Впервые трансформатор был применен П.Н. Яблочковым в 1876 году.
Трансформатором называется статистический электромагнитный аппарат, посредством которого переменный ток при одном напряжении преобразуется в переменный ток той же частоты при другом напряжении.
Показать: U1, I1, P1; U2, I2, P2, ВН, НН, U2>U1 или U1<U2 по числам витков обмоток - коэффициент трансформации.
· Холостой ход трансформатора
Это такой режим трансформатора, при котором первичная обмотка находится под номинальным напряжением, а вторичная разомкнута, т.е. сила тока и мощность в ней равны нулю. Сила тока в первичной обмотке в десятки раз меньше номинальной. Потери энергии в меди и стали также минимальны. Под нагрузкой трансформатор, имея почти неизменное напряжение на входе, меняет первичный ток в зависимости от изменения силы тока во вторичной обмотке.
· Опыт короткого замыкания трансформатора
Следует различать короткое замыкание в эксплуатационных условиях и опыт короткого замыкания. При эксплуатации КЗ является аварийным режимом, при котором внутри трансформатора выделяется большое количество теплоты, способное его разрушить.
|
|
Опыт короткого замыкания выполняется при сильно пониженном первичном напряжении. Его значение выбирают так, чтобы ток I
в первичной обмотке был равен номинальному значению, несмотря на КЗ вторичной обмотки. С помощью этого КЗ определяют мощность потерь в меди, а напряжение при КЗ всегда указывается на щитке трансформатора.
· Соединение обмоток трансформаторов
У однофазных трансформаторов начала обмоток обозначают буквами А, а, концы X, x. Большие буквы - обмотки высшего, а малые обмотки низшего напряжений.
В 3-х фазных трансформаторах начала и концы обмоток обозначают A,B,C,X,Y,Z - высшее напряжение; Аm, Вm, Сm, Xm, Ym, Zm - среднее; a, b, c, x, y, z - низшее напряжение. Нулевую точку О, Оm и о. Соединение в звезду обозначают Y, а в треугольник D, звезда с нулевой точкой.
Трансформатор соединен по высокой в звезду, а по низкой в треугольник, то это выглядит Y/D так или / D.
В 3-хфазных трансформаторах, обмотки которых могут соединяться в звезду или треугольник, возможно образование 12 различных групп со сдвигом фаз векторов линейных ЭДС от 0 до 360о через 30о. Из двенадцати групп соединений стандартизированы две группы // и О со сдвигом фаз 330 и 0о.
· Параллельная работа трансформаторов
Включение трансформаторов, при котором одноименные выводы обмоток ВН и НН подключены к одноименным сборным шинам (фазам) сети, называют параллельным.
Существует три условия, соблюдение которых необходимо для включения трансформаторов на параллельный режим:
|
|
включаемые трансформаторы имели одинаковый коэффициент трансформации (не более ±0,5%);
трансформаторы имели одинаковое напряжение короткого замыкания;
наличие и у трансформаторов одинаковых групп соединения.
· Классификация трансформаторов. Автотрансформаторы
Трансформаторы, предназначенные для преобразования электрической энергии и электрических сетях и установках, называют силовыми.
К силовым относятся однофазные, трехфазные и многофазные. Трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка низшего напряжения, называют повышающим, а если наоборот - понижающим. Трансформатор, в магнитной системе которого создается 3-х фазное магнитное поле, называют трехфазным, а у которого однофазное магнитное поле - однофазным.
Буквенные обозначения содержат данные о трансформаторе.
Например: АОДЦТН - 250 000/500/220-64.
Автотрансформатор А, однофазный О, принудительное масляное охлаждение ДЦ, с РПН (регулировка напряжения под нагрузкой) Н, число обмоток, работающих на самостоятельные сети Т. Мощность 250 МВ·А, обмотка ВН класс 500 кВ, обмотка СН класс 220 кВ, год 1964.
Трансформаторы, у которых вторичная обмотка является частью первичной, называют автотрансформаторами. Если в первичной обмотке сделать ответвление с каким-то числом витков, то получается вторичная обмотка, к которой и подключается нагрузка.
Коэффициент трансформации автотрансформатора как и у трансформатора К = w1/w2»U1/U2
· Передача электроэнергии
Основными источниками питания электрических систем служат электрические станции. На гидроэлектростанции (ГЭС) механическую энергию водяного потока преобразуют в электрическую.
На тепловых электростанциях (ТЭС) в электрическую преобразуют энергию, выделяемую при сгорании топлива.
Атомные электростанции (АЭС) - это тоже тепловые паротурбинные станции. Для временного электроснабжения применяют дизельные или газотурбинные электростанции.
Для передачи электроэнергии потребителю сооружают линии электропередачи (ЛЭП), и подают на них высокое напряжение. Генератор вырабатывает 6 кВ, поэтому перед подачей в ЛЭП это напряжение поднимают на электроустановках, называемыми электрической подстанцией. У потребителя создают понижающую подстанцию, где трансформатор высокое напряжение понижает до нужного для энергетических установок предприятий.
· Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковый диод
В природе существует большая группа веществ, занимающих промежуточное положение между проводниками и диэлектриками по величине электропроводности.
Полупроводниками называют вещества, удельное сопротивление которых находится в интервале от 10-3 до 107 Ом·м. К типичным полупроводникам относятся германий и кремний, селен, теллур, мышьяк.
Удельное сопротивление полупроводника зависит от внешних факторов: температуры, освещенности, электрического поля. С ростом температуры удельное сопротивление полупроводника уменьшается. С ростом освещенности также происходит уменьшение сопротивления полупроводника.
Такой ход зависимости удельного сопротивления от температуры ρ(T) показывает, что у полупроводников концентрация свободных носителей заряда не остается постоянной, а увеличивается с ростом температуры. Объясним такую зависимость на примере германия.
Атомы германия на внешней оболочке имеют четыре валентных электрона. В кристаллической решетке каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями. Связь между атомами в кристалле германия является ковалентной, т. е. осуществляется парами валентных электронов. Каждый валентный электрон принадлежит двум разным атомам. Валентные электроны в кристалле германия связаны с атомами гораздо сильнее, чем в металлах, поэтому концентрация электронов проводимости при комнатной температуре в полупроводниках значительно меньше, чем у металлов. Вблизи абсолютного нуля температуры в кристалле германия все электроны заняты в образовании связей. Такой кристалл электрического тока не проводит.
|
|
При повышении температуры некоторая часть валентных электронов может получить энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей. Тогда в кристалле возникнут свободные электроны (электроны проводимости). Одновременно в местах разрыва связей образуются вакансии, которые не заняты электронами. Эти вакансии получили название дырок. Вакантное место может быть занято валентным электроном из соседней пары, тогда дырка переместится на новое место в кристалле. При заданной температуре полупроводника в единицу времени образуется определенное количество электронно-дырочных пар. В то же время идет обратный процесс – при встрече свободного электрона с дыркой восстанавливается электронная связь между атомами германия. Этот процесс называется рекомбинацией. Электронно-дырочные пары могут появляться также при освещении полупроводника за счет энергии электромагнитного излучения. В отсутствие электрического поля электроны проводимости и дырки участвуют в хаотическом тепловом движении.
Если полупроводник поместить в электрическое поле, то в упорядоченном движении участвуют свободные электроны и дырки, которые ведут себя как положительно заряженные частицы. Поэтому ток I в полупроводнике складывается из электронного IЭ и дырочного IД токов:
Концентрация электронов проводимости в полупроводнике равна концентрации дырок.
Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется только у чистых (т. е. без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников.
Собственный полупроводник — полупроводник, не содержащий примесей, влияющих на его электропроводность.
При наличии примесей электрическая проводимость полупроводников сильно изменяется. Например, добавка в кристалл кремния примесей фосфора в количестве 0,001 атомного процента уменьшает удельное сопротивление более чем на пять порядков.
|
|
Примесной проводимостью называют проводимость полупроводников при наличии примесей.
Различают два типа примесной проводимости – электронную и дырочную.