Реферат режимы работы трансформатора

Обновлено: 06.07.2024

Трансформатор, как любое электромагнитное устройство, имеет несколько устойчивых режимов, в которых может (и должен) работать неограниченно долго.

Режимы работы трансформатора

Существует пять характерных режимов работы трансформатора:

Рабочий режим;
Номинальный режим;
Оптимальный режим;
Режим холостого хода;
Режим короткого замыкания;

Рабочий режим

Режим характеризуется следующими признаками:

Напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему \(\dot_1 ≈ \dot_\);
Ток первичной обмотки меньше своего номинального значения или равен ему \(\dot_1 ≤ \dot_1ном\).

В рабочем режиме эксплуатируются большинство трансформаторов. Например, силовые трансформаторы работают с напряжениями и токами обмоток отличными от номинальных. Так происходит из-за переменчивого характера их нагрузки.

Измерительные, импульсные, сварочные, разделительные, выпрямительные, вольтодобавочные и другие трансформаторы, также обычно эксплуатируются в рабочем режиме просто из-за того, что напряжение сети к которой они подключены отличается от номинального.

Номинальный режим работы

Характерные признаки режима:

Напряжение первичной обмотки равно номинальному \(\dot_1 = \dot_\);
Ток первичной обмотки равен номинальному \(\dot_1 = \dot_\).

Оптимальный режим работы

Режим характеризуется условием:

Где \(P_\) - потери холостого хода;
\(P_\) - потери короткого замыкания;
\(k_\) - коэффициент нагрузки трансформатора, определяемый по формуле:

Где \(P_2\) - ток нагрузки вторичной обмотки;
\(P_\) - номинальный ток вторичной обмотки.

В оптимальном режиме работы трансформатор работает с максимальным КПД, поэтому выражение (1) по существу представляет собой условие максимального КПД [2, с.308] (Смотри "Трансформаторы. Оптимальный режим работы").

Режим холостого хода

Характерные признаки режима:

Вторичная обмотка трансформатора разомкнута или к ней подключена нагрузка с сопротивлением гораздо большим сопротивления номинальной нагрузки обмотки (1) трансформатора;
К первичной обмотке приложено напряжение \(\dot_ = \dot_\);
Ток вторичной обмотки \(\dot_2 ≈ 0\) (для трехфазного трансформатора - \(\dot_ ≈ \dot_ ≈ 0\).

На рисунке 1 изображена схема опыта холостого хода однофазного, а на рисунке 2 - трехфазного двухобмоточных трансформаторов.

Рисунок 1 - Схема опыта холостого хода однофазного двухобмоточного трансформатора

Рисунок 2 - Схема опыта холостого хода трехфазного двухобмоточного трансформатора

По существу в режиме холостого хода трансформатор представляет собой катушку на магнитопроводе, к которой подключен источник напряжения. Режим холостого хода является рабочим для трансформаторов напряжения. Кроме того, этот режим служит для определения тока \(i_х\), мощности \(ΔQ_хх\) холостого хода и ряда других параметров [2, c. 291][3, с. 207] (смотри "Опыт холостого хода трансформатора").

Примечание:

Под сопротивлением номинальной нагрузки обмотки понимается величина \(R_\), равная отношению номинального напряжения обмотки \(U_\) к её номинальному току обмотки \(I_\)

Режим короткого замыкания

Режим короткого замыкания характеризуется:

Вторичная обмотка замкнута накоротко или к ней подключена нагрузка сопротивлением гораздо меньшим внутреннего сопротивления трансформатора;
К первичной обмотке приложена такая величина напряжения \(\dot_1\), что ток первичной обмотки равен её номинальному току \(\dot_1 = \dot_\)
Напряжение вторичной обмотки \(\dot_2 = 0\) (для трехфазного трансформатора - \(\dot_ = \dot_ = 0\).

Схема опыта короткого замыкания изображена на рисунке 3 для однофазного, а на рисунке 4 - для трехфазного двухобмоточных трансформаторов.

Рисунок 3 - Схема опыта короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора

Рисунок 4 - Схема опыта короткого замыкания трехфазного двухобмоточного трансформатора

Режим короткого замыкания является рабочим режимом для трансформаторов тока и сварочных трансформаторов, в тоже время являясь аварийным для других трансформаторов. Также он используется для определения напряжения \(u_к\), мощности \(ΔP_кз\) короткого замыкания и других параметров трансформатора [2, c. 294][3, с. 209] (смотри "Опыт короткого замыкания трансформатора").

Изучение режимов работы трансформаторов тягового электроснабжения железных дорог. Описание принципа холостого хода трансформатора. Характеристика режима короткого замыкания. Принцип работы под нагрузкой. Трансформаторы для преобразования числа фаз.

Рубрика	Транспорт
Вид	лекция
Язык	русский
Дата добавления	15.11.2017
Размер файла	135,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Режимы работы трансформаторов

Цель: Ознакомить обучаемых с особенностями режимов работы одно- и трехфазных трансформаторов

1.Холостой ход трансформатора

2.Режим короткого замыкания трансформатора

3.Работа трансформатора под нагрузкой

4.Трансформаторы для преобразования числа фаз

1. Холостой ход трансформатора

Известно, что параметры схемы замещения трансформатора могут быть определены аналитическим и экспериментальным путем, при этом нередко предпочтение отдается эксперименту.

Считается, что любой трансформатор может работать в одном из трех режимов: режим холостого хода (ХХ), режим короткого замыкания (КЗ) и нагрузочный режим, причем если последний из режимов является основным, то первые два относятся к разделу исследовательских.

Рассмотрим какие параметры трансформатора можно получит используя режим ХХ, при этом под режимом холостого хода трансформатора понимается такой режим его работы, при котором его первичная обмотка включена в сеть переменного тока с частотой f, а вторичная обмотка разомкнута, т.е. ее сопротивление равно бесконечности, а ток - нулю.

Считается, что режим ХХ имеет важное значение, так как он позволяет определить следующие характерные для любого трансформатора величины: коэффициент трансформации, ток холостого хода и потери холостого хода.

Принципиальная схема установки для проведения опытов холостого хода однофазного (а) и трехфазного (б) трансформаторов изображена на рис.1.4. трансформатор электроснабжение фаза замыкание

Первичная обмотка трансформатора подключается к синусоидальному напряжению, а вторичная обмотка разомкнута. Измеряются первичные напряжения U₀=U₁₀, ток ₀=I₁ и мощность P₀=P₁, также вторичное напряжение U₂₀. На основе данных опыта для однофазного трансформатора определяются полное, активное и индуктивное сопротивление холостого хода:

А также коэффициент трансформации

И коэффициент мощности при холостом ходе

Коэффициент мощности при холостом ходе

Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора может рассчитываться по фазным напряжениям (k) или линейным напряжениям (k_л). Для теории трансформатора имеет значение первое из указанных значений коэффициента трансформации.

Из рассмотрения схемы замещения трансформатора при I // ₂=0 следует, что параметры холостого хода z₀, r₀, x₀ представляют собой суммы следующих сопротивлений

В силовых трансформаторах сопротивления r₁ и x₁ значительно меньше сопротивлений r_м и x_м соответственно. Поэтому можно считать, что параметры холостого хода с большой точностью соответствуют параметрам намагничивающей цепи:

Этой же причиной можно объяснить то, что мощность холостого хода Р₀ с большой точностью соответствует магнитным потерям р_м в сердечнике трансформатора.

При холостом ходе, согласно схеме замещения, приведенной на рис.1.3.

Или, так как Z₁ о . Получающийся угол сдвига между и (угол магнитного запаздывания) обусловлен, как уже отмечалось, магнитными потерями в сердечнике на вихревые токи и гистерезис.

На рис.1.10 а, изображена векторная диаграмма трансформатора для случая смешанной активно-индуктивной нагрузки. ЭДС = отстают от потока сердечника на 90 о . Ток отстает от на некоторый угол , величина которого определяется характером нагрузки. Вычитая из падения напряжения (перпендикулярно ) и (параллельно получим вектор вторичного напряжения .

Далее, прибавив к вектор - , находим вектор первичного тока . Для получения вектора первичного напряжения необходимо построить вектор , равный по величине и обратный по направлению вектору и прибавить к нему падения напряжения и . При активно-индуктивной нагрузке .

На рис.1.10 б, аналогичным образом построена векторная диаграмма для случая смешанной активно-емкостной нагрузки, когда вектор тока опережает векторы и на углы и соответственно. Отметим, что для ясности диаграмм размеры , и падений напряжений даны непропорционально большими.

Из диаграммы, приведенной на рис.1.10 а, можно заключить, что в случае активно-индуктивной нагрузки при и или увеличение тока вызывает некоторое уменьшение и . Из диаграммы, приведенной на 1.10 б, при тех же условиях следует, что в случае увеличения активно-емкостной нагрузки значения при довольно большом значении или могут даже возрасти.

Упрощенная векторная диаграмма соответствует упрощенной схеме замещения трансформатора, в которой намагничивающий ток принят равным нулю. Если в ней изменить положительные направления на обратные, повернув их векторы на 180 о , то получится диаграмма, изображенная на рис.1.11.

Если и , а угол сдвига фаз изменяется, то конец вектора будет перемещаться по окружности радиусом и центром в конце вектора , как изображено на рис. пунктирной линией. Из такой диаграммы можно легко вывести заключение о влиянии характера нагрузки или величины на напряжение .

Энергетические диаграммы трансформатора. Преобразование активной мощности трансформатора происходит согласно диаграмме, изображенной на рис.1.12 а, соответствующей схемам замещения и векторным диаграммам рассмотренным ранее.

Первичная обмотка потребляет из питающей сети мощность

Часть этой мощности теряется на электрические потери в первичной обмотке

Часть мощности расходуется на магнитные потери в сердечнике

Передается магнитным полем во вторичную обмотку. В этой обмотке теряется мощность

Остаток мощности Р₂ представляет собой полезную мощность, передаваемую потребителям

Преобразование реактивной мощности происходит согласно диаграмме, приведенной на рис.1.12 б. Из первичной реактивной мощности

Часть расходуется на создание первичного магнитного поля рассеяния

На создание магнитного поля сердечника расходуется

Во вторичной обмотке теряется реактивная мощность

И оставшаяся реактивная мощность

При активно-емкостной нагрузке , а следовательно . Изменение знака означает изменение направление передачи реактивной мощности или энергии. Если при этом также

То реактивная мощность передается из вторичной обмотки в первичную. Если же и , то реактивная мощность потребляется как из первичной, так из вторичной обмотки и расходуется на намагничивание трансформатора.

1.Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. Т.1 М.,МЭИ, 2006, 652 с.

2.Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. С.-П.,Питер, 2007, 320 с.

Подобные документы

Обобщение основных показателей эксплуатационной работы железных дорог, которые необходимы для контроля за ходом выполнения планов перевозок, анализа использования технических средств, планирования, учета и оценки работы. Пробеги вагонов по участкам.

контрольная работа [727,6 K], добавлен 18.10.2010

Стратегическое значение железнодорожного комплекса для Российской Федерации. ОАО "РЖД" - крупнейшая транспортная система мира. Анализ локомотивного хозяйства. Вагоны и вагонное хозяйство. Описание конструкции и принципа работы локомотива ВЛ 82м.

курсовая работа [6,6 M], добавлен 13.02.2013

Назначение, конструкция и принцип работы тягового электродвигателя НБ-514Е магистрального грузового электровоза 3ЭС5К. Условия работы, неисправности, возникающие в процессе работы. Демонтаж и разборка тягового электродвигателя, очистка, дефектация.

курсовая работа [180,0 K], добавлен 30.05.2015

Расчёт сложнозамкнутой сети одного напряжения с одним источником питания. Определение токов обмоток тяговых трансформаторов в системе электроснабжения переменного тока 25кВ, собственных и взаимных сопротивлений и падения напряжения в линии ДПР.

курсовая работа [522,9 K], добавлен 09.11.2008

Технические нормативы работы железных дорог, расчет их технических показателей. Работа дороги и её подразделений: показатели использования вагонного парка. Разработка технических норм работы локомотивного парка, суточного плана работы подразделения.

Считаем, вторичная обмотка разомкнута (нет нагрузки). На первичную действует U₁ (t). В цепи возникает ток:

Изменяющийся во времени магнитный поток приводит к возникновению ЭДС

=> = -W₁ * = e₁₀ (t) (3)

=>-W₁ *= e₁₀ (t): (4)

Этому уравнению можно поставит в соответствие:

(7)

Рассмотрим режим, соответствующий отсутствию тока во вторичной обмотке. В этом случае все магнитные процессы определяются только электрическими процессами в первичной обмотке => e₂₀ (t) – в режиме ХХ.

(8)

(9)

n – коэффициент трансформации.

Т.к. U₁ (t) – синусоидально, то и отклик в виде ЭДС, и падение напряжения, и Ф₁₀ также изменются по гармоническому закону.

=-W₁ Ф₁₀ _m (2πf)cos(ωt)=

E₁₀ = E_10m / (13)

Формула трансформатора ЭДС

Режим ХХ трансформатора

Режим ХХ трансформатора рассмотрим на практическом режиме отключения нагрузки. В этом режиме путем проведения специальных измерений (опыт ХХ) могут быть оценены важные технико-эксплуатационные параметры трансформатора. Анализ режима ХХ позволяет выявить основные физические процессы в трансформаторе, знание которых важно для других режимов.

