Трансформаторы специального назначения кратко

Обновлено: 02.07.2024

Автотрансформаторы. В некоторых случаях из экономических соображений целесообразно применять так называемые автотрансформаторы. Отличие их от обычных трансформаторов заключается в том, что обмотки имеют не только магнитную, но и гальваническую связь. На рис. 2.25 показан эскиз понижающего автотрансформатора и его схема. Первичная обмотка с выводами А и Х имеет витков, а вторичная с выводами а и витков, . Выводы а и х соединены с первичной обмоткой. Повышающий автотрансформатор показан на рис. 2.26.

Здесь первичная обмотка с выводами А и Х имеет витков, а вторичная с выводами а и витков, .

Если пренебречь падениями напряжения в обмотках и током холостого хода, то для обоих автотрансформаторов коэффициент трансформации

В общей части обмотки протекают токи и , и так как при выбранных на рис. 2.25 и 2.26 положительных направлениях они находятся в противофазе (если пренебречь током холостого хода), то

При близких значениях и ток намного меньше тока . В обычном трансформаторе ток вторичной обмотки понижающего трансформатора . Поэтому

необходимое сечение провода и габариты автотрансформатора меньше, чем трансформатора той же мощности. Чем ближе коэффициент трансформации к единице, тем автотрансформатор выгоднее обычного трансформатора. Обычно автотрансформатор применяется при .

Недостатком автотрансформатора является наличие гальванической связи между обмотками, что требует соответствующей изоляции для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Автотрансформаторы находят широкое применение для пуска мощных синхронных и асинхронных двигателей, для регулирования напряжения, для передачи электрической энергии с различными напряжениями и малым коэффициентом трансформации, например 110 и 220 кВ.

При экспериментальных работах применяются лабораторные автотрансформаторы (ЛАТР).

Они имеют регулируемый коэффициент трансформации, так что можно плавно, в широких пределах изменять напряжение.

Измерительные трансформаторы. Для расширения пределов измерения приборов переменного тока применяются измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Такие трансформаторы отделяют цепи высокого напряжения от измерительных цепей, что обеспечивает безопасность обслуживания приборов и упрощает изоляцию токоведущих частей. Включение измерительных трансформаторов позволяет пользоваться стандартными амперметрами с номинальным значением 5 или 1 А и вольтметрами с номинальным значением 100 В. Такие трансформаторы применяются также в цепях защитных реле.

Трансформаторы напряжения. Принципиальная схема трансформатора и включение его в сеть высокого напряжения показаны на рис. 2.27. Измеряемое высокое напряжение подается на первичную обмотку трансформатора с выводами А и X; к вторичной обмотке низшего напряжения с выводами а и х подключается вольтметр. Так как сопротивление вольтметра очень велико (примерно 1000 Ом и более), то трансформатор напряжения работает в режиме, близком к холостому ходу. Номинальный коэффициент трансформации , откуда следует, что высокое напряжение . Однако из-за падений напряжения в обмотках трансформатора действительный коэффициент трансформации отличается от паспортного значения , поэтому есть погрешность измерения напряжения

Чем меньше сопротивление обмоток

(см. (2.8) и (2.9)) по сравнению с сопротивлением нагрузки , тем меньше погрешность измерения напряжения . Кроме погрешности измерения напряжения есть и так называемая угловая погрешность. Эта погрешность связана с тем, что между напряжениями и имеется сдвиг фаз, определяемый углом , что важно при измерении мощности и энергии (для ваттметров и счетчиков).

Трансформаторы напряжения так же, как и измерительные приборы, имеют классы точности 0,5; 1,0; 3,0.

Трансформаторы тока. Принципиальная схема трансформатора и схема его включения показаны на рис. 2.28.

