ОДНОФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатором называется статическое (т.е. без движущихся элементов) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования величины одного переменного напряжения в напряжение другой величины той же частоты.

Преобразование величины напряжения осуществляется благодаря явлению электромагнитной индукции. Обмотка трансформатора, соединенная с источником переменного напряжения, называется первичной. Обмотка, к которой присоединяется приемник электроэнергии, называется вторичной.

Обмотки трансформатора не соединены между собой по постоянному току, поэтому напряжение на вторичной обмотке трансформатора появляется только при изменении величины напряжения в первичной обмотке. Это свойство трансформаторов позволяет использовать их для разделения постоянной и переменной составляющих напряжения. В частности трансформаторы используются для изоляции части электрической цепи по постоянному току от высокого переменного напряжения электрической сети.

Обмотки мощных трансформаторов для электротехнических систем обычно наматываются в пазах замкнутого (сердечника), набираемого из отдельных, изолированных друг от друга слоем лака, листов электротехнической стали. Относительная магнитная проницаемость электротехнической стали достигает 10000…20000. Обычно в пазах магнитопровода размещаются несколько катушек с обмотками. Принципиальная схема трансформатора приведена на рис.4.1.

Рис.4.1. Принципиальная схема трансформатора с измерительными 

На рисунке изображен двухобмоточный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного напряжения U1 .Напряжение подается через два предохранителя и рубильник К1. При включении рубильника напряжение U1 подается на первичную обмотку трансформатора. При этом на вторичной обмотке трансформатора появляется напряжение U2. Во входной цепи трансформатора включены: вольтметр (V), амперметр(A) и ваттметр(W). Параллельно вторичной обмотке трансформатора включен вольтметр, измеряющий напряжение U2 и амперметр, измеряющий ток, протекающий через сопротивление нагрузки Ζн. При выключенном рубильнике К2 выходная цепь трансформатора разомкнута и ток через сопротивление нагрузки не протекает (режим холостого хода трансформатора).

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

На щитках мощных трансформаторов обычно указываются:

1.Номинальные высшее и низшее напряжения, на которые рассчитан трансформатор в[ В].

2.Номинальная полная мощность в [В*А].

3.Токи,протекающие в обмотках при номинальной полной мощности [A].

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

-Режим повышающего трансформатора, когда U2 больше U1.

-Режим понижающего трансформатора, когда U2 меньше U1.

-Режим номинальный при номинальных значения напряжений и токов в первичной обмотке.

-Режим рабочий - при номинальном напряжении в первичной обмотке.

-Режим холостого хода, когда ток во вторичной обмотке равен нулю.

-Режим короткого замыкания, когда напряжение вторичной обмотки рано нулю.

Отношение э.д.с. первичной обмотки к э.д.с. во вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации:

n_1,2=W₁/W₂ (4.1)

где W₁– число витков первичной обмотки.

W₂– число витков вторичной обмотки.

Приближенно коэффициент трансформации определяется как отношение напряжения в первичной обмотке к напряжению вторичной обмотки при опыте холостого хода. Маломощные трансформаторы могут использоваться как повышающие и как понижающие, поэтому в паспорте трансформатора коэффициент трансформации обозначается как отношение высшего напряжения к низшему напряжению.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Коэффициент полезного действия силовых электротехнических трансформаторов очень высок и обычно равен в номинальном режиме 0,98….0,99. Потери энергии в трансформаторах складываются из потерь в сердечнике и потерь в обмотках. Потери в сердечнике в свою очередь складываются из потерь на вихревые токи и потерь, связанных с явлением гистерезиса – нелинейной и неоднозначной зависимостью магнитной индукции В от напряженности Н магнитного поля.Для уменьшения потерь на вихревые токи ‘сердечники трансформаторов набираются из тонких, и изолированных слоем лака стальных листов.

Потери из-за гистерезиса зависят от качества (сорта) электротехнической стали, а также от частоты колебаний переменного напряжения и напряженности магнитного поля в сердечнике. Экспериментально потери в стали определяются из опыта холостого хода трансформатора, когда ток I2 = 0, а ток I1 имеет небольшую величину (единицы процентов от номинальной величины). При этом практически вся мощность, потребляемая трансформатором, расходуется на покрытие потерь в сердечнике трансформатора Р0 = Рст. Потери в медных проводах определяются из опыта короткого замыкания, при ко­тором токи в обеих обмотках имеют номинальное значение, а напряжение, подводимое к первичной обмотке, равно 1.2 процента от номинальной.

ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трехфазные трансформаторы выпускаются на мощность до 60МВА. Начиная с 1800 кВА разрешается использовать вместо одного трехфазного трансфор­матора группы из трех однофазных трансформаторов, каждый из которых рассчитан на мощность 600кВА.

Катушки индуктивности трехфазных трансформаторов как и однофазных располагаются в окнах электромагнитного сердечника из электротехнической стали с большим коэффициентом магнитной проницаемости. Коэффициенты трансформации также определяются отношением числа витков в первичной и вторичной обмотках. Варианты соединения первичных и вторичных обмоток трансформаторов определяются ГОСТ.

Для трехфазных трансформаторов ГОСТ разрешает следующие группы включения обмоток:

Группа 0-звезда/звезда с выведенной нулевой точкой;

Группа 11 а -звезда /треугольник

Группа 11 б -звезда (с выводом нулевой точки) /треугольник.

Группы соединения обмоток трансформатора служат также для условного обозначения сдвига фаз вторичного напряжения по отношению к первичному.

АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

При небольших коэффициентах трансформации, 1,5…2,экономически целесообразно использовать автотрансформаторы.

Автотрансформатор отличается от обычного трансформатора тем, что имеет только одну обмотку «высшего напряжения». В качестве обмотки «низшего напряжения» используется часть обмотки «высшего напряжения».

Преимуществом автотрансформаторов являются меньшие габариты и более низкая стоимость, так как часть обмотки, с которой снимается выходное напряжение, может быть намотана из более тонкого провода. Автотрансформаторы широко используются в бытовой электротехнической аппаратуре. Существенным недостатком автотрансформаторов является связь по постоянному току между первичной и вторичной обмотками.

В том случае, когда контакт выходной обмотки трансформатора выполняется подвижным, появляется возможность изменять коэффициент трансформации. Автотрансформаторы с переменным коэффициентом трансформации используются в тех случаях, когда необходимо иметь источник плавно изменяющегося напряжения.

ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ

В пищевой промышленности используются однокамерные и двухкамерные понижающие трансформаторные подстанции.

На трансформаторной подстанции установлены два трехфазных трансформаторов, один из которых резервный. Подстанция предназначена для понижения магистрального напряжения 10 кВ до 380В (220В). Переключение на резервный трансформатор осуществляется коммутаторами В1, В2, В3, В4.

Линейное напряжение 380В через распределительные пункты РП1 и РП2 подается на электродвигатели и другое технологическое оборудование. Фазное напряжение, равное 220В используется для освещения, а также для питания контрольно-измерительной аппаратуры.

Во вторичной обмотке трансформатора включены через измерительные трансформаторы тока и напряжения подключаются ваттметр, амперметр и вольтметр, а также не показанный на схеме счетчик электроэнергии. Счетчик энергии включается по такой же схеме как ваттметр: токовая обмотка включается измерительному токовому трансформатору; напряженческая обмотка к выводам измерительного трансформатора напряжения.

Ко вторичной обмотке трансформатора подключены также батареи конденсаторов (БК), используемые для компенсации реактивной мощности. Реактивная мощность потребляется электродвигателями и сильно увеличивается при недогрузке электродвигателя. Коэффициент мощности электродвигателя, работающего на холостом ходу, равен 0,2.

Вопросы для самоконтроля:

1.На каких принципах основана работа трансформатора?

2.Почему в трансформаторе обмотка низшего напряжения выполняет­ся проводом большого сечения, чем обмотка высшего напряжения?

3.Какие типы магнитопроводов используются в электротехнических устройствах?

4.Почему при исследовании трансформатора опыт холостого хода проводят при нормальном приложенном напряжении, а опыт короткого замыкания - при нормальном первичном токе?

5.От каких параметров зависит К.П.Д. трансформатора?

6.Какие трехфазные трансформаторы можно включать на параллельную работу?

7.На каком принципе основана работа автотрансформатора?

8.Какие конструктивные особенности имеют измерительные трансформаторы тока?

Домашнее задание:

- Сделать конспект по данной теме.

- Ответить устно на вопросы представленные после темы.

Выполнить задание:

Используя методические указания по контрольной работе проделать по вариантам ЗАДАЧУ №1. Вариант выбираете по списку в журнале.

Для рассмотрения методического материала нажмите кнопку СМОТРЕТЬ.

 Отправляете фото или Word-файл с выполненной работой на электронный адрес lenr89@mail.ru, не забываем подписать группу и ФИО.