Рисунок 2 – Электрическая схема трансформатора

В режиме ХХ трансформатор подключается под номинальное напряжение, то напряжение, при котором предусматривается работа трансформатора:

(19)

Для дальнейшего рассмотрения и составления электрической модели трансформатора удобно ЭДС E₁₀ _S за счет рассеяния трактовать как падение напряжения на чисто реактивном сопротивлении индуктивности рассеяния в цепи первичной обмотки jI₁₀ X₀ .Тогда:

(20)

Для построения векторной диаграммы за точку отправления возьмем направление вектора магнитного потока

Рисунок 3 – Пример векторной диаграммы

При действии в магнитном проводнике переменного магнитного потока совершается работа по перемагничиванию реального магнитного материала (явление гистерезиса) и расходуется энергия на нагревание сердечника, возникающее в нем из-за появления вихревых токов (токов Фуко). В этой связи I₁₀ _xx имеет две составляющих:

- активную (отражает потери на гистерезис и вихревые токи)

- составляющую в виде тока намагничивания I_μ , которую создает основной магнитный поток.

Пользуясь представленным выше уравнением (20) и поясняющей его векторной диаграммой трансформатора на ХХ (Рисунок 3), можно поставить в соответствие следующую его схему замещения (эквивалентную схему, электрическую модель трансформатора).

Рисунок 4 – Эквивалентная схема замещения трансформатора

Приведенная эквивалентная схема является строгим электрическим аналогом реального трансформатора, если должным образом определены величины сопротивлений:

Эта схема позволяет производить все электрические расчеты токов, U, P, углов запаздывания и т.д.

Рабочий режим трансформатора: уравнение равновесия намагничивающих сил (УРНС)

В рабочем режиме трансформатор подключен под полное номинальное напряжение.

Рисунок 5 – Электрическая схема трансформатора

Совокупный магнитный поток и совокупная магнитная сила определяется как результат взаимодействия Ф₁ и Ф₂ и F₁ и F₂ .

(21)

(22)

Можно убедиться, что при любом рабочем режиме суммарная намагничивающая сила первичной и вторичной обмотки должна быть точно такой же как и в режиме ХХ. В таком случае, для рабочего режима трансформатора справедливо следующее уравнение равновесия намагничивающих сил (УРНС):

Удобно найти из этого уравнения значение I₁ , выраженное через I₂ , и являющееся техническим параметром трансформатора I₁₀ (ток ХХ).

УРНС позволяет наметить Т-образную схему замещения трансформаторов.

Рис 7 – Т-образная схема замещения трансформатора

Физические процессы в трансформаторе в рабочем режиме наглядно поясняет векторная диаграмма, соответствующая УРНС, которое удобно записать в форме:

Рисунок 8 – Векторная диаграмма работы трансформатора

Рабочий режим трансформатора: эквивалентная схема

При формировании эквивалентной схемы необходимо обеспечить ее преемственность в схеме замещения трансформатора для ХХ. Кроме того, поиск схемы замещения будем осуществлять с учетом выявленной ранее возможности построения Т-образной эквивалентной схемы трансформатора.

Рисунок 9 – Эквивалентная схема трансформатора в рабочем режиме

Эквивалентную схему можно построить, пользуясь следующими уравнениями:

(уравнение электрического воздействия) (28)

(29)

Рабочий режим трансформатора: векторная диаграмма при нагрузке индуктивного характера

Рисунок 10 - Векторная диаграмма при нагрузке индуктивного характера

отстает от на 90

отстает от его задающего тока на угол запаздывания α. Ток отстает от создающей его ЭДС =.

переносим параллельно вверх к для построения . Переносим вверх, получаем -. •-вектор параллельный . Повернем его на 90 получаем j.

Рабочий режим трансформатора: векторная диаграмма при емкостном характере нагрузки

Рисунок 11 - Векторная диаграмма при емкостном характере нагрузки

Изменится , он не отстает от , а идет впереди.

Элементы схемы замещения трансформатора оценивают по данным измерений, выполняемым при проведении специально организованных опытов ХХ и КЗ.

Опыт холостого хода

Рисунок 12 – Схема проведения опыта ХХ

(30)

==n (31)

-потери в стали.

Рисунок 13 - Эквивалентная схема трансформатора на ХХ.

= (32)

•== (33)

= (34)

= (35)

= (36)

= (37)

(38)

В отличие от ХХ нельзя проводить при номинальном входном напряжении т.к. КЗ – аварийный режим.

При проведении опыта КЗ:

Рисунок 14 – Схема проведения опыта КЗ

(примерно 1-3%)

На входе действует малое напряжение , то мала и ЭДС (противо-ЭДС), уравновешивающей его, а значит, мал и магнитный поток, ее создающий.

При малом потоке потерями в стали можно пренебречь.

(потери в меди) (39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

Опыт КЗ существенно дополняет опыт ХХ, и вместе они дают возможность экономично, с требуемой точностью оценит параметры эквивалентной схемы транзистора.

Конструкция, магнитные материалы, электрические провода и изоляци я

Основными элементами конструкции трансформаторов являются сердечник (магнитопровод) и обмотки: К элементам конструкции относятся также конструктивные детали, служащие для крепления сердечника и установки трансформаторов в блоках аппаратуры.

Сердечники трансформаторов изготавливают из высоколегированных горячекатаных и повыщеннолегированйых холоднокатаных сталей.

Марки электротехнических сталей, их магнитные свойства и удельные потери энергий определяет ГОCT 9925—61. При частоте тока сети 50 Гц для сердечников используют стали марок Э41, Э42, Э43 и Э310, Э320, Э33О при толщине стальных листов или ленты 0,5 и 0,35 мм. При повышенных частотах (400 Гц и выше) используют стали марок Э44, 345, Э46, Э47, 348, Э340 и Э370 с толщиной пластин или ленты 0,2; 0,15; 0,1; 0,08 и 0,05 мм.

По конструктивному выполнению сердечники трансформаторов подразделяются на три основных типа: стержневые, броневые и тороидальные. Соответственно и трансформаторы в зависимости от конструкции сердечника подразделяются на три указанных выше типа.

Основными достоинствами стержневого трансформатора являются: большая поверхность охлаждения обмотки; малая индуктивность рассеяния вследствие размещения половинного числа витков на каждой катушке и меньшей толщины намотки; меньший расход обмоточного провода, чем у броневого трансформатора, так как уменьшение намотки вызывает уменьшение средней длины витка обмотки; значительно меньшая, чем в броневом трансформаторе, чувствительность к внешним магнитным полям, так как знаки ЭДС помех, наводимых в обеих катушках трансформатора, противоположны и взаимно уничтожаются.

Рисунок 15 – Конструкция трансформаторов: а и б — пластинчатые стержневой и броневой; в и г — ленточные стержневой и броневой; д — тороидальный

В трансформаторе броневого типа первичная и вторичная обмотки помещаются на среднем стержне сердечника. Таким образом, в этом трансформаторе обмотки частично охватываются (бронируются) ярмом. Броневыми наиболее часто выолняются трансформаторы малой мощности. Броневой трансформатор обладает рядом конструктивных достоинств: наличием только одной катушки с обмотками вместо двух при стержневом сердечнике; более высоким коэффициентом заполнения окна сердечника обмоточным проводом; частичной защитой обмотки ярмом сердечника от механических повреждений.

Сердечники маломощных стержневых и броневых трансформаторов выполняются соответственно из П-образных и Ш-образных пластин трансформаторной стали, а также из ленточных сердечников подковообразной формы. В некоторых случаях пластинчатые сердечники трансформаторов делают с уширенным ярмом для уменьшения намагничивающего тока. При этом сечение ярма делают у стержневого трансформатора больше сечения стержня, а у броневого — больше ПОЛОВИНЫ сечения стержня.

Пластинчатые магнитопроводы трансформаторов собираются встык или внахлест. При сборе встык все пластины сердечника составляются вместе, располагаясь одинаково, и сердечник состоит из двух частей, которые затем скрепляются вместе. Сборка внахлест позволяет уменьшить магнитное сопротивление, но усложняет монтаж и демонтаж трансформатора. При сборке внахлест пластины чередуются так, чтобы у соседних пластин разрезы были с разных сторон сердечника. После сборки магнитопровода его стягивают болтами или шпильками.

Стержневые и броневые магнитопроводы из ленточных сердечников собирают встык. Для получения возможно меньшего магнитного сопротивления в местах стыка сердечников их торцевые оверхности шлифуют.

Обмотки и другие токоведущие части трансформатора изолируют. Изоляция должна обеспечивать надежную работу трансформатора в условиях его эксплуатации при значительных колебаниях температуры нагрева. В зависимости от нагревостойкости изоляционные материалы разделяются на семь классов (ГОСТ 8865-70) со следующими предельно допустимыми температурами: класс Y-90°С, A-105°С, E (AB)-120°С, B-130°С, F (BC)-155°С, H (CB)-180°С, и класс С – более 180°С.

Изоляция обмоток должна выдерживать длительное воздействие переменного электрического поля, имеющегося в трансформаторе, и кратковременные перенапряжения, возникающие в условиях эксплуатации трансформатора.

1. Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. - Изд. 3-е, перераб. и доп.-Мн: Высшая школа, 200

2. Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Под ред. А.Я.Шихина: Учебник. – М.: Энергоиздат, 200– 336 с.

3. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Три Л, 2000. – 400 с.

4. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. – М.: Альтекс а, 2002. –191 с.

Целью данной работы является необходимость описать силовые трансформаторы и автотрансформаторы промышленных предприятий, их свойства, классификацию, принцип работы, особенности, рассказать о преимуществах и недостатках, в очередной раз подчеркнуть важность и необходимость трансформаторов для энергетических предприятий.

Содержание

Введение 3
Глава 1 Силовые трансформаторы и автотрансформаторы. Общие
сведения 4
1.1 Трансформаторы. Понятия и основные сведения 4
1.2 Классификация трансформаторов 6
1.3 Номинальные параметры трансформаторов 8
1.4 Системы охлаждения силовых трансформаторов 10
1.5 Нагрузочная способность трансформаторов 11
1.6 Автотрансформаторы и их особенности 12
Глава 2 Устройство трансформатора, принцип действия, режимы
работы 14
2.1 Устройство трансформатора. Основные детали 14
2.2 Принцип действия трансформатора 18
2.3 Режимы работы трансформатора 23
Заключение 25
Список использованных источников 26

Работа содержит 1 файл

Силовые трансформаторы и автотрансформаторы.docx

Глава 1 Силовые трансформаторы и автотрансформаторы. Общие

1.1 Трансформаторы. Понятия и основные сведения 4

1.2 Классификация трансформаторов 6

1.3 Номинальные параметры трансформаторов 8

1.4 Системы охлаждения силовых трансформаторов 10

1.5 Нагрузочная способность трансформаторов 11

1.6 Автотрансформаторы и их особенности 12

Глава 2 Устройство трансформатора, принцип действия, режимы

2.1 Устройство трансформатора. Основные детали 14

2.2 Принцип действия трансформатора 18

2.3 Режимы работы трансформатора 23

Список использованных источников 26

Данная тема является чрезвычайно актуальной, так как в системах электроснабжения промышленных предприятий главные понизительные и цеховые подстанции используют для преобразования и распределения электроэнергии, получаемой обычно от энергосистем. На всех подстанциях для изменения напряжения переменного тока служат силовые трансформаторы различного конструктивного исполнения, выпускаемые в широком диапазоне номинальных мощностей и напряжений.

Цеховые трансформаторные подстанции в настоящее время часто выполняются комплектными, и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживания, устанавливаются открыто.

Трансформаторы широко используются для следующих целей и помогают решить множество проблем: передают и распределяют электрическую энергию, обеспечивают нужную схему включения вентилей в преобразовательных устройствах, также трансформаторы используют для различных технологических целей, с их помощью подключают различные электрические приборы и аппараты, питают различную бытовую аппаратуру, приботы автоматики и телемеханики и т.д.

Трансформаторы повышают напряжение, помогают передать энергию на дальные расстояния, сильно понижая потери. А в местах потребления электроэнергии высокое напряжение понижается с помощью трансформаторов до сравнительно небольших значений.

Глава 1. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы. Общие сведения и параметры

Трансформатор. Понятие и основные определения

Рисунок 1 – Трансформатор

Трансформатор - статический электромагнитный аппарат с двумя (или больше) обмотками, предназначенный чаще всего для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформаторы широко применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.

Трансформатор представляет собой сердечник из тонких стальных изолированных одна от другой пластин, на котором помещаются две, а иногда и больше обмоток из изолированного провода. Обмотка, к которой присоединяется источник электрической энергии переменного тока, называется первичной обмоткой, остальные обмотки – вторичными.

Если во вторичной обмотке трансформатора намотано в три раза больше витков, чем в первичной, то магнитное поле, созданное в сердечнике первичной обмоткой, пересекая витки вторичной обмотки, создаст в ней в три раза больше напряжение. Применив трансформатор с обратным соотношением витков, можно так же легко и просто получить пониженное напряжение.

Силовые трансформаторы, установленные на электростанциях и подстанциях, предназначены для преобразования электроэнергии с одного напряжения на другое. Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы, так как потери в них на 12—15% ниже, а расход активных материалов и стоимость на 20—25% меньше, чем в группе трех однофазных трансформаторов такой же суммарной мощности.

Трехфазные трансформаторы на напряжение 220 кВ изготовляют мощностью до 1000 MBА, на 330 кВ - 1250 МВА, на 500 кВ - 1000 МВА. Удельная единичная мощность трансформаторов ограничивается массой, размерами, условиями транспортировки.

Однофазные трансформаторы применяются, если невозможно изготовление трехфазных трансформаторов необходимой мощности или затруднена их транспортировка. Наибольшая мощность группы однофазных трансформаторов напряжением 500 кВ — 3 * 533 МВА, напряжением 750 кВ - 3 * 417 МВА, напряжением 1150 кВ - 3 * 667 MBA.

По количеству обмоток различного напряжения на каждую фазу трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные. Кроме того, обмотки одного и того же напряжения, обычно низшего, могут состоять из двух и более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземленных частей. Такие трансформаторы называются трансформаторами с расщепленными обмотками. Обмотки высшего(ВН), среднего(СН) и низшего(НН) напряжения принято сокращенно обозначать соответственно ВН, СН, НН.

Трансформаторы с расщепленными обмотками НН обеспечивают возможность присоединения нескольких генераторов к одному повышающему трансформатору. Широкое распространение трансформаторы с расщепленной обмоткой НН получили в схемах питания собственных нужд крупных ТЭС, а также на понижающих подстанциях с целью ограничения токов КЗ.

К основным параметрам трансформатора относятся номинальные мощность, напряжение, ток, напряжение КЗ; ток XX(холостой ход); потери XX и КЗ.

1.2 Классификация трансформаторов

Классификация трансформаторов напряжения:

а) по числу фаз — однофазные и трехфазные;

б) по числу обмоток — двухобмоточные и трехобмоточные;

в) по классу точности, т. е. по допускаемым значениям погрешностей;

г) по способу охлаждения — трансформаторы с масляным охлаждением (масляные), с естественным воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией);

д) по роду установки — для внутренней установки, для наружной установки и для комплектных распределительных устройств (КРУ).

Для напряжений до 6 кВ трансформаторы напряжения изготовляют сухими, т. е. с естественным воздушным охлаждением. Для напряжений выше 6 кВ применяют масляные трансформаторы напряжения.

Трансформаторы внутренней установки предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от -40 до + 45°С с относительной влажностью до 80 %.

В однофазных трансформаторах напряжения на 6 к 10 кВ преимущественно применяеться литая изоляция. Трансформаторы с литой изоляцией полностью или частично (одни обмотки) залиты изоляционной массой (эпоксидной смолой). Такие трансформаторы, предназначенные для внутренней установки, выгодно отличаются от масляных: имеют меньшие массу и габаритные размеры и почти не требуют ухода в эксплуатации.

Трехфазные двухобмоточные трансформаторы напряжения имеют обычные трехстержневые магнитопроводы, а трехобмоточные — однофазные броневые.

В масляных трансформаторах основной изолирующей и охлаждающей средой является трансформаторное масло. Масляный трансформатор состоит из магнитопровода, обмоток, бака, крышки с вводами.

Кроме указанных трансформаторов с масляным охлаждением (ТМ) выпускаются трансформаторы в герметичном исполнении (ТМГ), в которых масло не сообщается с воздухом и, следовательно, исключается его ускоренное окисление и увлажнение.

Сухой трансформатор, так же как и масляный, состоит из магнитопровода, обмоток ВН и НН, заключенных в защитный кожух. Основной изолирующей и охлаждающей средой является атмосферный воздух. Сухие трансформаторы имеют несколько большие габаритные размеры и массу и меньшую перегрузочную способность, чем масляные, и используются для работы в закрытых помещениях с относительной влажностью не более 80%. К преимуществам сухих трансформаторов относят их пожаробезопасность (отсутствие масла), сравнительную простоту конструкции и относительно малые затраты на эксплуатацию.

Классификация трансформаторов тока:

1. По назначению трансформаторы тока можно разделить на измерительные, защитные, промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.) и лабораторные (высокой точности, а такжесо многими коэффициентами трансформации).

2. По роду установки различают трансформаторы тока:

а) для наружной установки (в открытых распределительных устройствах);

б) для внутренней установки;

в) встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.;

г) накладные — одевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора);

д) переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).

3. По конструкции первичной обмотки трансформаторы тока делятся на:

а) многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с восьмерочной обмоткой);

б) одновитковые (стержневые);

4. По выполнению изоляции трансформаторы тока можно разбить на группы:

а) с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, и т.д.);

б) с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;

в) с заливкой компаундом.

5. По числу ступеней трансформации имеются трансформаторы тока:

б) двухступенчатые (каскадные).

6. По рабочему напряжению различают трансформаторы:

а) на номинальное напряжение выше 1000 В;

б) на номинальное напряжение до 1000 В.

Сочетание различных классификационных признаков вводится в обозначение типа трансформаторов тока, состоящее из буквенной и цифровой частей.

1.3 Номинальные параметры трансформаторов

Номинальным называется режим работы трансформатора, для которого он предназначен заводом-изготовителем. Условиями, определяющими номинальный режим работы, являются:

- номинальная мощность, , кВА, МВА;

- номинальное напряжение, , кВ;

- номинальный ток, , А;

- номинальные условия охлаждающей среды;

- напряжение короткого замыкания, ;

- ток холостого хода, ;

- потери холостого хода, ;

- потери короткого замыкания, .

Номинальной мощностью трансформатора называется указанное в паспорте значение полной мощности, на которую трансформатор может быть нагружен непрерывно в номинальных условиях установки и охлаждающей среды при номинальной частоте и напряжении. Если обмотки трансформатора имеют разные мощности, то за номинальную принимают наибольшую (обычно ВН). За номинальную мощность АТ принимается номинальная мощность сторон, имеющих автотрансформаторную связь. Ее называют "проходной" мощностью.

Может быть, кто-то думает, что трансформатор – это что-то среднее между трансформером и терминатором. Данная статья призвана разрушить подобные представления.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного электрического тока одного напряжения и определенной частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.

Работа любого трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, открытой Фарадеем.

Назначение трансформаторов

Разные виды трансформаторов используются практически во всех схемах питания электрических приборов и при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Электростанции вырабатывают ток относительно небольшого напряжения – 220, 380, 660В. Трансформаторы, повышая напряжение до значений порядка тысяч киловольт, позволяют существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а заодно и уменьшить площадь сечения проводов ЛЭП.

Непосредственно перед тем как попасть к потребителю (например, в обычную домашнюю розетку), ток проходит через понижающий трансформатор. Именно так мы получаем привычные нам 220 Вольт.

Самый распространенный вид трансформаторов – силовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования напряжения в электрических цепях. Помимо силовых трансформаторов в различных электронных приборах применяются:

импульсные трансформаторы;
силовые трансформаторы;
трансформаторы тока.

Принцип работы трансформатора

Трансформаторы бывают однофазные и многофазные, с одной, двумя или большим количеством обмоток. Рассмотрим схему и принцип работы трансформатора на примере простейшего однофазного трансформатора.

Кстати, в других статьях можно почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.

Из чего состоит трансформатор? Во простейшем случае из одного металлического сердечника и двух обмоток. Обмотки электрически не связаны одна с другой и представляют собой изолированные провода.

Одна обмотка (ее называют первичной) подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка, называемая вторичной, подключается к конечному потребителю тока.

Когда трансформатор подключен к источнику переменного тока, в витках его первичной обмотки течет переменный ток величиной I1. При этом образуется магнитный поток Ф, который пронизывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС.

Бывает, что вторичная обмотка не находится под нагрузкой. Такой режимы работы трансформатора называется режимом холостого хода. Соответственно, если вторичная обмотка подключена к какому-либо потребителю, по ней течет ток I2, возникающий под действием ЭДС.

Величина ЭДС, возникающей в обмотках, напрямую зависит от числа витков каждой обмотки. Отношение ЭДС, индуцированных в первичной и вторичной обмотках, называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков соответствующих обмоток.

Путем подбора числа витков на обмотках можно увеличивать или уменьшать напряжение на потребителе тока с вторичной обмотки.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором отсутствуют потери энергии. В таком трансформаторе энергия тока в первичной обмотке полностью преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а далее – в энергию вторичной обмотки.

Конечно, такого трансформатора не существует в природе. Тем не менее, в случае, когда теплопотерями можно пренебречь, в расчетах удобно пользоваться формулой для идеального трансформатора, согласно которой мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Потери энергии в трансформаторе

Коэффициент полезного действия трансформаторов достаточно высок. Тем не менее, в обмотке и сердечнике происходят потери энергии, приводящие к тому, что температура при работе трансформатора повышается. Для трансформаторов небольшой мощности это не представляет проблемы, и все тепло уходит в окружающую среду – используется естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.

В более мощных трансформаторах воздушного охлаждения оказывается недостаточно, и применяется охлаждение маслом. В этом случае трансформатор помещается в бак с минеральным маслом, через которое тепло передается стенкам бака и рассеивается в окружающую среду. В трансформаторах высоких мощностей дополнительно применяются выхлопные трубы – если масло закипает, образовавшимся газам нужен выход.

Конечно, трансформаторы не так просты, как может показаться на первый взгляд - ведь мы рассмотрели принцип действия трансформатора кратко. Контрольная по электротехнике с задачами на расчет трансформатора внезапно может стать настоящей проблемой. Специальный студенческий сервис всегда готов оказать помощь в решении любых проблем с учебой! Обращайтесь в Zaochnik и учитесь легко!

Читайте также: