Принцип действия и конструкция трансформаторов

Самостоятельная работа

1 Что называется трансформатором? Как делят трансформаторы в зависимости от назначения? Область применения.

2 Что представляет собой автотрансформатор? Приведите принципиальную схему. Какие области применения.

3 Приведите принципиальную схему трансформатора и принцип действия.

4 В чём преимущество применения нескольких трансформаторов включенных параллельно над одним мощным трансформатором применяемых для электроснабжения сварочных постов?

5 Как классифицируют трансформаторы?

6 Что представляет собой трёхфазные трансформаторы? Для чего они используются?

7 Приведите формулу коэффициента трансформации?

8 Что представляет собой трансформатор для дуговой сварки? Приведите принципиальную схему. Опишите принцип работы.

9 Определите действующее значение ЭДС первичной обмотки трансформатора с количеством витков W₁=450, если он подключчён к источнику питания частотой 50 Гц, а магнитный поток сердечника а Ф_м= 4,17х10^-3 Вб.

Лекция

Тема: Принцип действия, устройство, режимы работы, параметры трансформаторов. Их использование.

 

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования системы переменного тока одних параметров в систему переменного тока с другими параметрами.

Рис. 10.1 Схема распределения электроэнергии

 

Передача электроэнергии на дальние расстояния осуществляется на высоком напряжении (220, 400, 500 кВ и более), благодаря чему значительно уменьшаются потери энергии в линии (рис. 10.1).

Получить такое высокое напряжение непосредственно в генераторе невозможно, поэтому в начале линии электропередачи устанавливают повышающие трансформаторы, а в конце линии устанавливают понижающие трансформаторы.

Таким образом, переменный ток по пути от электростанции до потребителя подвергается трех-, а иногда и четырехкратному трансформированию.

В зависимости от назначения трансформаторы разделяются на:

- силовые;

- специальные.

Силовые трансформаторы используются в линиях электропередачи и распределения электроэнергии.

К специальным трансформаторам относятся: печные, выпрямительные, сварочные, автотрансформаторы, измерительные, трансформаторы для преобразования частоты и т.д.

Трансформаторы разделяются на:

- однофазные;

- многофазные, из которых наибольшее применение имеют трехфазные.

Кроме того, трансформаторы могут быть:

- двухобмоточными (если они имеют по две обмотки);

- многообмоточными (если они имеют более двух обмоток).

В зависимости от способа охлаждения трансформаторы разделяются на:

- масляные;

- сухие.

Принцип действия и конструкция трансформаторов.

Простейший трансформатор состоит из магнитопровода и двух расположенных на нем обмоток. Обмотки электрически не связаны друг с другом. Одна из обмоток - первичная, подключена к источнику переменного тока. К другой обмотке - вторичной подключают потребитель.

Рис. 10.2 Принципиальная схема трансформатора

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток I₁, который создает в магнитопроводе переменный магнитопоток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток пронизывает обе обмотки, индуктируя в них ЭДС:

Из этих формул следует, что вычисленные ЭДС е1 и е2 могут отличаться друг от друга числами витков в обмотках. Применяя обмотки с различным соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений.

При подключении ко вторичной обмотке нагрузки Z_н в цепи потечет ток I₂ и на выводах вторичной обмотки установится напряжение U₂.

Обмотка трансформатора, подключенная к сети c более высоким напряжением, называется обмоткой высшего напряжения (ВН); обмотка, присоединенная к сети меньшего напряжения, называется обмоткой низшего напряжения (НН).

Трансформаторы - обратимые аппараты, т.е. могут работать как повышающими, так и понижающими.

Основными частями трансформатора являются его магнитопровод и обмотки. Магнитопровод выполняется из тонких листов электротехнической стали. Перед сборкой листы изолируются друг от друга лаком или окалиной. Это дает возможность в значительной мере ослабить в нем вихревые токи и уменьшить потери на перемагничивание.

Трансформаторы бывают:

- стержневыми;

- броневыми.

Наиболее широкое распространение получили стержневые трансформаторы.

Трансформаторы броневого типа имеют разветвленный магнитопровод с одним стержнем и ярмами, частично прикрывающими (бронирующими) обмотки.

Рис. 10.3 Конструкции магнитопроводов (а – стержневого, б – броневого)

По способу сочленения стержней с ярмами различают шихтованные магнитопроводы и стыковые. В работе удобнее шихтованные магнитопроводы, т.к. воздушный зазор в местах сочленения у них меньше и они прочнее.

Форма поперечного сечения стержней зависит от мощности трансформатора: в небольших - это прямоугольник, а в средних и крупных - ступенчатое сечение.

Рис. 10.4 Формы поперечного сечения стержней

Обмотки трансформаторов выполняют из медных проводов круглого и прямоугольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой.

По взаимному расположению обмоток ВН и НН и по способу их размещения на стержнях различают обмотки концентрические и дисковые.

Рис. 10.5 Способы расположения обмоток на стержнях

В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками помещается в бак, заполненный маслом, которое отбирает от них тепло, передавая его стенкам бака. Кроме того, электрическая прочность масла выше, чем у воздуха, что обеспечивает более надежную работу высоковольтных трансформаторов.
Для увеличения охлаждающей поверхности применяются трубчатые баки.
При нагревании масло расширяется. Излишек его попадает из общего бака в бак-расширитель, установленный на крышке трансформатора.
Для предотвращения аварии у трансформаторов напряжением 1000 кВ и выше на расширителе устраивают выхлопную трубу, закрытую мембраной - стеклянной пластиной. При образовании в баке большого количества газов мембрана выдавливается, и газы выходят наружу.