рис. 4) включает первичные 1 и вторичные обмотки 2, концентрически установленные на общий сердечник. Трансформатор помещен в бак 3, заполненный диэлектрическим охлаждающим маслом. Выводы обмоток изолируются от корпуса бака фарфоровыми изоляторами 4.

Система охлаждения включает в себя несколько труб, соединяющих бак сверху и снизу 5 и расширитель 6. При нагреве трансформатора масло поднимается к верху емкости, охлаждается от окружающей среды и опускается через боковые трубки, вытесняя нагретое масло вверх. Расширитель служит для компенсации повышения объема масла при нагреве. Также на бак трансформатора установлены термометр, а в расширителе – окно для измерения объема масла.

Трансформаторы широко применяются в современных системах распределения электроэнергии. В бытовом применении, для питания различной электроники, низкочастотные трансформаторы уже почти вытеснены более лучшими высокочастотными.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

elektronchic.ru

Каталог товаров