Первичная обмотка трансформатора с выводами Л1 и Л2 включается в цепь или линию, в которой определяется ток , а вторичная обмотка с выводами И1, И2 замыкается амперметром. Если, кроме амперметра, включаются токовые обмотки защитного реле, ваттметра и других приборов, то все они соединяются последовательно. Сопротивления этих обмоток очень малы, и поэтому трансформатор работает в режиме, близком к короткому замыканию. Поэтому можно считать, что . Ток находится через коэффициент трансформации по показанию амперметра:

Это справедливо, если ток холостого хода трансформатора . Однако , поэтому есть погрешность в определении тока .

Эта погрешность определяется аналогично погрешности измерения напряжения у трансформатора напряжения. Как и у трансформатора напряжения, есть еще угловая погрешность, обусловленная сдвигом фаз между токами и , определяемая углом .

Трансформаторы тока имеют классы точности 0,2; 0,5;1; 3; 10. Для классов точности 0,2; 0,5; 1 погрешность соответствует значениям угла от 10′ до 180′, а для классов точности 3; 5; 10 — не нормируется.

У трансформатора тока, включенного в линию последовательно, нельзя размыкать вторичную обмотку, так как в этом случае размагничивающий магнитный поток вторичной обмотки отсутствует и поток трансформатора, определяемый током в линии, резко возрастает, а вместе с ним возрастают ЭДС вторичной обмотки и потери в стали трансформатора. Это может привести к опасным для жизни перенапряжениям и разрушению изоляции. Если во время работы нужно включенный амперметр или другой прибор отсоединить, то предварительно вторичную обмотку следует закоротить. Для этой цели в схему включается специальный рубильник Q (рис. 2.28), который нормально разомкнут.

Так как нагрузка может влиять на значение погрешности, то нагрузка измерительного трансформатора должна быть близкой к номинальной для вторичной обмотки измерительного трансформатора.

Угловые погрешности измерительных трансформаторов вносят ошибку при измерении угла сдвига фаз между напряжением и током , так как угол сдвига фаз будет отличаться от действительного угла между напряжением и током .

Трансформаторы для дуговой электросварки. Для обеспечения высококачественной сварки ток должен оставаться почти неизменным. При этом условии обеспечивается устойчивое горение дуги. Для получения такого тока внешняя характеристика трансформатора должна резко падать (рис. 2.29). Такая характеристика получается потому, что конструктивно трансформатор 1 на рис. 2.30 выполнен со специально увеличенным потоком рассеяния (увеличена индуктивность рассеяния обмоток). При холостом ходе напряжение равно 60—70 В, а при номинальном токе—30 В. Обмотки трансформатора расположены на стержнях 2 и 3 магнитопровода (рис. 2.30), что и увеличивает поток рассеяния. Ток сварки между электродом 6 и изделием 7 регулируется изменением зазора 8 между сердечником и якорем 5 дросселя 4. При коротком замыкании дроссель ограничивает ток дуги и трансформатора.

Трансформаторы специального назначения – это трансформаторы, изготовленные для узкой специальной области применения.

Основными из них являются:

1) Трансформатор для дуговой электросварки (рис. 31):

– представляет собой однофазный понижающий трансформатор, преобразующий напряжение сети 220 или 380 В в напряжение (60÷70) В, необходимое для устойчивого горения электрической дуги. Т. к. сопротивление электрической дуги очень мало, сварочный трансформатор работает в режиме, близком к короткому замыканию. Поэтому для ограничения величины тока во вторичную цепь трансформатора последовательно включают дроссель с подвижным сердечником. Изменяя величину воздушного зазора в магнитной цепи дросселя, можно плавно менять величину индуктивного сопротивления дросселя и, следовательно, величину сварочного тока.

2) Трансформатор с подвижным сердечником – это трансформатор, сердечник которого имеет неподвижную часть с первичной обмоткой и подвижную часть с вторичной обмоткой, расположенную внутри неподвижной. Первичная обмотка выполнена из двух катушек, включенных встречно. Если такой трансформатор включить в цепь аналогично вольтдобавочному трансформатору то, изменяя положение подвижного сердечника с вторичной обмоткой, можно плавно регулировать вторичное напряжение.

Рис. 31. Схема включения (а) и внешние характеристики (б) трансформатора для электродуговой сварки.

3) Трансформатор с подвижным сердечником (рис. 32) – это трансформатор, сердечник которого имеет неподвижную часть с первичной обмоткой и подвижную часть с вторичной обмоткой, расположенную внутри неподвижной. Первичная обмотка выполнена из двух катушек, включенных встречно. Если такой трансформатор включить в цепь аналогично вольтдобавочному трансформатору то, изменяя положение подвижного сердечника с вторичной обмоткой, можно плавно регулировать вторичное напряжение.

4) Трансформаторы для выпрямительных установок (рис. 33) – это трансформаторы, во вторичную цепь которых включены вентили, преобразующие переменный ток в пульсирующий. Массогабариты трансформаторов для выпрямительных установок всегда больше, чем у трансформаторов такой же выходной мощности, но при синусоидальных токах в обмотках. Это объясняется тем, что в трансформаторах, работающих в выпрямительных схемах, полезная мощность определяется постоянной составляющей вторичного тока, нагрев обмоток – полным вторичным и первичным токами, содержащими высшие гармоники.

Рис. 32. Конструкция (а) и принципиальная схема (б) трансформатора с подвижным сердечником.

Рис. 33. Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя (а), токи и напряжения в обмотках трансформатора (б) и трёхфазный однополупериодный выпрямитель (в).

5) Трансформатор, регулируемый подмагничиванием шунтов (рис. 34) – это трансформатор, имеющий три последовательно и согласно соединённых обмотки, одна из которых (цепь подмагничивания) питается постоянным током. При изменении постоянного тока в цепи подмагничивания, на выходе трансформатора плавно изменяется напряжение.

Рис. 34. Трансформатор, регулируемый подмагничиванием шунтов: конструкция (а) и зависимость вторичного напряжения от постоянного тока подмагничивания (б).

5) Импульсные трансформаторы – служат для трансформации кратковременных импульсов напряжения при минимальных искажениях их формы. Для уменьшения искажений, обусловленных влиянием гистерезиса, вихревых токов, паразитных ёмкостей и индуктивностей рассеивания, обмотки импульсных трансформаторов делают малослойными, а сердечники выполняют витыми из холоднокатаной электротехнической стали или из пермаллоя.

6) Пик–трансформаторы – предназначены для преобразования синусоидального напряжения в напряжение пикообразной формы, которое необходимо для отпирания управляемых вентилей (тиристоров), тиратронов и др. Пик трансформатор представляет собой двухобмоточный трансформатор с сильно насыщенным магнитопроводом и линейным активным или индуктивным сопротивлением в цепи первичной обмотки. Благодаря этому во вторичной обмотке индуктируется ЭДС в виде кратковременных импульсов, максимумы которых соответствуют моментам прохождения тока трансформатора через нуль.

7) Реакторы (дроссели) – это статические электромагнитные устройства, предназначенные для использования их индуктивностей в электрических цепях. Реактор представляет собой катушку с ферромагнитным сердечником.

В зависимости от назначения реакторы бывают:

а) сглаживающие – для сглаживания пульсаций выпрямленного тока, в том числе и в цепях тяговых двигателей на электровозах и электропоездах переменного тока;

б) переходные – для переключения выводов трансформатора;

в) делительные – для равномерного распределения тока нагрузки между параллельно включенными вентилями;

г) токоограничивающие – для ограничения тока короткого замыкания;

д) помехоподавляющие – для подавления радиопомех, возникающих при работе электрических машин и аппаратов;

ж) индуктивные шунты – для распределения при переходных процессах тока между обмотками возбуждения тяговых двигателей и включенными параллельно им резисторами и др.

Основными из них являются:

1) Трансформатор для дуговой электросварки (рис. 31):

Рис. 31. Схема включения (а) и внешние характеристики (б) трансформатора для электродуговой сварки.

Рис. 32. Конструкция (а) и принципиальная схема (б) трансформатора с подвижным сердечником.

В зависимости от назначения реакторы бывают:

б) переходные – для переключения выводов трансформатора;

в) делительные – для равномерного распределения тока нагрузки между параллельно включенными вентилями;

г) токоограничивающие – для ограничения тока короткого замыкания;

д) помехоподавляющие – для подавления радиопомех, возникающих при работе электрических машин и аппаратов;

Измерительный

Специальные трансформаторы представляют собой особый тип устройств, предназначенных для выполнения определенных целей. Наиболее популярными и востребованными являются трехобмоточные, автомобильные, измерительные варианты. Каждая техника обладает собственными видами подключения, нюансами использования.

Специальный трансформатор — это не определенное устройство, а класс оборудования, который включает в себя несколько видов.

Трехобмоточный

Трехобмоточный тип необходим для корректного распределения поступающий электрической энергии. Используется в радиотехнике, является небольшим по габаритам и весу специальным трансформатором. Он заменяет два двухомоточных, так как с его помощью получают два вида энергии по номинальным показателям. Качество позволяет упростить работу инженера, потратить меньше на прибор.

Схема трехобмоточного типа проста. Присутствует три несвязанных друг с другом обмотки, которые находятся на одном стержне. На первичную обмотку поступает энергия, создается магнитный поток.

В результате обмотки 2 и 3 дают различные номинальные показатели, при этом в сумме они всегда дают большее число, чем одна первая.

Под номинальный мощностью понимают показатель первичной, хотя в целом, если учитывать суммирование второй и третьей, то оно будет выше.

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.

Измерительные

Измерительные трансформаторы используются для расширения функционала приборов. В результате внедрения оборудования в конструкцию снижается риск короткого замыкания — повышается безопасность на производстве. Измерительная техника применяется в устройствах сигнализации, релейной защиты и автоматических устройствах.

Прибор состоит из нескольких обмоток и магнитного провода. Первичная подключается последовательным образом, включается в сеть. Вторичная имеет обмотки меньшего сечения, но большее число. К устройству подключатся счетчики, амперметры, катушки, трансформаторы работают на токах от 5 до 15 тысяч Ампер. Коэффициент трансформации — это сумма токов внешней и внутренней обмоток. Узнать значение параметра можно на эксплуатационном листе измерительного трансформатора.

Приборы этого типа разделяются по классу точности. Погрешность выражается в процентном соотношении тока. Вторичная нагрузка соответствует каждому варианту точности, при этом если она максимальная, то погрешность увеличивается.

Трансформаторы напряжения

Устройства применяются в схемах оборудования с напряжением от 380 В. Схема схожа с силовыми понижающими приборами. Первичная обмотка состоит из конструкций малого сечения, подключается параллельно. Вторичная имеет большие по размеру витки. Сопротивление приборов вольметров, катушек, частотометров максимальное, при помощи трансформатора напряжения понижающего типа вносят корректировку в работу.

Максимальный порог возможностей — до 500 тысяч В, следовательно оборудование может использоваться в технических устройствах, установленных в городе, на подстанциях, в метро. Имеют различный класс точности, в эксплуатационном листе выражены к проценты в В. Конструктивные особенности различные в зависимости от используемого напряжения. Для устройства, предназначенных для обработки напряжения до 3 тысяч используются сухие конструкции с охлаждением воздухом.

Если параметр превышает значение 3 тысяч, то обязательно применяют специальные масляные варианты, при этом кожух заземляют во избежание производственных травм.

Специальные трансформаторы — особый класс устройств, выполняющих специфические задачи. Подбираются в строгом соответствии с назначением.

Трансформаторы в составе печей сопротивления

К специальным трансформаторам, также можно отнести трансформаторы, используемые в составе печей сопротивления и соляных электродных ваннах. В большинстве случаев, для этих целей применяются трансформаторы сухого типа с естественным воздушным охлаждением.

Также особенностью таких трансформаторов являются относительно низкие величины вторичного напряжения и большие токи обмотки низкого напряжения. Так как нагрузка в печах сопротивления и соляных электрованнах носит относительно спокойный характер (без режимов эксплуатационных коротких замыканий), то в остальном, конструкция таких трансформаторов может быть идентична сухим силовым трансформаторам общего назначения.

В отечественной промышленности наиболее распространенными типами таких специальных трансформаторов являются печные трансформаторы серий ТЭСК и ОЭСК.

Специальные трансформаторы представляют собой подвид сухих промышленных трансформаторов, разработанных для электросетей и потребителей электроэнергии. Устройства характеризуются особыми условиями конструкции и эксплуатации – нагрузкой и специфическим режимом работы.

В большинстве своем данные трансформаторы направлены на защиту сетей постоянного тока, а так же промышленных электроприборов. Помимо этого устройства помогают уменьшить пульсации, поменять количество фаз или отрегулировать частоту тока.

Область применения

Из-за своих особенностей специальные трансформаторы получили широкое распространение во многих областях промышленности. Чаще всего их устанавливают на следующих объектах:

газовые, тепловые и атомные электростанции – работа с генераторами (регулирование нагрузки, устранение магнитного поля в случае отключения сети) и системами заземления;
нефтяная промышленность – перераспределение электроэнергии на нефтяных платформах (повышенная пожаро- и взрывозащищенность, устойчивость к вибрациям, повышенной влажности);
химическая промышленность – преобразование электроэнергии в гальванических установках.
железнодорожный транспорт, метро, трамваи и троллейбусы – используются для продления срока службы электродвигателей;
электрические печи – снижение напряжения во время нагрева, благодаря большему числу отводов;
плавильные печи – особые требования к производству элементов и защите трансформатора;
сварочные аппараты – ток КЗ не превышает 40% мощности;
научные лаборатории – для тестирования оборудования;
городские сети – повышение электроэнергии и установка на столбах.

Согласующие и испытательные трансформаторы

Согласующий трансформатор представляет собой подвид трехфазных и однофазных сухих трансформаторов, особенностью которого является подключение к аппаратам со специфической нагрузкой. Данное устройство отвечает за согласование электрических параметров сети с определенными параметрами подключенного электрооборудования. Чаще всего такие трансформаторы разрабатываются под конкретную задачу.

Испытательные трансформаторы проектируются для работы в составе экспериментальных стендов с различным оборудованием.

Преобразовательные трансформаторы

Данный вид оборудования используется, когда имеется необходимость в постоянном токе. Трансформаторы, применяемые в преобразовательных установках, разрабатываются для изменения значений сети и согласования с входным напряжением.

Благодаря трансформатору сеть с постоянным током полностью изолируется от сети переменного тока, тем самым увеличивается количество фаз вентильных обмоток и улучшается форма сетевого тока.

Дроссели

Большое распространение получили устройства, предназначенные для установки в преобразовательном электрооборудовании. В этом случае дроссели выполняют защитную функцию по отношению к электросети и преобразователю. Дроссели разделяют на следующие подтипы:

сетевые – защита сети от высших гармоник;
токоограничивающие – ограничение токов КЗ в сетях 50 и 60 Гц и стабилизация уровня напряжения;
моторные – цепи преобразователей электрических приводов переменного тока;
антирезонансные – защита установки от перегрузки токами высших гармоник.

Трехфазно-двухфазные и трехфазно-однофазные фильтросимметрирующие трансформаторы

Применяются при согласовании однофазных нагрузок с сетью, ограниченной по мощности. Широко используются в автономных источниках электроэнергии для распределения тока по трем фазам, а так же для снижения влияния нагрузки на функционировании других электроприемников.

Трехфазные фильтросимметрирующие трансформаторы

Трансформаторы предназначены для поддержания качества электроэнергии в коттеджах, офисах и отдельно расположенных зданиях. Данные устройства ликвидируют отклонения фазных и линейных напряжений, стабилизируют фазные напряжения в сети 380В, уменьшают потери электрической энергии до 20%, улучшают гармоники выходного напряжения с помощью фильтрации, сглаживают пики и провалы напряжения.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Читайте также: