Принцип работы, устройство и виды трансформаторов

В каком режиме работает трансформатор тока

Работа трансформатора может осуществляться в нескольких режимах. Одним из них является режим холостого хода, при котором вторичная обмотка находится в разомкнутом состоянии. Потребление тока первичной цепью самое минимальное, поэтому он называется током холостого хода. Магнитное поле холостого хода образуется вокруг первичной обмотки. Данный режим считается абсолютно безвредным для трансформатора.

Основным является режим нагрузки, в который трансформатор переходит из режима холостого хода. Во вторичной обмотке начинается течение тока, создающего магнитный поток, направленный против магнитного поля в первичной обмотке. В первый момент значение этого магнитного потока уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС самоиндукции в первичной обмотке.

Поскольку внешнее напряжение, приложенное к генератору, не изменяется, это приводит к нарушению электрического равновесия между приложенным напряжением и ЭДС самоиндукции, а ток в первичной обмотке увеличивается. Соответственно увеличивается и магнитный поток, а также электродвижущая сила самоиндукции. Однако значение тока в первичной обмотке будет выше, чем в режиме холостого хода. Таким образом, сумма магнитных потоков первичной и вторичной обмоток в режиме нагрузки, будет равна магнитному потоку первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

В режиме нагрузки, когда появляется вторичный ток, происходит возрастание первичного тока. Это приводит к падению напряжения во вторичной обмотке и его уменьшению. В случае снижения нагрузки, при которой вторичный ток уменьшается, наступает уменьшение и размагничивающего действия вторичной обмотки. Наблюдается рост магнитного потока в сердечнике и соответствующий рост самоиндукции ЭДС. Данный процесс, касающийся электрического равновесия, продолжается до тех пор, пока оно полностью не восстановится.

Одним из основных считается и режим короткого замыкания, при котором во вторичной цепи будет практически нулевое сопротивление. Ток во вторичной цепи достигает максимального значения, магнитное поле во вторичной обмотке также будет иметь наивысший показатель. Одновременно, магнитное поле в первичной обмотке уменьшается и становится минимальным. Следовательно, происходит и снижение индуктивного сопротивления в этой обмотке. В то же время возрастает ток, потребляемый первичной цепью. Данная ситуация приводит к возникновению режима короткого замыкания, опасного не только для самого трансформатора, но и для всей цепи. Защита от короткого замыкания обеспечивается путем установки предохранителей в первичной или вторичной цепи.

Особенности работы трансформатора тока в разных условиях:

  • Режим работы приближается к короткому замыканию, поскольку сопротивление нагрузки, подключаемой совместно со вторичной обмоткой, имеет минимальное значение. Фактически, работа трансформатора тока происходит в режиме короткого замыкания.
  • Трансформатор тока своим режимом работы существенно отличается от других трансформаторных устройств. При изменении нагрузки в обычном трансформаторе, значение магнитного потока в сердечнике не изменяется при условии постоянно приложенного напряжения.

Сухая стяжка в квартире

Сухая стяжка является лучшим вариантом, если необходимо быстро выровнять пол. Представляет собой создание покрытия без применения мокрых процессов. 

При обустройстве сухой стяжки применяется в обязательном порядке демпферная или компенсационная лента со стороны стены. Ширина которой должна быть немного больше, нежели слой стяжки. Можно приобрести ленты выполненные из вспененного полиэтилена, юбкой из клеенки и клейкой полосой. 

Также используется наполнитель, в виде ровного, утрамбованного слоя. В качестве данного материала могут выступать мелкие композитные материалы, такие как:

  • керамзит
  • перлит
  • отсев керамзита
  • шлаковая пемза.  

Верхним слоем выступает черновое покрытие или листовой материал. Который укладывает на засыпку. В большинстве случаев используют ГВЛВ, ГВЛ, также применяют ДСП, ОСП, ЦСП. 

Какими бывают

Благодаря лучшим мировым производителям, предлагающим высококачественную продукцию, трансформаторы получили широкое распространение. Применяются как в бытовых условиях, так и промышленности. Их основное использование – промышленность и передача электроэнергии на значительные расстояния с последующим распределением. Не меньшую известность имеют электротермические или сварочные трансформаторы. Исходя из названия, можно прийти к выводу, что оборудование используется при ремонте и изготовлении установок с применением сварочного аппарата

Также следует обратить внимание на то, что устройства также применяются для подачи питания на электротермические установки. Используются для обеспечения электропитания оборудования разного вида

В зависимости от основных функций и назначения, делятся на несколько категорий.

Сила тока

С их помощью удается преобразить напряжение до необходимого коэффициента. Исходя из статистических данных, зачастую применяются для радио и электроизмерений, а также при становлении гальванической развязки.

Трансформаторы тока

Достаточно выносливые конструкции, которые способствуют улучшению показателя работоспособности цепей учета электрической энергии, защиты используемых энергетических линий и автотрансформаторов. Разнятся по эксплуатационным измерениям и габаритам. Могут выступать как в качестве отдельно стоящих устройств, так и размещаться в корпусе небольших приборов. Какой лучше купить? Предварительно следует ознакомиться с разновидностями.

Виды Описание
Промежуточные Применяются для осуществления функции повторного преобразования.
Защитные Подключение производится непосредственно к защитным цепям.
Измерительные Используются для подачи тока на приборы контроля и измерения.

Силовые

Такой тип трансформаторов считается наиболее популярным и используется в промышленности. Применяется как для понижения, так и для повышения силы тока. Монтируется на отдельные участки линий электропередач. По направлению от мощностей и до потребителей энергия может несколько раз встречаться с подобными силовыми установками. Все зависит от удаленности отдельных потребителей. Перед подачей на осветительные, бытовые или иные приборы, энергия проходит стадию обратного преобразования. Это происходит благодаря используемым трансформаторам понижающего типа.

Трансформатор напряжения при напряжении до 35 кВ

Трансформатор напряжения при напряжении до 35 кВ по принципу выполнения ничем не отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из магнитопровода, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток. На рис. 2.1. показана схема трансформатора напряжения с одной вторичной обмоткой. На первичную обмотку подается высокое напряжение Ub a напряжение вторичной обмотки U2 подведено к измерительному прибору.

рис. 2.1  Схема включения однофазного трансформатора напряжения

Трансформаторы применяются в наружных (типа НОМ-35, серий ЗНОМ и НКФ) или внутренних установках переменного тока напряжением 0,38-500 кВ и номинальной частотой 50 Гц. Трехобмоточные трансформаторы НТМИ предназначены для сетей с изолированной нейтралью, серии НКФ (кроме НКФ-110-5 8) — с заземленной нейтралью.

В электроустановках используются однофазные, трехфазные (пятистержневые) и каскадные трансформаторы напряжения (ТН). Выбор того или иного типа трансформатора напряжения  зависит от напряжения сети, значения и характера нагрузки вторичных цепей и назначения трансформатора напряжения (для целей изменения, для контроля однофазных замыканий на землю, для питания устройств релейной защиты и автоматики).

Ввиду относительно высокой стоимости ТН для сетей 110-750 кВ они в ряде случаев, там, где это возможно по условиям работы систем измерения, защиты и автоматики электроустановок, заменяются емкостными делителями напряжения.

По изоляции различают трансформаторы напряжения с сухой и масляной изоляцией.

Обозначение трансформатора напряжения на схеме

Обозначение трансформатора напряжения на схеме

Предохранители  трансформаторов осуществляют защиту трансформаторов напряжения от повреждения в случае их работы в ненормальном режиме — при однофазном замыкании на землю, при возникновении в сети феррорезонансных явлений или в случае наличия короткого замыкания в первичной обмотке трансформатора напряжения.

Конструкция

Конструкция устройства базируется на 4-х основных элементах. Вот из чего состоят трансформаторы:

  1. Магнитопровод;
  2. Обмотки;
  3. Схемы соединения обмоток 3-х фазных трансформаторов;
  4. Бак.

Магнитопровод

Магнитная секция прибора делается из нескольких видов материалов: электротехническая сталь, пермаллой и ферромагнетики. Конструктив устройства обычно выглядит в виде рамки, на боковых сторонах (стержнях) которой помещаются обмотки. Части рамки, свободные от катушек, называют ярмом. Встроенные преобразователи зачастую оснащаются магнитопроводами тороидальной формы.

В зависимости от пространственного положения стержней магнитопровода, магнитные системы бывают плоскими, пространственными, симметричными и несимметричными конструкциями. В трансформаторах переменного тока сердечники образуют замкнутый контур. В приборах постоянного тока магнитопроводы делаются с зазором.

Отдельные виды магнитопроводов

Обмотки

Катушки магнитопроводов состоят из множества витков провода. Витки располагаются параллельно относительно друг друга в строго последовательном порядке. Проводники тока, покрытые изоляционным лаком либо бумагой, охватывают спиралью стержни магнитопровода.

Первичная обмотка под напряжением создаёт вокруг себя магнитное поле, которое воздействует на витки второй катушки. В результате в ней индуцируется выходной электрический ток.

Схемы соединения обмоток 3-х фазных трансформаторов

В 3-х фазных трансформаторах обмотки соединяют тремя способами.

Звезда

Три обмотки сходятся одними своими концами в нейтральной точке. Бывают звёздные соединения с выводом из общей точки и без него.

Треугольник

Соединённые последовательно три обмотки образуют треугольник. У обмоток, соединённых треугольником, усложняется конструкция переключателя контактов из-за высокого напряжения.

Зигзаг

При такой схеме все три обмотки располагаются отдельно на 3 стержнях магнитопровода. Соединения катушек осуществляются встречно последовательно.

Баки, заполненные трансформаторным маслом, помимо опорной функции, обеспечивают защиту от перегрева силового оборудования. Перед заправкой герметичного бака маслом из него откачивают воздух. Ёмкости могут содержать различные добавки, активно поглощающие рассеивающий магнитный поток, не давая ему распространиться наружу.

Комплектные трансформаторные подстанции

Комплектная трансформаторная подстанция состоит из совокупности устройств.

Комплектная трансформаторная подстанция включает в себя:

  • силовой трансформатор, который, в свою очередь, служит для преобразования одной системы переменного тока в другую с целью обеспечения безопасной электроэнергии;
  • электроустановка, служащая для распределения входящей электроэнергии по отдельным цепям, которая называется распределительное устройство;
  • чтобы осуществлялась постоянная поддержка частоты тока на необходимом уровне применяется такой вид устройства, как автоматическое управление;
  • специальных защитных устройств, которые осуществляют полное поддержание подстанции в необходимых рамках и применяются для силовых линий;
  • не менее важную роль имеют вспомогательные сооружения.

Стоит отметить, что в перечень услуг компаний, которые занимаются производством подстанций, входит и обслуживание трансформаторных подстанций.

Маркировка трансформаторов

Очень многие пользователи не всегда обращают внимания на маркировку трансформаторов, а некоторые просто не умеют правильно ее расшифровывать. Основные конструкции маркируются как ТМ, ТМЗ, ТСЗ, ТСЗС, ТРДНС, ТМН, ТДН, ТДНС и так далее.

Буквенные обозначения соответствуют следующим характеристикам:

  • Т – трехфазное устройство.
  • Р – разделение обмотки низкого напряжения на две части.
  • С – сухой трансформатор.
  • М – наличие масляного охлаждения с естественной циркуляцией.
  • Ц – принудительная циркуляция воды и масла. Вода циркулирует по трубам, а масло течет между ними в виде ненаправленного потока.
  • МЦ – циркуляция воздуха – естественная, а масло циркулирует принудительно, ненаправленным потоком.
  • Д – движение масла принудительное, а воздуха – естественное.
  • ДЦ – принудительное движение воздуха и масла.
  • Н – регулировка напряжения осуществляется под нагрузкой.
  • С – если проставлена в конце маркировки, значит трансформатор используется для собственных нужд электростанции.
  • З – трансформатор без расширителя, герметичный, с азотной подушкой.

Трансформаторы с тремя обмотками маркируются как ТМТН, ТДТН, ТДЦТН, где на три обмотки указывает вторая буква Т. Наличие буквы А указывает на автотрансформатор, О – однофазное устройство, Г – грозоупорная конструкция.

Кроме того, в маркировке указывается класс напряжения, применяемый в работе, режим и условия функционирования, а также точная конструкция устройства. Номинальная мощность и класс напряжения проставляется после буквенной маркировки через дефис. Обозначение имеет вид дроби, где числитель является номинальной мощностью в киловольт-амперах, а знаменатель соответствует классу напряжения в киловольтах.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения предназначены для трансформации и снижения напряжения в более низкое. Обычно необходимо это для измерения напряжения электроэнергии, идущей из сети. Трансформаторы напряжения помогают изолировать цепи измерения и защиты от самой электросети с электроэнергией высокого напряжения.

Трансформаторы напряжения бывают заземляемыми и незаземляемыми. Заземляемый трансформатор может быть однофазным и трехфазным. Однофазный имеет один заземленный конец первичной обмотки, а в трехфазном заземлена нейтраль обмотки первого уровня.

В незаземляемом трансформаторе напряжения вся первичная обмотка изолирована и земли.

Кроме того, различают трансформаторы напряжения каскадные и емкостные. В каскадных первичную обмотку разделяют на несколько секций, последовательно соединенных друг с другом. В этом случае мощность к обмотке вторичной передается с помощью дополнительных, играющих соединительную роль, обмоток. В емкостном трансформаторе напряжения есть емкостный делитель.

Также трансформаторы напряжения различаются по количеству обмоток. В двухобмоточных есть лишь одна вторичная обмотка, в трехобмоточных помимо основной вторичной обмотки присутствует и вторая. В зависимости от того, где необходимы трансформаторы напряжения, выбирают тот или иной тип устройств.

Автомобильные

Специальные типы автомобильных трансформаторов широко применяются в конструировании средств передвижения. В отличии от обычного оборудования есть связь сторон ВН и НН (последняя часть обмотки первой). В зависимости от числа витков изменяется то, будет ли коэффициент повышающими или понижающим. Ток нагрузки действует на участок обмотки не целиком, а выборочно, при этом трансформация не отличается от единицы. Токи практически идентичные, в результате возникают показатели небольшие. Устанавливают провода меньшего сечения, так как это не влияет на функциональность

Обратите внимание, что:

  • мощность передается во вторичную сторону;
  • чем сильней коэффициент стремится к единице, тем больше мощности уходит во вторичную сторону;
  • сечения идентичные с привычным трансформатором, если индукция и поток одинаковы.

Несмотря на все преимущества автомобильные трансформаторы имеют некоторые недостатки. Среди ни выделяют:

  • необходимость изоляции обмоток (из-за связи обмоток с разным напряжением);
  • возможно попадание высокого напряжения на низкое, что пагубно скажется на сроке службы изделия.

Трансформаторы такого типа подбираются в строгом соответствии с требованиями автомобильно транспорта.

Классификация и разновидности

Трансформаторы бывают с содержанием масла и без масла — сухие. В содержащих масло приборах рабочая часть (обмотка и магнитная система) находится в баке, наполненном трансформаторной жидкостью. Рабочая часть сухих трансформаторов остывает при помощи окружающего воздуха. Масштаб мощностей энергосиловых масляных — от 10 кВА до 630 тысяч кВА, сухих — от единиц ВА до 1600 кВА.

Силовые однофазные трансформаторы мощностью 4 кВА и меньше и трехфазные — 5 кВА и меньше имеют отношение к устройствам малой мощности. Они часто используются в трансформационной, домашней технике, радиоэлектронной аппаратуре.

26.1 Эквивалентная схема трансформатора.26.1 Эквивалентная схема трансформатора.

Маркировки масляных устройств

  • ТМ — масляный, трехфазный;
  • О — имеет одну фазу;
  • Н — есть возможность управления напряжением при работе;
  • Р — наличие раздельной обмотки;
  • Д — охлаждение с выдуванием при помощи масла (обдув теплообменников трансформатора вентиляторами);
  • Ц — вращающееся охлаждение масла с помощью его вывода из бака и охлаждения воздухом или водой.

Далее пишут цифры, которые обозначают мощность и первое напряжение.

Допустим: ТМ — 1000/10 — трансформатор, работающий на масле, мощностью (P) 1 тыс. кВА, 10 кВ. Сухие трансформаторы обозначаются:

  • ТСЗ — трансформатор имеет три фазы, сухой, защищённый. Они выпускаются в маштабе мощностей от 10 до 1600 кВА;
  • ВН (высокое напряжение) — 380, 500, 660, 10 тыс. В;
  • НН (низкого напряжения) — 230 и 400 В.
Соединение вторичных обмоток трансформатораСоединение вторичных обмоток трансформатора

Приборы маленькой мощности поступают в продажу, имея большое количество серий, типов и размеров. С силовыми очень часто прилагаются трансформаторы, измеряющие ток и напряжение. При помощи трансформаторов тока можно обеспечить безопасную работу цепей релейной защиты и определить любой объем тока специальными приборами. Их паспортный вторичный ток 1 и 5 А.

Первичный ток — в диапазоне от 5 А до 24000 А при напряженной работе данной сети от 0,4 до 24 кВ. Трансформаторы, работающие на ток и напряжение, производятся серийно 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ.

Основные обозначения:

  • Т — трансформатор тока;
  • П — проходящий;
  • Л — цельная изоляция на базе смол;
  • М — мало занимающий место;
  • О — односпиралевый;
  • Н — навесной;
  • Ш — с применением шины;
  • У — мощный;
  • К — встраиваемый в комплексные трансформаторные станции.
Устройство и виды трансформаторовУстройство и виды трансформаторов

ТН применяются в цепях непостоянного тока напряжением от 0,4 до 1150 кВ для питания определяющих приборов и цепей релейной защиты. ТН до 35 кВ инклюзивно применяются в сетях с защищённой нейтралью. Класс надёжности 0,5; 1 и 3 соответствует самой большой погрешности в % измеряемого паспортного напряжения 0,5%; 1%; 3%.

ТН делятся на сухие и масляные. Обозначения ТН:

  • Н — трансформатор напряжения;
  • О — однофазный;
  • С — сухого исполнения;
  • М — масляным охлаждением;
  • З — заземление выводом первичной обмотки;
  • К — компенсацией угловой погрешности трансформатора;
  • Л — исполнение с литой изоляцией;
  • Э — для установки на экскаваторах.

Трансформаторы типа НОС, НОЛ, ЗНОЛ — сухие , НОМ, НОМЭ, НТМК, НТМИ, ЗНОМ — масляные природным охлаждением.

КАК УСТРОЕН ТРАНСФОРМАТОР. КАК ПРОВЕРИТЬ ИСПРАВНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРАКАК УСТРОЕН ТРАНСФОРМАТОР. КАК ПРОВЕРИТЬ ИСПРАВНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА

Конструкция

Трансформаторные обмотки надевают на магнитопровод — деталь из ферромагнитной, трансформаторной или иной магнитомягкой стали. Он служит проводником электромагнитного поля от первичной катушки ко вторичной.

Под действием переменного магнитного поля в магнитопроводе также генерируются токи — они называются вихревыми. Эти токи приводят к потерям энергии и нагреву магнитопровода. Последний, с целью свести данное явление к минимуму, набирают из множества изолированных друг от друга пластин.

На магнитопроводе катушки располагают двояко:

  • рядом;
  • наматывают одну поверх другой.

Обмотки для микротрансформаторов изготавливают из фольги толщиной 20 – 30 мкм. Ее поверхность в результате окисления становится диэлектриком и играет роль изоляции.

Конструкция трансформатора

На практике добиться соотношения Р1 = Р2 невозможно из-за потерь трех видов:

  1. рассеивание магнитного поля;
  2. нагрев проводов и магнитопровода;
  3. гистерезис.

Потери на гистерезис — это затраты энергии на перемагничивание магнитопровода. Направление силовых линий электромагнитного поля постоянно меняется. Каждый раз приходится преодолевать сопротивление диполей в структуре магнитопровода, выстроившихся определенным образом в предыдущей фазе.

Потери на гистерезис стремятся уменьшить, применяя разные конструкции магнитопроводов.

Итак, в реальности величины Р1 и Р2 отличаются и соотношение Р2 / Р1 называют КПД устройства. Для его измерения используются следующие режимы работы трансформатора:

  • холостого хода;
  • короткозамкнутый;
  • с нагрузкой.

В некоторых разновидностях трансформаторов, работающих с напряжением высокой частоты, магнитопровод отсутствует.

Режим холостого хода

Первичная обмотка подключена к источнику тока, а цепь вторичной разомкнута. При таком подключении в катушке течет ток холостого хода, в основном представляющий реактивный ток намагничивания.

Такой режим позволяет определить:

  • КПД устройства;
  • коэффициент трансформации;
  • потери в магнитопроводе (на языке профессионалов — потери в стали).

Схема трансформатора в режиме холостого хода

Короткозамкнутый режим

Выводы вторичной обмотки замыкают без нагрузки (накоротко), так что ток в цепи ограничивается лишь ее сопротивлением. На контакты первичной подают такое напряжение, чтобы ток в цепи вторичной обмотки не превышал номинального.

Такое подключение позволяет определить потери на нагрев обмоток (потери в меди). Это необходимо при реализации схем с применением вместо реального трансформатора активного сопротивления.

Охлаждение

В процессе работы трансформатор греется.

Применяют три способа охлаждения:

  1. естественное: для маломощных моделей;
  2. принудительное воздушное (обдув вентилятором): модели средней мощности;
  3. мощные трансформаторы охлаждаются при помощи жидкости (в основном используют масло).

Прибор с масляным охлаждением

Вопрос 2. Записать и объяснить формулы эдс и уравнения электрического и магнитного состояний трансформатора

Ответ2-1
ЭДС
определяется скоростью изменения
магнитного потока сердечника и числом
витков w1
, w2
обмоток трансформатора

В
первичной обмотке под действием
напряжения U1
возникает ток I1.
Он создает магнитный поток катушки с
сердечником. Поток переменный, он наводит
в первичной обмотке ЭДС самоиндукции e1
=- w1dФ/dt,
а во вторичной обмотке

ЭДС
взаимоиндукции е 2
=- w2dФ/dt.
Магнитный поток для обеих обмоток один
и тот же.

В
режиме холостого хода катушка — чистая
индуктивность, поэтому, если напряжение
изменяется по закону u1(t)
=U1m
Sinωt
, то ток отстает от напряжения на 90°:

i(t)
=I1m
Sin(ωt-90°),
при этом магнитный поток совпадает по
фазе с током Ф(t)
1m
Sin(ωt-90°).
Тогда ЭДС будут равны

е1
= — w1dФ/dt
= -w1ω
Ф1m
Sinωt=
-E1m
Sinωt

е2
= — w2dФ/dt
=- w2ω
Ф1m
Sinωt=
-E2m
Sin
ωt

Векторная
диаграмма идеального
(без потерь) трансформатора в режиме
холостого хода представлена на рис
5.2 :

Ответ2-2.
Уравнения
электрического состояния реальноготрансформатора
для первичной и вторичной цепей имеют
вид:

;

,

где
и

– активные сопротивления обмоток;
и– индуктивные сопротивления рассеяния
обмоток.

Ответ2-3.Уравнения
магнитного состояния трансформатора
можно получить, исходя из анализа МДС
в трансформаторе. ЭДС обеих обмоток
возникают благодаря изменению одного
и того же магнитного потока Ф
с индукцией В.
Индукция В
и напряженность магнитного поля H
связаны зависимостью B=μ·H.
Пусть μ= const.
Напряженность магнитного поля H
по закону полного тока связана с
суммарной МДС обеих обмоток соотношением
:

Н·l
= I1
·w1+(-I2)
·w2

(5-2)

где
l-длина
средней линии магнитопровода;

I1
·w1
— МДС первичной обмотки ;

-I2
·w2
— МДС вторичной обмотки. Знак минус
МДС вторичной обмотки отрицательный
в силу закона ЭМИ( правило Ленца –ток
возникающий в обмотке 2 всегда будет
иметь направление, при котором магнитный
поток, создаваемый током I2,
будет препятствовать изменению основного
потока ).

ЭДС
Е1=const*Ф=
const*В·S=
const* μ
·H·S, с
учетом
(5-2) :

Е1
= const* μ
·( I1
·w1-I2
·w2)
·S/ l (5-3)

В
режиме холостого хода I2=0,
соответственно уравнение (5-3) будет
иметь вид :

Е1=
const* μ
· I10
·w1
·S/ l (5-4)

где
I10
ток первичной обмотки трансформатора
в режиме холостого хода.

Из уравнений
(5-3) и (5-4) получим уравнение магнитного
состояния трансформатора:

(5-5)

Определим
ток I1:

I1=
I10
— Iי2

где
I10
– ток холостого хода или намагничивающий
ток (ток создающий магнитный поток ),

2
= — w2/
w1
·I2

компенсирующий ток . Tок
2
компенсирует действие тока вторичной
обмотки на основной магнитный поток.

Магнитный
поток в сердечнике всегда постоянный
.
!!!

Условные обозначения трансформаторов

Каждый трансформатор имеет собственные условные обозначения, расшифровывающие основные технические характеристики и параметры устройства.

Буквенные символы обозначают следующее:

  • А – конструкция автотрансформатора.
  • О – однофазная модификация.
  • Т – трехфазное устройство, с наличием или отсутствием расщепления обмоток.

В соответствии с системой охлаждения, трансформаторы маркируются следующим образом:

  • Сухого типа: «С» – с естественным воздушным охлаждением, открытого исполнения; «СЗ» – то же самое, защищенного исполнения; «СГ» – то же самое, герметичного исполнения; «СД» – воздушное охлаждение с дутьем.
  • Масляное охлаждение: «М» – естественное; «МЗ» – естественное, с защитной азотной подушкой без расширителя; «Д» – дутье и естественная циркуляция масла; «ДЦ» – дутье и принудительная циркуляция масла; «Ц» – масляно-водяное охлаждение и принудительная циркуляция масла.
  • С использованием негорючего жидкого диэлектрика: «Н» и «НД» – естественное охлаждение и с применением дутья.

Существует множество других буквенных и цифровых обозначений. Правильно расшифровать их помогут специальные справочники и таблицы.

Устройство трансформатора.

2.1. Магнитопровод. Магнитные материалы.

Назначение магнитопровода

заключается в создании для магнитного потока замкнутого пути, обладающего минимальным магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы для трансформаторов изготавливают из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях. Материалы должны иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при достаточно больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки.

Магнитные материалы

, используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент определенной толщины и ширины и называютсяэлектротехническими сталями . Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки.

Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты.

Для изготовления разнообразных относительно недорогих трансформаторов широко применяются электротехнические стали

, имеющие небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. Наибольшее применение нашли холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки.

Сплавы с высокой магнитной проницаемостью

применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50 – 100 кГц.

Недостатком таких сплавов является их высокая стоимость. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 – 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра – в 150 раз. Однако в ряде случаев их применение позволяет существенно снизить массу, объем и даже общую стоимость трансформатора.

Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, переменных магнитных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям – удар, давление и т.п.

Из магнитомягких низкочастотных ферритов

с высокой начальной проницаемостью изготавливаютпрессованные магнитопроводы , которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 – 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а недостатком является низкая индукция насыщения (0,4 – 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях.

Выбор магнитных материалов производится исходя из электромагнитных характеристик с учетом условий работы и назначения трансформатора.

Что такое коэффициент трансформации

Трансформатор не меняет один параметр в другой, а работает с их величинами. Тем не менее его называют преобразователем. В зависимости от подключения первичной обмотки к источнику питания, меняется назначение прибора.

В быту широко распространены эти устройства. Их цель — подать на домашнее устройство такое питание, которое бы соответствовало номинальному значению, указанному в паспорте этого прибора. Например, в сети напряжение равно 220 вольт, аккумулятор телефона заряжается от источника питания в 6 вольт. Поэтому необходимо понизить сетевое напряжение в 220:6 = 36,7 раз, этот показатель называется коэффициент трансформации.

Чтобы точно рассчитать этот показатель, необходимо вспомнить устройство самого трансформатора. В любом таком устройстве имеется сердечник, выполненный из специального сплава, и не менее 2 катушек:

  • первичной;
  • вторичной.

Первичная катушка подключается к источнику питания, вторичная — к нагрузке, их может быть 1 и более. Обмотка — это катушка, состоящая из намотанного на каркас, или без него, электроизоляционного провода. Полный оборот провода называется витком. Первая и вторая катушки устанавливаются на сердечник, с его помощью энергия передается между обмотками.

Для силового трансформатора

Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, что бы это определить нужно узнать коэффициент трансформации, с его помощью можно узнать какой трансформатор. Если коэффициент меньше 1 то трансформатор повышающий(также это можно определить по значениям если во вторичной обмотке больше чем в первичной то такой повышающий) и наоборот если К>1, то понижающий(если в первичной обмотке меньше витков чем во вторичной).

Формула по вычислению коэффициента трансформации

где:

  • U1 и U2 — напряжение в первичной и вторичной обмотки,
  • N1 и N2 — количество витков в первичной и вторичной обмотке,
  • I1 и I2 — ток в первичной и вторичной обмотки.

Трансформатор тока

Формула для вычисления коэффициента трансформации ТТ:

Значения коэффициентов обычно очень большие по сравнению с силовым трансформатор. Величины могут быть такими, как представлено в таблице:

Определим коэфф. трансформации: возьмём ТТ со значениями которые выделены в таблице 600/5 = 120. Также можно взять любой трансформатор 750/5 = 150; 800/2 = 400 и тд.

Трансформатор напряжения

Формула для вычисления коэффициента трансформации ТН:

Давайте рассчитаем коэффициент трансформации для ТН который показана на фото ниже:

Нужно взять напряжение первичной обмотки(красная стрелка) и разделить на напряжение вторичной обмотки(жёлтая стрелка). 35000/100 = 350.

Коэффициент трансформации электросчетчика

Величина коэффициента трансформации широко применяется для приборов учета электроэнергии. Эти данные необходимы для правильного выбора электросчетчика и дальнейших расчетов реального энергопотребления. С этой целью используется дополнительный показатель – расчетный коэффициент учета.

Для того чтобы определить данную величину с прибора учета электроэнергии снимаются показания и умножаются на коэффициент трансформации подключенного трансформаторного устройства. Например, решая задачу, как найти нужный показатель, 60 кВт/ч нужно умножить на коэффициент, равный 20 (30, 40 или 60). В результате умножения получается 60 х 20 = 1200 кВт/ч. Полученной значение и будет реальным расходом электроэнергии.

Существуют различные виды приборов учета. По своему принципу действия они могут быть одно- или трехфазными. Они не подключаются напрямую, между ними в цепь обязательно включается трансформатор тока. Некоторые конструкции счетчиков предполагают возможность прямого включения. В сетях с напряжением до 380 вольт используются счетчики 5-20 ампер. На счетчик поступает электроэнергия в чистом виде, с постоянным значением.

В настоящее время используются индукционные приборы учета, которые постепенно заменяются электронными моделями. Они считаются устаревшими, поскольку не могут выполнять учет потребленной электроэнергии по разным тарифам. Кроме того, они не могут передавать данные на удаленное расстояние. Поэтому на смену им приходят электронные счетчики, способные напрямую преобразовывать поступающий ток в определенные сигналы. В этих конструкциях отсутствуют вращающиеся части, что способствует существенному повышению их надежности и долговечности. Коэффициент трансформации счетчиков оказывает прямое влияние на точность получаемых данных.

Требования

До 35 кВ

Для маломощных трансформаторов размер зазора между изоляционными прокладками обычно не превышает 6 мм, при этом расстояние от обмотки до наружной стенки резервуара с трансформаторным маслом не должно быть меньше 65 мм. Изоляционный промежуток, который определяется конфигурацией токоведущей и заземляющей частей трансформатора устанавливается размером от 40 мм на каждую сторону.

110 кВ

При дальнейшем увеличении мощности требовании к качеству изоляции увеличиваются. Так, размер масляного канала возрастает до 10 мм, расстояние от обмотки до стенки масляного бака должно быть не менее 90 мм (если толщина изоляционного слоя превышает 20 мм, то это достояние допустимо уменьшать, но не меньше, чем на 15 мм).

150 кВ

Для трансформаторов средней мощности характерно увеличение расстояния между токопроводящими и заземлёнными элементами – оно составляет 840 мм и должно строго выдерживаться на протяжении всего участка ввода.

220 кВ

Обязательному контролю подлежат следующие элементы конструкции:

  1. Соединительная арматура.
  2. Целостность свинцовой оплётки.
  3. Зазоры в намотке.
  4. Фактическое заземляющее напряжение.
  5. Изоляция нейтрали.
  6. Индуцирующее напряжение.

330 кВ

Контролируются те же параметры, что и в предыдущем случае, с учётом нормативных значений, определяемых стандартом.

500 кВ

Дополнительно принимаются во внимание следующие факторы:

  1. Исполнение трансформатора – открытое или закрытое.
  2. Тип циркуляции воздуха – естественный или принудительный.
  3. Высота установки над уровнем моря.
  4. Колебания внешней температуры воздуха.
  5. Наибольшие колебания нагрузки.
  6. Степень загрязнённости окружающей среды.
  7. Возможные механические воздействия.

Данные проверки сравниваются с нормативными величинами, которые приводятся в ГОСТ Р 52719-2007.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий