»нформационный портал  "TRANSFORMаторы"

transform.ru :: ќсновные определени€ и принцип действи€ трансформатора

ќсновные определени€ и принцип действи€ трансформатора

“рансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно св€занных обмоток и предназначенное дл€ преобразовани€ посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.

ѕри подведении к первичной обмотке трансформатора переменного напр€жени€, по ней начинает протекать переменный ток, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток. Ётот поток наводит переменную Ёƒ— в первичной и вторичной обмотках. ѕри замыкании вторичной обмотки на нагрузку (электродвигатель на рисунке) по ней начинает протекать переменный ток.

ƒл€ просмотра видео наведите курсор

¬ общем случае вторична€ система переменного тока может отличатьс€ любыми параметрами: величиной напр€жени€ и тока, числом фаз, формой кривой напр€жени€ (тока), частотой.

Ќаибольшее применение в электротехнических установках, а также в энергетических системах передачи и распределени€ электроэнергии имеют силовые трансформаторы, посредством которых измен€ют величину переменного напр€жени€ и тока. ѕри этом число фаз, форма кривой напр€жени€ (тока) и частота остаютс€ неизменными.

ѕростейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода - сердечника, выполненного из ферромагнитного материала (обычно листова€ электротехническа€ сталь) и двух обмоток (катушек), расположенных на стержн€х магнитопровода. ќдна из обмоток присоединена к источнику переменного тока на напр€жение U 1, эту обмотку называют первичной.   другой обмотке подключен потребитель Z н - ее называют вторичной.

ƒействие трансформатора основано на €влении электромагнитной индукции. ѕри подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток i 1, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток ‘. «амыка€сь на магнитопроводе, этот поток сцепл€етс€ с обеими обмотками (первичной и вторичной) и индуктирует в них э. д. с.:

e 1 = - w1 (d ‘/dt); (1)

e 2 = - w2 (d ‘/dt); (2)

где w 1 и w 2 , Ч число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

ѕри подключении нагрузки Z н к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием Ё.ƒ.—. е2 в цепи этой обмотки создаетс€ ток i 2 , а на выводах вторичной обмотки устанавливаетс€ напр€жение U 2. ¬ повышающих трансформаторах U 2 > U 1, а в понижающих Ч U 1 < U 2

»з (1) и (2) следует, что Ё.ƒ.—. е1 и е2, отличаютс€ друг от друга числом витков обмоток, в которых они навод€тс€. ѕоэтому, примен€€ обмотки с требуемым соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напр€жений.

ќбмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напр€жением, называют обмоткой высшего напр€жени€ (¬Ќ); обмотку, присоединенную к сети меньшего напр€жени€, Ч обмоткой низшего напр€жени€ (ЌH).

“рансформаторы обладают свойством обратимости; один и тот же трансформатор можно использовать в качестве повышающего и понижающего. Ќо обычно трансформатор имеет определенное назначение: либо он €вл€етс€ повышающим, либо понижающим.

“рансформатор Ч это аппарат переменного тока. ≈сли же его первичную обмотку подключить к источнику посто€нного тока, то магнитный поток и магнитопроводе трансформатора также будет посто€нным как по величине, так и по направлению (d ‘/dt = 0). ѕоэтому и в обмотках трансформатора не будет наводитс€ Ё.ƒ.—.

 лассификаци€ трансформаторов

 онструкци€ трансформаторов в значительной степени зависит от их назначени€. ѕо этому признаку трансформаторы раздел€ют на следующие основные виды:

  1. силовые, примен€емые:

  • в системах передачи и распределени€ электроэнергии;

  • дл€ установок со статическими преобразовател€ми (ионными или полупроводниковыми) при преобразовании переменного тока в посто€нный (выпр€мители) или посто€нного в переменный (инверторы);

  • дл€ получени€ требуемых напр€жений в цеп€х управлени€ электроприводами и в цел€х местного освещени€;

  1. силовые специального назначени€ Ч печные, сварочные т. п.;

  2. измерительные Ч дл€ включени€ электрических измерительных приборов в сети высокого напр€жени€ или сильного тока;

  3. испытательные Ч дл€ получени€ высоких и сверхвысоких напр€жений, необходимых при испытани€х на электрическую прочность электроизол€ционных изделий;

  4. радио трансформаторы Ч примен€емые в устройствах радио- и проводной св€зи, в системах автоматики и телемеханики дл€ получени€ требуемых напр€жений, согласовани€ сопротивлений электрических цепей, гальванического разделени€ цепей и др.

 роме того, имеетс€ еще р€д специализированных трансформаторов;

“рансформаторы одного и того же назначени€ могут различатьс€:

по виду охлаждени€ Ч с воздушным (сухие трансформаторы) и масл€ным (масл€ные трансформаторы) охлаждением;

по числу трансформируемых фаз Ч однофазные и многофазные;

по форме магнитопровода Ч стержневые, броневые, бронестержневые, тороидальные;

по числу обмоток Ч двухобмоточные и многообмоточные (одна первична€ и две или более вторичных обмоток);

по конструкции обмоток Ч с концентрическими и чередующимис€ обмотками.

ќсновные элементы трансформаторов

ќсновные части трансформатора Ч это магнитопровод и обмотки. ћагнитопровод трансформатора выполн€ют из листовой электротехнической стали. ѕеред сборкой листы с двух сторон изолируют (в основном лаком). “ака€ конструкци€ магнитопровода дает возможность в значительной степени ослабить в нем вихревые токи. „асть магнитопровода, на которой располагают обмотки, называют стержнем.

¬ двухфазных стержневых трансформаторах имеютс€ два стержн€ (в трехфазных - три) и соедин€ющих их два €рма .

Ѕроневые трансформаторы имеют разветвленный магнитопровод с одним стержнем и €рмами, частично прикрывающими (Ђбронирующимиї) обмотки .

—тержнева€ конструкци€ имеет наибольшее распространение, особенно в трансформаторах большой и средней мощности. ƒостоинства этой конструкции Ч простота изол€ции обмоток, лучшие услови€ охлаждени€, простота ремонта.

“рехфазные трансформаторы обычно выполн€ют на магнитопроводе стержневого типа с трем€ стержн€ми .

¬ трансформаторах большой мощности примен€ют бронестержневую конструкцию магнитопровода , котора€ хот€ и требует несколько повышенного расхода электротехнической стали, но позвол€ет уменьшить высоту магнитопровода (Ќ¬— < Ќ), а следовательно, и высоту трансформатора. Ёто имеет большое значение при его перевозке в собранном виде.

ѕо способу соединени€ стержней с €рмами различают магнитопроводы стыковые и шихтованные. ¬ стыковых магнитопроводах стержни и €рма собирают раздельно, а затем соедин€ют посредством крепежных частей. “ака€ конструкци€ магнитопровода облегчает посадку обмоток на стержни, так как дл€ этого достаточно сн€ть только верхнее €рмо. Ќо при шихтовой сборке магнитопровода, когда листы (полосы) собирают Ђвнахлесткуї, воздушный зазор в месте стыка стержней и €рем может быть сделан минимальным, что значительно снизит магнитное сопротивление магнитопровода.  роме того, механическа€ прочность шихтованного магнитопровода намного выше, чем стыкового. ¬се это привело к тому, что шихтованные магнитопроводы получили в –оссии основное применение. Ћисты магнитопровода ст€гивают посредством шпилек и накладок , изолированных от листов изол€ционными шайбами и трубками.

¬ последнее врем€ сборку листов (полос) магнитопровода в пакет выполн€ют наложением на стержни бандажа из стекловолокн€ной ленты.

‘орма поперечного сечени€ стержней зависит от мощности трансформатора: в небольших трансформаторах примен€ют стержни пр€моугольного сечени€ , в трансформаторах средней и большой мощности Чстержни ступенчатого сечени€ с числом ступеней, возрастающим с увеличением мощности трансформатора. —тупенчатое сечение стержней обеспечивает лучшее использование площади внутри обмотки, так как периметр ступенчатого стержн€ приближаетс€ к окружности. ¬ трансформаторах большой мощности дл€ улучшени€ теплоотдачи между пакетами стали магнитопровода устраивают вентил€ционные каналы .

ћагнитопроводы трансформаторов малой мощности обычно изготовл€ют из узкой ленты холоднокатаной (текстурованной) стали путем навивки. “ака€ сталь имеет улучшенные магнитные свойства в направлении проката (но длине ленты), что позвол€ет уменьшить вес витого магнитопровода по сравнению с шихтованным. ќбычно ленточные магнитопроводы делают сборными, собирают встык и ст€гивают специальными накладками (хомутами). “ака€ конструкци€ магнитопровода значительно упрощает сборку трансформатора.

ќбмотки трансформаторов выполн€ют из проводов круглого и пр€моугольного сечени€, изолированных кабельной бумагой.

ќбмотки бывают цилиндрические, располагаемые на стержн€х концентрически, и дисковые, располагаемые на стержн€х в чередующемс€ пор€дке.

ћагнитопровод трансформатора вместе с кожухом или баком заземл€ют, что обеспечивает безопасность обслуживани€ трансформатора в случае, если изол€ци€ обмотки окажетс€ пробитой.

¬озможны два варианта взаимного расположени€ обмоток на стержн€х магнитопроводов: раздельное расположение (на одном стержне обмотка ¬Ќ, а на другом Ч ЌЌ) примен€ют весьма редко и только в высоковольтных трансформаторах, так как это создает лучшие услови€ дл€ надежной изол€ции обмотки ¬Ќ от обмотки ЌЌ; однако в этом случае наблюдаетс€ увеличение магнитного потока рассе€ни€.

Ќаиболее распространено равномерное концентрическое расположение обмоток на всех стержн€х магнитопровода, так как это обеспечивает малую величину магнитного потока рассе€ни€. ѕри этом обычно ближе к стержни располагают обмотку ЌЌ, так как она требует меньшей электрической изол€ции от стержн€ (заземленного), затем укладывают слой изол€ции из картона или бумаги и обмотку ¬Ќ.

¬ трансформаторах с масл€ным охлаждением магнитопровод с обмотками помещен в бак, наполненный трансформаторным маслом.

ќмыва€ обмотки и магнитопровод, трансформаторное масло отбирает от них тепло и, облада€ более высокой теплопроводностью, чем воздух, через стенки бака и трубы радиатора отдает ее в окружающую среду. Ќаличие трансформаторного масла обеспечивает более надежную работу высоковольтных трансформаторов, так как электрическа€ прочность масла намного выше, чем воздуха. ћасл€ное охлаждение интенсивнее воздушного, поэтому габариты и вес масл€ных трансформаторов меньше, чем у сухих трансформаторов такой же мощности.

¬ трансформаторах мощностью до 20Ч30 к¬∙ј примен€ют баки с гладкими стенками. ” более мощных трансформаторов дл€ увеличени€ охлаждаемой поверхности стенки бака делают ребристыми или же примен€ют трубчатые баки.

ћасло, нагрева€сь, поднимаетс€ сверх и, охлажда€сь, опускаетс€ вниз. ѕри этом масло циркулирует в трубах, что способствует более быстрому его охлаждению .

” трансформаторов классов напр€жени€ 110 к¬ и выше дл€ охлаждени€ примен€ют радиаторы.

ƒл€ компенсации объема масла при кипении температуры, а также дл€ защиты масла трансформатора от окислени€ и увлажнени€ при контакте с воздухом в трансформаторах примен€ют расширитель, представл€ющий собой цилиндрический сосуд, установленный на крышке бака и сообщающийс€ с ним.  олебани€ уровн€ масла с изменением его температуры происход€т не в баке, который всегда заполнен маслом, а в расширителе, сообщающемс€ с атмосферой.

¬ процессе работы трансформаторов не исключена возможность возникновени€ в них €влений, сопровождающихс€ бурным выделением газов, что ведет к значительному увеличению давлени€ внутри бака, поэтому по избежание повреждени€ баков трансформаторы мощностью 1000 к¬∙ј и выше снабжают выхлопной трубой , которую устанавливают на крышке бака. Ќижним концом труба сообщаетс€ с баком, а ее верхний конец заканчиваетс€ фланцем, на котором укреплен стекл€нный диск. ѕри давлении, превышающем безопасное дл€ бака, стекл€нный диск лопаетс€ и газы выход€т наружу.

“рансформаторы средней и большой мощности снабжены газовым реле. ѕри возникновении в трансформаторе значительных повреждений, сопровождаемых обильным выделением газов (например, при коротком смыкании между витками обмоток), газовое реле срабатывает и замыкает контакты цепи управлени€ выключател€, который отключает трансформатор от сети. ќбмотки трансформатора с внешней цепью соедин€ют вводами, выполн€емыми обычно из фарфора.

  баку трансформатора прикреплен щиток, на котором указаны:

  • номинальна€ мощность Ч мощность на зажимах вторичной обмотки, к¬∙ј или ћ¬∙ј;
  • номинальное напр€жение, ¬ или к¬;
  • напр€жение короткого замыкани€, %;
  • ток холостого хода, %.

¬ы познакомились с усечЄнным вариантом разработки, которую мы готовы поставить в полном объЄме...

 

ѕерейти в форум дл€ обсуждени€

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Rambler's Top100 –†–µ–є—В–Є–љ–≥@Mail.ru –ѓ–љ–і–µ–Ї—Б —Ж–Є—В–Є—А–Њ–≤–∞–љ–Є—П Ёлектросайт года