Из чего состоит силовой трансформатор: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Содержание

Элементы конструкции силовых трансформаторов



Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструктивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, бак, охлаждающее устройство, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства, тележка.

Магнитная система

В магнитной системе проходит магнитный поток трансформатора (отсюда название «магнитопровод»). Магнитопровод является конструктивной и механической основой трансформатора. Он выполняется из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Качество электротехнической стали влияет на допустимую магнитную индукцию и потери в магнитопроводе.

В течение многих лет применялась горячекатаная сталь ЭЧ1, ЭЧ2 с толщиной листов 0,5-0,35 мм, допускающая индукцию 1,4-1,45 Тл, с удельными потерями 2,5-3,5 Вт/кг.

В настоящее время применяется холоднокатаная текстурованная сталь марок 3405, 3406, т.е. сталь с определенной ориентировкой зерен, допускающая индукцию до 1,7 Тл, с удельными потерями 0,9-1,1 Вт/кг. Применение такой стали позволило значительно уменьшить сечение магнитопровода за счет большей допустимой магнитной индукции, уменьшить диаметр витков обмотки, уменьшить массу и габариты трансформаторов. Масса трансформаторов на единицу мощности в 1930г. достигала 3,33 т/(МВА), а в настоящее время 0,74 т/(МВА).

Уменьшение удельных потерь в стали, тщательная сборка магнитопровода, применение бесшпилечных конструкций, соединение стержней с ярмом с помощью косой шихтовки позволяют уменьшить потери холостого хода и ток намагничивания трансформатора. В современных мощных трансформаторах ток намагничивания составляет 0,5-0,6% Iном, тогда как в трансформаторе с горячекатаной сталью ток достигал 3%; потери холостого хода уменьшились вдвое.

Листы трансформаторной стали должны быть тщательно изолированы друг от друга. Первоначально применялась бумажная изоляция — листы оклеивались с одной стороны тонким слоем специальной бумаги. Бумага создает потную электрическую изоляцию между листами, но легко повреждается при сборке и увеличивает размеры магнитопровода. Широко применяется изоляция листов лаком с толщиной слоя 0,01 мм. Лаковая пленка создает достаточно надежную изоляцию между листами, обеспечивает хорошее охлаждение магнитопровода, обладает высокой нагревостойкостью и не повреждается при сборке. Последнее время все шире применяется двустороннее жаростойкое покрытие листов стали, наносимое на металлургическом заводе после проката. Толщина покрытия меньше 0,01 мм, что обеспечивает лучшие свойства магнитной системы. Стяжка стержней осуществляемся стеклобандажами, ярм — стальными полу бандажами или бандажами.

Магнитопровод и его конструктивные детали составляют остов трансформатора. На остове устанавливают обмотки и крепят проводники, соединяющие обмотки с вводами, составляя активную часть.

Рис. 1. Обмотки трансформатора:
а — концентрическая, б — чередующаяся

Обмотки трансформаторов

Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися. В первом случае обмотки НН и ВН выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентрически одна относительно другой (рис.1,а). Такое выполнение принято в большинстве силовых трансформаторов. Во втором случае обмотки ВН и НН выполняются в виде невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой (рис.1,б). В такой обмотке значительное число паек, она менее компактна и применяется для специальных электропечных трансформаторов или для сухих трансформаторов, так как обеспечивает лучшее охлаждение обмоток.

Обмотки трансформаторов должны обладать достаточной электрической и механической прочностью. Изоляция обмоток и отводов от нее должна без повреждений выдерживать коммутационные и атмосферные перенапряжения. Обмотки должны выдерживать электродинамические усилия, которые появляются при протекании токов КЗ. Необходимо предусмотреть надежную систему охлаждения обмоток, чтобы не возникал недопустимый перегрев изоляции.

Для проводников обмотки используются медь и алюминий. Как известно, медь имеет малое электрическое сопротивление, легко поддается пайке, механически прочна, что и обеспечило широкое применение меди для обмоток трансформаторов. Алюминий дешевле, обладает меньшей плотностью, но большим удельным сопротивлением, требует новой технологии выполнения обмоток. В настоящее время трансформаторы с алюминиевой обмоткой изготовляются на мощность до 6300 кВА.

В современных трансформаторах для обмотки применяется транспонированный провод, в котором отдельные проводники в параллельном пучке периодически изменяют свое положение. Это выравнивает сопротивление элементарных проводников, увеличивает механическую прочность, уменьшает толщину изоляции и размеры магнитопровода.

Изоляция трансформатора

Изоляция трансформатора является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции.

В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом, деревом (маслобарьерная изоляция).

Значительный эффект дает применение изоляции из специально обработанной бумаги (стабилизированной), которая менее гигроскопична, имеет более высокую электрическую прочность и допускает большой нагрев. В сухих трансформаторах широко применяются новые виды изолирующих материалов повышенной нагревостойкости на основе кремнийорганических материалов.

Активную часть трансформатора вместе с отводами и переключающими устройствами для регулирования напряжения помещают в бак. Основные части бака — стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других деталей. На стенке бака укрепляют охладительные устройства — радиаторы.

В трансформаторах небольшой мощности бак выполняется с верхним разъемом: при ремонтах необходимо снять крышку трансформатора, а затем поднять активную часть из бака.

Если масса активной части более 25т, то она устанавливается на донную часть бака, а затем накрывается колоколообразной верхней частью бака и заливается маслом. Такие трансформаторы с нижним разъемом не нуждаются в тяжелых грузоподъемных устройствах для выемки активной части, так как при ремонтах после слива масла поднимается верхняя часть бака, открывая доступ к обмоткам и магнитопроводу.

Для уменьшения потерь от потоков рассеяния стальные баки экранируются с внутренней стороны пакетами из электротехнической стали или пластинами из немагнитных материалов (медь, алюминий).

Расширитель трансформатора

Расширитель трансформатора представляет собой цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом. Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема масла при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровня масла в расширителе; при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него. Масло очень гигроскопично, и если расширитель непосредственно связан с атмосферой, то влага из воздуха поступает в масло, резко снижая его изоляционные свойства. Для предотвращения этого расширитель связан с окружающей средой через силикагелевый воздухоосушитель. Силикагель поглощает влагу из всасываемого воздуха. При резких колебаниях нагрузки силикагелевый фильтр полностью не осушает воздух, поэтому постепенно влажность воздуха в расширителе повышается. Для предотвращения этого применяются герметичные баки с газовой подушкой из инертного газа или свободное пространство в расширителе заполняется инертным газом (азотом), поступающим из специальных эластичных емкостей. Возможно применение специальной пленки — мембраны на границе масло-воздух. Осушение воздуха в расширителе осуществляют термовымораживателями.

К баку трансформатора крепится термосифонный фильтр, заполненный силикагелем или другим веществом, поглощающим продукты окисления масла. При циркуляции масла через фильтр происходит непрерывная регенерация его.

Рис.2. Трансформатор трехфазный трехобмоточный ТДТН-16000-110-80У1
1 — бак, 2 — шкаф автоматического управления дутьем, 3 — термосифонный фильтр,
4 — ввод ВН, 5 — ввод НН, 6 — ввод СН, 7 — установка трансформаторов тока 110 кВ,
8 — установка трансформаторов тока 35 кВ, 9 — ввод 0 ВН, 10 — ввод 0 СН,
11 — расширитель, 12 — маслоуказатель стрелочный, 13 — клапан предохранительный,
14 — привод регулятора напряжения, 15 — электродвигатель системы охлаждения,
16 — радиатор, 17 — каретка с катками

Для контроля за работой трансформатора предусматриваются контрольно-измерительные и защитные устройства. К контрольным устройствам относятся маслоуказатель и термометры. Маслоуказатель устанавливается на расширителе, термометр — на крышке бака. К защитным устройствам относятся реле понижения уровня масла и газовое реле.

На мощных трансформаторах 330-750 кВ дополнительно применяются устройства контроля изоляции вводов (КИВ) и манометры, контролирующие давление масла в герметичных вводах ВН. Основные конструктивные узлы трансформаторов показаны на рис.2.



Силовые трансформаторы

Категория:

   Передвижные электростанции

Публикация:

   Силовые трансформаторы

Читать далее:



Силовые трансформаторы

Силовым трансформатором называется статический (не имеющий вращающихся частей) аппарат, предназначенный для преобразования (трансформирования) переменного тока одного напряжения в переменный ток более высокого или более низкого напряжения.

Силовые трансформаторы в зависимости от того, повышают или понижают они напряжение, называются повышающи-м и или понижающими.

Для повышения и понижения напряжения при эксплуатации передвижных станций применяют трехфазные двухобмоточные силовые трансформаторы с масляным охлаждением обмоток.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Общий вид и расположение внутренних деталей трехфазных двухобмоточных масляных трансформаторов мощностью 50 и 320 ква. Эти трансформаторы одинаковы по устройству и принципу действия и несколько различаются только по размерам и расположению отдельных деталей.

Трансформатор состоит из следующих частей: стального бака, крышки и магнитопровода с обмотками.

Баки современных трансформаторов имеют чаще всего овальную форму.

В стенки бака вварены циркуляционные трубы, улучшающие охлаждение масла.

Внутри бака находится выемная часть, состоящая из магнитопровода и обмоток. Магнитопровод представляет собой конструкцию прямоугольной формы, собранную из листов электротехнической стали толщиной 0,35 мм. Листы стали магнито провода покрыты изолирующей лаковой пленкой, а у трансформаторов старых конструкций — тонкой папиросной бумагой для уменьшения вихревых токов. Магнитопровод имеет три стержня, соединенных верхним и нижним ярмами. По обеим сторонам ярем расположены ярмовые балки, которые с помощью нескольких горизонтальных прессующих шпилек (изолированных от стали ярма картонными гильзами и шайбами) стягивают (прессуют) ярма с двух сторон. Ярма магнитопровода служат для образования замкнутого магнитного контура и в то же время обеспечивают жесткость конструкций; на стержнях размещают обмотки.

Рис. 1. Трехфазный двухобмоточный трансформатор мощностью 320 ква 1 — рукоятка переключателя отводов обмотки ВН. 2 — ввод ВН, 3 — ввод НН, 4 — маслоуказатель, 5 — расширитель (консерватор), 6 — пробка с фильтром, 7 — радиатор, 8 — бак трансформатора, 9 — стержень магнитопровода, 10 — обмотка ВН, 11 — обмотка НН, 12 — катки

Обмотки трансформаторов выполняют из медных (ПБ и ПББО) и алюминиевых (ПБА и ПББОА) проводов в виде цилиндрических катушек (рис. 2). На стержнях магнитопровода обмотки располагают концентрически: непосредственно на стержень надевают катушку низшего напряжения (НН), а на нее — катушку высшего напряжения (ВН). Катушки изолированы друг от друга и от магнитопровода с помощью изолирующих цилиндров, изготовленных из листов электротехнического картона (прессшпана). Связь между катушками ВН и НН электромагнитная.

Из катушек выведены провода, которые называются выводами и служат для соединения катушек обмотки одного напряжения друг с другом согласно принятой схеме. Эти выводы называют основными или линейными.

Обмотки соединяют в звезду (Y) или треугольник (Л). Схемы соединения обмоток трехфазного силового трансформатора обозначают дробью: в числителе указывают соедигение обмотки ВН, а в знаменателе — обмотки НН. Если обмотки силового трансформатора соединены в звезду с выведенной нейтральной точкой (нейтралью), к значку звезды добавляют, индекс «О», например Y0.

Рис. 2. Конструкции обмоток силовых трансформаторов: а — однослойная цилиндрическая, б — двухслойная цилиндрическая, в — многослойная цилиндрическая, г. — непрерывная; 1 — выравнивающие кольца, 2 — коробочка из электрокартона для усиления изоляции крайних витков, 3 — охлаждающий канал, образованный планками между наружным и внутренним слоями обмотки, 4 — планка из бука, 5 — ответвления для регулирования напряжения, 6 — прокладки из электрокартона, образующие горизонтальные каналы, 7 — опорное изоляционное кольцо, 8 — бумажно-бакелитовый цилиндр

Трехфазные трансформаторы различают по группе соединений. Группа соединений — это обозначение углового смещения вектора ВН относительно вектора НН, сопоставленного условно с положением стрелок на циферблате часов. Так, например, трансформатор, обмотки ВН и НН которого соединены в звезду с выведенной нейтралью на стороне НН, будет иметь обозначение Y/Y0- 12 (векторы ВН и НН совпадают по фазе).

Катушки обмотки ВН имеют отводы, при помощи которых можно в небольших пределах изменять коэффициент трансформации. Эти отводы присоединены к контактным стержням переключателя и называются регулировочными.

Переключатель позволяет регулировать напряжение трансформатора в пределах ±5%. В трансформаторах мощностью до 100 ква применяют переключатели ТПСУ-9-120/6, ТПСУ-9-120/10, ТПСУ-9-120/11 и др., которые позволяют регулировать напряжение вручную после снятия с трансформатора нагрузки. Переключатель ТПСУ устанавливают на магнито-проводе или под крышкой трансформатора, а рукоятку управления им размещают на крышке. В настоящее время Ереванским трансформаторным заводом выпускаются силовые трансформаторы с переключателями дистанционного управления, позволяющими регулировать напряжение трансформаторов мощностью 60 и 100 ква под нагрузкой.

На крышке трансформатора имеется термометр для контроля температуры масла. У трансформ-аторов мощностью от 30 ква и выше при напряжении на стороне высшего напряжения 10 кв на крышке установлен расширитель, соединенный с баком при помощи патрубка и служащий для компенсации изменяющегося объема масла в баке: при нагреве масло частично переходит из бака в расширитель, а при охлаждении возвращается из расширителя в бак.

Уровень масла в трансформаторе контролируют по масло-указателю, который устанавливают на расширителе, а при отсутствии расширителя — на стенке бака.

Крышка соединяется с баком при помощи болтов. Между крышкой и баком в целях герметизации бака устанавливают прокладку из пробки или маслостойкой резины.

В работающем трансформаторе при резком возрастании напряжения в питающей линии и ухудшении изоляции между обмотками ВН и НН может произойти пробой изоляции и вследствие этого переход высшего напряжения в обмотку низшего напряжения, а значит, и в присоединенную к ней сеть.

Если нулевая точка стороны НН трансформатора не заземлена, то защита обслуживающего персонала и низковольтных приборов от высокого потенциала при переходе напряжения осуществляется с помощью пробивного предохранителя.

Пробивной предохранитель представляет собой два контакта, между которыми установлена дистанционная пластинка из слюды. Один из контактов укреплен в фарфоровом корпусе и соединяется с обмоткой НН, а другой — в фарфоровой головке, ввертываемой в корпус, и соединяется с заземленным баком трансформатора.

Пластинка из слюды толщиной 0,25 мм имеет четыре круглых отверстия, расположенных, на одинаковом расстоянии друг от друга, благодаря которым создается необходимый воздушный зазор (разрыв) между заземленным контактом и контактом, соединенным с обмоткой НН. При появлении в обмотке НН высокого потенциала воздушные промежутки, созданные отверстиями в слюдяной пластинке, пробиваются и обмотка НН заземляется, в результате чего устраняется опасность поражения персонала и повреждения приборов высоким напряжением. После каждого пробоя контактные части предохранителя зачищают, а слюдяную пластинку заменяют новой.

Рис. 3. Пробивной предохранитель силового трансформатора: 1 — фарфоровая головка, 2 — слюдяная пластинка с отверстиями, 3 — центральный контакт, 4 — фарфоровый корпус

В практике эксплуатации передвижных станций нередко возникает необходимость в параллельной работе двух и более силовых трансформаторов.

Для включения на параллельную работу нескольких силовых трансформаторов необходимо соблюдать следующие условия:
1. Равенство номинальных напряжений трансформаторов. Различие в коэффициентах трансформации параллельно включаемых трансформаторов не должно быть более 0,5% их среднего значения.
2. Равенство напряжений короткого замыкания* трансформаторов, предназначенных для параллельной работы. Это требование объясняется тем, что при параллельной работе трансформаторов нагрузка между ними будет делиться пропорционально их номинальным мощностям. При неравенстве напряжений короткого замыкания двух трансформаторов один из них будет перегружаться, а другой недогружаться. Различие в напряжениях короткого замыкания допускается не более ±10% их среднего значения.
3. Одинаковые группы соединений трансформаторов. Несоблюдение этого требования делает невозможным параллельную работу трансформаторов. Например, если один трансформатор имеет группу соединения 12, а другой — 11, то они не могут быть включены на параллельную работу, так как при совпадении по фазе первичных напряжений вторичные напряжения не совпадут.

Силовые трехфазные трансформаторы состоят из магнитопровода, обмоток, размещенных на магнитопроводе и составляющих вместе с ним так называемую выемную часть, переключателя числа витков обмотки высшего напряжения, бака, трансформаторного масла, в которое погружена выемная часть, крышки, закрывающей кожух бака, вводов (проходных изоляторов) и расширителя, устанавливаемого над крышкой трансформатора.

Магнитопровод трансформатора состоит из стержней, верхнего и нижнего ярма. Их набирают из тонких покрытых лаком листов электротехнической стали и стягивают изолированными стальными шпильками. Такая конструкция магнитопровода уменьшает потери на нагрев от перемагничивания (гистерезиса) и от вихревых токов. Для безопасности обслуживания магнитопровод соединяют стальной полосой с заземленным баком трансформатора.

Рис. 1. Силовой трансформатор ТМ-250/6:
1 — болт заземления, 2 — бак, 3 — воздухоочиститель, 4 — расширитель, 5 и 6 — проходные изоляторы вводов 6 и 0,4 кВ, 7— термосифонный фильтр, 8 — выемная часть, 9 — радиатор

Поверх стержней магнитопровода накладывают обмотки. Обмотка, включаемая в сеть источника электроэнергии, называется первичной; обмотка, к которой присоединены электроприемники,— вторичной. В трехобмо-точных трансформаторах к ним добавляется третья обмотка—среднего напряжения (СН). Непосредственно на стержнях располагают обмотку низшего напряжения (НН). Обмотку высшего напряжения (ВН) наматывают на бакелитовые цилиндры, которые надевают поверх обмоток низшего напряжения. Обмотки изготовляют из медных или алюминиевых обмоточных проводов. Начала и концы обмоток располагают у верхнего ярма.

Для поддержания номинального напряжения на зажимах вторичной обмотки (при колебаниях напряжения в сети источника электроэнергии) на первичной обмотке устраивают регулировочные ответвления (отводы). Отводы обычно изготовляют из голых (иногда изолированных) медных проводов. Присоединяют их к переключающему устройству, которое устанавливают на выемной части трансформатора. Управляют переключающим устройством приводом, расположенным на крышке бака.

С помощью регулировочных ответвлений изменяют число витков обмотки ВН и соответственно коэффициент трансформации (отношение числа витков обмоток НН и ВН) и тем самым увеличивают или уменьшают вторичное напряжение. Регулировка может производиться как при снятом напряжении, т. е. переключением без возбуждения (ПБВ), так и под нагрузкой (РПН) без снятия напряжения. Применение того или иного вида регулирования зависит от конструкции силового трансформатора и его мощности.

Бак трансформатора обычно имеет овальную форму. Его изготовляют из листовой стали и заполняют трансформаторным маслом. Для увеличения поверхности охлаждения баки снабжают ребрами или радиаторами 9. На мощных трансформаторах применяют принудительную циркуляцию масла с водяным охлаждением или искусственный обдув радиаторов воздухом с помощью вентиляторов. В верхней части бака приваривают крюки для подъема трансформатора. В нижней части бака располагают болт заземления и сливную пробку. В днище бака трансформаторов мощностью свыше 100 кВ-А имеется также пробка для удаления остатков масла.

Масло, заполняющее бак трансформатора, служит для повышения изоляции между токоведущими частями и баком трансформатора, а также для охлаждения обмоток и магнитопровода.

Крышку трансформатора делают из листовой стали и закрепляют на баке с помощью болтов и прокладок из маслостойкой резины или других уплотнителей.

Для обеспечения полного заполнения бака трансформаторным маслом независимо от колебаний температуры трансформатора на крышке бака устанавливают дополнительный бачок — расширитель, соединенный трубопроводом с баком. Температурные колебания уровня масла происходят только в расширителе, не затрагивая масла в баке. Кроме того, расширитель уменьшает поверхность соприкосновения масла с воздухом, а установленный на нем воздухоочиститель очищает воздух от пыли и влаги.

Для очистки масла от продуктов окисления на трансформаторе устанавливают также термосифонный фильтр 7. Он представляет собой емкость, наполненную силикагелем и соединенную с верхней и нижней частями бака трансформатора. При циркуляции масло проходит через фильтр и непрерывно очищается. Фильтр устанавливают на трансформаторах мощностью от 160 кВ-А и выше.

Вводы представляют собой фарфоровые проходные изоляторы, через которые выводы обмоток трансформатора присоединяются к электрическим сетям.

Силовые трансформаторы мощностью 160—630 кВ-А снабжены катками, служащими для передвижения трансформатора на небольшие расстояния (в пределах подстанций или камеры трансформатора).

Трансформаторы мощностью 1000 кВ-А и выше снабжают выхлопными трубами и газовыми реле, предназначенными для защиты трансформаторов от внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газов.

Во взрыво- и пожароопасных помещениях применяют сухие трансформаторы (ТС) или трансформаторы с негорючим заполнителем (совтол, пиранол и др.). Обмотки таких трансформаторов выполнены из медного провода и покрыты стеклопряжей, пропитанной глифталевыми лаками, и противосыростной эмалью.

Обозначают трансформаторы буквами в зависимости от конструкции. Первая буква обозначает число фаз: О — однофазный, Т— трехфазный; вторая (одна или две) —вид охлаждения: М — естественное масляное, С — сухое без масла, Д — дутьевое, Ц — принудительное циркуляционное, ДЦ — принудительное циркуляционное с дутьем; третья —число обмоток: Т — трехобмоточный (двухобмоточный — обозначения не имеет). Последующая буква Н указывает на наличие устройства для регулирования напряжения под нагрузкой. Буква Н, помещенная между первой и второй буквами, показывает, что трансформатор заполнен негорючим жидким диэлектриком. Буква А, расположенная вначале, обозначает автотрансформатор, который в отличие от трансформатора имеет только одну обмотку. Кроме того, трансформаторы напряжением 110 кВ и выше имеют дополнительные обозначения: Г — грозоупорное исполнение, В — со встроенными трансформаторами тока на вводах обмотки ВН.

Цифры после буквенного обозначения указывают на мощность трансформатора (кВ-А) и номинальное напряжение обмотки ВН (кВ).

В основные технические данные трансформатора входят также группы соединений обмоток и напряжение короткого замыкания.

Рекламные предложения:


Читать далее: Измерительные трансформаторы и токоограничивающие аппараты

Категория: — Передвижные электростанции

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Трансформаторы силовые. Термины и определения – РТС-тендер

Термин

Определение

1. 1. Трансформатор

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

1.2. Силовой трансформатор

Трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии.

Примечание. К силовым относятся трансформаторы трехфазные и многофазные мощностью 6,3 кВ·А и более, однофазные мощностью 5 кВ·А и более

1.3. Силовой трансформаторный агрегат

Устройство, в котором конструктивно объединены два или более силовых трансформаторов

1. 4. Многофазная трансформаторная группа

Группа однофазных трансформаторов, обмотки которых соединены так, что в каждой из обмоток группы может быть создана система переменного тока с числом фаз, равным числу трансформаторов.

Примечание. Многофазная трансформаторная группа, имеющая три однофазных трансформатора, называется трехфазной трансформаторной группой

1.5. Магнитное поле трансформатора

Магнитное поле, созданное в трансформаторе совокупностью магнитодвижущих сил всех его обмоток и других частей, в которых протекает электрический ток.

Примечание. Для расчетов, определения параметров и проведения исследований магнитное поле трансформатора может быть условно разделено на взаимосвязанные части: основное поле, поле рассеяния обмоток, поле токов нулевой последовательности и т.д.

1.6. Магнитное поле рассеяния обмоток

Часть магнитного поля трансформатора, созданная той частью магнитодвижущих сил всех его основных обмоток, геометрическая сумма векторов которых в каждой фазе обмоток равна нулю.

Примечание. Предполагается наличие тока не менее чем в двух основных обмотках

1.7. Магнитное поле токов нулевой последовательности

Часть магнитного поля трансформатора, созданная геометрической суммой магнитодвижущих сил токов нулевой последовательности всех его основных обмоток

1.8. Основное магнитное поле

Часть магнитного поля трансформатора, созданная разностью суммы магнитодвижущих сил всех его обмоток и суммы магнитодвижущих сил обмоток, создающих поле рассеяния обмоток и поле токов нулевой последовательности обмоток трансформатора

1.9. Сторона высшего (среднего, низшего) напряжения трансформатора

Совокупность витков и других токопроводящих частей, присоединенных к зажимам трансформатора, между которыми действует его высшее (среднее или низшее) напряжение

1.10. Схема соединения трансформатора

Сочетание схем соединения обмоток высшего и низшего напряжений для двухобмоточного и высшего, среднего и низшего напряжений для трехобмоточного трансформатора.

Примечание. Схема соединения -обмоточного трансформатора включает -схем обмоток

2.1. Трансформатор общего назначения

Силовой трансформатор, предназначенный для включения в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, или для непосредственного питания приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы

2.2. Специальный трансформатор

Трансформатор, предназначенный для непосредственного питания потребительской сети или приемников электрической энергии, если эта сеть или приемники отличаются особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы.

Примечание. К числу таких сетей и приемников электрической энергии относятся подземные шахтные сети и установки, выпрямительные установки, электрические печи и т.п.

2.3. Повышающий трансформатор

Трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка низшего напряжения

2.4. Понижающий трансформатор

Трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка высшего напряжения

2.5. Однофазный трансформатор

Трансформатор, в магнитной системе которого создается однофазное магнитное поле

2.6. Трехфазный трансформатор

Трансформатор, в магнитной системе которого создается трехфазное магнитное поле

2.7. Многофазный трансформатор

Трансформатор, в магнитной системе которого создается магнитное поле с числом фаз более трех

2.8. Двухобмоточный трансформатор*

Трансформатор, имеющий две основные гальванически не связанные обмотки (черт.4)

2.9. Трехобмоточный трансформатор*

Трансформатор, имеющий три основные гальванически не связанные обмотки (черт.5)

2.10. Многообмоточный трансформатор*

Трансформатор, имеющий более трех основных гальванически не связанных обмоток

2.11. Трансформатор с жидким диэлектриком

Трансформатор, в котором основной изолирующей средой и теплоносителем служит жидкий диэлектрик

2.12. Масляный трансформатор

Трансформатор с жидким диэлектриком, в котором основной изолирующей средой и теплоносителем служит трансформаторное масло

2.13. Трансформатор с негорючим жидким диэлектриком

Трансформатор с жидким диэлектриком, в котором основной изолирующей средой и теплоносителем служит негорючий жидкий диэлектрик

2.14. Сухой трансформатор

Трансформатор, в котором основной изолирующей средой служит атмосферный воздух или другой газ или твердый диэлектрик, а охлаждающей средой — атмосферный воздух

2.15. Воздушный трансформатор

Сухой негерметичный трансформатор, в котором основной изолирующей и охлаждающей средой служит атмосферный воздух

2.16. Газонаполненный трансформатор

Сухой герметичный трансформатор, в котором основной изолирующей средой и теплоносителем служит воздух или другой газ

2.17. Трансформатор с литой изоляцией

Сухой трансформатор, в котором основной изолирующей средой и теплоносителем служит электроизоляционный компаунд

2.18. Кварценаполненный трансформатор

Сухой трансформатор в баке, заполненном кварцевым песком, служащим основной изолирующей средой и теплоносителем

2.19. Регулируемый трансформатор

Трансформатор, допускающий регулирование напряжения одной или более обмоток при помощи специальных устройств, встроенных в конструкцию трансформатора

2.20. Трансформатор, регулируемый под нагрузкой

Трансформатор РПН

Регулируемый трансформатор, допускающий регулирование напряжения хотя бы одной из его обмоток без перерыва нагрузки и без отключения его обмоток от сети

Примечание. Другие обмотки трансформатора, регулируемого под нагрузкой, могут не иметь регулирования или иметь переключение без возбуждения

2.21. Трансформатор, переключаемый без возбуждения

Трансформатор ПБВ

Регулируемый трансформатор, допускающий регулирование напряжения путем переключения ответвлений обмоток без возбуждения после отключения всех его обмоток от сети.

Примечание. Понятие «переключение без возбуждения» может быть отнесено также к одной или нескольким обмоткам трансформатора, регулируемого под нагрузкой

2.22. Регулировочный трансформатор

Регулируемый трансформатор, предназначенный для включения в сеть или в силовой трансформаторный агрегат с целью регулирования напряжения сети или агрегата

2.23. Последовательный регулировочный трансформатор (трансформаторный агрегат)

Регулировочный трансформатор (трансформаторный агрегат), включаемый последовательно с другим трансформатором со стороны нейтрали или со стороны линии с целью регулирования напряжения на зажимах линии

2.24. Линейный регулировочный трансформатор (трансформаторный агрегат)

Регулировочный трансформатор (трансформаторный агрегат), одна из обмоток которого включается последовательно в сеть с целью регулирования напряжения сети

2.25. Автотрансформатор

Трансформатор, две или более обмоток которого гальванически связаны так, что они имеют общую часть

2.26. Двухобмоточный автотрансформатор

Автотрансформатор, имеющий две обмотки, гальванически связанные так, что они имеют общую часть, и не имеющий других основных обмоток (черт.7)

2.27. Трехобмоточный силовой автотрансформатор

Силовой автотрансформатор, две обмотки которого имеют общую часть, а третья основная обмотка не имеет гальванической связи с двумя первыми обмотками (черт.8)

2.28. Рудничный трансформатор

Трансформатор, предназначенный для установки и работы в рудниках и шахтах

2.29. Тяговый трансформатор

Трансформатор, предназначенный для установки и работы на электрическом или теплоэлектрическом подвижном составе

2.30. Судовой трансформатор

Трансформатор, предназначенный для установки и работы на судах

2.31. Сварочный трансформатор

Трансформатор, предназначенный для питания установок электрической сварки

2.32. Преобразовательный трансформатор

Трансформатор, предназначенный для работы в выпрямительных, инверторных и других установках, преобразующих систему переменного тока в систему постоянного тока и наоборот при непосредственном подключении к ним

2.33. Электропечной трансформатор

Трансформатор, предназначенный для питания электротермических установок

2.34. Пусковой трансформатор

Трансформатор или автотрансформатор, предназначенный для изменения напряжения ступенями при пуске электродвигателей

2.35. Передвижной трансформатор

Трансформатор, который можно перевозить по железной дороге или другим видом транспорта, практически без демонтажа узлов и деталей и без слива масла, предназначенный для использования в качестве передвижного резерва

2.36. Герметичный трансформатор

Трансформатор, выполненный так, что исключается возможность сообщения между внутренним пространством его бака и окружающей средой

2.37. Трансформатор с расщепленной обмоткой (расщепленными обмотками)

Трансформатор, имеющий одну расщепленную обмотку (две или более расщепленных обмотки)

3.1. Магнитная система трансформатора

Комплект пластин или других элементов из электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, собранных в определенной геометрической форме, предназначенный для локализации в нем основного магнитного поля трансформатора

3.2. Стержень

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора (черт.1-3)

3.3. Диаметр стержня

Диаметр окружности, в которую вписан контур ступенчатого или квадратного поперечного сечения стержня магнитной системы

3.4. Межосевое расстояние стержней

Расстояние между продольными осями двух соседних стержней магнитной системы (черт.1)

3.5. Активное сечение стержня (ярма)

Суммарная площадь поперечного сечения ферромагнитного материала в поперечном сечении стержня (ярма)

3.6. Ярмо

Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи (черт.1, 2)

3.7. Боковое ярмо

Ярмо, соединяющее два конца одного и того же стержня (черт.1-3).

Примечание. Можно различать боковую часть бокового ярма, ось которой параллельна продольной оси стержня, и его торцевую часть, ось которой перпендикулярна этой оси

3.8. Торцевое ярмо

Ярмо, соединяющее концы двух или более разных стержней (черт.2)

3.9. Плоская магнитная система

Магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости

3.10. Пространственная магнитная система

Магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях

3.11. Симметричная магнитная система

Магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней

3.12. Несимметричная магнитная система

Магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня

3.13. Разветвленная магнитная система

Магнитная система, в которой магнитный поток стержня при переходе в ярмо разветвляется на две или более частей

3.14. Стержневая магнитная система

Магнитная система, в которой ярма соединяют разные стержни и нет боковых ярм (черт.1)

3.15. Броневая магнитная система

Магнитная система, в которой оба конца каждого стержня соединяются не менее чем двумя боковыми ярмами (черт.3)

3.16. Бронестержневая магнитная система

Магнитная система, в которой часть стержней имеет боковые ярма или каждый стержень — не более чем одно боковое ярмо

3.17. Шихтованная магнитная система

Магнитная система, в которой стержни и ярма с плоской шихтовкой собираются в переплет как цельная конструкция (черт.2)

3.18. Стыковая магнитная система

Магнитная система, в которой стержни и ярма или отдельные части, собранные и скрепленные раздельно, при сборке системы устанавливаются встык

3.19. Навитая магнитная система

Магнитная система, в которой стержни и ярма образуются в виде цельной конструкции путем навивки из ленточной или рулонной электротехнической стали

4.1. Виток обмотки

Проводник, однократно охватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создает магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.

Примечание. Виток обмотки может быть образован несколькими параллельно соединенными проводниками

4.2. Обмотка трансформатора

Совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются электродвижущие силы, наведенные в витках, с целью получения высшего, среднего или низшего напряжения трансформатора или с другой целью.

Примечания:

1. В трехфазном и многофазном трансформаторе (трансформаторной группе) под «обмоткой» подразумевается совокупность соединяемых между собой обмоток одного напряжения всех фаз.

2. В однофазном трансформаторе под «обмоткой» подразумевается совокупность соединяемых между собой обмоток одного напряжения, расположенных на всех его стержнях

4.3. Основная обмотка

Обмотка трансформатора, к которой подводится энергия преобразуемого или от которой отводится энергия преобразованного переменного тока.

Примечание. Силовой трансформатор имеет не менее двух основных обмоток

4.4. Вспомогательная обмотка

Обмотка трансформатора, не предназначенная непосредственно для приема энергии преобразуемого или отдачи энергии преобразованного переменного тока, или мощность которой существенно меньше номинальной мощности трансформатора.

Примечание. Вспомогательная обмотка может быть предназначена, например, для компенсации третьей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, питания сети собственных нужд ограниченной мощности и т.п.

4.5. Первичная обмотка трансформатора

Обмотка трансформатора, к которой подводится энергия преобразуемого переменного тока.

Примечание. Термин применим к любому числу обмоток трансформатора, если направление передачи энергии от них к другим обмоткам трансформатора является определенным

4.6. Вторичная обмотка трансформатора

Обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока.

Примечание. Термин применим к любому числу обмоток трансформатора, если направление передачи энергии к ним от других обмоток трансформатора является определенным

4.7. Обмотка высшего напряжения трансформатора*

Обмотка ВН

Основная обмотка трансформатора, имеющая наибольшее номинальное напряжение по сравнению с другими его основными обмотками

4.8. Обмотка низшего напряжения трансформатора*

Обмотка НН

Основная обмотка трансформатора, имеющая наименьшее номинальное напряжение по сравнению с другими его основными обмотками.

Примечание. Обмотка низшего напряжения регулировочного трансформатора может иметь более высокий уровень изоляции, чем обмотки высшего и среднего напряжения

4.9. Обмотка среднего напряжения трансформатора*

Обмотка СН

Основная обмотка трансформатора, номинальное напряжение которой является промежуточным между номинальными напряжениями обмоток высшего и низшего напряжения.

Примечание. Обмотка среднего напряжения регулировочного трансформатора может иметь более высокий уровень изоляции, чем обмотка высшего напряжения

4.10. Расщепленная обмотка

Обмотка, состоящая из двух или более гальванически не связанных частей, суммарная номинальная мощность которых, как правило, равна номинальной мощности трансформатора, напряжения короткого замыкания которых относительно других обмоток (обмотки) практически равны между собой, и которые допускают независимую друг от друга нагрузку или питание (черт.9).

Примечание. Совокупность частей расщепленной обмотки считается одной обмоткой

4.11. Общая обмотка автотрансформатора

Обмотка, являющаяся общей частью двух обмоток автотрансформатора (черт.7)

4.12. Последовательная обмотка автотрансформатора

Обмотка автотрансформатора, включаемая последовательно с общей обмоткой (черт.7)

4.13. Обмотка высшего напряжения автотрансформатора

Обмотка ВН

Совокупность витков, в которых индуктируется электродвижущая сила, используемая для получения высшего напряжения автотрансформатора

4.14. Обмотка среднего напряжения автотрансформатора

Обмотка СН

Совокупность витков, в которых индуктируется электродвижущая сила, используемая для получения среднего напряжения автотрансформатора

4.15. Обмотка низшего напряжения автотрансформатора

Обмотка НН

Совокупность витков, в которых индуктируется электродвижущая сила, используемая для получения низшего напряжения автотрансформатора

4.16. Обмотка фазы

Одна из обмоток однофазного трансформатора или часть обмотки трехфазного или многофазного трансформатора, образующая ее фазу

4.17. Обмотка стержня

Часть или целая обмотка высшего, среднего или низшего напряжения, расположенная на стержне трансформатора.

Примечание. В автотрансформаторе под обмоткой стержня подразумевается общая или последовательная обмотка

4.18. Концентрические обмотки

Обмотки стержня, изготовленные в виде цилиндров и концентрически расположенные на стержне магнитной системы (черт.4, 5)

4.19. Двойная концентрическая обмотка

Обмотка, состоящая из двух цилиндрических частей, расположенных на стержне магнитной системы концентрически с двух сторон другой обмотки (черт.6)

4.20. Чередующиеся обмотки

Обмотки высшего и низшего напряжения трансформатора, чередующиеся в осевом направлении стержня (черт.10)

4.21. Регулировочная обмотка

РО

Отдельно выполненная часть обмотки трансформатора, имеющая ответвления, переключаемые при регулировании напряжения

4.22. Обмотка грубого регулирования

РО грубая

Отдельно выполненная часть регулировочной обмотки, напряжение между соседними ответвлениями которой равно сумме напряжений нескольких ступеней регулирования

4.23. Обмотка тонкого регулирования

РО тонкая

Отдельно выполненная часть регулировочной обмотки, имеющая ответвления, соответствующие каждой ступени регулирования

4.24. Компенсационная обмотка

КО

Вспомогательная обмотка, располагаемая на стержнях или ярмах с целью компенсации частей магнитного поля трансформатора.

Примечание. Возможна, например, компенсация магнитодвижущей силы регулировочной обмотки, магнитного поля нулевой последовательности, поля третьей гармонической и др.

4.25. Сетевая обмотка

Обмотка преобразовательного трансформатора, присоединяемая к сети переменного тока

4.26. Вентильная обмотка

Обмотка преобразовательного трансформатора, присоединяемая к вентильным преобразователям

4.27. Группа соединения обмоток трансформатора

Угловое смещение векторов линейных электродвижущих сил обмоток (сторон) среднего и низшего напряжений по отношению к векторам соответствующих электродвижущих сил обмотки (стороны) высшего напряжения

4.28. Нейтраль обмотки

Общая точка обмоток фаз трехфазного или многофазного трансформатора, соединяемых в «звезду» или «зигзаг».

Примечание. В однофазном трансформаторе — зажим обмотки, предназначенный для присоединения к общей точке при соединении обмоток трехфазной (многофазной) группы в «звезду или «зигзаг»

4.29. Ответвление обмотки

Отвод, присоединенный к одному из витков и позволяющий использовать часть обмотки, заканчивающуюся этим витком

4.30. Основное ответвление обмотки

Ответвление, на котором обмотка трансформатора имеет номинальную мощность при номинальном напряжении.

Примечание. В специальных трансформаторах и в отдельных случаях в трансформаторах общего назначения основное ответвление определяется нормативным документом

4.31. Положительное ответвление обмотки

Ответвление, так расположенное в обмотке, что при его включении увеличивается число витков с одинаковым направлением электродвижущей силы по сравнению с числом витков на основном ответвлении.

Примечание к терминам 4.31 и 4.32. При реверсировании регулировочной обмотки одно и то же ответвление может быть положительным или отрицательным

4.32. Отрицательное ответвление обмотки

Ответвление, так расположенное в обмотке, что при его включении уменьшается число витков с одинаковым направлением электродвижущей силы по сравнению с числом витков на основном ответвлении

5.1. Изоляция трансформатора

Совокупность изоляционных деталей и заполняющей трансформатор изоляционной среды, исключающая замыкание металлических частей трансформатора, находящихся во время его работы под напряжением, с заземленными частями, а также частей, находящихся под разными потенциалами, между собой

5.2. Внутренняя изоляция

Изоляция внутри бака трансформатора в масле или другом жидком диэлектрике (внутри бака герметичного трансформатора, заполненного воздухом или газом) или внутри заполняющего трансформатор твердого диэлектрика.

Примечание. Основным признаком внутренней изоляции является практическая независимость ее электрической прочности от внешних атмосферных условий

5.3. Внешняя изоляция

Изоляция в воздухе снаружи бака трансформатора.

Примечания:

1. Основным признаком внешней изоляции является зависимость ее электрической прочности от атмосферных условий

2. Внешняя изоляция в воздушном трансформаторе — изоляция вне пространства, ограниченного наружной цилиндрической поверхностью наружной обмотки и ближайшими к обмоткам поверхностями магнитной системы

5.4. Междуфазная изоляция

Изоляция между обмотками разных фаз трансформатора

5.5. Главная изоляция обмотки

Изоляция обмотки от частей остова и от других обмоток

5.6. Продольная изоляция обмотки

Изоляция между разными точками обмотки фазы трансформатора.

Примечание. Изоляция между разными точками обмотки фазы, например, между витками, слоями витков, катушками, элементами емкостной защиты и т.п.

5.7. Концевая изоляция обмотки

Изоляционные конструкции и детали, служащие для изолирования торцевых частей обмоток от ярма, ярмовых балок и металлических прессующих колец

5.8. Емкостная защита обмотки

Специальные меры, применяемые для выравнивания емкостного распределения напряжения вдоль обмотки.

Примечание. Емкостная защита может достигаться применением электростатических экранов, конденсаторов или изменением последовательности соединения между собой катушек обмотки или витков в катушках

5.9. Емкостное кольцо обмотки

Кольцевой металлический незамкнутый изолированный электростатический экран, расположенный у торца обмотки или между ее катушками и гальванически соединенный с одной из ее точек

5.10. Экран емкостной защиты обмотки

Цилиндрический незамкнутый электростатический экран, расположенный вдоль внутренней или наружной цилиндрической поверхности обмотки и гальванически соединенный с одной из ее точек или заземленный

5.11. Экранирующий виток обмотки

Кольцевой незамкнутый электростатический экран, расположенный снаружи или внутри катушки непрерывной или дисковой обмотки, имеющий размер в направлении оси обмотки, равный приблизительно осевому размеру одной катушки

5.12. Обмотка с неградуированной изоляцией

Обмотка, у которой линейный конец и нейтраль имеют один уровень изоляции

5.13. Обмотка с градуированной изоляцией

Обмотка, у которой линейный конец и нейтраль имеют различные уровни изоляции

5.14. Термический срок службы изоляции

Период работы от первого включения до полного износа изоляции под влиянием физико-химических факторов, прежде всего температуры, при изменяющихся нагрузке, напряжении и условиях охлаждения

5.15. Номинальный термический срок службы изоляции

Термический срок службы при постоянной температуре наиболее нагретой точки изоляции, равной допустимой температуре для данного изоляционного материала

6.1. Активная часть трансформатора

Единая конструкция, включающая в собранном виде остов трансформатора, обмотки с их изоляцией, отводы, части регулирующего устройства, а также все детали, служащие для их механического соединения.

Примечание. В некоторых типах трансформаторов с активной частью могут быть конструктивно связаны крышка бака и вводы

6.2. Активные материалы трансформатора

Электротехническая сталь или другой ферромагнитный материал, из которого изготовлена магнитная система, а также металл обмоток и отводов трансформатора

6.3. Остов

Единая конструкция, включающая в собранном виде магнитную систему со всеми деталями, служащими для ее соединения и для крепления обмоток

6.4. Отводы

Совокупность электрических проводников, служащих для соединения обмоток трансформатора с вводами, устройствами переключения ответвлений обмоток и другими токоведущими частями

6.5. Контактный зажим трансформатора

Контактный зажим, имеющий гальваническую связь с обмотками и предназначенный для присоединения трансформатора к внешней цепи

6.6. Бак трансформатора

Бак, в котором размещается активная часть трансформатора или трансформаторного агрегата с жидким диэлектриком, газо- или кварценаполненного

6.7. Бак колокольного типа

Бак, имеющий вблизи дна разъем, позволяющий отделить и поднять верхнюю часть бака без подъема активной части трансформатора

6.8. Герметичный бак

Бак, имеющий уплотнения, практически исключающие сообщение между внутренним объемом бака и окружающей атмосферой.

Примечание. При наличии расширителя герметизация относится и к внутреннему объему расширителя

6.9. Расширитель

Сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для локализации колебаний уровня жидкого диэлектрика

6.10. Воздухоосушитель

Сосуд, сообщающийся с одной стороны с внутренним объемом воздуха в расширителе или баке трансформатора, а с другой — с атмосферным воздухом, предназначенный для отделения влаги из воздуха, поступающего в расширитель или бак трансформатора

6.11. Маслоуказатель

Указатель уровня масла или другого жидкого диэлектрика в трансформаторе или его расширителе

6.12. Термосифонный фильтр

Сосуд, сообщающийся двумя патрубками с внутренним объемом бака в верхней и нижней его части, заполненный веществом, служащим для очистки масла или другого жидкого диэлектрика от продуктов окисления и для поглощения влаги

6.13. Кожух трансформатора

Оболочка воздушного трансформатора, защищающая его активную часть от попадания посторонних предметов, но допускающая свободный доступ к ней охлаждающего воздуха

6.14. Устройство регулирования напряжения трансформатора (трансформаторного агрегата)

Устройство, предназначенное для регулирования напряжения трансформатора (трансформаторного агрегата) и включающее все необходимые для этого аппараты, механизмы и составные части, за исключением регулировочных обмоток

6.15. Устройство переключения ответвлений обмоток

Устройство, предназначенное для изменения соединений ответвлений обмоток между собой или с вводом

6.16. Устройство переключения ответвлений обмоток без возбуждения

Устройство ПБВ

Устройство, предназначенное для изменения соединений ответвлений обмоток при невозбужденном трансформаторе

6.17. Устройство регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой

Устройство РПН

Устройство регулирования, предназначенное для регулирования напряжения без перерыва нагрузки и без отклонения обмоток трансформатора от сети

6.18. Переключатель ответвлений обмотки

Контактное устройство, служащее для переключения ответвлений обмотки в трансформаторе, переключаемом без возбуждения

6.19. Избиратель ответвлений

Часть устройства регулирования под нагрузкой, предназначенная для выбора нужного ответвления обмотки перед переключением и для длительного пропускания тока.

Примечание. Избиратель ответвлений не служит для изменения и отключения тока

6.20. Предызбиратель ответвлений

Часть устройства регулирования напряжения под нагрузкой, длительно пропускающая ток, предназначенная для использования контактов избирателя, а также присоединенных к нему ответвлений обмотки более одного раза при прохождении всего диапазона регулирования трансформатора.

Примечания:

1. Предызбиратель не служит для изменения и отключения тока.

2. Предызбиратель может производить реверсирование регулировочной части обмотки или переключение грубых ступеней регулирования

6.21. Контактор устройства регулирования напряжения под нагрузкой

Часть устройства регулирования напряжения под нагрузкой, предназначенная для изменения и отключения тока в цепях переключающего устройства, предварительно подготовленных к этому избирателем

6.22. Токоограничивающий резистор устройства регулирования напряжения под нагрузкой

Резистор устройства регулирования напряжения под нагрузкой, предназначенный для включения между работающим и вводимым в работу ответвлением с целью ограничения переходного тока в переключаемой части обмотки и перевода нагрузки с одного ответвления на другое без перерыва в токе нагрузки трансформатора и без существенного его изменения

6.23. Токоограничивающий реактор устройства регулирования напряжения под нагрузкой

Реактор устройства регулирования напряжения под нагрузкой, предназначенный для включения между работающим и вводимым в работу ответвлением с целью ограничения переходного тока в переключаемой части обмотки и перевода нагрузки с одного ответвления на другое без перерыва в токе нагрузки трансформатора и без существенного его изменения

6.24. Система охлаждения

Совокупность теплообменников или элементов системы охлаждения, устройств, предназначенных для ускорения движения теплоносителя и (или) охлаждающей среды, контрольных и измерительных приборов, служащая для отвода тепла, выделяющегося в трансформаторе в охлаждающую среду

6.25. Охладитель

Теплообменник, в котором происходит передача тепла от теплоносителя, заполняющего бак трансформатора и принудительно циркулирующего через теплообменник, воздуху или воде, движение которых также принудительно ускоряется

6.26. Радиатор трансформатора

Теплообменник, в котором происходит передача тепла от теплоносителя, заполняющего бак трансформатора и движущегося путем естественной конвекции, воздуху, охлаждающему трансформатор

7.1.1. Стержень (ярмо) с плоской шихтовкой

Стержень (ярмо) магнитной системы, в котором плоские пластины различной или одинаковой ширины расположены так, что плоскости всех пластин параллельны

7.1.2. Стержень с радиальной шихтовкой

Стержень стыковой магнитной системы, в котором плоские пластины разной ширины расположены в поперечном сечении стержня практически в радиальных направлениях

7.1.3. Стержень с эвольвентной шихтовкой

Стержень стыковой магнитной системы, в котором пластины одной ширины изогнуты и расположены так, что в поперечном сечении они имеют форму эвольвенты и в совокупности образуют практически круговой цилиндр

7.1.4. Ступенчатое сечение стержня

Поперечное сечение стержня, собранного из двух или более пакетов пластин разной ширины, имеющее форму ступенчатой фигуры, вписанной в окружность или овал

7.1.5. Круглое сечение стержня

Поперечное сечение стержня с радиальной или эвольвентной шихтовкой, практически имеющее форму круга

7.1.6. Пластина магнитной системы

Пластина из электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, являющаяся элементом магнитной системы трансформатора.

Примечание. В некоторых конструкциях магнитных систем пластина при сборке может подвергаться изгибу по заданному профилю

7.1.7. Пакет пластин

Стопа пластин одного размера в стержне или ярме магнитной системы.

Примечание. Пакет может состоять из двух частей, разделенных каналом

7.1.8. Число ступеней в стержне (ярме)

Число пакетов пластин в половине поперечного сечения стержня (ярма) магнитной системы с плоской шихтовкой.

Примечание. Аналогично определяется число ступеней в навитой магнитной системе

7.1.9. Коэффициент заполнения круга

Отношение площади поперечного сечения стержня к площади круга с диаметром, равным диаметру стержня трансформатора.

Примечание. При наличии в сечении стержня каналов площадь поперечного сечения каналов не включается в площадь поперечного сечения стержня

7.1.10. Коэффициент заполнения сечения стержня (ярма)

Отношение активного сечения стержня (ярма) к площади его поперечного сечения

7.1.11. Коэффициент заполнения сталью

Отношение активного сечения стержня к площади круга с диаметром, равным диаметру стержня трансформатора.

Примечание. Коэффициент заполнения сталью равен произведению коэффициента заполнения круга и коэффициента заполнения сечения стержня

7.1.12. Окно магнитной системы

Пространство, ограниченное ближайшими поверхностями двух соседних стержней и двух торцевых ярм или поверхностями стержня, двух торцевых частей и боковой части бокового ярма

7.1.13. Высота окна магнитной системы

Расстояние между двумя торцевыми ярмами, измеренное по линии, параллельной продольной оси стержня (черт.1)

7.1.14. Ширина окна магнитной системы

Расстояние между ближайшими поверхностями двух соседних стержней или стержня и бокового ярма, измеренное по линии, перпендикулярной их продольным осям (черт.1)

7.1.15. Коэффициент заполнения окна магнитной системы

Отношение суммарной площади поперечного сечения металла всех витков всех обмоток в окне магнитной системы к площади окна

7.1.16. Ярмовая прессующая балка

Балка, служащая в магнитной системе для прессовки ярма и в качестве торцевой опоры для обмоток или только для прессовки ярма

7.1.17. Угол магнитной системы

Часть магнитной системы, ограниченная объемом, образованным пересечением боковых поверхностей или их продолжений одного из ярм и одного из стержней (черт.1)

7.1.18. Стык магнитной системы

Место сочленения пластин стержня и ярма в шихтованной магнитной системе или пакетов пластин стержня и ярма в стыковой магнитной системе.

Примечание. В некоторых конструкциях магнитных систем возможен стык пластин внутри стержня или ярма

7.1.19. Прямой стык магнитной системы

Стык магнитной системы, при котором пластины сохраняют прямоугольную форму

7.1.20. Косой стык магнитной системы

Стык магнитной системы, при котором пластины (пакеты) в месте сочленения срезаны под углом, близким к 45° к продольной оси пластины

7.1.21. Изоляция пластин (лент) магнитной системы

Слой изоляционного материала, наносимый на поверхность пластины (ленты) или образуемый на ее поверхности

7.2.1 Слой обмотки

Ряд витков от одного и более, расположенных на одной цилиндрической поверхности

7.2.2 Катушка обмотки

Группа последовательно соединенных витков более одного витка, конструктивно объединенная и отделенная от других таких групп или обмоток

7.2.3. Входные катушки обмотки

Катушки обмотки, ближайшие к ее линейному зажиму и отличающиеся по конструкции от остальных катушек

7.2.4. Простая цилиндрическая обмотка

Обмотка, сечение витка которой состоит из сечений одного или нескольких параллельных проводов, а витки и все их параллельные провода расположены в один ряд (слой) без интервалов на цилиндрической поверхности в ее осевом направлении (черт.11)

7.2.5. Двухслойная (многослойная) цилиндрическая обмотка

Обмотка, состоящая из двух (или более) концентрически расположенных простых цилиндрических обмоток (слоев) (черт.12)

7.2.6. Катушечная обмотка

Обмотка, состоящая из ряда катушек, расположенных в осевом направлении обмотки

7.2.7. Дисковая катушечная обмотка

Катушечная обмотка, собранная из отдельно намотанных катушек, выполненных в виде плоских спиралей из одного провода или нескольких параллельных проводов

7.2.8. Непрерывная катушечная обмотка

Катушечная обмотка, намотанная непрерывным проводом в виде плоских спиралей из одного провода или нескольких параллельных проводов (черт.15)

7.2.9. Переплетенная обмотка

Катушечная обмотка, в которой порядок последовательного соединения витков отличается от последовательности их расположения в катушках

7.2.10. Обмотка с переплетением катушек

Катушечная обмотка, в которой порядок последовательного соединения катушек отличается от последовательности их расположения в обмотке

7.2.11. Многослойная цилиндрическая катушечная обмотка

Катушечная обмотка, каждая катушка которой представляет собой многослойную цилиндрическую обмотку

7.2.12. Одноходовая винтовая обмотка

Обмотка, витки которой следуют один за другим в осевом направлении по винтовой линии, а сечение каждого витка образовано сечениями нескольких параллельных проводов прямоугольного сечения, расположенными в один ряд в радиальном направлении обмотки (черт.13)

7.2.13. Двухходовая (многоходовая) винтовая обмотка

Обмотка, состоящая из двух или более одноходовых обмоток, взаимно расположенных подобно ходам резьбы двухходового (многоходового) винта (черт.14)

7.2.14. Транспозиция проводов обмотки

Изменение взаимного расположения параллельных проводов в сечении витка обмотки с целью уравнивания распределения тока между ними

7.2.15. Сосредоточенная транспозиция проводов обмотки

Транспозиция проводов обмотки, сосредоточенная в нескольких местах в осевом направлении, при числе мест меньшем, чем число параллельных проводов без одного

7.2.16. Групповая транспозиция проводов обмотки

Сосредоточенная транспозиция, при которой все параллельные провода делятся на две или более группы и изменяется взаимное расположение этих групп без изменения расположения проводов в группе (черт.16)

7.2.17. Общая транспозиция проводов обмотки

Сосредоточенная транспозиция, при которой изменяется взаимное расположение всех параллельных проводов (черт.16)

7.2.18. Равномерно распределенная транспозиция проводов обмотки

Транспозиция параллельных проводов в винтовой или катушечной обмотке, выполняемая путем изменения расположения всех проводов в ряде мест, равномерно распределенных в осевом направлении обмотки, при числе мест не меньше числа параллельных проводов или катушек без одного (черт.17)

7.2.19. Прессующее кольцо обмотки

Металлическое разрезное или неметаллическое кольцо, размещенное между концевой изоляцией обмотки и ярмовыми балками трансформатора с целью осуществления осевой прессовки обмотки

8.1. Номинальный режим трансформатора

Режим работы трансформатора на основном ответвлении при номинальных значениях напряжения, частоты, нагрузки и номинальных условиях места установки и охлаждающей среды

8.2. Аварийный режим трансформатора

Режим работы, при котором напряжение или ток обмотки, или части обмотки таковы, что при достаточной продолжительности это угрожает повреждением или разрушением частей трансформатора

8.3. Параллельная работа трансформаторов

Работа двух или нескольких трансформаторов при параллельном соединении не менее чем двух основных обмоток одного из них с таким же числом основных обмоток другого трансформатора (других трансформаторов)

8.4. Режим холостого хода трансформатора

Х.х. трансформатора

Режим работы при питании одной из обмоток трансформатора от источника с переменным напряжением и других обмотках, не замкнутых на внешние цепи.

Примечание. Если нет специальной оговорки, то предполагается, что напряжение источника питания равно номинальному напряжению первичной обмотки и синусоидально, а частота равна номинальной частоте трансформатора

8.5. Опыт холостого хода

Опыт х.х.

Режим холостого хода трансформатора, осуществляемый при номинальной частоте и различных значениях синусоидального напряжения первичной обмотки с целью опытного определения потерь и тока холостого хода и др. параметров и характеристик трансформатора

8.6. Режим короткого замыкания трансформатора

Режим работы трансформатора при питании хотя бы одной из обмоток от источника с переменным напряжением при коротком замыкании на зажимах одной из других обмоток.

Примечание. Если нет специальной оговорки, то предполагается, что напряжение источника питания равно номинальному напряжению первичной обмотки и синусоидально, а его частота равна номинальной частоте трансформатора

8.7. Опыт короткого замыкания пары обмоток

Опыт к.з. пары обмоток

Режим короткого замыкания, осуществляемый с целью опытного определения потерь напряжения короткого замыкания и др. параметров и характеристик пары обмоток трансформатора при номинальной частоте и пониженном против номинального напряжения на одной из обмоток, при закороченной второй обмотке этой пары и остальных обмотках, не замкнутых на внешние цепи

8.8. Режим нагрузки трансформатора

Режим работы возбужденного трансформатора при наличии токов не менее чем в двух его основных обмотках, каждая из которых замкнута на внешнюю цепь.

Примечание. При этом не учитываются токи, протекающие в двух или более обмотках в режиме холостого хода

8.9. Номинальный режим нагрузки двухобмоточного трансформатора

Режим нагрузки трансформатора номинальным током при номинальных частоте и напряжении

8.10. Номинальный режим нагрузки трехобмоточного (многообмоточного) трансформатора

Режим нагрузки трехобмоточного (многообмоточного) трансформатора, установленный нормативным документом

8.11. Допустимый режим нагрузки трансформатора

Режим продолжительной нагрузки трансформатора, при которой расчетный износ изоляции обмоток от нагрева не превосходит износ, соответствующий номинальному режиму работы.

Примечание. Метод и нормы для расчета износа изоляции устанавливаются нормативным документом

8.12. Перегрузка трансформатора

Нагрузка трансформатора, при которой расчетный износ изоляции обмоток, соответствующий установившимся превышениям температуры, превосходит износ, соответствующий номинальному режиму работы

8.13. Допустимая перегрузка

Перегрузка трансформатора, разрешенная нормативным документом

8.14. Допустимая систематическая перегрузка

Ограниченная по длительности перегрузка трансформатора, при которой расчетный износ изоляции за установленное время не превосходит износа за такое же время при номинальном режиме работы.

Примечание. Установленное время (обычно одни сутки) включает длительность перегрузки и длительность предшествующей и последующей нагрузок

8.15. Допустимая аварийная перегрузка

Перегрузка трансформатора, допустимая в аварийных режимах, величина и длительность которой установлены нормативным документом

8.16. Нагрузочная способность трансформатора

Совокупность допустимых нагрузок и перегрузок трансформатора

8.17. Возбуждение трансформатора

Создание основного магнитного поля трансформатора путем подключения одной или нескольких обмоток к одной или нескольким сетям или другим источникам с соответствующими номинальными напряжениями и частотой

8.18. Перевозбуждение трансформатора

Увеличение магнитной индукции в магнитной системе трансформатора по отношению к индукции в режиме холостого хода

8.19. Превышение номинального напряжения трансформатора

Превышение напряжения сети, в которую включена обмотка трансформатора, по сравнению с номинальным напряжением обмотки на включенном ответвлении

8.20. Регулирование напряжения трансформатора

Изменение в соответствии с заданным режимом или стабилизация напряжения одной или более обмоток при помощи специального устройства

8.21. Продольное регулирование напряжения

Регулирование напряжения трансформатора с изменением или стабилизацией его значения

8.22. Поперечное регулирование напряжения

Регулирование напряжения трансформатора с изменением или стабилизацией его фазы

8.23. Продольно-поперечное регулирование напряжения

Регулирование напряжения трансформатора с изменением или стабилизацией его значения и фазы

8.24. Регулирование напряжения трансформатора в нейтрали

Регулирование напряжения трансформатора путем переключения ответвлений обмотки, расположенных вблизи ее нейтрали

8.25. Регулирование напряжения трансформатора в линии

Регулирование напряжения трансформатора путем переключения ответвлений обмотки, расположенных вблизи от зажима, присоединяемого к сети

8.26. Естественное масляное охлаждение

Охлаждение частей масляного трансформатора путем естественной конвекции масла при охлаждении внешней поверхности бака и установленных на нем охладительных элементов посредством естественной конвекции воздуха и лучеиспускания в воздухе.

Примечание. Аналогично определяется естественное охлаждение при заполнении трансформатора другим жидким диэлектриком

8.27. Естественное воздушное охлаждение

Охлаждение частей сухого трансформатора путем естественной конвекции воздуха и частично лучеиспускания в воздухе

8.28. Дутьевое охлаждение

Охлаждение трансформатора с использованием принудительного повышения скорости движения воздуха, охлаждающего отдельные части системы охлаждения или активную часть трансформатора

8.29. Циркуляционное охлаждение

Охлаждение трансформатора с использованием принудительного повышения скорости движения заполняющего трансформатор теплоносителя при помощи насосов или вентиляторов

8.30. Масляно-водяное охлаждение трансформатора

Охлаждение масляного трансформатора с принудительной циркуляцией масла через охладители, охлаждаемые водой.

Примечание. Аналогично определяется водяное охлаждение при заполнении трансформатора другим жидким диэлектриком

8.31. Направленное циркуляционное охлаждение

Циркуляционное охлаждение с канализацией движения теплоносителя внутри бака трансформатора

9.1.1. Высшее напряжение трансформатора

ВН

Наибольшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора

9.1.2. Низшее напряжение трансформатора

НН

Наименьшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора

9.1.3. Среднее напряжение трансформатора

СН

Номинальное напряжение, являющееся промежуточным между высшим и низшим номинальными напряжениями обмоток трансформатора.

Примечание. При наличии более трех цепей и двух или более промежуточных напряжений эти напряжения, начиная с более высокого, следует именовать: «первое среднее», «второе среднее» и т.д.

9.1.4. Напряжение короткого замыкания пары обмоток трансформатора

Напряжение к.з.

Приведенное к расчетной температуре линейное напряжение, которое нужно подвести при номинальной частоте к линейным зажимам одной из обмоток пары, чтобы в этой обмотке установился ток, соответствующий меньшей из номинальных мощностей обмоток пары при замкнутой накоротко второй обмотке пары и остальных основных обмотках, не замкнутых на внешние цепи

9.1.5. Напряжение короткого замыкания трансформатора

Напряжение к.з.

Напряжение короткого замыкания пары обмоток для двухобмоточного и три значения напряжения короткого замыкания для трех пар обмоток: высшего и низшего, высшего и среднего, среднего и низшего напряжения — для трехобмоточного трансформатора.

Примечание. Для многообмоточного трансформатора с обмотками число значений напряжения короткого замыкания равно

9.1.6. Изменение напряжения пары обмоток трансформатора

Арифметическая разность напряжений при холостом ходе обмотки на данном ответвлении и напряжения на ее зажимах при заданных токе нагрузки и коэффициенте мощности, когда напряжение на другой обмотке пары равно ее номинальному напряжению, если она включена на основном ответвлении, или напряжению другого ответвления, на которое она включена при остальных обмотках, не замкнутых на внешние цепи

9.1.7. Коэффициент трансформации

Отношение напряжений на зажимах двух обмоток в режиме холостого хода.

Примечания:

1. Для двух обмоток силового трансформатора, расположенных на одном стержне, коэффициент трансформации принимается равным отношению чисел их витков

2. В трехфазном (многофазном) трансформаторе коэффициенты трансформации для фазных и междуфазных напряжений могут быть различными

3. В двухобмоточном трансформаторе коэффициент трансформации равен отношению высшего напряжения к низшему; трехобмоточный трансформатор имеет три коэффициента трансформации — высшего и низшего, высшего и среднего, среднего и низшего напряжений

9.1.8. Значение ступени регулирования напряжения

Наименьшая разность напряжений, получаемая при регулировании

9.1.9. Диапазон регулирования напряжения

Разность максимального и минимального напряжения обмотки, получаемых при регулировании

9.1.10. Ток холостого хода трансформатора

Ток х.х.

Ток первичной основной обмотки трансформатора в режиме холостого хода и номинальном синусоидальном напряжении номинальной частоты на ее зажимах.

Примечание. У трехфазного и многофазного трансформатора током холостого хода считается среднее арифметическое токов всех фаз

9.1.11. Ток короткого замыкания трансформатора

Ток к.з.

Ток в обмотке трансформатора при испытаниях на стойкость при коротком замыкании в одной из сетей, присоединенных к зажимам трансформатора

9.1.12. Установившийся ток короткого замыкания

Действующее значение тока короткого замыкания, определяемое без учета свободного тока при неизменном напряжении на зажимах первичной обмотки трансформатора

9.1.13. Наибольший установившийся ток короткого замыкания

Установившийся ток короткого замыкания трансформатора, определяемый с учетом регламентированного реактивного сопротивления питающей сети, на который трансформатор должен быть рассчитан

9.1.14. Ударный ток короткого замыкания

Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания, определяемое как сумма мгновенных значений вынужденного тока и свободного тока в процессе короткого замыкания

9.1.15. Наибольший ударный ток короткого замыкания

Ударный ток короткого замыкания при наибольшем вынужденном токе и наибольшем возможном или установленном нормативным документом свободном токе

9.1.16. Кратность установившегося тока короткого замыкания

Отношение установившегося тока короткого замыкания трансформатора к номинальному току

9.1.17. Ударный коэффициент тока короткого замыкания

Отношение ударного тока короткого замыкания к амплитуде наибольшего установившегося тока короткого замыкания

9.1.18. Циркулирующий ток в устройстве регулирования напряжения под нагрузкой

Ток, протекающий в контуре, содержащем часть обмотки между двумя ответвлениями и токоограничивающий резистор или обмотку реактора, под воздействием напряжения между двумя ответвлениями в процессе переключения

9.1.19. Типовая мощность трансформатора

Полусумма мощностей всех частей обмоток трансформатора.

Примечание. Мощностью части обмотки является произведение наибольшего длительно допустимого в этой части тока на наибольшее длительно допустимое напряжение этой части

9.1.20. Мощность обмотки трансформатора

Полная мощность, подводимая к этой обмотке от внешней цепи или отводимая от нее во внешнюю цепь

9.1.21. Электромагнитная мощность автотрансформатора

Мощность, передаваемая автотрансформатором из одной сети в другую посредством электромагнитной индукции, равная мощности общей или последовательной обмотки автотрансформатора

9.1.22. Электрическая мощность автотрансформатора

Мощность, непосредственно передаваемая автотрансформатором из одной сети в другую электрическим путем благодаря гальванической связи между соответствующими обмотками, равная произведению напряжения общей обмотки на ток последовательной обмотки автотрансформатора и коэффициент, учитывающий число фаз

9.1.23. Проходная мощность автотрансформатора

Мощность, передаваемая автотрансформатором из одной сети в другую, равная сумме его электромагнитной и электрической мощностей

9.1.24. Потери трансформатора

Активная мощность, расходуемая в магнитной системе, обмотках и др. частях трансформатора при различных режимах работы

9.1.25. Потери холостого хода

Потери х.х.

Потери, возникающие в трансформаторе в режиме холостого хода при номинальном напряжении и номинальной частоте

9.1.26. Магнитные потери

Потери, возникающие в магнитной системе трансформатора в режиме холостого хода при номинальном напряжении и номинальной частоте

9.1.27. Потери короткого замыкания пары обмоток

Потери к.з.

Приведенные к расчетной температуре потери, возникающие в трансформаторе при номинальной частоте при установлении в одной из обмоток тока, соответствующего меньшей из номинальных мощностей обмоток этой пары, при замкнутой накоротко второй обмотке пары и остальных основных обмотках, не замкнутых на внешние цепи

9.1.28. Потери короткого замыкания

Потери к.з.

Потери короткого замыкания пары обмоток для двухобмоточного и три значения потерь короткого замыкания для трех пар обмоток: высшего и низшего, высшего и среднего, среднего и низшего напряжений — для трехобмоточного трансформатора.

Примечания:

1. Для многообмоточного трансформатора с обмотками число значений равно .

2. Обмотки пары должны быть включены или замкнуты накоротко на основных ответвлениях

9.1.29. Основные потери в токоведущих частях

Потери в обмотках и др. токоведущих частях трансформатора, определяемые током данной обмотки или токоведущей части и ее электрическим сопротивлением, измеренным при постоянном токе

9.1.30. Добавочные потери в опыте короткого замыкания

Разность потерь, измеренных при определенном токе в опыте короткого замыкания, и основных потерь в токоведущих частях, определенных при том же токе

9.1.31. Добавочные потери в токоведущих частях

Потери от токов, наведенных полем рассеяния в токоведущих частях трансформатора

9.1.32. Потери от циркулирующих токов

Потери от токов, наведенных полем рассеяния и замыкающихся в параллельно соединенных ветвях обмоток трансформатора

9.1.33. Добавочные потери в элементах конструкций

Потери от гистерезиса и вихревых токов, возникающие в металлических деталях трансформатора от воздействия поля рассеяния.

Примечание. В добавочные потери в элементах конструкции трансформатора не входят потери от вихревых токов и гистерезиса в активных материалах

9.1.34. Суммарные потери трансформатора

Сумма потерь холостого хода и потерь короткого замыкания трансформатора.

Примечание. Для трехобмоточного трансформатора за потери короткого замыкания принимается наибольшее из трех значений потерь согласно п.9.1.28

9.1.35. Относительные потери

Отношение потерь холостого хода, потерь короткого замыкания или суммарных потерь трансформатора к его номинальной мощности

9.1.36. Стойкость трансформатора при коротком замыкании

Способность трансформатора при включении на любом ответвлении выдерживать без повреждений внешние короткие замыкания

9.1.37. Электродинамическая стойкость трансформатора при коротком замыкании

Способность трансформатора выдерживать без повреждений динамические воздействия, возникающие при внешнем коротком замыкании

9.1.38. Термическая стойкость трансформатора при коротком замыкании

Способность трансформатора выдерживать без повреждений термические воздействия, возникающие при внешнем коротком замыкании

9.2.1. Номинальные данные трансформатора

Указанные изготовителем параметры трансформатора (например, частота, мощность, напряжение, ток), обеспечивающие его работу в условиях, установленных нормативным документом, и являющиеся основой для определения условий изготовления, испытаний, эксплуатации

9.2.2. Номинальная мощность обмотки (ответвления обмотки)

Указанное на паспортной табличке трансформатора значение полной мощности на основном (данном) ответвлении, гарантированное изготовителем в номинальных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальной частоте и номинальном напряжении обмотки (ответвления).

Примечание. Если на паспортной табличке трансформатора указаны несколько мощностей, соответствующих различным способам охлаждения, то за номинальную принимается наибольшая из этих мощностей

9.2.3. Номинальная мощность двухобмоточного трансформатора*

Номинальная мощность каждой из обмоток трансформатора.

Примечание. В трансформаторе с расщепленной обмоткой номинальная мощность — это мощность нерасщепленной обмотки или равная ей суммарная мощность частей расщепленной обмотки

9.2.4. Номинальная мощность трехобмоточного трансформатора*

Наибольшая из номинальных мощностей отдельных обмоток трансформатора

9.2.5. Номинальная мощность автотрансформатора

Номинальная проходная мощность обмоток, имеющих общую часть.

Примечание. Под обмотками понимаются обмотки высшего и низшего напряжения в двухобмоточном и обмотки высшего и среднего напряжения в трехобмоточном автотрансформаторе

9.2.6. Номинальная частота трансформатора

Частота, на которую рассчитан трансформатор, указанная на паспортной табличке

9.2.7. Номинальное напряжение обмотки трансформатора

Указанное на паспортной табличке напряжение между зажимами трансформатора, связанными с обмоткой, при холостом ходе трансформатора.

Примечание. Для обмотки, снабженной ответвлениями, номинальным считается напряжение основного ответвления

9.2.8. Номинальное напряжение ответвления обмотки

Указанное на паспортной табличке напряжение ответвления при холостом ходе трансформатора

9.2.9. Номинальный ток обмотки

Ток, определяемый по номинальной мощности обмотки, ее номинальному напряжению и множителю, учитывающему число фаз

9.2.10. Номинальный ток ответвления обмотки

Ток, определяемый по номинальным мощности и напряжению ответвления обмотки и множителю, учитывающему число фаз, или по указанию нормативного документа

9.2.11. Расчетная температура обмотки

Средняя условная температура обмотки, к которой должны быть приведены потери и напряжение короткого замыкания трансформатора, установленная нормативным документом

9.3.1. Полная масса

Масса собранного трансформатора, включая все узлы, устанавливаемые на нем и на отдельных фундаментах, и всю заполняющую жидкость

9.3.2. Транспортная масса

Масса трансформатора в том виде, в котором он погружается на транспортное средство, без массы демонтируемых узлов и деталей и части изоляционной жидкости, сливаемой перед транспортированием

9.3.3. Масса активной стали

Масса электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, образующего магнитную систему трансформатора

9.3.4. Масса металла обмоток

Суммарная масса металла витков всех обмоток трансформатора.

Примечание. При соответствующей оговорке термин может быть отнесен к одной из обмоток, к обмотке фазы или обмотке стержня

9.3.5. Масса масла

Масса масла, которое должно заполнять трансформатор при его работе.

Примечания:

1. В массу масла, определяемую данным термином, не включают массу масла, заполняющего вводы, если их внутренний объем не сообщается с внутренним объемом бака трансформатора.

2. Аналогично определяют массу другого жидкого диэлектрика в трансформаторах, заполненных жидкостями    

Проверка силового трансформатора

Трансформатором является статический электромагнитный прибор, который состоит из нескольких катушек, которые индуктивно связаны между собой. Он предназначен для преобразования напряжения переменного тока. Также он обеспечивает гальваническую развязку цепей. Купить трансформаторы сухие можно в компании «Терра-Ток». Да подробностями обратитесь к нашим специалистам посредством звонка.

Аппараты широко используются в различных электротехнических областях, от промышленной области до радиотехники. Независимо от сферы использования очень важно, чтобы устройство эксплуатировалось с соблюдением норм безопасности и не создавало аварийных ситуаций. Для этого необходимо периодически проводить такую процедуру, как проверка силового трансформатора.

Как проверить силовой трансформатор

В нормативных документах указаны общие требования и правила испытаний аппаратом, которые регламентированы специальными стандартами. При проведении испытаний стоит ориентироваться именно на эту документацию.

Проверять оборудование следует при вводе его в эксплуатацию, при проведении ремонтных работ и во время регулярных профилактических проверок.

Для этой процедуры имеется индивидуальный перечень работ, которые необходимо провести в рамках испытаний аппарата, которые соответствуют с нормативными документами. Это:

  • Контроль сопротивления обмоток;
  • Измерение электрической прочности и емкости изоляции;
  • Проверка вводов трансформатора;
  • Замеры напряжений и токов холостого хода;
  • Определение значения коэффициента трансформации;
  • Испытание повышенным напряжением;
  • Снятие круговой диаграммы на переключающихся трансформаторах;
  • Проверка правильности полярности и надежности соединений выводов;
  • Контроль утечек напряжения и тока на холостом ходу;
  • Тестирование охлаждающей системы;
  • Гидравлические испытания емкостей масляных трансформаторов;
  • Определение правильности фазировки;
  • Контроль состояния масла;
  • Испытание включением при номинальных токах и напряжениях.

Проверка силового трансформатора цифровым мультиметром

Такой прибор, как мультиметр, позволяет обнаружить наличие таких дефектов, как обрыв обмотки и ее замыкание на корпус. Чтобы сделать это, нужно с помощью прибора в режиме омметра проверить каждую обмотку. Если никаких показаний не будет, это будет означать наличие обрыва. Имейте в виду, что если обмотки с большим количеством витков, из-за чего уровень индуктивности  довольно высок, показания могут быть недостоверны.

Купить трансформаторы сухие силовые в Терра-Ток

Компания «Терра-Ток» профессионально занимается подбором оборудования, его реализацией, техническим обслуживанием  и проектными разработками. Мы предлагаем эффективные комплексные решения, которые создают надежные системы распределения и передачи электроэнергии. Чтобы купить силовые трансформаторы Tesar, позвоните на бесплатную горячую линию 8-800-505-90-82. Наши специалисты обязательно проконсультируют вас по всем основным вопросам, помогут выбрать товар среди имеющейся продукции и помогут с его установкой.

 

Силовой трансформатор. Расчёт силового трансформатора

Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.

Магнитопровод низкочастотного трансформатора состоит из стальных пластин. Использование пластин вместо монолитного сердечника уменьшает вихревые токи, что повышает КПД и снижает нагрев.

Магнитопроводы вида 1, 2 или 3 получают методом штамповки.
Магнитопроводы вида 4, 5 или 6 получают путём навивки стальной ленты на шаблон, причём магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.

Магнитопроводы бывают:

1, 4 – броневые,
2, 5 – стержневые,
6, 7 – кольцевые.

Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно перемножить размеры «А» и «В». Для расчётов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.

Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Как определить габаритную мощность трансформатора.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно определить по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.
Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.
Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

P = B * S² / 1,69

Где:
P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

Пример:

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Пример:

Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции.

В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т.д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электрическим током.

В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием, рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт .
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт .

В качестве примера давайте рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт.
Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт . Такие лампочки с цоколем под стандартный патрон продаются в магазинах электро-товаров.

Если вы найдете лампочку другой мощности, например на 40 ватт , нет ничего страшного — подойдет и она. Просто наш трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р2 = U2 I2 = 60 ватт

Где:
Р2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт ;
U2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт ;
I2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более η = 0,8 .
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р1 = Р2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения Р1 , мощности потребляемой от сети 220 вольт , зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S .

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будет располагаться каркас с первичной и вторичной обмотками.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 √P1

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 √75 = 1,2 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50 / S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв .

w = 50 / 10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U1 w = 220 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U2 w = 36 4,8 = 172.8 витков, округляем до 173 витка.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков .

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1 / U1 = 75 / 220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I2 = P2 / U2 = 60 / 36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:

s = 0,8 d²

где: d — диаметр провода.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм .

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм равна:

s = 0,8 d² = 0,8 1,1² = 0,8 1,21 = 0,97 мм²

Округлим до 1,0 мм² .

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей поперечного сечения которых равна 1.0 мм² .

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм . и площадью по 0,5 мм² .

Или два провода:

Первый диаметром 1,0 мм . и площадью сечения 0,79 мм² ,
— второй диаметром 0,5 мм . и площадью сечения 0,196 мм² .
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм² .

Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.
Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Расчет силового трансформатора

Трансформатор – это пассивный преобразователь энергии. Его коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше единицы. Это означает, что мощность потребляемая нагрузкой, которая подключена к вторичной обмотке трансформатора, меньше, чем мощность, потребляемая нагруженным трансформатором от сети. Известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение, следовательно, в повышающих обмотках сила тока меньше, а в понижающих – больше силы тока, потребляемого трансформатором от сети.

Параметры и характеристики трансформатора.

Два разных трансформатора при одинаковом напряжении сети могут быть рассчитаны на получение одинаковых напряжений вторичных обмоток. Но если нагрузка первого трансформатора потребляет больший ток, а второго маленький, значит, первый трансформатор характеризуется по сравнению со вторым большей мощностью. Чем больше сила тока в обмотках трансформатора, тем больше и магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще. Кроме того, чем больше сила тока в обмотке, тем более толстым проводом она должна быть намотана, а это требует увеличения окна сердечника. Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности. И наоборот, сердечник определенного размера пригоден для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется габаритной мощностью трансформатора. Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на ее выводах. Но это напряжение зависит также и от количества витков первичной обмотки. При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной зависит от отношения количества витков вторичной обмотки количеству витков первичной. Это отношение и называется коэффициентом трансформации. Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации нельзя произвольно выбирать количество витков одной из обмоток. Чем меньше габариты сердечника, тем больше должно быть количество витков каждой обмотки. Поэтому размеру сердечника трансформатора соответствует вполне определенное количество витков его обмоток, приходящееся на один вольт напряжения, меньше которого брать нельзя. Эта характеристика называется количеством витков на один вольт..

Как и всякий преобразователь энергии, трансформатор обладает коэффициентом полезного действия – отношением мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет от сети. КПД маломощных трансформаторов, которые обычно применяются для питания бытовой электронной аппаратуры, колеблется в пределах от 0,8 до 0,95. Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности.

Электрический расчет трансформатора

Перед расчетом трансформатора необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять. Они и будут являться исходными данными для расчета. Технические требования к трансформатору определяются также путем расчета, в результате которого определяются те напряжения и токи, которые должны быть обеспечены вторичными обмотками. Поэтому перед расчетом трансформатора производится расчет выпрямителя для определения напряжений каждой из вторичных обмоток и потребляемых от этих обмоток токов. Если же напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они являются техническими требованиями к трансформатору. Для определения габаритной мощности трансформатора необходимо определить мощности, потребляемые от каждой из вторичных обмоток и сложить их, учитывая также КПД трансформатора. Мощность, потребляемую от любой обмотки, определяют умножением напряжения между выводами этой обмотки на силу потребляемого от нее тока:

P– мощность, потребляемая от обмотки, Вт;

U– эффективное значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В;

I– эффективное значение силы тока, протекающего в этой же обмотке, А.

Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, вычисляется по формуле:

P S =U 1 I 1 +U 2 I 2 +U 3 I 3

Для определения габаритной мощности трансформатора, полученное значение суммарной мощности P S нужно разделить на КПД трансформатора:P г = , где

P г – габаритная мощность трансформатора; η – КПД трансформатора.

Заранее рассчитать КПД трансформатора нельзя, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметры проводов и их длина) и параметров сердечника (длина магнитной силовой линии и марка стали). И те и другие параметры становятся известными только после расчета трансформатора. Поэтому с достаточной для практического расчета точностью КПД трансформатора можно определить из таблицы 6.1.

Таблица 6.1

Суммарная мощность, Вт

КПД трансформатора

Наиболее распространены две формы сердечника: О – образная и Ш – образная. На сердечнике О – образной формы обычно располагаются две катушки, а на сердечнике Ш – образной формы — одна. Зная габаритную мощность трансформатора, находят сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:

Сечением рабочего керна сердечника является произведение ширины рабочего керна а и толщины пакета с. Размеры а и с выражены в сантиметрах, а сечение – в квадратных сантиметрах.

После этого выбирают тип пластин трансформаторной стали и определяют толщину пакета сердечника. Сначала находят приблизительную ширину рабочего керна сердечника по формуле: a= 0,8

Затем по полученному значению а производят выбор типа пластин трансформаторной стали из числа имеющихся в наличии и находят фактическую ширину рабочего керна а. после чего определяют толщину пакета сердечника с:

Количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения, определяется сечением рабочего керна сердечника трансформатора по формуле: n=k/S, гдеN– количество витков на 1 В;k– коэффициент, определяемый свойствами сердечника;S- сечение рабочего керна сердечника, см 2 .

Из приведенной формулы видно, что чем меньше коэффициент k, тем меньше витков будут иметь все обмотки трансформатора. Однако произвольно выбирать коэффициентkнельзя. Его значение обычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь оно зависит от свойств пластин трансформаторной стали, из которых собран сердечник. Для сердечников С-образной формы, витых из тонкой ленты, можно братьk= 35. Если используется сердечник О — образной формы, собранный из П- или Г – образных пластин без отверстий по углам, берутk= 40. Такое же значениеkи для пластин типа УШ, у которых ширина боковых кернов больше половины ширины среднего керна.. Если используются пластины типа Ш без отверстий по углам, у которых ширина среднего керна ровно вдвое больше ширины крайних кернов, целесообразно взятьk= 45, а если Ш – образные пластины имеют отверстия, тоk= 50. Таки образом, выборkв значительной мере условен и им можно в некоторых пределах варьировать, если учесть, что уменьшениеkоблегчает намотку, но ужесточает режим трансформатора. При применении пластин из высококачественной трансформаторной стали этот коэффициент можно немного уменьшать, а при низком качестве стали приходится его увеличивать.

Зная необходимое напряжение каждой обмотки и количество витков на 1 В, легко определить количество витков обмотки, перемножим эти величины: W=Un

Такое соотношение справедливо только для первичной обмотки, а при определении количества витков вторичных обмоток нужно дополнительно вводить приближенную поправку для учета падения напряжения на самой обмотке от протекающего по ее проводу тока нагрузки: W=mUn

Коэффициент mзависит от силы тока, протекающего по данной обмотке (см. таблицу 6.2). Если сила тока меньше 0,2 А, можно приниматьm= 1. Толщина провода, которым наматывается обмотка трансформатора определяется силой тока, протекающей по этой обмотке. Чем больше ток, тем толще должен быть провод, подобно тому как для увеличения потока воды требуется использовать более толстую трубу. От толщины провода зависит сопротивление обмотки. Чем тоньше провод, тем больше сопротивление обмотки, следовательно, увеличивается выделяемая в ней мощность и она сильнее нагревается. Для каждого типа обмоточного провода существует предел допустимого нагрева, который зависит от свойств эмалевой изоляции. Поэтому диаметр провода может быть определен по формуле:d=p, гдеd– диаметр провода по меди, м;I- сила тока в обмотке, А;p- коэффициент, (таблица 6.3) который учитывает допустимый нагрев той или иной марки провода.

Таблица 6.2: Определение коэффициента m

Таблица 6.3: Выбор диаметра провода.

Марка провода

Выбрав коэффициент pможно определить диаметр провода каждой обмотки. Найденное значение диаметра округляют до большего стандартного.

Сила тока в первичной обмотке определяется с учетом габаритной мощности трансформатора и напряжения сети:

Практическая работа:

U 1 = 6,3 В,I 1 = 1,5 А;U 2 = 12 В,I 2 = 0,3 А;U 3 = 120 В,I 3 = 59 мА

Первое, что надо сделать, это взять листок бумаги, карандаш и мультиметр. Пользуясь всем этим, прозвонить обмотки трансформатора и зарисовать на бумаге схему. При этом должно получиться что-то очень похожее на рисунок 1.

Выводы обмоток на картинке следует пронумеровать. Возможно, что выводов получится намного меньше, в самом простейшем случае всего четыре: два вывода первичной (сетевой) обмотки и два вывода вторичной. Но такое бывает не всегда, чаще обмоток несколько больше.

Некоторые выводы, хотя они и есть, могут ни с чем не «звониться». Неужели эти обмотки оборваны? Вовсе нет, скорей всего это экранирующие обмотки, расположенные между другими обмотками. Эти концы, обычно, подключают к общему проводу — «земле» схемы.

Поэтому, желательно на полученной схеме записать сопротивления обмоток, поскольку главной целью исследования является определение сетевой обмотки. Ее сопротивление, как правило, больше, чем у других обмоток, десятки и сотни Ом. Причем, чем меньше трансформатор, тем больше сопротивление первичной обмотки: сказывается малый диаметр провода и большое количество витков. Сопротивление понижающих вторичных обмоток практически равно нулю — малое количество витков и толстый провод.

Рис. 1. Схема обмоток трансформатора (пример)

Предположим, что обмотку с наибольшим сопротивлением найти удалось, и можно считать ее сетевой. Но сразу включать ее в сеть не надо. Чтобы избежать взрывов и прочих неприятных последствий, пробное включение лучше всего произвести, включив последовательно с обмоткой, лампочку на 220В мощностью 60…100Вт, что ограничит ток через обмотку на уровне 0,27…0,45А.

Мощность лампочки должна примерно соответствовать габаритной мощности трансформатора. Если обмотка определена правильно, то лампочка не горит, в крайнем случае, чуть теплится нить накала. В этом случае можно почти смело включать обмотку в сеть, для начала лучше через предохранитель на ток не более 1…2А.

Если лампочка горит достаточно ярко, то это может оказаться обмотка на 110…127В. В этом случае следует прозвонить трансформатор еще раз и найти вторую половину обмотки. После этого соединить половины обмоток последовательно и произвести повторное включение. Если лампочка погасла, то обмотки соединены правильно. В противном случае поменять местами концы одной из найденных полуобмоток.

Итак, будем считать, что первичная обмотка найдена, трансформатор удалось включить в сеть. Следующее, что потребуется сделать, измерить ток холостого хода первичной обмотки. У исправного трансформатора он составляет не более 10…15% от номинального тока под нагрузкой. Так для трансформатора, данные которого показаны на рисунке 2, при питании от сети 220В ток холостого хода должен быть в пределах 0,07…0,1А, т.е. не более ста миллиампер.

Рис. 2. Трансформатор ТПП-281

Как измерить ток холостого хода трансформатора

Ток холостого хода следует измерить амперметром переменного тока. При этом в момент включения в сеть выводы амперметра надо замкнуть накоротко, поскольку ток при включении трансформатора может в сто и более раз превышать номинальный. Иначе амперметр может просто сгореть. Далее размыкаем выводы амперметра и смотрим результат. При этом испытании дать поработать трансформатору минут 15…30, и убедиться, что заметного нагрева обмотки не происходит.

Следующим шагом следует замерить напряжения на вторичных обмотках без нагрузки, — напряжение холостого хода. Предположим, что трансформатор имеет две вторичные обмотки, и напряжение каждой из них 24В. Почти то, что надо для рассмотренного выше усилителя. Далее проверяем нагрузочную способность каждой обмотки.

Для этого надо к каждой обмотке подключить нагрузку, в идеальном случае лабораторный реостат, и изменяя его сопротивление добиться, чтобы напряжение на обмотке упало на 10-15%%. Это можно считать оптимальной нагрузкой для данной обмотки.

Вместе с измерением напряжения производится замер тока. Если указанное снижение напряжения происходит при токе, например 1А, то это и есть номинальный ток для испытуемой обмотки. Измерения следует начинать, установив движок реостата R1 в правое по схеме положение.

Рисунок 3. Схема испытания вторичной обмотки трансформатора

Вместо реостата в качестве нагрузки можно использовать лампочки или кусок спирали от электрической плитки. Начинать измерения следует с длинного куска спирали или с подключения одной лампочки. Для увеличения нагрузки можно постепенно укорачивать спираль, касаясь ее проводом в разных точках, или увеличивая по одной количество подключенных ламп.

Для питания усилителя требуется одна обмотка со средней точкой (см. статью ). Соединяем последовательно две вторичные обмотки и измеряем напряжение. Должно получиться 48В, точка соединения обмоток будет средней точкой. Если в результате измерения на концах соединенных последовательно обмоток напряжение будет равно нулю, то концы одной из обмоток следует поменять местами.

В этом примере все получилось почти удачно. Но чаще бывает, что трансформатор приходится перематывать, оставив только первичную обмотку, что уже почти половина дела. Как рассчитать трансформатор это тема уже другой статьи, здесь было рассказано лишь о том, как определить параметры неизвестного трансформатора.

В быту и технике широко применяется низковольтная аппаратура. Этот факт требует использования устройств, понижающих стандартное напряжение до необходимого уровня. Нужно создать прибор, который соответствует предъявляемым нормам. Перед электриком встаёт задача, как определить мощность трансформатора. Знание элементарных физических законов помогает решить проблему.

Теория и история

Латинское слово transformare переводится на русский язык как «превращение». Трансформатор предназначен для изменения уровня входного напряжения на определённую величину. Устройство состоит из одной или нескольких обмоток на замкнутом магнитопроводе. Катушки наматываются из алюминиевого или медного провода. Сердечник набирается из пластин с повышенными ферромагнитными свойствами.

Первичная обмотка присоединяется к электрической сети переменного тока. Во вторичную обмотку включается устройство, которому требуется напряжение другой величины.

После подключения к трансформатору питания в магнитопроводе появляется замкнутый магнитный поток, который индуцирует в каждой катушке переменную электродвижущую силу. Закон Фарадея гласит, что ЭДС равна скорости изменения магнитного потока, который проходит через электромагнитный контур. Знак «минус» указывает на противоположность направлений магнитного поля и ЭДС.

Формула e = − n (∆Ф ∕ ∆ t) объединяет следующие понятия:

  • Электродвижущая сила e, исчисляемая в вольтах.
  • Количество витков n в индукторе.
  • Магнитный поток Ф, единица измерения которого называется вебером.
  • Время t, необходимое для одной фазы изменения магнитного поля.

Учитывая незначительность потерь в катушке индуктивности, ЭДС приравнивается к напряжению в обмотке. Отношение напряжений в первичной и вторичной обмотке равно отношению количества витков в двух катушках. Отсюда выводится формула трансформатора:

K ≈ U ₁ ∕ U ₂ ≈ n ₁ ∕ n ₂.

Коэффициент K всегда больше единицы. В трансформаторе изменяется только напряжение и сила тока. Умноженные друг на друга, они определяют мощность прибора, постоянную величину для конкретного устройства. Соотношение тока и напряжения в обмотках раскрывает формула:

K = n₁ ∕ n₂ = I ₂ ∕ I₁ = U₁ ∕ U₂.

Иначе говоря, во сколько раз уменьшено напряжение во вторичной обмотке в сравнении с напряжением в первичной катушке, во столько раз сила тока во вторичной катушке больше тока в первичной обмотке. Различное напряжение устанавливается количеством витков в каждом индукторе. Формула, описывающая коэффициент K, объясняет, как рассчитать трансформатор.

Трансформатор предназначен для работы в цепи переменного напряжения. Постоянный ток не индуцирует ЭДС в магнитопроводе, и электрическая энергия не передаётся в другую обмотку.

Ещё в 1822 году Фарадей озаботился мыслью, как превратить магнетизм в электрический ток. Многолетние исследования приводят к созданию цикла статей, в которых описывалось физическое явление электромагнитной индукции. Фундаментальный труд публиковался в научном журнале английского Королевского общества.

Суть опытов состояла в том, что исследователь намотал два куска медной проволоки на кольцо из железа. К одной из катушек подключался постоянный ток. Гальванометр, соединённый с контактами другой обмотки, фиксировал кратковременное появление напряжения. Чтобы восстановить индукцию, экспериментатор отключал источник питания, а затем вновь замыкал контакты на батарею.

Работу Майкла Фарадея высоко оценило научное сообщество Великобритании. В 1832 году физик удостоился престижной награды. За выдающиеся работы в области электромагнетизма учёный награждён медалью Копли.

Однако устройство, собранное Фарадеем, ещё трудно назвать трансформатором. Аппарат, который действительно преобразовывал напряжение и ток, запатентован в Париже 30 ноября 1876 года. В 80-х годах позапрошлого столетия автор изобретения и конструктор трансформатора П. Н. Яблочков жил во Франции. В это же время выдающийся русский электротехник представил миру и прообраз прожектора — «свечу Яблочкова».

Расчёт параметров прибора

Иногда в руки к электрику попадает прибор без описания технических характеристик. Тогда специалист определяет мощность трансформатора по сечению магнитопровода. Площадь сечения находится перемножением ширины и толщины сердечника. Полученное число возводится в квадрат. Результат укажет на примерную мощность устройства.

Желательно, чтобы площадь магнитопровода немного превышала расчётное значение. Иначе тело сердечника попадёт в область насыщения магнитного поля, что приведёт к падению индуктивности и сопротивления катушки. Этот процесс увеличит уровень проходящего тока, вызовет перегрев устройства и поломку.

Практический расчёт силового трансформатора не займёт много времени. Например, перед домашним мастером стоит задача осветить рабочий уголок в гараже. В помещении имеется бытовая розетка на 220 В, в которую необходимо подключить светильник с лампой мощностью 40 Вт на 36 В. Требуется рассчитать технические параметры понижающего трансформатора.

Определение мощности

Во время работы устройства неизбежны тепловые потери. При нагрузке, не превышающей 100 Вт, коэффициент полезного действия равен 0,8. Истинная потребная мощность трансформатора P₁ определяется делением мощности лампы P₂ на КПД:

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0‚8 = 50

Округление осуществляется в бо́льшую сторону. Результат 50 Вт.

Вычисление сечения сердечника

От мощности трансформатора зависят размеры магнитопровода. Площадь сечения определяется следующим образом.

S = 1‚2∙√P₁ = 1‚2∙ 7‚07 = 8‚49

Поперечное сечение сердечника должно иметь площадь не менее 8‚49 см².

Расчёт количества витков

Площадь магнитопровода помогает определить количество витков провода на 1 вольт напряжения:

n = 50 ∕ S = 50 ∕ 8‚49 = 5‚89.

Разности потенциалов в один вольт будут соответствовать 5‚89 оборотам провода вокруг сердечника. Поэтому первичная обмотка с напряжением 220 В состоит из 1296 витков, а для вторичной катушки потребуется 212 витков. Во вторичной обмотке происходят потери напряжения, вызванные активным сопротивлением провода. Вследствие этого специалисты рекомендуют увеличить количество витков в выходной катушке на 5−10%. Скорректированное число витков будет равно 233.

Токи в обмотках

Следующий этап — нахождение силы тока в каждой обмотке, которое вычисляется делением мощности на напряжение. После нехитрых подсчётов получается требуемый результат.

В первичной катушке I₁ = P₁ ∕ U₁ = 50 ∕ 220 = 0‚23 ампера, а во вторичной катушке I₂ = P₂ ∕ U₂ = 40 ∕ 36 = 1‚12 ампера.

Диаметр провода

Расчёт обмоток трансформатора завершается определением толщины провода, сечение которого вычисляется по формуле: d = 0‚8 √ I. Слой изоляции в расчёт не берётся. Проводник входной катушки должен иметь диаметр:

d₁ = 0‚8 √I₁ =0‚8 √0‚23 = 0‚8 ∙ 0‚48 = 0‚38.

Для намотки выходной обмотки потребуется провод с диаметром:

d₂ = 0‚8 √I₂ =0‚8 √1‚12 = 0‚8 ∙ 1‚06 = 0‚85.

Размеры определены в миллиметрах. После округления получается, что первичная катушка наматывается проволокой толщиной 0‚5 мм, а на вторичную обмотку подойдёт провод в 1 мм.

Виды и применение трансформаторов

Области использования трансформаторов разнообразны. Устройства, повышающие напряжение, эксплуатируются в промышленных целях для транспортировки электроэнергии на значительные расстояния. Понижающие трансформаторы используются в радиоэлектронике и для подсоединения бытовой техники.

Некоторые народные умельцы, недовольные пониженным напряжением в сети, рискуют включать бытовые приборы через повышающий трансформатор. Спонтанный скачок напряжения может привести к тому, что яркий комнатный свет заменит очень яркое пламя пожара.

По задачам, которые решает трансформатор, приборы делятся на основные виды:

Любое изменение параметров электричества в цепи связано с трансформатором. Специалисту, проектирующему электронные схемы, необходимо знание природы электромагнетизма. Технология расчёта обмоток трансформатора основана на базовых формулах физики.

Электротехнику, занятому рутинным делом намотки трансформатора, стоит помянуть добрым словом дядюшку Фарадея, который открыл замечательный закон электромагнитной индукции. Глядя на готовое устройство, следует также вспомнить великого соотечественника, русского изобретателя Павла Николаевича Яблочкова.

При проектировании трансформаторов основным параметром является его мощность. Именно она определяет габариты трансформатора. При этом основным определяющим фактором будет полная мощность, отдаваемая в нагрузку:

Для трансформатора с большим количеством вторичных обмоток полную мощность можно определить, просуммировав мощности, потребляемые нагрузками, подключенными ко всем его обмоткам:

(2)

При полностью резистивной нагрузке (отсутствие индуктивной и емкостной составляющей в токе) потребляемая мощность активна и равна отдаваемой мощности S 2 . При расчете трансформатора важным параметром является типовая или габаритная мощность трансформатора. В этом параметре кроме полной мощности учитывается мощность, потребляемая трансформатором от сети по первичной обмотке. Типовая мощность трансформатора вычисляется следующим образом:

(3)

Определим типовую мощность для трансформатора с двумя обмотками. Полная мощность первичной обмотки S 1 = U 1 I 1 , где U 1 , I 1 — действующие значения напряжения и тока Именно этой мощностью определяются габариты первичной обмотки. При этом число витков первичной обмотки трансформатора зависит от входного напряжения, сечение провода от протекающего по ней максимального тока (действующее значение). Габаритная мощность трансформатора определяет необходимое сечение сердечника s с. Ее можно рассчитать следующим образом:

(4)

Напряжение на первичной обмотке трансформатора можно определить из выражения U 1 = 4k ф W 1 fs B m , где s – площадь сечения сердечника магнитопровода, определяемая как произведение ширины сердечника на его толщину. Эквивалентная площадь сечения сердечника трансформатора обычно меньше и зависит от толщины пластин или ленты и расстояния между ними, поэтому при расчете трансформатора вводится коэффициент заполнения сердечника, который определяется как отношение эквивалентной площади сечения сердечника магнитопровода к его геометрической площади . Его значение обычно равно k c = 1 … 0,5 и зависит от толщины ленты. Для прессованных сердечников (изготовленных из феррита, альсифера или карбонильного железа) k c = 1. Таким образом, s = k c s c и выражение для напряжения первичной обмотки трансформатора принимает следующий вид:

U 1 = 4k ф k c W 1 fs c B m (5)

Аналогичное выражение можно записать и для вторичной обмотки. В трансформаторе с двумя обмотками мощность первичной обмотки и типовая мощность трансформатора равны. Мощность первичной обмотки можно определить по следующему выражению:

U 1 = U 1 I 1 = 4k ф k c fs c B m W 1 I 1 (6)

При этом типовая мощность трансформатора будет рассчитываться по следующей формуле:

(7)

Отношение тока в проводе обмотки к его сечению называется плотностью тока. В правильно рассчитанном трансформаторе плотность тока во всех обмотках одинакова:

(8) где s обм1 , s обм2 — площади сечения проводников обмоток.

Заменим токи I 1 = js обм1 и I 2 = js обм2 , тогда сумма в скобках выражения (7) может быть записана следующим образом: W 1 I 1 + W 2 I 2 = , j (s обм1 W 1 + s обм2 W 2) = js м, где s м — сечение всех проводников (меди) в окне сердечника трансформатора. На рисунке 1 приведена упрощенная конструкция трансформатора, где отчетливо видны площадь сердечника s с, площадь окна магнитопровода s ок и площадь, занимаемая проводниками первичной и вторичной обмоток s м.


Рисунок 1 Упрощенная конструкция трансформатора

Введём коэффициент заполнения окна медью . Его величина находится в пределах k м = 0,15 … 0,5 и зависит от толщины изоляции проводов, конструкции каркаса обмоток, межслойной изоляции, способа намотки провода. Тогда js м = jk м s ок и выражение для типовой мощности трансформатора можно записать следующим образом:

(9)

Из выражения (9) следует, что типовая мощность определяется произведением s с s ок. При увеличении линейного размера трансформатора в m раз, его объём (масса) увеличится в m³ раз, а мощность возрастёт в m 4 раз. Поэтому, удельные массо-габаритные показатели трансформаторов улучшаются с увеличением номинальной мощности. С этой точки зрения предпочтительны многообмоточные трансформаторы по сравнению с несколькими двухобмоточными.

При разработке конструкции трансформаторов стараются увеличить коэффициент заполнения окна сердечника обмотками, так как при этом возрастает значение номинальной мощности S тип. Для достижения этой цели применяются обмоточные проводники с прямоугольным сечением. Следует отметить, что при практических расчетах формулу (9) преобразуют к более удобному виду.

(10)

При расчете трансформатора по заданной мощности на нагрузке исходя из выражения (10) определяется произведение s с s ок. Затем по справочнику выбирается конкретный тип и размер магнитопровода трансформатора, у которого этот параметр будет больше или равен рассчитанному значению. Затем приступают к расчету количества витков в первичной и вторичной обмотках. Рассчитывают диаметр провода и проверяют, помещаются ли обмотки в окне магнитопровода.

Литература:

Вместе со статьей «Мощность трансформатора» читают:


http://сайт/BP/KlassTransf/


http://сайт/BP/SxZamTransf/

Сухой силовой трансформатор T3R — трансформатор ктп 6-35кВ. Индивидуальная разработка

Основными потребителями силовых трансформаторов в России являются: электроэнергетика со своим комплексом электросетей, ТЭЦ, ГЭС, ГРЭС, АЭС; промышленные предприятия — машиностроение, горная, цветная, черная металлургия; нефтегазодобывающая и перерабатывающая отрасль; железные дороги и транспорт. Электроснабжение такого огромного количества объектов требует разветвленной сети трансформаторных подстанций. При этом в каждых отраслях существуют свои планы строительства новых и реконструкции существующих подстанций. Все это активно стимулирует рынок поставщиков трансформаторного оборудования, как следствие увеличивается количество различных типов и марок предлагаемых трансформаторов.

Современной эксплуатацией к трансформатору, как к основному элементу подстанции, предъявляются жесткие требования. Причем как к его основным техническим характеристикам, так и к экологичности применяемого оборудования.

Растущая потребность в больших объемах электроэнергии требует сегодня от трансформаторов эксплуатации с огромными нагрузками, особенно в часы пик и в экстремальных условиях окружающей среды.

Благодаря высочайшему уровню безопасности, по сравнению с маслонаполненным оборудованием, сухие трансформаторы приобретают все большую популярность в мире в качестве систем распределения энергии в торговых центрах, больницах, на заводах и фабриках, на судах, объектах нефтегазодобывающей промышленности, где особое значение имеет высокий уровень безопасности людей, оборудования и окружающей среды.

Этот растущий спрос на безопасное, в том числе и экологически безопасное электрооборудование, одновременно с высоким энергетическим КПД, могут реализовать только сухие трансформаторы, изготовленные с помощью технологии, которая за последние десятилетия доказала свою надежность.

Сухие трансформаторы с литой изоляцией объединили в себе идеи нескольких смежных областей науки и техники.

Основные преимущества сухих трансформаторов с литой изоляцией:

  • Экологическая безопасность. Отсутствие в сухом трансформаторе масла устраняет угрозу загрязнения окружающей среды при его утечке. В случае пожара не выделяются токсичные и едкие газы. Таким образом, исключается угроза загрязнения окружающей среды.
  • Безопасность при эксплуатации. Обмотки сухих трансформаторов не горючи и не могут стать источниками пожара; А в случае пожара от внешнего источника, смола не поддержит горение и обеспечит противопожарный эффект.
  • Не требуется дополнительных мер противопожарной безопасности в местах установки сухого трансформатора.
  • Небольшие габаритные размеры, что обеспечивает возможность установки сухого трансформатора большей мощности в существующем трансформаторном отсеке, например при реконструкции подстанции.
  • Устойчивость к воздействию сырости и влаги.
  • Минимальные эксплуатационные затраты, так как отсутствует необходимость в периодической проверке и замене диэлектрической жидкости.
  • Высокая надежность оборудования.

ЗАО «ЭЛЕКТРОНМАШ» (Санкт-Петербург) представляет на российском рынке итальянскую кампанию «GBE s.r.l», производителя сухих трансформаторов T3R с литой изоляцией. Кампания «GBE.s.r.l» занимается производством сухих трансформаторов Т3R с литой изоляцией уже более 25 лет. На российском рынке эти трансформаторы появились сравнительно недавно, но стали известны и популярны, благодаря высокому качеству, надежности и доступной цене.

Мощность сухих трансформаторов Т3R от 50 кВА до 16 000 кВА, они рассчитаны на все классы напряжения до 35 кВ.

Конструктивно-технические особенности

Вся продукция изготовлена для эксплуатации в наиболее неблагоприятных условиях, согласно требованиям экологической, климатической и противопожарной классификации Е2,С2,F1 соответственно.

Первостепенную важность имеют их огнестойкость и способность функционировать в различных условиях окружающей среды. Сухие трансформаторы Т3R, работающие в условиях термического класса F, позволяют владельцам оборудования пользоваться их способностью выдерживать перегрузки, свойственные этим трансформаторам, без дополнительных расходов, и эксплуатировать их в течение более длительного времени.

Для обеспечения потребностей преобразования электроэнергии в районах с повышенной сейсмоактивностью, сухие трансформаторы Т3R выпускаются в специальном усиленном исполнении с внутренними каркасами жесткости, что позволяет им выдерживать без повреждений мощнейшие землетрясения силой до 9 баллов по шкале MSK.

Сухие трансформаторы Т3R обладают рядом неоспоримых преимуществ, что позволяет им достойно выдерживать конкуренцию на российском рынке.

Одним из основных параметров, определяющих надежную работу сухого трансформатора с литой изоляцией, является стойкость обмоток к перенапряжениям.

Сердечник сухого трансформатора Т3R изготовлен из магнитной пластины с ориентированной зернистой структурой, которая защищена от удельных потерь и обладает высокой магнитной проницаемостью тонкой прокладки из неорганического материала (Carlyte),установленной с обеих сторон. Составные части расположены под углом 45 гр. С перекрывающимися соединениями по технологии «Step Lap»,что позволяет снизить потери и ток холостого хода. Также снизить уровень шума трансформатора.

Обмотки низкого напряжения сухого трансформатора изготавливаются из алюминиевой или медной пластины, такая технология уменьшает осевые нагрузки при коротком замыкании. Для класса Н обмотки пропитываются в вакууме в печи с высоким уровнем цементации, что обеспечивает катушке отличную изоляцию и механическое уплотнение. По требованию обмотку можно в вакууме покрыть эпоксидной смолой. Соединение между алюминиевым и медным листом обмотки и шиной выводного зажима осуществляется путем автоматической сварки в защитной среде. Выводные зажимы обмоток, механически прикрепленные к держателям, являются практичными, компактными и легкодоступными.

Обмотки среднего напряжения сухого трансформатора состоят из ряда катушек, расположенных друг на друге и соединенных согласно требуемой схеме. Использование автоматических машин, которые наматывают друг на друга алюминиевые полосы и пленку изолирующего материала класса F, обеспечивают выравнивание, натяжение обоих элементов и точное число витков. В отличие от традиционных обмоток, которые изготовлены из проволоки, в обмотках из ленточных полос уровень частичных разрядов ниже 10 пКл, кроме этого, благодаря большей изоляции между витками, они устойчивее к осевым усилиям, возникающим из-за короткого замыкания, соответственно, уровень электрической безопасности выше.

Высокотехнологичные решения, и гибкие конструктивные характеристики оборудования позволяют обеспечить индивидуальный подход к изготовлению каждого сухого трансформатора, что позволяет реализовывать особые требования каждого Заказчика, а именно:

  • для эксплуатации при температуре в окружающей среде от -50 С до +55 С;
  • во взрывозащищенном исполнении;
  • с уменьшенными потерями и шумовыми характеристиками;
  • с комплектацией противовибрационными приспособлениями;
  • с комплектацией вентиляторами принудительного охлаждения, с приборами автоматики;
  • в специальном исполнении для эксплуатации выше 1000м над уровнем моря;
  • с блоком защиты температур;
  • изготовление сухих трансформаторов с классом нагревостойкости Н/Н;
  • с защитным кожухом IP 21,23,31;
  • сейсмостойкость.

Сухие трансформаторы Т3R имеют положительный опыт эксплуатации в районах Крайнего Севера на объектах предприятия «Норильский Никель», а так же на нефтегазодобывающих предприятиях Сибири и Дальнего Востока.

Постоянный мониторинг и маркетинговые исследования рынка трансформаторного оборудования, позволяет специалистам ЗАО «Электронмаш» отслеживать ценовые тенденции и гарантировать поставку качественных трансформаторов по конкурентной цене.

Устройство трансформатора | Полезные статьи

Устройство, служащее для преобразования электрической энергии посредством эффекта электромагнитной индукции с одними параметрами переменного напряжения и тока на входе к другим параметрам этих величин на выходе, без изменения частоты, называется трансформатором.
Схематично Устройство трансформатора состоит из двух изолированных друг от друга обмоток, размещённых на ферромагнитном сердечнике. Магнитный поток от тока в первичной обмотке возбуждает ЭДС во вторичной обмотке, как это можно увидеть на Рис.1.
 

Первичная обмотка трансформатора

Первичная обмотка трансформатора запитывается переменным напряжением  U_1, порождающим в ней ток  I_1.

Вторичная обмотка трансформатора

Вторичная обмотка трансформатора, при взаимодействии с магнитным потоком Ф, генерирует в своих витках ЭДС, что приводит к возникновению напряжения на обмотке U_2 и тока I_2, зависящие от общего сопротивления вторичной цепи.
 

ВИДЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Остановимся на наиболее распространённых видах трансформаторов.

Силовой трансформатор

Силовые трансформаторы преобразуют переменное напряжение низких частот (50-60 Гц) и рассчитаны на большую мощность. Они обеспечивают приём и передачу электроэнергии в магистральных линиях с напряжением до 1150 кВ и в городских с напряжением до 10 кВ. Один из трансформаторов такого типа можно посмотреть на Рис.2. Там же приведено и описание его устройства.
Наибольшее распространение получили трёхфазные силовые трансформаторы из-за большего КПД.

 

 

Сетевой трансформатор

Эти устройства, как правило однофазные, обеспечивают преобразование напряжения бытовой электросети (порядка 220 вольт, 50 Гц) в напряжения питания различных систем электроприборов в диапазоне 5–48 вольт. 
На Рис.3 показаны некоторые из них с Ш-образными и тороидальным сердечником. Тороидальные сердечники обеспечивают большую компактность устройства.
 

Автотрансформатор

Обмотки этого устройства являются одной цепью и их взаимодействие между собой обеспечивается как электромагнитной, так и гальванической связью. Они позволяют на разных выводах от группы витков получать различные выходные напряжения. Примеры трансформаторов можно посмотреть на Рис.4.
 
Экономия провода на обмотке и на количестве материала сердечника позволяет уменьшить стоимость и вес устройства. Наличие же гальванической связи между обмотками является его недостатком.
Автотрансформаторы применяются в системах автоматики, широко применяются в высоковольтных сетях. Большое распространение получили трёхфазные автотрансформаторы.
Силовые автотрансформаторы применяются в системах пуска мощных электродвигателей и имеют собственную мощность сотни мегаватт.
Одной из разновидностей автотрансформатора является лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), который позволяет произвольно менять выходное напряжение в рамках диапазона регулирования. Контактный движок с угольной щёткой может перемещаться от витка к витку обмотки на тороидальном сердечнике посредством поворотной ручки, что и обеспечивает плавное изменение выходного напряжения.
Наиболее часто применяемые ЛАТР – однофазные с диапазоном напряжения на выходе 0-250 вольт и трёхфазные 0-450 вольт.

 

 

Сварочный трансформатор

Эти устройства предназначены для получения выходного тока большой силы с соответственным понижением выходного напряжения. Устройство такого трансформатора можно посмотреть на Рис.5
 


Измерительный трансформатор или трансформатор тока

Первичная обмотка такого устройства чаще всего имеет один виток либо прямой провод, пропущенный через сердечник и последовательно включённый в цепь измеряемого переменного тока. Вторичных обмоток может быть несколько. К ним подключаются измерительные приборы и устройства защиты. Измерительные приборы и устройства защиты должны иметь малое внутреннее сопротивление. Ток во вторичных обмотках пропорционален току первичной обмотки с коэффициентами трансформации К.
 
Для трансформаторов тока К должен быть значительно больше единицы.
Измерительные трансформаторы гальванически развязывают рабочую и измерительные цепи, что делает работу в измерительных цепях безопасной. Требование включения нагрузки в измерительные цепи обязательно, иначе трансформатор может выйти из строя.
Такие трансформаторы широко применяются в схемах релейной защиты.

Импульсные трансформаторы


Эти устройства широко используют в схемах балласта энергосберегающих ламп, в зарядных устройствах, в блоках питания аппаратуры, в сварочных аппаратах и инверторах, в других маломощных или силовых преобразователях электроэнергии. Они выполняются на ферритовых сердечниках, что позволяет работать с высокими частотами.

Существуют импульсные трансформаторы тока, которые применяются в импульсных схемах для измерения величины и/или направления тока.
На Рис.6 показаны различные импульсные трансформаторы.
 

 

Конструкция деталей трансформатора | Linquip

Конструкция трансформатора и его основных частей описывает способ преобразования или, скажем, передачи электроэнергии из одной цепи в другую. Мы определим систему, а затем представим основные части и конструкцию трансформатора здесь, в Linquip.

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это электрическое устройство, состоящее из двух или более проволочных катушек, используемых в смещающемся магнитном поле для передачи электрической энергии.Другими словами, это электрическая система для преобразования переменного тока низкого напряжения в переменный ток высокого напряжения или наоборот. Обычно преобразование энергии происходит при переходе напряжения и тока. Напряжение переменного тока повышается или понижается трансформаторами.

Он действует по «принципу взаимной индукции», то есть наведенная ЭДС создается в другой катушке, когда изменяющийся ток передается в одну из двух индуктивно связанных катушек.

Конструкция деталей трансформатора

Трансформатор состоит из нескольких отдельных компонентов, которые повышают общую функциональность трансформатора.Давайте изучим каждую часть конструкции трансформатора по очереди.

Что такое конструкция трансформатора?

Конструкция трансформатора — железный сердечник, ламинированный стальными лентами. Пластины сердечника состоят из изолированных металлических тонких металлических полос. Эти пластинки разделяются и наматываются на конечность с помощью листа пальто или пергамента. Обмотка бывает двух типов: основная и вторичная. Эти обмотки изолированы друг от друга и образованы электрической катушкой.Основная особенность сердечника состоит в том, чтобы облегчить намотку магнитного потока и обеспечить направление с низким сопротивлением при полезном потоке.
Конструкция деталей трансформатора выглядит следующим образом:

  1. Магнитная цепь
  2. Электрическая цепь
  3. Тип сердечника
  4. Конструкция кожуха
  5. Диэлектрическая цепь
  6. Консерватор
  7. Сапун
  8. Взрывоотводчик
  9. Радиатор
  10. Втулка
  11. Обмотки
  12. Резервуар для зимнего сада

Подробнее о Linquip

Типы трансформаторов: статья о различиях конструкции и конструкции трансформаторов

Магнитная цепь

Магнитная цепь трансформатора состоит из сердечника и ярма.Направление потока магнитного потока задается схемой. Ламинированный стальной сердечник и две катушки образуют трансформатор. Обе катушки экранированы друг от друга, а также от сердечника. Сердечник трансформатора изготовлен из стального листа или пластин кремнистой стали, собранных для обеспечения непрерывного магнитного пути. Кремнистая сталь имеет минимальные гистерезисные потери при нормальной плотности потока. Вертикальное положение, в котором намотана катушка, называется лимбом, а ярмо — горизонтальным положением.

Электрическая схема

Электрическая цепь трансформатора состоит из основной и вторичной медных обмоток. Проводники прямоугольного сечения обычно используются для обмоток низкого напряжения, а также для обмоток высокого напряжения больших трансформаторов. Проводники круглого сечения используются для обмотки высокого напряжения в небольшом трансформаторе. В зависимости от основной конструкции и того, как основная и вторичная обмотки установлены вокруг нее, трансформатор называют типом сердечника и типом оболочки.

В конструкции трансформатора сердечник трансформатора обычно изготавливается из материала с высокой проницаемостью, такого как листы кремнистой стали. В зависимости от конфигурации основной и вторичной обмоток сердечник трансформатора может быть сформирован двумя способами. Вот эти два подхода:

  1. Конструкция сердечника
  2. Конструкция корпуса

Конструкция сердечника

В базовой конструкции сердечника трансформатора прямоугольная пластина рамы формируется для формирования сердечника трансформатора. трансформатор.Пластины нарезаются в виде Г-образных полос. Чтобы предотвратить высокое сопротивление стыкам, в которых ламинаты прикручены друг к другу, альтернативные слои располагаются соответствующим образом для удаления непрерывных стыков. Основная и вторичная обмотки чередуются для уменьшения утечки. Половина обмотки намотана вокруг каждого плеча сердечника в этом типе и заключена так, что не может быть потерь магнитного потока, а утечки потока могут быть уменьшены. Эта форма структуры кажется очень полезной для распространения потока, поскольку обмотки покрывают каждую конечность, и, таким образом, поток циркулирует по всему сердцу.

Конструкция кожухового типа

Следующей частью конструкции трансформатора являются отдельные пластинки трансформатора кожухового типа, нарезанные в форме длинных полос E и I. Он имеет две магнитные цепи, а его сердце состоит из трех конечностей. Центральная конечность несет весь поток, а боковые — половину потока. Диаметр середины также вдвое больше диаметра наружных конечностей. Обмотки перемещаются по внутренней части главного кольца в структуре сердечника в виде оболочки, так что сердечник образует оболочку вне обмоток.Поскольку все обмотки намотаны вокруг одного и того же среднего плеча, такое расположение также исключает утечки потока.

Диэлектрическая цепь

Диэлектрическая цепь состоит из изоляции, которая используется для изоляции ведущих компонентов в различных местах трансформатора. Центр ламинирован для уменьшения потерь на вихревые токи. Пластины изолированы друг от друга легким покрытием лака или оксидным слоем. Толщина пластин составляет от 0,35 мм до 0,5 мм при частоте 50 Гц.

Это еще не конец! В конструкции трансформатора вы также можете найти контейнер для сборки обмотки и сердечника, называемый «баком», вводы для клемм, маслорасширитель для подачи масла для охлаждения в бак трансформатора и т. Д.

Консерватор

Цилиндрический бак наверху или на крыше основного бака трансформатора используется для консерванта. Предусмотрена широкая крышка, которую можно время от времени открывать для надлежащего обслуживания и очистки трансформатора.Он служит буфером для изоляционного масляного трансформатора. Когда трансформатор полностью заряжен и температура трансформатора высока, количество воздуха внутри трансформатора увеличивается. Если уровень масла повышается и понижается одновременно, зимний сад обеспечивает достаточно места для этого повышенного уровня масла внутри трансформатора.

Сапун

Ветер работает как сердце в конструкции трансформатора. При повышении температуры трансформатора изоляционное масло в трансформаторе нагревается.Когда масло нагревается и растекается, трансформатор вдыхает воздух, масло охлаждается и уровень масла снижается. Уровень масла в камере повышается и понижается по мере того, как сапун нагнетает воздух внутрь и наружу для охлаждения масла. Этот воздух несет влагу, которая загрязняет масло и, таким образом, ухудшает консистенцию масла. Сапун заполнен силикагелем для удаления этой влаги. Основное назначение силикагеля — изолировать влагу от масла, сохраняя при этом консистенцию изоляционного масла.Цвет силикагеля становится розовым, поскольку он впитывает влагу из масла.

Взрывоотводчик

Очень важно, чтобы конструкция трансформатора была безопасной и не допускала повреждений; следовательно, имеется взрывное отверстие, тонкая алюминиевая труба, которая монтируется на обоих концах трансформатора. Поскольку температура в трансформаторе быстро растет и создается избыточное давление, взрывной клапан помогает сбросить давление.

Радиатор

Охлаждение масла в трансформаторе является ключевой особенностью радиатора.Радиатор представляет собой съемную трубку, верхняя и нижняя части которой прикреплены к баку трансформатора с помощью клапана. Когда промывка и ремонт трансформатора закончены, клапан удерживает масло от стекания при снятии радиатора с трансформатора. Трансформаторное масло горячее и движется вверх в основном баке, пока трансформатор находится в рабочем состоянии, и достигает радиатора через верхний клапан. Там он охлаждается, и масло снова попадает в бак трансформатора из нижнего клапана излучающего блока, и этот механизм продолжает работать.

Вводы

Втулки — это изоляционная система в конструкции трансформатора, которая позволяет электрическому проводнику безопасно передавать через него электрическую энергию. Когда через него проходит значительный объем электрической энергии, он обеспечивает мощность электрического поля, чтобы выдержать изоляцию проводников. В небольших трансформаторах используется цельный фарфоровый ввод, а в больших трансформаторах — масляный конденсаторный ввод. Самая частая причина выхода из строя ввода, приводящего к повреждению трансформатора, — это вход влаги.Коэффициент мощности ввода по-прежнему будет в стабильном состоянии, поэтому, если заметна разница коэффициентов мощности, изоляция ухудшится. Это определят меры, известные как приемочные или стандартные испытания и испытания коэффициента мощности Doble.

Обмотки

Расположение обмоток также является важным фактором при конструкции трансформатора. Обмотки трансформатора состоят из проводящего материала, позволяющего нарастать магнитному потоку, а затем ток может передаваться от одной обмотки к другой.Чтобы увеличить магнитный поток, эти обмотки намотаны на две разные железные ветви, поскольку железо является важным проводником и демонстрирует отличные магнитные свойства. Эти катушки часто изолированы друг от друга. Поскольку обе эти катушки намотаны на двух разных ветвях, утечки потока часто возникают из-за расстояния между ними, уменьшая плотность магнитного потока и приводя к уменьшению магнитной связи между двумя обмотками катушки.

Резервуар-оранжерея

Поскольку часто бывает важно, чтобы какой-то контейнер содержал сердечник и обмотки трансформатора, чтобы плотно изолировать их, резервуар используется для сохранения ламинирующей жидкости, уменьшения ее окисления и поддержания уровня масла.Этот резервуар также включает в себя несколько других важных устройств, таких как набор надежных датчиков и реле, считывающее газ, которое служит датчиком газа и выдает предупреждение, если обнаруживается присутствие некоторого нежелательного газа, а внешняя цепь автоматически защищается путем отключения трансформатор.

Заключение

Вот и все, что касается конструкции трансформатора. В этом посте мы пролили свет на определение трансформатора, его частей и того, как он устроен.Если вы заинтересованы в получении дополнительной информации о конструкции трансформатора, зарегистрируйтесь в Linquip и сообщите нам об этом в разделе комментариев. Пожалуйста, поделитесь этим постом с другими друзьями.

Что нужно знать о силовых трансформаторах

Трансформатор как электрическое оборудование используется в различных коммерческих и промышленных секторах для передачи энергии между двумя или более цепями с помощью электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из первичной обмотки и вторичной обмотки с переменными магнитными полями, которые дополнительно индуцируют изменяющуюся электродвижущую силу или напряжение.Таким образом, трансформаторы имеют стратегическую конструкцию, позволяющую переключать один уровень напряжения на другой в электрических сетях в зависимости от области применения. Существуют разные типы трансформаторов, и в этом блоге конкретно говорится о силовых трансформаторах.

Что такое силовой трансформатор?

Каждая электрическая система состоит из цепи питания, которая дополнительно состоит из электромагнитных компонентов. Силовые трансформаторы — это электромагнитные компоненты силовой цепи, которые передают или отклоняют электрическую энергию между двумя или более цепями с помощью метода электромагнитной индукции.Этот конкретный тип трансформатора используется там, где требуется большое количество электроэнергии или напряжения. Силовой трансформатор также используется в ситуациях, когда требуется низкая мощность.

Каковы основные области применения силовых трансформаторов?

Силовые трансформаторы широко используются в нескольких секторах, таких как электростанции, трансформаторные подстанции, вспомогательные установки, промышленные предприятия, реакторы и т. Д. Он играет важную роль, когда дело доходит до изменения и регулирования удельной мощности до уровня напряжения, подходящего для данного приложения.

Еще одно важное приложение, которым управляют силовые трансформаторы, — это повышение напряжения электричества, прежде чем оно будет передано на большие расстояния по проводам. Способность силовых трансформаторов увеличивать напряжение электроэнергии в конечном итоге приводит к экономичной передаче электроэнергии на большие расстояния по проводам. Этот процесс значительно снижает вероятность потери мощности из-за малых токов.

Следовательно, силовые трансформаторы используются во всех электрических операциях, где принимаемое напряжение конкретного оборудования может быть уменьшено или увеличено в соответствии с желаемым применением.

Какие типы силовых трансформаторов доступны на рынке?

Силовые трансформаторы различных типов, производимые для различных областей применения, включают повышающие и понижающие трансформаторы, трансформаторы высокого напряжения, трансформаторы тока, изолирующие трансформаторы, сухие трансформаторы, маслонаполненные трансформаторы, трансформаторы низкого напряжения, взрывобезопасные трансформаторы и т. Д.

Что нужно знать о силовых трансформаторах. Последнее изменение: 19 марта 2018 г., автор: gt stepp

О gt stepp

GT Stepp — инженер-электрик с более чем 20-летним опытом работы, опытный в исследованиях, оценке, тестировании и поддержке различных технологии.Посвящен успеху; с сильными аналитическими, организационными и техническими навыками. В настоящее время работает менеджером по продажам и операциям в Custom Coils, разрабатывая стратегии продаж и маркетинга, которые увеличивают продажи, чтобы сделать Custom Coils более узнаваемыми и уважаемыми на рынке.

Трансформаторы

— обзор | Темы ScienceDirect

5.4 Примеры проблем

Описанная выше формулировка методом конечных элементов была включена в программу полевого анализа MSC / EMAS.Эта программа имеет общие возможности статического, переходного, синусоидального, собственных значений и нелинейного анализа, включая все аспекты поведения поля. Программа использует обычные конечные элементы на основе узлов в различных формах, включая 3D, 2D, 1D, нульмерные, осесимметричные и схемные элементы. Материалы могут быть линейными, нелинейными (магнетизм) или анизотропными и сложными (синусоидальный анализ и анализ собственных значений).

Несколько примеров задач включены, чтобы проиллюстрировать методы моделирования схем.Первый пример, понижающий стабилизатор напряжения, представляет собой строго схемную модель (без анализа поля), которая иллюстрирует использование пассивных компонентов схемы, нелинейных возбуждений и передаточных функций. Второй пример, схема, управляющая проволочной петлей, представляет собой трехмерный пример, включающий проводящий лист (двумерные проводящие элементы), внедренный в трехмерное пространство, управляемый извне цепью RL. В примере с многослойным трансформатором моделируется нагрузочный резистор во вторичной обмотке трансформатора, работающий как в линейных, так и в нелинейных условиях.Наконец, модель осесимметричного трансформатора явно включает первичные и вторичные проводники и сравнивает результаты с T-эквивалентной моделью, основанной на статических результатах.

Модель цепи понижающего регулятора напряжения

Этот первый пример представляет только модель схемы; модель месторождения конечных элементов не прилагается. Понижающий стабилизатор напряжения на рисунке 5.4.1 состоит из силового транзистора BJT, диода, катушки индуктивности, конденсатора и резистора. Понижающий стабилизатор напряжения используется для понижения постоянного источника 12 В до более низкого, почти постоянного напряжения на нагрузочном резисторе RL.Источник 12 В Vc включается и выключается с помощью транзистора. Рабочий цикл транзистора (управляемый внешней схемой управления) определяет возможное выходное напряжение. Выходящая из транзистора пилообразная волна выпрямляется диодом D, а затем сглаживается LC-фильтром нижних частот. На RL появляется почти постоянное напряжение.

Рисунок 5.4.1. Схема понижающего регулятора

Все особенности схемы, включая нелинейное действие транзистора и диода, могут быть смоделированы с использованием дополнительных функций, описанных выше (см.рис.5.4.2).

Рисунок 5.4.2. Модель MSC / EMAS для понижающего регулятора

Источник напряжения / действие транзистора — Чистый эффект источника напряжения и действия транзистора представляет собой прямоугольный сигнал на 12 В с рабочим циклом 0,4167. Это моделируется зависящим от времени источником идеального тока (естественное возбуждение), подключенным параллельно резистору 1 Ом. Временная диаграмма прямоугольной волны возбуждения вводится в табличной форме.

Диодное действие — Нелинейная нагрузка (NOLIN) используется для подачи тока на узел 2, который является функцией напряжения в узле 1.Для напряжений V1, превышающих 0,17 вольт, к узлу 2 подается ток в 1200 ампер. Для напряжений меньше 0,17 вольт приложенный ток составляет -75 ампер. Передаточная функция используется для преобразования значения ψ в узле 2 в производную по времени от ψ в узле 3.

Пассивные элементы схемы — Пассивные элементы схемы моделируются как элементы RES, IND и CAP с соответствующими значениями.

Поведение этой схемы нелинейно, поэтому соответствующая временная история получается с использованием алгоритма Ньюмарка-Бета (неявное интегрирование по времени).В этом случае алгоритм решил 125 полных циклов схемы (5 мс), чтобы получить установившийся отклик. Вывод запрашивался с интервалом в одну микросекунду.

На рисунке 5.4.3 показано выходное напряжение, возникающее на нагрузочном резисторе RL, а на рисунке 5.4.4 показано напряжение, возникающее на диоде. Среднее выходное напряжение 4,37 В хорошо сравнимо с выходным сигналом, вычисленным с помощью программы анализа цепей SPICE (4,46 В, ошибка 2,2%). Пиковая пульсация в 21 мВ также хорошо согласуется с результатами SPICE, равными 20.5 мВ (погрешность 2,4%). Схема управления проволочной петлей

Рисунок 5.4.3. Расчетное выходное напряжение понижающего регулятора.

Рисунок 5.4.4. Расчетное напряжение диода в цепи понижающего регулятора.

Маленькая модель петли с четвертью симметрии, приводимая в действие схемой возбуждения RL в установившемся режиме, показана на рис. 5. Трехмерные кирпичные элементы используются для представления свободного пространства, а двумерные четырехугольные элементы, встроенные в трехмерное пространство, представляют проводящий контур (проводимость = медь ε = ν = 0).Ограничения накладываются на A на границе, чтобы сделать нормальную составляющую B равной нулю.

Внешняя схема возбуждения состоит из источника идеального синусоидального тока, подключенного параллельно резистору 5 Ом. Перед входом в модель поля конечных элементов ток проходит через индуктивность 1 мкГенри, а затем еще через резистор 5 Ом. Потенциал ψ на передней и задней плоскости контура ограничивается одним и тем же значением с помощью MFC. ψ (а также dψ / dt) также ограничено нулем на одном конце контура, чтобы сформировать соединение с землей.

Рисунок 5.4.5. Модель цепи, управляющей токопроводящей петлей.

В таблице 5.4.1 показаны частота возбуждения и связанный ток контура, полученные с помощью метода конечных элементов, в сравнении с приблизительными результатами, полученными с помощью теории простых цепей. Отдельный магнитостатический анализ петли (с использованием модели FE) показывает, что она имеет индуктивность приблизительно 1 мкГенри для этой модели с четвертью симметрии. Сопротивление контура составляет 2 Ом, поэтому полное сопротивление цепи, включая схему возбуждения, равно 12 + i 2πf (2 × 10 −6 ).Принимая во внимание приблизительные параметры схемы, используемые в теории простых схем, согласие с результатами конечных элементов считается хорошим. На рисунках 5.4.6a и 5.4.6b показан ток, протекающий в петле, и результирующие магнитные поля, окружающие петлю.

Таблица 5.4.1. Ток контура (миллиампер) на различных частотах

Частота (Гц) Результаты FE (миллиампер) Теория цепи (миллиампер)
60 83.33 — i 0,005 83,33 — i 0,001
60 × 10 3 82,93 — i 5,13 83,00 — i 5,21
600 × 10 3 59,36 59,74 — i 37,5

Рисунок 5.4.6.a. Стрелочные графики рассчитанных полей в проволочной петле а) Плотность тока Дж

Рисунок 5.4.6.b. Стрелочные графики рассчитанных полей в проволочной петле б) Плотность магнитного потока B

Многослойный трансформатор с вторичным резистором: линейный режим

Рисунок 5.4.7 показан один квадрант трансформатора, первичная обмотка которого запитана током 60 Гц, а вторичная обмотка подключена к нагрузочному резистору. На рис. 5.4.7 также показана модель конечных элементов одной четверти трансформатора, содержащая однооборотную первичную и вторичную обмотки, смоделированную с использованием проводящих элементов 1D. Сопротивление вторичной обмотки моделируется элементом цепи RES 0,086 Ом. Сталь моделируется трехмерными конечными элементами с проницаемостью 2000 и нулевой проводимостью (многослойная сталь).

Рисунок 5.4.7. Трансформатор с сопротивлением вторичной нагрузки, включая конечно-элементную модель.

Рисунок 5.4.8. Формы сигналов в насыщенном трансформаторе, a) B в насыщенной стали, б) I во вторичной обмотке. Осесимметричный трансформатор

Возбуждение на первичной обмотке составляет 1 ампер. Расчеты методом конечных элементов показывают, что магнитное поле в стали составляет 7,9 · 10 902 · 10 −4 Тл, а вторичный ток составляет 0,7 А при -45 градусов.

Результаты конечных элементов можно проверить следующим образом.Закон Ампера, примененный к замкнутому стальному пути, дает:

(5.4.1) | B | = μI1

, где I — сумма первичного и вторичного токов:

(5.4.2) I = (1− 0,5 + i0,5) = 0,707 при 45 градусах

Длина 1 составляет примерно 2,25 м, поэтому | B | = 7,9 × 10 −4 тесла, что хорошо согласуется с результатами конечных элементов.

Вторичный ток можно проверить с помощью Т-эквивалентной схемы трансформатора. Индуктивность намагничивания рассчитывается по формуле | B | = 1.14 × 10 902 · 10 −3 Тесла из анализа с нулевым вторичным током. Таким образом, потокосцепление:

(5.4.3) λ = N | B | (площадь) = I × (1,14 × 10−3) × (0,2 м × 1 м) = 0,228 × 10−3 Webers

Определение L = λ / I дает намагничивающую индуктивность 0,228 м Генри. Таким образом, при 60 Гц намагничивающее реактивное сопротивление составляет 0,086 Ом, и, игнорируя реактивное сопротивление утечки, вторичный ток должен быть 0,707 А при -45 градусов. Таким образом, вторичный ток, вычисленный в модели конечных элементов, проверяется, включая эффекты реактивного сопротивления утечки.

Многослойный трансформатор с вторичным резистором: режим насыщения

Трансформатор из предыдущей секции возбуждается намного более высоким током, пиковым значением 10 000 А. Теперь сталь хорошо переходит в нелинейный режим, поэтому для прогнозирования поведения необходимо использовать алгоритм нелинейных переходных процессов Ньюмарка-Бета. Использовалась нелинейная кривая B ( H ) для стали SAE 1010. Этот материал становится нелинейным в магнитном поле приблизительно 1,5 Тесла.

Результаты расчетов методом конечных элементов показаны на рис.8а и 8б. Как и ожидалось, магнитное поле ограничивается величиной более 1,5 Тесла, поэтому результирующий вторичный ток имеет высокий пик всякий раз, когда ∂ | B | / ∂t большое. Эти результаты кажутся правдоподобными, но количественной проверки не проводилось.

Осесимметричный трансформатор

На рисунке 5.4.9a показан простой осесимметричный трансформатор. Он состоит из внутреннего сердечника из мягкого феррита, на который намотан одновитковый вторичный медный провод. Наружная оболочка из мягкого феррита содержит одновитковую первичную обмотку.Внутренний ферритовый сердечник и внешняя ферритовая оболочка разделены радиальным воздушным зазором 1 мм.

Рисунок 5.4.9. Осесимметричный трансформатор, а) Размеры в см, б) Т-образная модель трансформатора с первичным и вторичным сопротивлениями.

Рисунок 5.4.9b представляет собой схематическое описание схемы трансформатора. Первичная обмотка возбуждается источником напряжения амплитудой V1 и частотой f, включенным последовательно с резистором R1 = 2 Ом. К вторичной обмотке подключен резистор R2 = 200 Ом.Напряжение на R2 следует определять в диапазоне частот приблизительно от 1 кГц до 100 МГц.

В проведенном здесь анализе предполагается, что феррит имеет постоянную относительную проницаемость 60. Предполагается, что феррит имеет нулевую проводимость. Предполагается, что проводимость первичной и вторичной обмоток равна проводимости меди (5 × 107 Сименс / м), и это единственная проводимость, отличная от нуля в этой модели. В реальных трансформаторах ферритовые или стальные сердечники могут иметь значительные вихревые токи из-за конечной проводимости.Реальные трансформаторы также могут иметь намного больше первичных и вторичных обмоток, чем анализируемый здесь простой трансформатор.

Статический анализ

Приблизительный анализ трансформатора предполагает отсутствие токов, кроме первичной и вторичной обмоток, и вычисляет индуктивности эквивалентной Т-цепи. Требуемые индуктивности — это индуктивность намагничивания и индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток.

Таблица 5.4.2. Отношение выходного напряжения к входному при различных частотах

1 94 9022 9022 1 902 02
Частота (Гц) T — Контур FE
1 × 10 3 0.0020 0,0020
1 × 10 4 0,0200 0,0200
1 × 10 5 0,194 0,194
0,194
0,750
1 × 10 7 0,807 0,807
1 × 10 9 0,664 0,664
под напряжением только первичный.В этом линейном (постоянная магнитная проницаемость) случае индуктивность определяется как

(5.4.4), L = 2WI2

, где W — накопленная магнитная энергия, вычисленная с использованием статического анализа, а I — это входной ток. Индуктивность, наблюдаемая для этого случая отсутствия вторичного тока, равна намагничивающей индуктивности L mag плюс индуктивность рассеяния первичной обмотки L Leak1 . Статический анализ дает:

(5.4.5) Lmag + Lleak1 = 0,782 мкГенри

Индуктивность рассеяния может быть вычислена с помощью другого магнитостатического анализа, в котором вторичная обмотка находится под напряжением, равной первичной и противоположной ей.Это не дает ни тока, ни энергии в индуктивности намагничивания, а все токи и энергии в индуктивностях рассеяния. Полная индуктивность рассеяния может быть рассчитана по формуле. (14.16), но этот общий результат не указывает, как разделить утечку между первичной и вторичной обмотками. Чтобы правильно распределить эти две индуктивности рассеяния, используется следующая формула:

(5.4.6) Lleaki = λiI = AidliI

, где A i — векторный потенциал обмотки i, определяющий ее потокосцепление λ i .Здесь магнитостатический результат дает

(5.4.7) Lleak1 = 0,145 мкГенри,

и

(5.4.8) Lleak2 = 0,105 мкГенри

Схема трансформатора с Т-эквивалентом на рис. 9b была проанализирована как чистая схема. определить отношение V2 к V1 как функцию частоты. Результаты показаны в столбце Т-цепи таблицы 2. В таблице показаны низкие выходные напряжения на низких частотах из-за тока, проходящего через намагничивающую индуктивность. На высоких частотах выходное напряжение выше.Модель Т-эквивалентной схемы, вероятно, пригодна в довольно большом диапазоне частот для анализируемого здесь простого трансформатора. Вихревые токи и множество первичных и вторичных обмоток исключают простую эквивалентную схему для многих реалистичных конструкций трансформаторов.

Анализ методом конечных элементов

Модель конечных элементов была изменена путем присоединения резисторных элементов первичной и вторичной цепи. Результирующая осесимметричная конечно-элементная модель показана на рис. 5.4.10. Резисторы прикреплены к трем дополнительным точкам сетки, которые расположены вне плоскости xz осесимметричных конечных элементов.К точкам сетки также прикреплены одномерные линейные элементы, представляющие первичные и вторичные цепи. Дополнительные три СЕТКИ должны быть размещены на y = 2πr, где r — радиус вторичной или первичной обмотки.

Рисунок 5.4.10. Конечно-элементная модель осесимметричного трансформатора с резистором во вторичной обмотке.

Результаты, полученные с помощью связанной модели конечных элементов / схемы, перечислены в столбце FE таблицы 2. Обратите внимание, что согласие с результатами T-эквивалентной схемы отличное на всех частотах.

Функция трансформатора

— Трансформатор Бреймера-Рота

Трансформатор состоит из магнитной цепи, называемой сердечником, и имеет по крайней мере две обмотки с фиксированным числом витков, через которые протекают ток и напряжение. Обмотки, обращенные к электрическому напряжению (линейному напряжению), называются первичной стороной (первичной обмоткой), а сторона с потребителем и электрической нагрузкой называется вторичной стороной (вторичной обмоткой). Входящая мощность из тока и напряжения преобразуется в исходящую мощность из тока и напряжения.

Трансформатор состоит из двух или более катушек и общего железного сердечника. В однофазном трансформаторе часто используется только одна катушка, но при более высоких мощностях две катушки подключаются параллельно или последовательно. Трехфазный трансформатор состоит из трех катушек, каждая из которых соединена между собой согласно желаемой векторной группе. Обмотки трансформатора обычно изготавливаются из изолированного медного эмалированного провода и наматываются на железный сердечник либо на отдельном формирователе катушки, либо с распорными стержнями и изоляцией в соответствии с зазорами и путями утечки.Туда подключается переменное напряжение и создается переменное магнитное поле. Магнитный поток проходит через вторичную катушку с помощью железного сердечника. Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора выходное переменное напряжение (индуцированное напряжение) может быть получено с заданным переменным током. Соотношение намотки первичной и вторичной катушек определяет, будет ли напряжение на выходе меньше или больше входного. Если количество витков вторичной катушки больше, чем количество витков первичной катушки, выходное напряжение больше входного.Однако, если количество витков вторичной катушки меньше, то выходное напряжение меньше входного. Отношение числа витков N1 / N2 имеет решающее значение для изменения мощности или переменного напряжения и тока. Калибр провода, используемого в катушках, определяется силой тока.

Технология изготовления сердечника и качество используемого сердечника трансформатора (железный сердечник) влияют на магнитную цепь. Магнитная цепь трансформатора (магнитное поле) в идеале должна давать низкие потери на вихревые токи и иметь низкие потери на перемагничивание (гистерезисные потери).Другой аспект — это сопротивления в обмотке трансформатора. Потери в обмотке можно уменьшить только с помощью многослойных и упорядоченных обмоток на первичной обмотке и вторичной обмотке и лучшего металла обмотки. Напряжение регулируется количеством витков на катушке. Сила тока определяет диаметр металла обмотки.
Расчетная мощность трансформатора выражается в ВА или кВА (ВА — термин для обозначения вольтампера и представляет собой единицу измерения полной электрической мощности, кВА для киловольтампера).
За исключением серебра, медь имеет лучшую проводимость с γ = 56. Алюминий, с другой стороны, имеет только γ = 36. Таким образом, алюминий следует с зазором около 35 процентов. Таким образом, медь является лучшим металлом, а алюминий — лишь вторым лучшим из технически и экономически пригодных для использования проводников для электрической энергии. Все другие металлы нельзя рассматривать как проводники электричества, а сплавы обычно имеют значительно более низкую проводимость, чем чистые металлы. Серебро или золото вообще исключены из-за их высокой цены.

Идеального трансформатора не существует. Идеальный трансформатор работает без потерь и используется только в качестве модели для описания функции трансформаторов. В идеальном трансформаторе напряжение на обмотках пропорционально скорости изменения магнитного потока, а также количеству витков обмотки трансформатора из-за электромагнитной индукции. Это означает, что напряжение на обмотке пропорционально количеству витков трансформатора. Если машина (потребитель) подключена к вторичной обмотке, она потребляет энергию от трансформатора на вторичной стороне.Ток внутри трансформатора работает в соответствии с правилом Ленцшена. Следовательно, токи в обмотках противоположны. Первичный ток в трансформаторе течет вправо по отношению к сердечнику, вторичный ток — влево. В идеальном трансформаторе комбинация уравнений для преобразования напряжения показывает, что энергия, подаваемая на первичную сторону, равна энергии, отводимой на вторичной стороне. Это означает, что идеальный трансформатор теоретически не подвержен тепловым потерям.

Отличия от реального трансформатора можно определить следующим образом. У настоящего трансформатора есть сопротивления в обмотке, которые приводят к потерям энергии. Кроме того, в реальном трансформаторе всегда следует ожидать, что повторное намагничивание, а также вихревые токи также приводят к потерям энергии. Таким образом, возникают потери в меди (сопротивления в обмотке), гистерезисные потери (перемагничивание) и потери на вихревые токи (потери из-за вихревых токов). Кроме того, всегда возникает поток утечки (магнитный поток, текущий через первичную сторону, не течет пропорционально через вторичную сторону).Кроме того, проницаемость железного сердечника зависит от силы магнитного потока (плотности магнитного потока).

Трансформаторы различают по гальванической развязке. Разделительные трансформаторы не имеют соединения между входной и выходной сторонами. Эти две обмотки отделены друг от друга. В случае автотрансформаторов вторичная сторона отводит свое напряжение на часть первичной обмотки, поскольку нет отдельной независимой вторичной обмотки, поэтому здесь нет гальванической развязки.Преимуществом автотрансформаторов является их меньший размер по сравнению с изолирующими трансформаторами. Использование автотрансформаторов возможно только в ограниченной степени и должно проверяться в каждом отдельном случае.

Трансформатор может изменять напряжение и ток переменного тока между входом и выходом, но не может изменять частоту. Входящая частота всегда равна исходящей частоте. Трансформаторы также можно рассчитать на высокие частоты.

Трансформатор

— Энциклопедия Нового Света

Трехфазный понижающий трансформатор, установленный на опоре.

Трансформатор — это устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи к другой посредством магнитной связи, не требуя относительного движения между ее частями. Обычно он состоит из двух или более связанных обмоток и, в большинстве случаев, сердечника для концентрации магнитного потока.

Переменное напряжение, приложенное к одной обмотке, создает изменяющийся во времени магнитный поток в сердечнике, который индуцирует напряжение в других обмотках. Изменение относительного числа витков между первичной и вторичной обмотками определяет соотношение входного и выходного напряжений, таким образом, преобразует напряжение, повышая или понижая его между цепями.

Принцип трансформатора был продемонстрирован в 1831 году Фарадеем, хотя практические разработки не появлялись до 1880-х годов. [1] Менее чем за десять лет трансформатор сыграл важную роль во время «Войны токов», увидев, что системы переменного тока одержали победу над своими аналогами постоянного тока, и в этой позиции они остались доминирующими. С тех пор трансформатор сформировал отрасль электроснабжения, позволяя экономично передавать электроэнергию на большие расстояния.Вся электроэнергия в мире, за исключением небольшой, проходит через серию трансформаторов к тому времени, когда достигает потребителя.

Среди самых простых электрических машин трансформатор также является одним из самых эффективных, [2] с большими блоками, производительность которых превышает 99,75%. [3] Трансформаторы бывают разных размеров: от миниатюрного трансформатора связи, спрятанного внутри сценического микрофона, до огромных блоков с номинальной мощностью гига ВА, используемых для соединения частей национальных электрических сетей.Все они работают с одними и теми же основными принципами и имеют много общего в своих частях, хотя существуют различные конструкции трансформаторов, которые выполняют специализированные функции в доме и в промышленности.

История

Майкл Фарадей построил первый трансформатор в 1831 году, хотя использовал его только для демонстрации принципа электромагнитной индукции и не предвидел его практического использования. [1] Русский инженер Павел Яблочков в 1876 году изобрел систему освещения на основе набора индукционных катушек, в которой первичные обмотки были подключены к источнику переменного тока, а вторичные обмотки могли быть подключены к нескольким «электрическим свечам».В патенте утверждалось, что система может «обеспечивать раздельное питание нескольких осветительных приборов с разной силой света от одного источника электроэнергии». Очевидно, индукционная катушка в этой системе работала как трансформатор.

Люсьен Голар и Джон Диксон Гиббс, которые впервые представили устройство с открытым железным сердечником, названное «вторичным генератором», в Лондоне в 1882 г. [4] , а затем продали идею американской компании Westinghouse. Возможно, это был первый практический силовой трансформатор.Они также выставили изобретение в Турине в 1884 году, где оно было применено для системы электрического освещения.

Исторический трансформатор Стэнли.

Уильям Стэнли, инженер Westinghouse, построил первое коммерческое устройство в 1885 году после того, как Джордж Вестингауз купил патенты Голларда и Гиббса. Ядро было сделано из соединенных друг с другом железных пластин Е-образной формы. Эта конструкция была впервые использована в коммерческих целях в 1886 году. [1] Венгерские инженеры Зиперновски, Блати и Дери из компании Ganz в Будапеште создали эффективную модель с закрытым сердечником «ZBD» в 1885 году на основе конструкции Голара и Гиббса.В их заявке на патент впервые было использовано слово «трансформатор». [4] Русский инженер Михаил Доливо-Добровольский разработал первый трехфазный трансформатор в 1889 году. В 1891 году Никола Тесла изобрел катушку Тесла, двухканальный резонансный трансформатор с воздушным сердечником для генерации очень высоких напряжений на высокой частоте.

Преобразователи звуковой частоты (в то время называемые повторяющимися катушками) использовались первыми экспериментаторами при разработке телефона. В то время как новые технологии сделали трансформаторы в некоторых электронных устройствах устаревшими, трансформаторы все еще используются во многих электронных устройствах.Трансформаторы необходимы для передачи электроэнергии высокого напряжения, что делает передачу на большие расстояния экономически целесообразной. Это преимущество было основным фактором при выборе передачи энергии переменного тока в «Войне токов» в конце 1880-х годов. [1] Многие другие имеют патенты на трансформаторы.

Основные принципы

Муфта взаимно индуктивная

Идеальный понижающий трансформатор, показывающий магнитный поток в сердечнике

Принципы трансформатора иллюстрируются рассмотрением гипотетического идеального трансформатора, состоящего из двух обмоток с нулевым сопротивлением вокруг сердечника с незначительным сопротивлением. [5] Напряжение, приложенное к первичной обмотке, вызывает ток, который развивает магнитодвижущую силу (МДС) в сердечнике. Ток, необходимый для создания MMF, называется током намагничивания; в идеальном трансформаторе он считается незначительным. MMF управляет потоком вокруг магнитной цепи сердечника. [5]

На каждой обмотке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), эффект, известный как взаимная индуктивность. [6] Обмотки в идеальном трансформаторе не имеют сопротивления, поэтому ЭДС равны по величине измеренным напряжениям на клеммах.В соответствии с законом индукции Фарадея они пропорциональны скорости изменения потока:

vP = NPdΦPdt {\ displaystyle {v_ {P}} = {N_ {P}} {\ frac {d \ Phi _ {P}} {dt}}} и vS = NSdΦSdt {\ displaystyle {v_ {S} } = {N_ {S}} {\ frac {d \ Phi _ {S}} {dt}}}

где:

В идеальном трансформаторе весь поток, создаваемый первичной обмоткой, также связывает вторичную, [7] и, таким образом, ΦP = ΦS {\ displaystyle \ Phi _ {P} = \ Phi _ {S} \,}, откуда хорошо известное уравнение трансформатора:

vPvS = NPNS {\ displaystyle {\ frac {v_ {P}} {v_ {S}}} = {\ frac {N_ {P}} {N_ {S}}} \, \!}

отношение первичного напряжения к вторичному, следовательно, такое же, как отношение количества витков; [5] в качестве альтернативы, что вольты на виток одинаковы в обеих обмотках.

Под нагрузкой

Идеальный трансформатор как элемент схемы

Если сопротивление нагрузки подключено к вторичной обмотке, ток будет течь во вторичной цепи, созданной таким образом. Ток создает MMF по вторичной обмотке в противоположность первичной обмотке, таким образом подавляя магнитный поток в сердечнике. [7] Теперь уменьшенный магнитный поток уменьшает первичную ЭДС, заставляя ток в первичной цепи увеличиваться, чтобы точно компенсировать влияние вторичной MMF, и возвращая магнитный поток к его прежнему значению. [8] Таким образом, поток сердечника остается неизменным независимо от вторичного тока, при условии, что первичное напряжение поддерживается. [7] Таким образом, электрическая энергия, подаваемая в первичный контур, передается во вторичный контур.

Первичный и вторичный MMF отличаются только величиной пренебрежимо малого тока намагничивания и могут быть приравнены, так что: iPNP = iSNS {\ displaystyle {i_ {P}} {N_ {P}} = {i_ {S}} {N_ {S}} \!}, Из которого вытекает соотношение тока трансформатора:

iSiP = NPNS {\ displaystyle {\ frac {i_ {S}} {i_ {P}}} = {\ frac {N_ {P}} {N_ {S}}}}

С учетом напряжения и текущих соотношений, можно легко показать, что импеданс в одной цепи преобразуется квадратом , отношения витков, [7] вторичным импедансом ZS {\ displaystyle Z_ {S} \!}, таким образом проявляясь для первичного схема должна иметь значение ZS (NPNS) 2 {\ displaystyle Z_ {S} \! \ left (\! {\ tfrac {N_ {P}} {N_ {S}}} \! \ right) ^ {2} \! \!}.

Практические соображения

Утечка флюса

Утечка потока в двухобмоточном трансформаторе


Идеальная модель трансформатора предполагает, что весь поток, генерируемый первичной обмоткой, связывает все витки каждой обмотки, включая ее самого. На практике некоторый поток проходит по путям, выводящим его за пределы обмоток. Такой поток называется потоком рассеяния и проявляется как самоиндукция последовательно с взаимно соединенными обмотками трансформатора. [9] Утечка сама по себе не является прямым источником потери мощности, но приводит к ухудшению регулирования напряжения, в результате чего вторичное напряжение не может быть прямо пропорционально первичному, особенно при большой нагрузке. [9] Распределительные трансформаторы обычно имеют очень низкую индуктивность рассеяния.

Однако в некоторых приложениях утечка может быть желательным свойством, и длинные магнитные пути, воздушные зазоры или магнитные байпасные шунты могут быть намеренно введены в конструкцию трансформатора для ограничения подаваемого им тока короткого замыкания. Негерметичные трансформаторы могут использоваться для питания нагрузок с отрицательным сопротивлением, таких как электрические дуги, ртутные лампы и неоновые вывески; или для безопасного обращения с грузами, которые периодически замыкаются накоротко, например, с электродуговыми сварочными аппаратами.Воздушные зазоры также используются для предотвращения насыщения трансформатора, особенно трансформаторов звуковой частоты, в которые добавлен компонент постоянного тока.

Влияние частоты

Член с производной по времени в законе Фарадея означает, что поток в сердечнике является интегралом приложенного напряжения. Идеальный трансформатор, по крайней мере, гипотетически, работал бы при возбуждении постоянным током, при этом магнитный поток в сердечнике линейно увеличивался со временем. На практике магнитный поток очень быстро возрастет до точки, где произойдет магнитное насыщение сердечника, и трансформатор перестанет функционировать как таковой.Поэтому все применяемые трансформаторы должны работать в условиях переменного (или импульсного) тока.

Трансформатор универсальный уравнение ЭДС

Если магнитный поток в сердечнике синусоидальный, соотношение для любой из обмоток между ее среднеквадратичной ЭДС E и частотой питания f , числом витков N , площадью поперечного сечения сердечника a и пиковым магнитным потоком плотность B определяется универсальным уравнением ЭДС: [5]

E = 2πfNaB2 = 4.44fNaB {\ displaystyle E = {\ frac {2 \ pi fNaB} {\ sqrt {2}}} \! = 4.44fNaB}

ЭДС трансформатора при данной плотности магнитного потока увеличивается с частотой, эффект, предсказываемый универсальным уравнением ЭДС трансформатора. [5] Работая на более высоких частотах, трансформаторы могут быть физически более компактными, не достигая насыщения, и данный сердечник может передавать больше мощности. Однако эффективность снижается из-за того, что такие свойства, как потери в сердечнике и скин-эффект в проводнике, также увеличиваются с увеличением частоты.В самолетах и ​​военной технике традиционно используются источники питания 400 Гц, поскольку снижение эффективности более чем компенсируется уменьшением веса сердечника и обмотки.

Как правило, работа трансформатора с расчетным напряжением, но с более высокой частотой, чем предполагалось, приведет к уменьшению тока намагничивания. На частоте ниже проектного значения при приложенном номинальном напряжении ток намагничивания может возрасти до чрезмерного уровня. Эксплуатация трансформатора на частоте, отличной от его расчетной, может потребовать оценки напряжений, потерь и охлаждения, чтобы установить, является ли безопасная работа практичной.Например, трансформаторы могут нуждаться в оборудовании реле перенапряжения «вольт на герц» для защиты трансформатора от перенапряжения с частотой выше номинальной.

Энергетические потери

Идеальный трансформатор не будет иметь потерь энергии и, следовательно, будет иметь 100-процентный КПД. Несмотря на то, что трансформатор является одним из самых эффективных электрических машин, а экспериментальные модели с использованием сверхпроводящих обмоток достигают КПД 99,85%, [10] энергия рассеивается в обмотках, сердечнике и окружающих конструкциях.Более крупные трансформаторы, как правило, более эффективны, а трансформаторы, рассчитанные на распределение электроэнергии, обычно работают лучше, чем 95 процентов. [11] Небольшой трансформатор, такой как подключаемый «силовой блок», используемый для маломощных [[потребитель электроника]] может быть менее 85 процентов.

Потери в трансформаторе обусловлены несколькими причинами и могут различаться между потерями в обмотках, иногда называемыми потерями в меди , и потерями в магнитной цепи, иногда называемыми потерями в стали , Потери меняются в зависимости от тока нагрузки, и кроме того, могут быть выражены как потери «без нагрузки», «при полной нагрузке» или при промежуточной нагрузке.Сопротивление обмотки преобладает над потерями нагрузки, тогда как потери на гистерезис и вихревые токи составляют более 99 процентов потерь холостого хода.

Потери в трансформаторе возникают из-за:

Сопротивление обмотки
Ток, протекающий по обмоткам, вызывает резистивный нагрев проводников. На более высоких частотах скин-эффект и эффект близости создают дополнительное сопротивление обмотки и потери.
Вихревые токи
Ферромагнитные материалы также являются хорошими проводниками, и твердый сердечник, сделанный из такого материала, также представляет собой один короткозамкнутый виток по всей своей длине.Таким образом, индуцированные вихревые токи циркулируют внутри сердечника в плоскости, перпендикулярной потоку, и ответственны за резистивный нагрев материала сердечника.
Гистерезисные потери
Каждый раз, когда магнитное поле меняется на противоположное, небольшое количество энергии теряется на гистерезис внутри магнитного сердечника, причем величина зависит от конкретного материала сердечника.
Магнитострикция
Магнитный поток в сердечнике заставляет его физически расширяться и немного сжиматься под действием переменного магнитного поля, эффект, известный как магнитострикция.Это производит знакомый жужжащий звук и, в свою очередь, вызывает потери из-за нагрева от трения в чувствительных сердечниках.
Механические потери
Помимо магнитострикции, переменное магнитное поле вызывает колебания электромагнитных сил между первичной и вторичной обмотками. Они вызывают вибрацию в ближайших металлических конструкциях, усиливают гудение и потребляют небольшое количество энергии.
Случайные потери
Не все магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, перехватывается вторичной обмоткой.Часть потока рассеяния может индуцировать вихревые токи в соседних проводящих объектах, таких как опорная конструкция трансформатора, и преобразовываться в тепло.
Система охлаждения
Силовые трансформаторы большой мощности могут быть оснащены охлаждающими вентиляторами, масляными насосами или теплообменниками с водяным охлаждением, предназначенными для отвода тепла. Мощность, используемая для работы системы охлаждения, обычно считается частью потерь трансформатора.

Эквивалентная цепь

Физические ограничения практического трансформатора могут быть сведены воедино в виде модели эквивалентной схемы, построенной на идеальном трансформаторе без потерь. [12] Потери мощности в обмотках зависят от тока и легко представлены в виде последовательно соединенных сопротивлений R P и R S . Рассеивание магнитного потока приводит к падению части приложенного напряжения, не влияя на взаимную связь, и, таким образом, может быть смоделировано как самоиндуктивности X P и X S , соединенные последовательно с идеально связанной областью. Потери в стали вызваны в основном гистерезисом и эффектами вихревых токов в сердечнике и, как правило, пропорциональны квадрату потока сердечника для работы на данной частоте. [13] Поскольку магнитный поток в сердечнике пропорционален приложенному напряжению, потери в стали могут быть представлены сопротивлением R C параллельно с идеальным трансформатором.

Сердечник с конечной магнитной проницаемостью требует тока намагничивания I M для поддержания взаимного потока в сердечнике. Ток намагничивания находится в фазе с потоком; Эффекты насыщения делают отношения между ними нелинейными, но для простоты этот эффект имеет тенденцию игнорироваться в большинстве эквивалентов схем. [13] При синусоидальном питании поток сердечника отстает от наведенной ЭДС на 90 °, и этот эффект можно смоделировать как намагничивающее реактивное сопротивление X M , параллельное компоненту потерь в сердечнике. R C и X M иногда вместе называют ветвью намагничивания модели. Если вторичная обмотка разомкнута, ток, потребляемый ветвью намагничивания, представляет собой ток холостого хода трансформатора.{2} \! \!}.

Полученную модель иногда называют «точной эквивалентной схемой», хотя она сохраняет ряд приближений, таких как предположение о линейности. [12] Анализ можно упростить, переместив ветвь намагничивания влево от первичного импеданса, неявно предположив, что ток намагничивания низкий, а затем суммируя первичный и приведенный вторичный импедансы.

Типы и применение трансформаторов

Для определенных инженерных приложений было создано множество специализированных конструкций трансформаторов.Многочисленные области применения трансформаторов позволяют классифицировать их по многим параметрам:

  • По уровню мощности : от долей вольт-ампера (ВА) до более тысячи МВА;
  • По диапазону частот : мощность, аудио или радиочастота;
  • По классу напряжения : от нескольких вольт до сотен киловольт;
  • По типу охлаждения : с воздушным, масляным, вентиляторным или водяным охлаждением;
  • С помощью прикладной функции : например, источник питания, согласование импеданса или изоляция цепи;
  • По конечному назначению : распределитель, выпрямитель, дуговая печь, выход усилителя;
  • Соотношение витков обмотки : повышающее, понижающее, изолирующее (почти равное соотношение), переменное.

Строительство

Ядра

Трансформатор с ламинированным сердечником, показывающий край пластин в верхней части блока.
Стальные стержни
Трансформаторы

для использования на мощных или звуковых частотах обычно имеют сердечники из высокопроницаемой кремнистой стали. [14] За счет концентрации магнитного потока большая его часть связывает как первичную, так и вторичную обмотки, и ток намагничивания значительно снижается. Первые разработчики трансформаторов вскоре поняли, что сердечники, изготовленные из твердого железа, приводят к недопустимым потерям на вихревые токи, и их конструкции смягчали этот эффект с помощью сердечников, состоящих из пучков изолированных железных проводов. [4] Более поздние конструкции сконструировали сердечник путем наложения слоев тонких стальных пластин, принцип, который используется до сих пор. Каждая пластина изолирована от соседей слоем непроводящей краски. Уравнение универсального трансформатора указывает минимальную площадь поперечного сечения сердечника, чтобы избежать насыщения.

Эффект расслоения заключается в ограничении вихревых токов высокоэллиптическими путями, которые ограничивают небольшой поток, и, таким образом, уменьшают их величину. Более тонкие листы уменьшают потери, [14] , но их строительство более трудоемко и дорого. [15] Тонкие пластинки обычно используются в высокочастотных трансформаторах, при этом некоторые типы очень тонких стальных пластин могут работать на частотах до 10 кГц.

Конструкция сердечника E-I без обмоток

Одна общая конструкция многослойного сердечника состоит из чередующихся стопок стальных листов Е-образной формы, покрытых I-образными деталями, что и привело к названию «трансформатор E-I». [15] Срезанный сердечник или С-образный сердечник получают путем наматывания стальной полосы вокруг прямоугольной формы с последующим соединением слоев вместе.Затем его разрезают на две части, образуя две С-образные формы, и сердцевину собирают, связывая две С-половинки вместе стальной лентой. [15] Преимущество их в том, что поток всегда направлен параллельно металлическим зернам, что снижает сопротивление.

Остаточная намагниченность стального сердечника означает, что он сохраняет статическое магнитное поле при отключении питания. Когда затем снова подается питание, остаточное поле вызовет высокий пусковой ток до тех пор, пока эффект остаточного магнетизма не уменьшится, обычно после нескольких циклов приложенного переменного тока.Устройства защиты от сверхтоков, такие как предохранители, должны быть выбраны так, чтобы обеспечить прохождение этого безвредного броска тока. На трансформаторах, подключенных к длинным воздушным линиям электропередачи, индуцированные токи из-за геомагнитных возмущений во время солнечных бурь могут вызвать насыщение сердечника и ложное срабатывание устройств защиты трансформатора.

Распределительные трансформаторы могут обеспечить низкие потери без нагрузки за счет использования сердечников, сделанных из кремнистой стали с низкими потерями, высокой проницаемости и аморфной (некристаллической) стали, так называемого «металлического стекла».«Высокая начальная стоимость материала сердечника компенсируется в течение срока службы трансформатора более низкими потерями при малой нагрузке.

Твердые сердечники

Сердечники из порошкового железа используются в схемах (например, импульсных источниках питания), работающих на частотах выше сетевых и до нескольких десятков килогерц. Эти материалы сочетают в себе высокую магнитную проницаемость с высоким удельным объемным электрическим сопротивлением. Для частот, выходящих за пределы диапазона VHF, распространены сердечники, изготовленные из непроводящих магнитных керамических материалов, называемых ферритами. [15] Некоторые радиочастотные трансформаторы также имеют подвижные сердечники (иногда называемые «пробками»), которые позволяют регулировать коэффициент связи (и полосу пропускания) настроенных радиочастотных цепей.

Сердечники воздушные

В высокочастотных трансформаторах также могут использоваться воздушные сердечники. Это устраняет потери из-за гистерезиса в материале сердечника. Такие трансформаторы поддерживают высокую эффективность связи (низкие потери поля рассеяния) за счет перекрытия первичной и вторичной обмоток.

Сердечники тороидальные
Различные трансформаторы.Верхний правый тороидальный. Внизу справа — источник питания от настенных бородавок на 12 В переменного тока.

Тороидальные трансформаторы построены вокруг кольцевого сердечника, который изготовлен из длинной полосы кремнистой стали или пермаллоя, намотанной в катушку, из порошкового железа или феррита, в зависимости от рабочей частоты. Ленточная конструкция обеспечивает оптимальное выравнивание границ зерен, повышая эффективность трансформатора за счет уменьшения сопротивления сердечника. Форма замкнутого кольца устраняет воздушные зазоры, присущие конструкции сердечника E-I.Поперечное сечение кольца обычно квадратное или прямоугольное, но доступны и более дорогие сердечники с круглым поперечным сечением. Первичная и вторичная обмотки часто наматываются концентрически, чтобы покрыть всю поверхность сердечника. Это сводит к минимуму необходимую длину провода, а также обеспечивает экранирование, чтобы минимизировать магнитное поле сердечника от создания электромагнитных помех.

Ферритовые тороидальные сердечники используются на более высоких частотах, обычно от нескольких десятков килогерц до мегагерц, для уменьшения потерь, физических размеров и веса импульсных источников питания.

Тороидальные трансформаторы более эффективны, чем более дешевые ламинированные E-I типы аналогичного уровня мощности. Другие преимущества по сравнению с типами EI включают меньший размер (около половины), меньший вес (около половины), меньший механический гул (что делает их лучше в усилителях звука), более низкое внешнее магнитное поле (около одной десятой), низкие потери без нагрузки. (что делает их более эффективными в резервных цепях), монтаж на одном болте и больший выбор форм. Этот последний пункт означает, что для заданной выходной мощности может быть выбран широкий плоский тороид или высокий узкий тороид с одинаковыми электрическими свойствами, в зависимости от доступного пространства.Основные недостатки — более высокая стоимость и ограниченный размер.

Недостатком конструкции тороидального трансформатора является более высокая стоимость обмоток. Как следствие, редко встречаются тороидальные трансформаторы мощностью выше нескольких кВА. Небольшие распределительные трансформаторы могут достичь некоторых преимуществ тороидального сердечника, разделив его и заставив открыть, а затем вставив катушку, содержащую первичную и вторичную обмотки.

При установке тороидального трансформатора важно избегать непреднамеренного короткого замыкания сердечника.Это может произойти, если стальной крепежный болт в середине сердечника коснется металлоконструкций с обоих концов, образуя петлю из проводящего материала, которая проходит через отверстие в тороиде. Такая петля может привести к протеканию в болте опасно большого тока.

Обмотки

Условные обозначения
Трансформатор с двумя обмотками и железным сердечником.
Понижающий или повышающий трансформатор.Символ показывает, какая обмотка имеет больше витков, но обычно не указывает точное соотношение.
Трансформатор с тремя обмотками. Точки показывают относительную конфигурацию обмоток.
Трансформатор с электростатическим экраном, предотвращающим емкостную связь между обмотками.

Проводящий материал, используемый для обмоток, зависит от области применения, но во всех случаях отдельные витки должны быть электрически изолированы друг от друга и от других обмоток. [16] Для небольших силовых и сигнальных трансформаторов катушки часто наматываются из эмалированной магнитной проволоки, такой как проволока Formvar. Большие силовые трансформаторы, работающие при высоком напряжении, могут быть намотаны проволочными, медными или алюминиевыми прямоугольными проводниками, изолированными пропитанной маслом бумагой. [17] Ленточные проводники используются для очень сильных токов. Высокочастотные трансформаторы, работающие на частотах от десятков до сотен килогерц, будут иметь обмотки из литцовой проволоки, чтобы минимизировать потери на скин-эффект в проводниках. [16] В силовых трансформаторах большой мощности также используются многожильные проводники, поскольку даже при низких частотах мощности в противном случае в сильноточных обмотках могло бы существовать неравномерное распределение тока. [17] Каждая жила изолирована индивидуально, и жилы расположены так, что в определенных точках обмотки или по всей обмотке каждая часть занимает разные относительные положения в проводнике в целом. Эта перестановка уравнивает ток, протекающий в каждой жилке проводника, и снижает потери на вихревые токи в самой обмотке.Многожильный провод также более гибкий, чем сплошной провод аналогичного размера, что облегчает производство. [17]

Для сигнальных трансформаторов обмотки могут быть расположены таким образом, чтобы минимизировать индуктивность рассеяния и паразитную емкость для улучшения высокочастотной характеристики. Это можно сделать, разделив каждую катушку на секции, и эти секции будут размещены слоями между секциями другой обмотки. Это известно как многослойная обмотка или перемежающаяся обмотка.

Как первичная, так и вторичная обмотки силовых трансформаторов могут иметь внешние соединения, называемые ответвлениями, с промежуточными точками на обмотке, чтобы обеспечить возможность выбора соотношения напряжений.Отводы могут быть подключены к автоматическому переключателю ответвлений под нагрузкой для регулирования напряжения в распределительных цепях. Преобразователи звуковой частоты, используемые для передачи звука на громкоговорители громкоговорителей, имеют ответвители, позволяющие регулировать импеданс каждого динамика. Трансформатор с центральным отводом часто используется в выходном каскаде усилителя мощности звука в двухтактной схеме. Трансформаторы модуляции в передатчиках AM очень похожи.

Изоляция обмотки

Витки обмоток должны быть изолированы друг от друга, чтобы ток проходил по всей обмотке.Разность потенциалов между соседними витками обычно мала, поэтому для трансформаторов малой мощности может хватить эмалевой изоляции. Дополнительная листовая или ленточная изоляция обычно используется между слоями обмотки в более крупных трансформаторах.

Трансформатор также можно погружать в трансформаторное масло, которое обеспечивает дополнительную изоляцию. Хотя масло в основном используется для охлаждения трансформатора, оно также помогает уменьшить образование коронного разряда внутри высоковольтных трансформаторов. При охлаждении обмоток изоляция не так легко разрушается из-за тепла.Чтобы предотвратить ухудшение изоляционных свойств трансформаторного масла, корпус трансформатора полностью изолирован от проникновения влаги. Таким образом, масло служит как охлаждающей средой для отвода тепла от сердечника и змеевика, так и частью системы изоляции.

Обмотки некоторых силовых трансформаторов защищены эпоксидной смолой. Пропитывая трансформатор эпоксидной смолой в вакууме, воздушные пространства внутри обмоток заменяются эпоксидной смолой, тем самым герметизируя обмотки и помогая предотвратить возможное образование короны и поглощение грязи или воды.Таким образом производятся трансформаторы, подходящие для влажной или грязной среды, но с повышенными производственными затратами.

Базовый уровень импульсной изоляции (BIL)

Наружные электрические распределительные системы подвержены ударам молнии. Даже если молния ударяет в линию на некотором расстоянии от трансформатора, скачки напряжения могут распространяться по линии и попадать в трансформатор. Выключатели высокого напряжения и автоматические выключатели также могут создавать аналогичные скачки напряжения при размыкании и замыкании. Оба типа скачков имеют крутые волновые фронты и могут нанести серьезный ущерб электрическому оборудованию.Чтобы свести к минимуму влияние этих скачков, электрическая система защищена осветительными разрядниками, но они не полностью исключают попадание скачка на трансформатор. Базовый уровень импульсов (BIL) трансформатора измеряет его способность выдерживать эти скачки. Все трансформаторы на 600 В и ниже рассчитаны на 10 кВ BIL. Трансформаторы на 2400 и 4160 вольт рассчитаны на 25 кВ BIL.

Экранирование

Если трансформаторы предназначены для минимальной электростатической связи между первичной и вторичной цепями, между обмотками может быть помещен электростатический экран для уменьшения емкости между первичной и вторичной обмотками.Экран может быть однослойной металлической фольгой, изолированной там, где он перекрывается, чтобы предотвратить его действие как закороченный виток, или однослойной обмоткой между первичной и вторичной обмотками. Экран подключен к заземлению.

Трансформаторы также могут быть заключены в магнитные экраны, электростатические экраны или и то, и другое, чтобы предотвратить влияние внешних помех на работу трансформатора или предотвратить влияние трансформатора на работу расположенных поблизости устройств, которые могут быть чувствительны к полям рассеяния, таким как ЭЛТ. .

Охлаждающая жидкость

Сухой трехфазный трансформатор со снятой крышкой; номинальная мощность около 200 кВА, 480 В.

Малосигнальные трансформаторы не выделяют значительного количества тепла. Силовые трансформаторы мощностью до нескольких киловатт используют естественное конвективное воздушное охлаждение. Особые меры должны быть предусмотрены для охлаждения трансформаторов большой мощности. Трансформаторы, работающие с большей мощностью или имеющие большой рабочий цикл, могут охлаждаться вентилятором.

Некоторые сухие трансформаторы заключены в герметичные резервуары и охлаждаются азотом или газообразным гексафторидом серы.

Обмотки мощных или высоковольтных трансформаторов погружены в трансформаторное масло — минеральное масло высокой степени очистки, устойчивое при высоких температурах. В больших трансформаторах, используемых в помещении, должна использоваться негорючая жидкость. Раньше использовался полихлорированный бифенил (ПХБ), поскольку он не представлял опасности возгорания в силовых трансформаторах внутри помещений и очень стабилен. Из-за стабильности и токсического воздействия побочных продуктов ПХБ, а также их накопления в окружающей среде, это больше не допускается в новом оборудовании.Старые трансформаторы, которые все еще содержат ПХБ, следует еженедельно проверять на предмет утечек. В случае обнаружения утечки ее следует заменить и профессионально обеззаразить или утилизировать экологически безопасным способом. Сегодня можно использовать нетоксичные, стабильные масла на основе силикона или фторированные углеводороды, если стоимость огнестойкой жидкости компенсирует дополнительные затраты на строительство хранилища трансформатора. Могут использоваться и другие менее воспламеняющиеся жидкости, такие как масло канолы, но все огнестойкие жидкости имеют некоторые недостатки в производительности, стоимости или токсичности по сравнению с минеральным маслом.

Масло охлаждает трансформатор и обеспечивает часть электрической изоляции между внутренними частями, находящимися под напряжением. Он должен быть стабильным при высоких температурах, чтобы небольшое короткое замыкание или дуга не привели к пробою или возгоранию. Бак, заполненный маслом, может иметь радиаторы, через которые масло циркулирует за счет естественной конвекции. Очень большие или мощные трансформаторы (мощностью в миллионы ватт) могут иметь охлаждающие вентиляторы, масляные насосы и даже масляные теплообменники. Масляные трансформаторы подвергаются длительным процессам сушки с использованием парофазной теплопередачи, электрического самонагрева, создания вакуума или их комбинации, чтобы гарантировать полное отсутствие водяного пара в трансформаторе перед подачей охлаждающего масла.Это помогает предотвратить электрический пробой под нагрузкой.

Масляные силовые трансформаторы могут быть оснащены реле Бухгольца, которые представляют собой предохранительные устройства, которые обнаруживают скопление газа внутри трансформатора (побочный эффект электрической дуги внутри обмоток) и, таким образом, отключают трансформатор.

Экспериментальные силовые трансформаторы в диапазоне 2 МВА были построены со сверхпроводящими обмотками, что исключает потери в меди, но не потери в стали сердечника. Они охлаждаются жидким азотом или гелием.

Клеммы

Очень маленькие трансформаторы будут иметь провода, подключенные непосредственно к концам катушек и выведенные к основанию блока для подключения цепей. Более крупные трансформаторы могут иметь тяжелые болтовые клеммы, шины или высоковольтные изолированные вводы из полимеров или фарфора. Большой ввод может иметь сложную конструкцию, поскольку он должен обеспечивать электрическую изоляцию, не допуская утечки масла из трансформатора.

Корпус

Небольшие трансформаторы часто не имеют корпуса.Трансформаторы могут иметь защитный кожух, как описано выше. Более крупные блоки могут быть закрыты для предотвращения контакта с токоведущими частями и для содержания охлаждающей среды (масла или сжатого газа).

См. Также

Банкноты

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 J.W. Колтман, «Трансформатор» Scientific American 1 (январь 1988 г.): 86-95
  2. ↑ Уильям Фланаган. 1993. Справочник по проектированию и применению трансформаторов. (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0070212910).
  3. ↑ ENERGIE. Возможности энергосбережения в ЕС за счет использования энергоэффективных распределительных трансформаторов 1999 г. [1]. Проверено 25 июня 2007 года.
  4. 4,0 4,1 4,2 Д.Дж. Аллан, «Силовые трансформаторы — второй век» Power Engineering Journal IEE (1991)
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 M.Г. Сэй. 1983. Машины переменного тока, 5-е изд. (Лондон, Великобритания: Pitman), 13-14.
  6. ↑ Нейв, C.R. HyperPhysics, Государственный университет Джорджии, 2005; Проверено 25 июня 2007 года.
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 Уильям Флэнаган. 1993. Справочник по проектированию и применению трансформаторов. (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макгроу-Хилл), 2
  8. ↑ Джон Хиндмарш. 1977. Электрические машины и их применение, 4-е изд.(Эксетер, Великобритания: Пергаммон), 142-143.
  9. 9,0 9,1 Питер Макларен. 1984. Элементарная электроэнергетика и машины. (Западный Сассекс, Великобритания: Эллис Хорвуд), 68-74
  10. ↑ H. Riemersma, et al. 1981. Применение сверхпроводящей технологии в силовых трансформаторах. Транзакции IEEE в силовых аппаратах и ​​системах PAS-100 (7): 3398-3407 [2] дата обращения 25 июня 2007 г.
  11. ↑ Кубо Т., Х. Sachs, S. Nadel. 2001. Возможности внедрения новых стандартов эффективности бытовой техники и оборудования. Американский совет по энергоэффективной экономике [3], 39. Дата доступа 25 июня 2007 г.
  12. 12,0 12,1 12,2 A.R. Дэниелс, 1985. Введение в электрические машины. (Лондон, Великобритания: Macmillan. ISBN 0333196279)
  13. 13,0 13,1 M.G. Сказать. 1983. Машины переменного тока, 5-е изд. . (Лондон, Великобритания: Pitman), 142-143.
  14. 14,0 14,1 Джон Хиндмарш.1977. Электрические машины и их применение. (Сент-Луис, Миссури: Пергамон. ISBN 0080305733), 29-31.
  15. 15,0 15,1 15,2 15,3 Полковник Уильям Маклайман. 2004. Справочник по проектированию трансформаторов и индукторов. (Уорминстер, Пенсильвания: CRC. ISBN 0824753933), 3.9–3.14.
  16. 16,0 16,1 Ллойд Диксон, Вихретоковые потери в обмотках трансформаторов и проводке. Техас Инструментс .Проверено 25 июня 2007 года.
  17. 17,0 17,1 17,2 Центральное электрическое генерирующее управление. 1982. Практика современной электростанции. (Сент-Луис, Миссури: Пергамон. ISBN 0080164366).

Список литературы

  • Центральное электрогенерирующее управление. 1982. Практика современной электростанции. Оксфорд, Великобритания: Пергамон. ISBN 0080164366.
  • Дэниэлс, А. 1985. Введение в электрические машины | издатель. Саут-Ярра, Виктория, Австралия: Макмиллан.ISBN 0333196279.
  • Fitzgerald, A. 1983. Electric Machinery, 4-е изд. Колумбус, Огайо: Макгроу-Хилл. ISBN 0070211450.
  • Фланаган, Уильям. 1993. Справочник по проектированию и применению трансформаторов. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0070212910.
  • Heathcote, MJ. 1998. J&P Transformer Book, , 12-е изд. Оксфод, Великобритания: Newnes. ISBN 0750611588.
  • Hindmarsh, J. 1984. Электрические машины и их приложения, 4-е изд.Оксфорд, Великобритания: Пергамон. ISBN 0080305725.
  • Макларен, Питер. 1984. Элементарная электроэнергетика и машины. Западный Сассекс, Великобритания: Эллис Хорвуд. ISBN 047020057X.
  • Маклайман, полковник Уильям. 2004. Справочник по проектированию трансформаторов и индукторов. Уорминстер, Пенсильвания: CRC. ISBN 0824753933.
  • Нил, Дж. П. 1960. Основы электротехники. Колумбус, Огайо: Макгроу-Хилл. ASIN B000BSOZ66. (Раздел 7-9 о взаимной индуктивности, 301).
  • Сэй, М.1983. Машины переменного тока, 5-е изд. Лондон, Великобритания: Питман. ISBN 0273019694.
  • Шеперд, Мортон Дж. И А. Х. Спенс. 1970. Высшая электротехника. Nominet, Великобритания: Pitman Publishing. ISBN 0273400258.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 25 марта 2020 г.

кредитов

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в энциклопедию Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Transformers — Engineer-Educators.com

Трансформатор преобразует электрическую энергию заданного напряжения в электрическую энергию другого уровня напряжения. Он состоит из двух катушек, которые не связаны электрически, но расположены так, что магнитное поле, окружающее одну катушку, прорезает другую катушку. Когда переменное напряжение подается на одну катушку (поперек), вокруг этой катушки создается переменное магнитное поле. создает переменное напряжение в другой катушке за счет взаимной индукции.Трансформатор также можно использовать с пульсирующим постоянным током, но нельзя использовать чистое постоянное напряжение, поскольку только переменное напряжение создает переменное магнитное поле, которое является основой процесса взаимной индукции.

Трансформатор состоит из трех основных частей. [Рис. 135] Это железный сердечник, который обеспечивает цепь с низким сопротивлением для магнитных силовых линий, первичная обмотка, которая получает электрическую энергию от источника приложенного напряжения, и вторичная обмотка, которая получает электрическую энергию за счет индукции от первичной катушки. .

Рисунок 135. Трансформатор с железным сердечником.

Первичная и вторичная обмотки этого трансформатора с закрытым сердечником намотаны на закрытый сердечник для получения максимального индуктивного эффекта между двумя катушками.

Существует два класса трансформаторов: (1) трансформаторы напряжения, используемые для повышения или понижения напряжения, и (2) трансформаторы тока, используемые в цепях приборов.

В трансформаторах напряжения первичные обмотки подключены параллельно к источнику питания, как показано на рисунке 136A.Первичные обмотки трансформаторов тока соединены последовательно в первичной цепи [Рисунок 136B]. Из двух типов трансформатор напряжения является наиболее распространенным.

Рисунок 136. Трансформаторы напряжения и тока. Рисунок 137. Понижающий и повышающий трансформаторы.

Существует много типов трансформаторов напряжения. Большинство из них представляют собой повышающие или понижающие трансформаторы. Фактором, определяющим, является ли трансформатор повышающим или понижающим, является коэффициент «витков».Соотношение витков — это отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки. Например, коэффициент трансформации понижающего трансформатора, показанного на рисунке 137A, составляет 5: 1, поскольку в первичной обмотке в пять раз больше витков, чем во вторичной. Повышающий трансформатор, показанный на Рисунке 137B, имеет передаточное число от 1 до 4 витков.

Отношение входного напряжения трансформатора к выходному напряжению такое же, как отношение витков, если трансформатор имеет 100-процентный КПД.Таким образом, когда на первичную обмотку трансформатора, показанного на рисунке 137A, подается 10 вольт, во вторичной обмотке индуцируются два вольта. Если к первичной обмотке трансформатора, показанной на Рисунке 137B, приложено 10 вольт, выходное напряжение на выводах вторичной обмотки будет 40 вольт.

Невозможно построить трансформатор со 100-процентным КПД, хотя трансформаторы с железным сердечником могут приблизиться к этой цифре. Это связано с тем, что все магнитные силовые линии
, установленные в первичной обмотке, не пересекают витки вторичной катушки.Определенное количество магнитного потока, называемого потоком рассеяния, выходит из магнитной цепи. Мера того, насколько хорошо поток первичной обмотки связан с вторичной, называется «коэффициентом связи». Например, если предположить, что первичная обмотка трансформатора развивает 10 000 силовых линий и только 9 000 пересекает вторичную, коэффициент связи будет 0,9 или, другими словами, трансформатор будет иметь КПД 90 процентов.

Когда переменное напряжение подается на первичные клеммы трансформатора, переменный ток течет и сам индуцирует в первичной катушке напряжение, противоположное и почти равное приложенному напряжению.Разница между этими двумя напряжениями позволяет току в первичной обмотке намагничивать ее сердечник. Это называется возбуждающим или намагничивающим током. Магнитное поле, вызванное этим возбуждающим током, проходит через вторичную катушку и индуцирует напряжение за счет взаимной индукции.

Если к вторичной катушке подключена нагрузка, ток нагрузки, протекающий через вторичную катушку, будет создавать магнитное поле, которое будет стремиться нейтрализовать магнитное поле, создаваемое первичным током.Это снизит самоиндуцированное (противодействующее) напряжение в первичной катушке и позволит протекать большему количеству первичного тока. Первичный ток увеличивается при увеличении вторичного тока нагрузки и уменьшается при уменьшении вторичного тока нагрузки. Когда вторичная нагрузка снимается, первичный ток снова снижается до небольшого тока возбуждения, достаточного только для намагничивания железного сердечника трансформатора.

Если трансформатор увеличивает напряжение, он понижает ток в той же пропорции.Это должно быть очевидно, если рассматривать формулу мощности, поскольку мощность (I × E) выходной (вторичной) электрической энергии такая же, как входная (первичная) мощность за вычетом потерь энергии в процессе преобразования. Таким образом, если 10 вольт и 4 ампера (40 ватт мощности) используются в первичной обмотке для создания магнитного поля, во вторичной обмотке будет развиваться мощность 40 ватт (без учета любых потерь). Если трансформатор имеет повышающий коэффициент 4: 1, напряжение на вторичной обмотке будет 40 вольт, а ток — 1 ампер.Напряжение в 4 раза больше, а ток в четыре раза меньше значения первичной цепи, но мощность (значение I × E) такая же.

Когда соотношение витков и входное напряжение известны, выходное напряжение можно определить следующим образом:

Где E — напряжение первичной обмотки, E2 — выходное напряжение вторичной обмотки, а N1 и N2 — количество витки первичной и вторичной обмоток соответственно.

Преобразование уравнения для нахождения выходного напряжения дает:

Наиболее часто используемые типы трансформаторов напряжения следующие:

Рисунок 138. Трансформатор питания. Рис. 139. Схематическое изображение силового трансформатора с железным сердечником. Рисунок 140. Трансформатор с воздушным сердечником. Рисунок 141. Автотрансформаторы.
  1. Силовые трансформаторы используются для повышения или понижения напряжения и тока во многих типах источников питания. Они варьируются по размеру от небольшого силового трансформатора, показанного на рис. 138, используемого в радиоприемнике, до больших трансформаторов, используемых для понижения высокого напряжения в линии электропередач до уровня 110–120 вольт, используемого в домах.
    На рисунке 139 показано схематическое изображение трансформатора с железным сердечником. В этом случае вторичная обмотка состоит из трех отдельных обмоток. Каждая обмотка питает разные цепи с определенным напряжением, что позволяет сэкономить вес, место и расходы на три отдельных трансформатора. Каждая вторичная обмотка имеет соединение средней точки, называемое «центральным отводом», которое обеспечивает выбор половины напряжения на всей обмотке. Выводы от различных обмоток имеют цветовую маркировку производителя, как показано на Рисунке 139.Это стандартный цветовой код, но могут использоваться другие коды или числа.
  2. Аудио трансформаторы напоминают силовые трансформаторы. Они имеют только одну вторичную обмотку и предназначены для работы в диапазоне звуковых частот (от 20 до 20 000 гц). ВЧ трансформаторы
  3. предназначены для работы в оборудовании, работающем в радиодиапазоне частот. Обозначение ВЧ-трансформатора такое же, как и для ВЧ-дроссельной катушки. Он имеет воздушный сердечник, как показано на рисунке 140.
  4. Автотрансформаторы обычно используются в силовых цепях; однако они могут быть предназначены для других целей.На рисунке 141 показаны два разных символа автотрансформаторов, используемых в силовых или звуковых цепях. Если они используются в радиочастотной коммуникационной или навигационной цепи (рисунок 141B), это то же самое, за исключением того, что здесь нет символа для железного сердечника.
    Автотрансформатор использует часть обмотки в качестве первичной; и, в зависимости от того, является ли он повышающим или понижающим, он использует всю или часть той же обмотки, что и вторичная обмотка. Например, автотрансформатор, показанный на Рисунке 141A, может использовать следующие возможные варианты для первичных и вторичных выводов.

Трансформатор — его работа, конструкция, типы и использование

Трансформаторы — это электрические устройства, которые преобразуют напряжение в более высокое или более низкое значение, в идеале сохраняя постоянную мощность.

Они являются неотъемлемой частью электрической системы, и их применение можно наблюдать практически во всех областях электротехники, от систем электроснабжения до обычных бытовых приборов.

Участвуйте сейчас!

Мы только что запустили нашу серию Power Systems Engineering Vlog , и в этой серии мы поговорим о всевозможных различных исследованиях и комментариях по энергетике.Мы рассмотрим различные блоги, написанные AllumiaX. Это весело, весело, по сути, это видеоблог, и мы надеемся, что вы, , присоединитесь к нам и получите от этого пользу.

С развитием источников питания переменного тока возникла потребность в трансформаторах. Раньше передача энергии постоянного тока осуществлялась, что приводило к большим потерям и низкой эффективности. С изобретением трансформатора эта проблема была решена, и передача энергии переменного тока стала заметной.

Однако, увеличив напряжение передачи с помощью трансформатора, эта проблема была решена. Повышение напряжения сопровождается уменьшением тока, чтобы поддерживать постоянную мощность в трансформаторе.

А с потерями мощности, прямо пропорциональными квадрату тока, приводит к уменьшению тока в 10 раз, следовательно, к снижению потерь в 100 раз. Действительно, без трансформаторов мы не смогли бы использовать электроэнергия в том виде, в котором мы ее используем сейчас.

Вот почему мы вырабатываем электроэнергию при напряжении от 11 до 25 кВ, а затем повышаем это напряжение до 132 220 или 500 кВ для передачи с минимальными потерями, а затем понижаем напряжение для безопасного использования в жилых и коммерческих помещениях.

Трансформатор состоит в основном из сердечника, обмоток и бака, однако в некоторых трансформаторах также присутствуют проходные изоляторы, сапуны, радиаторы и расширители.

Сердечник: Сердечник трансформатора изготовлен из мягкого железа или кремнистой стали, что обеспечивает путь с низким сопротивлением (силовые линии магнитного поля могут легко проходить через них).

Сердечники трансформатора ламинированы для уменьшения потерь на вихревые токи, толщина пластин обычно составляет от 2,5 мм до 5 мм, и они изолированы друг от друга и обмоток покрытием из оксида, фосфата или лака. Сердечник состоит из пластин различной формы, таких как E, L, I, C и U.

В трансформаторах с оболочкой сердечник окружает или покрывает обмотки, как оболочка.

В трансформаторах с сердечником обмотки намотаны вокруг двух концов или прямоугольников сердечника.

Обмотки:

Однофазный двухобмоточный трансформатор обычно имеет 2 обмотки, первичную и вторичную обмотки, которые сделаны из высококачественной многожильной меди. Обмотки намотаны на сердечник и полностью не имеют электрического контакта друг с другом.

Их также можно назвать обмотками высокого и низкого напряжения соответственно, причем обмотка высокого напряжения имеет большую изоляцию, чем обмотка низкого напряжения.

Автор BillC в англоязычной Википедии, CC BY-SA 3.0, Link

Основной принцип работы трансформатора — это работа взаимной индукции между первичной и вторичной обмотками, которые связаны общим магнитным потоком через сердечник трансформатора. Сердечник обеспечивает путь для прохождения магнитного потока с низким сопротивлением.

Обмотка, подключенная к источнику, может рассматриваться как первичная обмотка, и ток, который она проводит, может иметь собственное магнитное поле.

Это магнитное поле создается поперек сердечника и меняет направление из-за переменных токов, и теперь в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея:

«Скорость изменения магнитной связи во времени прямо пропорциональна ЭДС, индуцированная в проводнике или катушке »

Это изменение магнитного поля индуцирует на вторичной катушке напряжение, пропорциональное количеству витков на обмотках.Это можно понять с помощью следующего уравнения:

E = N dϕ / dt

Где

E = индуцированная ЭДС

N = количество витков

dϕ = изменение потока

dt = изменение вовремя

Как только вторичная обмотка подключена к нагрузке, цепь замыкается, и через нее начинает течь ток.

Обе обмотки трансформатора, т.е. первичный и вторичный имеют определенное количество витков. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки известно как отношение витков.

Идеальный трансформатор — это трансформатор, который дает выходную мощность, точно равную входной мощности. Это означает, что у него нет никаких потерь.

Идеальных трансформаторов не существует, и они используются только для упрощения расчетов трансформаторов. Их соотношение напряжений можно смоделировать с помощью этих простых уравнений:

На самом деле у нас есть трансформаторы, которые состоят из некоторых потерь мощности; следовательно, выходная мощность никогда не равна входной мощности трансформатора.

Реальные трансформаторы имеют некоторое значение сопротивления обмотки, потока утечки, а также имеют потери в меди и сердечнике, которые мы обсуждали здесь .

Эквивалентная схема трансформатора — это упрощенное представление трансформатора, состоящего из сопротивлений и реактивных сопротивлений.

Эквивалентная схема помогает нам в выполнении расчетов трансформатора, поскольку анализ основной схемы теперь может быть применен к трансформатору.

Прочтите нашу последнюю статью, чтобы узнать больше о схеме замещения .

КПД:

КПД трансформатора — это отношение выходной мощности трансформатора к входной мощности.

Он задается как

или

Где

Поскольку выходная мощность всегда будет меньше входной мощности, КПД трансформатора всегда будет находиться в пределах 0–100%, в то время как идеальный трансформатор будет иметь КПД 100%.

Чтобы рассчитать КПД трансформатора по эквивалентной схеме, мы просто добавляем потери в меди и потери в сердечнике к уравнению КПД, чтобы получить следующее уравнение:

Регулировка напряжения:

Также важно знать, что, поскольку трансформатор имеет Последовательные сопротивления внутри него, на нем также будут падать напряжения.Это приведет к изменению выходного напряжения с изменяющейся нагрузкой, даже если входное напряжение остается постоянным.

Величина, которая сравнивает выходное напряжение без нагрузки с выходным напряжением при полной нагрузке, называется регулированием напряжения.

Его можно рассчитать по следующему уравнению:

Где

Следует отметить, что идеальный трансформатор будет иметь регулировку напряжения 0%.

Повышающий трансформатор : Эти трансформаторы повышают нижний уровень напряжения на первичной стороне до более высокого значения на вторичной стороне.В этом случае вторичная обмотка имеет большее количество витков, чем первичная.

Они в основном используются на генерирующих станциях, где генерируемое напряжение около 11 кВ повышается до 132 кВ или более для передачи

Понижающий трансформатор : Понижающие трансформаторы снижают высокое напряжение на первичной стороне до меньшее значение напряжения на вторичной стороне. В этом случае первичная обмотка имеет большее количество витков.

Понижающие трансформаторы используются на сетевых станциях для снижения высокого напряжения передачи до подходящего более низкого значения для распределения и использования.Их также можно найти на наших зарядных устройствах для мобильных устройств.

Другие типы включают силовые трансформаторы, распределительные трансформаторы, трансформаторы с сердечником, одно- и трехфазные трансформаторы, внутренние и внешние трансформаторы. Вы можете проверить наш предыдущий блог, посвященный типам трансформаторов и их применению .

Здесь также важно отметить, что трансформатор будет работать только от переменного тока. Это связано с тем, что постоянный ток (DC) будет создавать постоянное магнитное поле вместо изменяющегося магнитного поля, и, следовательно, во вторичной обмотке не будет индуцироваться ЭДС.

Одной из недавних инициатив AllumiaX является корпоративное спонсорство платформы GeneralPAC, которая предоставляет обучающие материалы по защите, автоматизации и контролю энергосистем. Здесь вы найдете серию видео «Трансформеры». В этой серии статей они рассмотрят введение в соединение трансформатора треугольником-звездой, введение в соединение трансформатора звезда-звезда, введение в соединение трансформатора треугольник-звезда и циркуляцию тока и напряжения, состояние разомкнутой фазы в анализе трансформатора, разницу между формой сердечника и формой оболочки. Силовой трансформатор.

Сообщите нам, если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме, и оставьте нам свой отзыв в комментариях.

Наем профессионального инженера-электрика для проведения анализа вспышки дуги и исследования короткого замыкания — отличный способ обеспечить безопасность вашего предприятия и рабочих от нежелательных инцидентов.

AllumiaX, LLC — один из ведущих поставщиков исследований энергосистем на северо-западе. Наши непревзойденные услуги и опыт сосредоточены на обеспечении адекватного анализа дугового разряда, переходной стабильности, потока нагрузки, демпфирующей цепи, короткого замыкания, координации, сети заземления и качества электроэнергии.

Чтобы узнать больше об AllumiaX в деталях, подпишитесь на нас в Facebook, LinkedIn и Twitter и будьте в курсе всех последних новостей в области электротехники.
Позвоните нам: (206) 552–8235

Абдур Рехман — профессиональный инженер-электрик с более чем восьмилетним опытом работы с оборудованием от 208 В до 115 кВ как в коммунальных, так и в промышленных и коммерческих помещениях.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.