Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования Республики Башкортостан
ГБОУ СПО "Стерлитамакский технологический колледж"
Зачётная работа
по МДК 01.01
Электрические машины и аппараты
на тему: "автотрансформаторы"
Выполнил: студент группы Т-32 Сергеев В.П.
Проверил: Катасонова Е.В.
2013
Содержание:
История развития трансформатора................................................стр.2
Роль и назначение трансформатора................................................стр.2
Принцип действия трансформатора...............................................стр.3
Конструкция трансформатора........................................................стр.4
Конструктивные части трансформатора........................................стр.5
Авторансформаноры.......................................................................стр.6
Кроссворд.......................................................................................стр.11
Содержание....................................................................................стр.14
История развития трансформатора
Изобретателем трансформатора является русский ученый П.Н.Яблочков. В 1876г. Яблочков использовал индукционную катушку с двумя обмотками в качестве трансформатора для питания изобретенных им электрических свечей. Трансформатор Яблочкова имел незамкнутый сердечник. Трансформаторы с замкнутым сердечником, подобные применяемым в настоящее время, появились значительно позднее, в 1884г. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого времени не применялся.
Выдающийся русский электротехник М.О.Доливо-Добровольский в 1889г. Предложил трехфазную систему переменного тока, построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трехфазного тока протяженностью 175 км; трехфазный генератор имел мощность 230 КВт при напряжении 95 В.
В дальнейшем начали применять масляные трансформаторы, так как было установлено, что масло является не только хорошей изоляцией, но и хорошей охлаждающей средой для трансформаторов.
Роль и значение трансформатора.
Трансформатором называют электромагнитное статическое устройство, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения. Это устройство чаще всего состоит из двух (а иногда и большего числа) взаимно неподвижных электрически не связанных между собой обмоток, расположенных на ферромагнитном магнитопроводе. Обмотки имеют между собой магнитную связь, осуществляемую переменным магнитным полем. Ферромагнитный магнитопровод предназначен для усиления магнитной связи между обмотками.
Рис.2 Простейший трансформатор
Обмотка трансформатора, потребляющая энергию из сети, называют первичной обмоткой, а обмотка, отдающая энергию в сеть,- вторичной.
Если вторичное напряжение меньше первичного, то трансформатор называется понижающим, а если больше – повышающим. В зависимости от включения тех или иных обмоток к сети каждый трансформатор можнт быть как повышающим, так и понижающим.
Принцип действия трансформатора.
Принцип действия трансформатора основан на явлении взаимной индукции. Если одну из обмоток трансформатора подключить к источнику переменного напряжения, то по этой обмотке потечёт переменный ток, который создаст в сердечнике переменный магнитный поток Ф. Этот поток сцеплен как с одной, так и с другой обмоткой и, изменяясь, будет индуцировать в них ЭДС. Так как в общем случае обмотки могут иметь различное число витков, то индуцируемые в них ЭДС будут отличаться по значению. В той обмотке, которая имеет большее число витков W, индуцируемая ЭДС будет больше, чем в обмотке, имеющей меньшее число витков. В трансформаторе происходит изменение параметров энергии: подводимая к первичной обмотке от сети электрическая энергия с напряжением U1 и током I1 посредством магнитного поля передаётся во вторичную обмотку с напряжением U2 и током I2.
Конструкция трансформатора.
Рис. 1 Конструкция магнитопроводов трансформаторов
Магнитопровод. Магнитопровод является конструктивной основой трансформатора. Он служит для проведения основного магнитного потока. Для уменьшения магнитного сопротивления по пути потока, а следовательно
и уменьшения МДС и тока, необходимых для создания потока, магнитопровод выполняется из специальной электротехнической стали. Так как магнитный поток в трансформаторе изменяется во времени, то для уменьшения потерь от вихревых токов в магнитопроводе он собирается из отдельных электрически изолированных друг от друга листов. Толщина листов выбирается тем меньше, чем выше частота питающего напряжения. При частоте 50 Гц толщина листов стали принимается равной 0,35-0,5 мм. Изоляция листов осуществляется чаще всего с помощью лаковой плёнки, которая наносится с двух сторон листа.
Обмотки. По способу расположения на стержне, обмотки трансформатора подразделяются на концентрические и чередующиеся. Концентрические обмотки выполняются каждая в виде цилиндра и располагаются на стержне концентрически относительно друг друга. Высота обеих обмоток, как правило, делается равной. В силовых трансформаторах нашли применение главным образом концентрические обмотки, которые по характеру намотки можно подразделить на цилиндрические, винтовые, спиральные.
Цилиндрической обмоткой называется обмотка, витки которой наматываются вдоль стержня впритык друг к другу. При большом числе витков обмотка подразделяется на две концентрические катушки, между которыми оставляется канал для охлаждения.
Винтовая обмотка состоит из витков, которые составлены из нескольких параллельных проводников прямоугольного сечения, расположенных в радиальном направлении один относительно другого. намотка витков этой обмотки выполняется, как у и у цилиндрической обмотки, по винтовой линии.
Спиральной обмоткой называется обмотка, составленная из ряда расположенных по высоте стержня и соединенных последовательно катушек, намотанных по плоской спирали, с радиальными охлаждающими каналами между всеми или частью катушек.
Рис. 3 Расположение обмоток на каркасе:
а – в высоковольтном трансформаторе; б — в низковольтном; в — в броневом
Конструктивные части трансформатора.
Основным типом силового трансформатора является масляный трансформатор. Сухие трансформаторы применяются в установках производственных помещений, жилых и служебных помещений, т.е. там, где применение масляных трансформаторов в следствии их взрыво- и пожароопасности недопустимо. В сухих трансформаторах охлаждающей средой служит проникающий к обмоткам и магнитопроводу атмосферный воздух.
У масленого трансформатора выемная его часть, являющаяся по существу собственно трансформатором. Погружается в бак с маслом. К выемной части относится остов с обмотками и отводами, а в некоторых конструкциях также и крышка бака. Масло, заполняющее бак, имеет двойное назначение. Оно более высокую диэлектрическую прочность, чем воздух, благодаря можно уменьшить изоляционные расстояния между токоведущими и заземлёнными частями, а также между обмотками. Кроме того, трансформаторное масло является лучшей охлаждающей средой, чем воздух. Поэтому в трансформаторе , заполненном маслом, можно увеличить электрические и магнитные нагрузки. Всё это приводит к уменьшению расхода обмоточных проводов и электротехнической стали на изготовление трансформатора и уменьшению его габаритов.
Автотрансформаторы.
Автотрансформатором называется трансформатор, у которого имеется электрическая связь между обмотками, вследствие этого мощность из первичной сети во вторичную передаётся не только электромагнитным, но и электрическим путём. обмотка низкого напряжения в автотрансформаторе является частью обмотки высшего напряжения.
Основные соотношения для трансформатора сохраняются и для автотрансформатора. Так, отношение напряжений
,
Отношение токов
,
Здесь -полное число витков обмотки (между точками A и X), а -витки участка обмотки между точками а и Х.
Схема однофазного понижающего автотрансформатора.
Рабочий магнитный поток в автотрансформаторе создаётся совместным действием первичного и вторичного тока:
Так как U1≈E1, то при U1=const ЭДС Е1, поток и ток в автотрансформаторе, как и в трансформаторе, практически будут сохранять свои значения при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной. Если пренебречь вследствие малости током , то из предыдущей формулы получим
,
От куда следует, что токи и имеют противоположные направления. Поэтому в общей части обмотки (участок аХ) будет протекать ток , равный арифметической разности этих токов. Так как для понижающего автотрансформатора I1>I2, то
При nT<2 ток I будет меньше тока I1 , что позволяет общую часть обмотки (участок аХ) выполнять из более тонких проводников. Участки обмотки Аа и аХ магнитно связаны между собой, и мощность от одной части обмотки в другую передаётся электромагнитным путём. Эта мощность является расчётной для обмоток автотрансформатора и согласно схеме будет равна:
Для участка Аа
Для участка аХ
Проходная мощность, забираемая автотрансформатором из сети, равна Sпр1=U1I1, а отдаваемая нагрузке Sпр2=U2I2. пренебрегая потерями, можно принять Sр1=Sр2=Sр и Sпр1=Sпр2=Sпр.
Таким образом, в автотрансформаторе различают две мощности: расчётную Sр и проходную Sпр . Габариты и масса автотрансформатора определяются исходя из расчётной мощности. Мощность Sпрбольше, чем мощность Sр. Разность этих мощностей передаётся из первичной цепи во вторичную электрическим путём, через электрический контакт между этими цепями. За номинальную мощность автотрансформатора принимают полную мощность.
По сравнению с двухобмоточным трансформатором автотрансформатор при одной и той же номинальной мощности будет иметь меньшие габариты и массу. Связанно это с тем, что в трансформаторах вся мощность от одной обмотки к другой передаётся электромагнитным путём, поэтому его габариты и масса определяются номинальной мощностью, в то время как габариты и масса автотрансформатора зависят от расчётной мощности, которая является только частью его номинальной мощности.
Если сопоставлять расчётные мощности автотрансформатора и трансформатора, то получим
Согласно этой формуле различие в расчётных мощностях, а следовательно, и в габаритах автотрансформатора и трансформатора будет тем сильнее, чем ближе будет к единице коэффициент трансформации nT. Поэтому автотрансформаторы обычно строят с nT ≤2,5.
Снижение габаритов и массы автотрансформатора происходит как за счёт обмоточного провода, так и за счёт стали. Расход обмоточного провода уменьшается вследствие объединения обмотки низшего напряжения с обмоткой высшего напряжения, а также из-за уменьшения сечения проводников общей части обмотки (участок аХ). С уменьшением затрат провода уменьшается пространство, необходимое для размещения обмотки в окне магнитной системы, что позволяет уменьшить или высоту стержней, или длину ярм, а следовательно, сократить расход стали на изготовление автотрансформатора.
Снижение массы активных материалов приводит к уменьшению электрических и магнитных потерь. Поэтому при одинаковой номинальной мощности КПД автотрансформатора всегда выше, чем трансформатора.
Недостатком автотрансформатора является то, что у него вторичная цепь оказывается электрически соединенной с первичной цепью, поэтому изоляция обмоток автотрансформатора должна выбираться исходя из напряжения UВН. Другим недостатком автотрансформатора является то, что он по сравнению с трансформатором имеет большой ток короткого замыкания. Происходит это потому, что ток короткого замыкания в автотрансформаторе ограничивается сопротивлением не всей обмотки, а только её частью Аа.
Автотрансформаторы применяются как для понижения так и для повышения напряжения. Конструктивно обмотки Аа и аХ располагаются на стержне в виде двух концентрических катушек одинаковой высоты, что способствует уменьшению их индуктивного сопротивления рассеивания. Обмотки трёхфазного автотрансформатора соединяют чаще всего по схеме звезда-звезда с нулевым проводом.
Надо контролировать загрузку АТ, устанавливая трансформаторы тока (и амперметры) во всех обмотках. Допустимая нагрузка общей обмотки указывается в паспортных данных АТ. Выводы, сделанные для однофазного трансформатора справедливы и для трёхфазного трансформатора, схема которого представлена на рисунке 3. Обмотки ВН и СН соединяются в звезду с выведенной нулевой точкой, обмотки НН в треугольник. К особенностям конструкции АТ следует отнести необходимость глухого заземления нейтрали общей для обмотки ВН и СН.
Схема трехфазного автотрансформатора
Объясняется это следующим:
Если в системе с эффективно заземленной нейтралью включить понижающий АТ с незаземлённой нейтралью, то при замыкании на землю одной фазы в сети СН на последовательную обмотку этой фазы будет воздействовать полное напряжение вместо , напряжение выводов обмотки СН возрастёт примерно до , резко увеличится напряжение, приложенное к обмоткам неповреждённых фаз. Аналогично будет при подключении повышающего АТ.
Такие перенапряжения недопустимы, поэтому нейтрали всех АТ глухо заземляются. В этом случае заземления на линии со стороны ВН и СН не вызывают опасных перенапряжений, однако в системах ВН и СН возрастают токи однофазного КЗ.
Преимущества АТ по сравнению с трансформатором той же мощности.
Меньший расход меди, стали, изоляционных материалов.
Меньшая масса, меньшие габариты, что позволяет создавать АТ больших номинальных мощностей, чем трансформаторов.
Меньшие потери и большие КПД.
Более легкие условия охлаждения
Недостатки АТ.
Необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ.
Сложность регулирования напряжения.
Опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.
|
8Г |
|||||||||||||
|
И |
|||||||||||||
|
С |
5Т |
||||||||||||
|
Л4 |
1А |
Б |
О |
Р |
А |
Т |
О |
Р |
Н |
Ы |
Й |
||
|
В |
Е |
Ё |
|||||||||||
|
Т |
Р |
Х |
|||||||||||
|
3С6 |
И |
Л |
О |
В |
О |
Й |
Е |
Ф |
|||||
|
Т |
Т |
З |
А |
||||||||||
|
А |
Р |
И |
З |
||||||||||
|
Т |
А |
С |
Н |
||||||||||
|
И |
Н |
Ы |
|||||||||||
|
Ч |
С |
Й |
|||||||||||
|
Е |
Ф |
||||||||||||
|
С |
П9 |
О |
Н |
И |
Ж |
А |
Ю |
Щ |
И |
Й |
|||
|
К |
Р |
||||||||||||
|
О |
М7 |
А |
Г |
Н |
И |
Т |
Н |
Ы |
Е |
||||
|
Й |
А |
||||||||||||
|
Т |
|||||||||||||
|
О |
11Л |
||||||||||||
|
П2 |
Е |
Р |
В |
И |
Ч |
Н |
А |
Я |
|||||
|
С |
|||||||||||||
|
10М12 |
А |
Г |
Н |
И |
Т |
О |
П |
Р |
О |
В |
О |
Д |
|
|
Е |
О |
||||||||||||
|
Д |
В |
||||||||||||
|
Ь |
О |
||||||||||||
|
Й |
1) Трансформатор, в котором первичная и вторичная обмотки объединены в общую электрическую цепь.
2)Какая обмотка помимо вторичной есть в автотрансформаторе?
3)Трансформатор, который преобразует электрическую энергию в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.
4) Какой это трансформатор?
5) Скольки фазный трансформатор на данной схеме?
6) Какой установкой считают трансформатор?
7) Какие потери кроме электрических существуют в трансформаторах?
8)Помимо вихревых токов в магнитных потерях присутствует и...
9) Какой это автотрансформатор?
10) Из чего какого металла обмотка на сердечнике трансформатора?
11) Из какой стали изготавливается сердечник трансформатора?
12) Два главных узла у трансформатора, это две или более обмотки и...
Используемая литература:
Сайт http://www.allbest.ru/
Сайт http://www.bestreferat.ru