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
Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока (ГОСТ Р52002-2003).
Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.
История
Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.
Столетов Александр Григорьевич (профессор МУ)сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (80-е).Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.
В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку. Она явилась прообразом трансформатора.30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон.
Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока, построил первый трёхфазный асинхронный двигатель и первый трёхфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 КВт при напряжении 95 В.
1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.
Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.
Виды трансформаторов
Силовой трансформатор
Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.
Автотрансформатор
Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4.Существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.
Трансформатор тока
Трансформа́тор то́ка — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации.
Трансформатор напряжения
Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.
Импульсный трансформатор
Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.
Разделительный трансформатор
Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.
Пик-трансформатор
Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.
Сдвоенный дроссель
Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.
Основные части конструкции трансформатора
Стержневой тип трёхфазных трансформаторов
Броневой тип трёхфазных трансформаторов
В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между двумя различными базовыми концепциями:
Трансформатор - представляет собой статический электромагнитное
устройство с двумя (или больше) индуктивно связанных обмотками,
предназначенный для преобразования (посредством электромагнитной
индукции ) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого.
Трансформаторы широко применяются при передаче электрической энергии
на большие расстояния, распределении ее между приемниками, а также в
различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других
устройствах.
Классификация силовых трансформаторов напряжения
Трансформаторы напряжения различаются:
а) по числу фаз — однофазные и трехфазные;
Силовые трансформаторы выпускаются в основном в трехфазном
исполнении. Для применения в однофазных сетях выпускаются однофазные
трансформаторы.
б) по числу обмоток — двухобмоточные и трехобмоточные;
Трансформаторы имеют две или несколько обмоток, индуктивно
связанных друг с другом. Обмотки, потребляющие энергию из сети,
называются первичными. Обмотки, отдающие электрическую энергию
потребителю, называются вторичными.
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).
е) по конструкции -силовые трансформаторы делят на два основных
типа — масляные и сухие.
В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками находится
в баке, заполненном трансформаторным маслом, которое является хорошим
изолятором и охлаждающим агентом.
Сухие трансформаторы охлаждаются воздухом. Они применяются в
жилых и промышленных помещениях, в которых эксплуатация масляного
трансформатора является нежелательной. Трансформаторное масло является
горючим, и при нарушении герметичности бака масло может повредить
другое оборудование.
е) По назначению - трансформаторы разделяют на силовые общего и
специального применения. Силовые трансформаторы общего применения
используются в линиях передачи и распределения электроэнергии. Для
режима их работы характерна частота переменного тока 50 Гц и очень
малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных
значений. К трансформаторам специального назначения относятся силовые
специальные (печные, выпрямительные, сварочные, радиотрансформаторы),
измерительные и испытательные трансформаторы, трансформаторы для
преобразования числа фаз, формы кривой ЭДС, частоты и т.д.
Трансформатор с масляным охлаждением
В трансформаторах с масляным охлаждением магнитопровод с
обмотками помещен в бак, наполненный трансформаторным маслом (рис. 1).
Омывая обмотки 2 и 3, магнитопровод 7, трансформаторное масло отбирает
от них тепло и, обладая более высокой теплопроводностью, чем воздух,
через стенки бака 9 и трубы радиатора 8 отдает его в окружающую среду.
Наличие трансформаторного масла обеспечивает более надежную работу
высоковольтных трансформаторов, так как электрическая прочность масла
намного выше, чем воздуха. Масляное охлаждение интенсивнее воздушного,
поэтому габариты и вес масляных трансформаторов меньше, чем у сухих
трансформаторов такой же мощности. В трансформаторах мощностью
до 20 – 30 кВ . А применяют баки с гладкими стенками. У более мощных
трансформаторов для увеличения охлаждаемой поверхности стенки бака
делают ребристыми или же применяют трубчатые баки.
Масло, нагреваясь, поднимается вверх и, охлаждаясь, опускается вниз.
При этом масло циркулирует в трубах, что способствует более
быстрому его охлаждению.
Устройство трансформатора с масляным охлаждением:
1 - магнитопровод; 2 и 3 - обмотки ВН и НН; 6 – выхлопная труба; 7 -
расширитель; 8 - радиаторные трубы; 9-бак
Для компенсации объема масла при изменении температуры, а
акже для защиты масла трансформатора от окисления и увлажнения
при контакте с воздухом в трансформаторах применяют расширитель 7,
представляющий собой цилиндрический сосуд, установленный на крышке
бака и сообщающийся с ним. Колебания уровня масла с изменением его
температуры происходят не в баке, который всегда заполнен маслом, а в
расширителе, сообщающемся с атмосферой.
В процессе работы трансформаторов не исключена возможность
озникновения в них явлений, сопровождающихся бурным выделением
газов, что ведет к значительному увеличению давления внутри бака, поэтому
во избежание повреждения баков трансформаторы мощностью 1000 кВ
• А и выше снабжают выхлопной трубой 6, которую устанавливают на
крышке бака. Нижним концом труба сообщается с баком, а ее верхний
конец заканчивается фланцем, на котором укреплен стеклянный диск. При
давлении, превышающем безопасное для бака, стеклянный диск лопается, и
газы выходят наружу.
Трансформаторы средней и большой мощности снабжены газовым
При возникновении в трансформаторе значительных повреждений,
сопровождаемых обильным выделением газов (например, при коротком
замыкании между витками обмоток), газовое реле срабатывает и замыкает
контакты цепи управления выключателя, который отключает трансформатор
от сети. Обмотки трансформатора с внешней цепью соединяют вводами 4 и
5, выполняемыми обычно из фарфора. К баку трансформатора прикреплен
щиток, на котором указаны: номинальная мощность - мощность на зажимах
вторичной обмотки, кВ . А; номинальное первичное напряжение, кВ;
номинальное вторичное напряжение—напряжение на зажимах вторичной
обмотки при холостом ходе трансформатора и номинальном первичном
напряжении, кВ; номинальные токи трансформатора (первичный и
вторичный), А.
Конструкции сердечников и катушек
В зависимости от конфигурации магнитной системы, трансформаторы
подразделяют на стержневые (рис. 1.3, а), броневые (рис.1.3, б) и
тороидальные (рис. 1.3, в).
Стержнем - называют часть магнитопровода, на которой размещают
обмотки (рис. 1.3; 2). Часть магнитопровода, на которой обмотки
отсутствуют, называют ярмом (рис. 1.3; 1). Трансформаторы большой и
средней мощности обычно выполняют стержневыми. Они имеют лучшие
условия охлаждения и меньшую массу, чем броневые.
Для уменьшения потерь от вихревых токов, магнитопроводы
трансформаторов собирают из изолированных листов электротехнической
стали толщиной 0,28-0,5 мм при частоте 50 Гц.
Трансформаторы малой мощности и микротрансформаторы часто
выполняют броневыми, так как они имеют более низкую стоимость по
сравнению со стержневыми трансформаторами из-за меньшего числа
катушек и упрощения сборки и изготовления. Применяют также и
маломощные трансформаторы стержневого типа с одной или двумя
катушками (рис. 1.3; 3). Преимущество тороидальных трансформаторов
– отсутствие в магнитной системе (рис. 1.3; 4) воздушных зазоров, что
значительно уменьшает магнитное сопротивление магнитопровода. В
трансформаторах малой мощности магнитопровод собирают из штамповых
пластин П-, Ш- и О- образной формы (рис. 1.4, а, б, в).
Широкое применение получили магнитопроводы, навитые из узкой
ленты электротехнической стали или из специальных железоникелевых
сплавов типа пермаллой. Их можно использовать для стержневых, броневых,
тороидальных и трёхфазных трансформаторов (рис 1.4 г, д, е, ж).
Включение трехфазных трансформаторов на параллельную работу
Условия включения трехфазных ТТ на параллельную работу:
Коэффициент трансформации трансформатора - это величина,
выражающая масштабирующую (преобразовательную) характеристику
трансформатора относительно какого-нибудь параметра электрической цепи
(напряжения, тока, сопротивления и т.д.).
Группа соединения обмоток трансформатора определяется углом
сдвига между векторами одноименных линейных ЭДС (например, EAB и Eab
или EBA и Eba) обмоток высшего и низшего напряжений.
Напряжение короткого замыкания показывает величину
относительного превышения напряжения на вторичной обмотке на холостом
ходу по сравнению с напряжением полностью нагруженной обмотки.
Указанный параметр определяется величиной падения напряжения на
омическом сопротивлении (то есть сопротивлении постоянному току)
первичной и вторичных обмоток трансформатора при номинальной нагрузке.