Трансформатор силовой что это: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Содержание

Силовые трансформаторы. Виды и устройство. Работа и применение

Трансформатором называется электрическое устройство, которое передает электроэнергию от одного контура на другой с помощью магнитной индукции. Трансформаторы стали наиболее применяемыми электрическими устройствами, применяющимися в быту и промышленности. Эти устройства используются для повышения или понижения напряжения, а также в схемах блоков питания для преобразования входящего переменного тока в постоянный ток на выходе.

Способность трансформаторов передавать электроэнергию применяется для передачи мощности между разными схемами несогласованных электрических цепей. Рассмотрим различные виды и типы силовых трансформаторов, их установку и технические свойства.

Устройство трансформатора

Конструкции трансформаторов имеют различное строение. В зависимости от этого ведется расчет номинального напряжения, либо между фазой и землей, либо между двумя фазами.

1 — Первичная обмотка 2 — Вторичная обмотка 3 — Сердечник магнитопровода 4 — Ярмо магнитопровода

Конструкция обычного стандартного трансформатора состоит из двух обмоток с общим ярмом, для создания электромагнитной связи между обмотками. Сердечник изготавливают из электротехнической стали. Катушка, на которую входит электрический ток, является первичной обмоткой. Катушка на выходе называется вторичной.

Существует такой вид трансформаторов, как тороидальный. У такого трансформатора катушки индуктивности являются пассивными компонентами, состоящими из магнитного сердечника в виде кольца. Сердечник имеет повышенную магнитную проницаемость, изготовлен из феррита. Вокруг кольца намотана катушка. Тороидальные фильтры и катушки применяются для трансформаторов высокой частоты. Они используются для испытаний мощности.

Переменный ток поступает на первичную обмотку трансформатора, образуется электромагнитное поле, которое развивается в магнитном потоке сердечника. По принципу электромагнитной индукции во вторичной обмотке образуется переменная ЭДС, которая образует напряжение на клеммах выхода трансформатора.

Силовые трансформаторы, имеющие две обмотки, не рассчитаны на постоянный ток. Однако, в момент подключения их к постоянному току, они образуют короткий импульс напряжения на выходе.

Конструкция силового трансформатора подобна обычному бытовому трансформатору.

Виды

Существует множество факторов, по которым можно классифицировать силовые трансформаторы. При общем рассмотрении этих устройств, можно сказать, что они преобразуют электрическую энергию одного размера напряжения в электроэнергию с большим или меньшим размером напряжения.

В зависимости от различных факторов силовые трансформаторы делятся на виды:
  • По выполняемой задаче. Понижающие трансформаторы. Применяются для получения низкого напряжения из высоковольтных линий питания. Повышающие, используются для увеличения значения напряжения.
  • По числу фаз. Трансформаторы 3-фазные, 1-фазные. Широко применяются в трехфазной сети питания. Оптимальным вариантом будет в трехфазной сети установить три однофазных трансформатора на каждую отдельную фазу.
  • По количеству обмоток. Двухобмоточные и трехобмоточные.
  • По месту монтажа. Наружные и внутренние.

Существует много других разных факторов, по которым можно разделять силовые трансформаторы. Например, по способу охлаждения или соединения обмоток, и т.д. При установке оборудования важную роль играют условия климата, что также разделяет трансформаторы на классы.

Трансформаторное оборудование бывает универсальным, и специального назначения мощностью до 4000 кВт напряжением 35000 вольт. Конкретную модель выбирают по возлагаемой на трансформатор задаче.

Принцип действия

Трансформатором называется электромагнитное статическое устройство, у которых имеется 2 или больше обмоток, связанных индуктивно. Они предназначены для изменения одного переменного тока в другой. Вторичный ток может различаться любыми свойствами: значением напряжения, количеством фаз, формой графика тока, частотой. Широкое использование в электроустановках, а также в распределительных системах получили силовые трансформаторы.

С помощью таких устройств преобразуют размер напряжения и тока. При этом количество фаз, форма графика тока, частота не изменяются. Элементарный силовой трансформатор имеет магнитопровод из ферромагнитного материала, две обмотки на стержнях. Первая обмотка подключена к линии питания переменного тока. Ее называют первичной. Ко второй обмотке подсоединена нагрузка потребителя. Ее назвали вторичной. Магнитопровод вместе с катушками обмоток располагается в баке, наполненном трансформаторным маслом.

Принцип работы заключается в электромагнитной индукции. При включении питания на первичную обмотку в виде переменного тока в магнитопроводе образуется переменный магнитный поток. Он замыкается на магнитопроводе и образует сцепление с двумя обмотками, в результате чего в обмотках индуцируется ЭДС. Если к вторичной обмотке подключить какую-либо нагрузку, то под действием ЭДС в цепи этой обмотки образуется ток и напряжение.

В повышающих силовых трансформаторах напряжение на вторичной обмотке всегда выше, чем напряжение в первичной обмотке. В понижающих трансформаторах напряжения первичной и вторичной обмоток распределяются в обратном порядке, то есть, на первичной напряжение выше, а на вторичной ниже. ЭДС обеих обмоток отличаются по количеству обмоток.

Поэтому, используя обмотки с необходимым соотношением количества витков, можно получить конструкцию трансформатора для получения любого напряжения. Силовые трансформаторы имеют свойство обратимости. Это значит, что трансформатор можно применить как повышающий прибор, или понижающий. Но, чаще всего, трансформатор предназначен для определенной задачи, то есть, либо он должен повышать напряжение, либо снижать.

Сфера использования

Энергетика в современное время не обходится без устройств, преобразующих электроэнергию в сетях и магистралях, а также принимающих и распределяющих ее. Когда появились силовые трансформаторы, то произошло снижение расхода использования цветных металлов, а также уменьшились потери энергии.

Для эффективной работы оборудования нужно рассчитать потери в силовом трансформаторе. Для этого необходимо обратиться к специалистам. Мощные трансформаторы нашли применение на линиях высокого напряжения и станциях распределения энергии. Без них не обходится ни одна отрасль промышленности, где необходимо преобразование энергии.

Вот некоторые области применения силовых трансформаторов:
  • В сварочном оборудовании.
  • Для электротермических устройств.
  • В схемах электроизмерительных устройств и приборов.
Свойства и расчет трансформатора
Чаще всего основные свойства устройства указаны в инструкции в его комплекте. Для силовых трансформаторов такими основными свойствами являются:
  • Номинальное значение напряжения и мощности.
  • Наибольший ток обмоток.
  • Габаритные размеры.
  • Вес устройства.

Мощность трансформатора по номиналу определяется изготовителем, и выражается в кВА (киловольт-амперы). Номинальное значение напряжения указывается первичное, для соответствующей обмотки, и вторичное, на клеммах выхода. Размеры этих значений могут не совпадать на 5% в ту или иную сторону. Чтобы ее вычислить, нужно сделать простой расчет.

Номинальный ток и мощность устройства должны удовлетворять стандартам. На сегодняшний день производятся модели сухих трансформаторов, которые имеют такие данные мощности от 160 до 630 кВА. Обычно мощность трансформатора обозначена в его паспорте. По ее значению определяют номинальный размер тока. Для расчета применяют формулу:

I = S х √3U, где S и U – это мощность по номиналу, и напряжение.

Для каждой обмотки в формулу входят свои значения величин. Чтобы рассчитать мощность силового трансформатора при работе с потребляющей энергию нагрузкой, необходимо проводить довольно сложные расчеты, которые могут сделать специалисты. Такие расчеты необходимы во избежание негативных моментов, которые могут возникнуть при функционировании трансформатора.

Номинальное напряжение – это линейная величина напряжения холостого хода на обмотках. Они вычисляются, исходя из мощности трансформатора.

Установка и эксплуатация

Многие варианты исполнения силовых трансформаторов имеют большую массу. Поэтому на место монтажа их доставляют на специальных транспортных платформах. Их привозят в собранном готовом к подключению виде.

Силовые трансформаторы устанавливаются на специальном фундаменте, либо в определенном для этого помещении. При массе трансформатора до 2 тонн установка производится на фундамент. Корпус трансформатора в обязательном порядке заземляют.

Перед монтажом трансформатор подвергают лабораторным испытаниям, в ходе которых измеряется коэффициент трансформации, проверяется качество всех соединений, проверяется изоляция повышенным напряжением, производится контроль качества масла.

Перед установкой трансформатор необходимо тщательно осмотреть. Нужно обратить особое внимание на наличие утечек масла, проконтролировать состояние изоляторов, соединений контактов.

После ввода в эксплуатацию нужно периодически производить измерение температуры нагрева специальными стеклянными термометрами. Температура должна быть не более 95 градусов.

Во избежание аварий при эксплуатации силового трансформатора нужно периодически производить замеры нагрузки. Это дает информацию о перекосах фаз, искажающих напряжение питания. Осмотр силового трансформатора производится два раза в год. Периоды осмотра могут изменяться в зависимости от состояния устройства.

Похожие темы:

назначение, устройство и принцип действия

Силовые трансформаторы представляют собой устройства, работа которых основана на принципе электромагнитной индукции. Агрегат способен преобразовать напряжение переменного тока, сохранив при этом значение его частоты. Особенности прибора позволяют сохранить мощность, а также поменять систему сети (однофазная, трехфазная). Чтобы понять, что такое силовые трансформаторы, необходимо рассмотреть их устройство и принцип действия.

Область применения

Устройство трансформатора силового позволяет транспортировать электричество на большие расстояния. От объекта, который его вырабатывает, до конечного потребителя расстояние может насчитывать тысячи километров. Рассказать кратко о силовых трансформаторах позволяет схема перемещения электричества. Чтобы избежать его искажений и потерь применяется принцип трансформации. Генераторы вырабатывают электричество и передают его на подстанцию. Здесь повышается напряжение, и ток с требуемыми характеристиками передается в линии электропередач.

На другой стороне ЛЭП подводится к удаленной подстанции. Через этот объект осуществляется распределение тока между всеми потребителями. Для этого напряжение понижается. Чтобы преобразовывать электричество большой мощности на обеих подстанциях функционируют представленные устройства. Это трансформаторы и автотрансформаторы. Технические характеристики этих устройств практически идентичны. Отличается их принцип функционирования.

Первый повышающий силовой трансформатор находится непосредственно возле ЛЭП электростанции. Последующие первичные агрегаты в сети также работают для повышения напряжения. Это позволяет избежать потери в линии. На пути к потребителю устанавливается определенное количество понижающей аппаратуры. В обеспечении полноценного функционирования всей системы заключается назначение всех силовых трансформаторов.

Функционирование системы

Принцип работы силового трансформатора основан на электродвижущей силе, которая движется по обмоткам. Данные устройства функционируют исключительно на переменном токе. Если его подключить к обмотке, будет создаваться магнитный поток. Он замыкается в магнитоприводе. В этот момент возникает электродвижущая сила во второй обмотке. Все катушки связаны в системе магнитной связью. Показатель ЭДС будет пропорционален количеству витков в обмотке.

Принцип действия понижающего или повышающего силового трансформатора включает в себя несколько режимов. Для каждого из них предусмотрены свои особенности.

В рабочем режиме к первичной обмотке подводится напряжение, а к вторичной – нагрузка. В таком положении установка способна длительное время обеспечивать подключенные к нему потребители электричеством. Рабочий режим может осуществляться при холостом ходе и опыте короткого замыкания.

Холостой ход наступает при размыкании вторичной обмотки. В этот период исключается протекание по ней тока. Этот режим позволяет определить КПД прибора, потери при намагничивании сердечника и коэффициент трансформации.

Опыт короткого замыкания происходит при коротком шунтировании выводов вторичной катушки. При этом сила тока на входе должна быть занижена на входе. На этом уровне создается вторичный ток без превышения. Представленную методику применяют для определения уровня потерь в меди.

Аварийный режим определяется при нарушениях в работе системы. Рабочие параметры отклоняются от допустимых значений. Наиболее опасным состоянием считается короткое замыкание внутри обмоток. При этом возможно возникновение пожара, причинение большого ущерба системе энергоснабжения. Чтобы предупредить возникновение аварии, применяются различные автоматические системы защиты, сигнализации и отключения оборудования.

Разновидности

Производство конструкций силовых трансформаторов предполагает применение различных технологий. В процессе создания представленной аппаратуры применяются разные диэлектрические компоненты. Определенные части оборудования способствуют охлаждению и обеспечивают электрическую защиту.

Для маломощных разновидностей применяется диэлектрический компаунд или специальная бумага, электротехническое лаковое покрытие. Средние и мощные агрегаты имеют в своем составе такие основные части, как масло, элегаз. Производство подобного оборудования предполагает выполнять особую изоляцию обмоток.

Помимо вышеприведенной классификации выделяют еще несколько основных категорий объектов:

  • Количество фаз. Бывает трёхфазный и однофазный тип приборов.
  • Тип исполнения. Применяются масляные, сухие и приборы с жидким диэлектрическим веществом.
  • Климатическое исполнение. Наружные и внутренние установки.
  • Число обмоток. Встречаются конструкции с двумя и более катушками.
  • Предназначение. Для понижения или повышения напряжения.
  • Возможность регулировки напряжения. Применяются аппараты с регулировкой и без нее.

Производство подобной аппаратуры позволяет создавать установки мощностью от 4 кВА до 200 тыс. кВА (и выше). При этом достигается уровень напряжения на обмотках более 330 кВ.

Всего существует девять групп оборудования. В первую из них входят приборы с напряжением не выше 35 кВ и мощностью 4-100 кВА. К восьмой отнесены аппараты с мощностью выше 200 тыс. кВА и напряжением 35-330 кВ. Существуют и более мощное оборудование. Оно относится к девятой категории.

Особенности и основные параметры

Устройство и монтаж силовых трансформаторов предполагает размещение станции на стационарной, специально подготовленной площадке. Фундамент сооружения должен быть прочным. На грунте при этом могут монтироваться катки и рельсы.

Внутри металлического корпуса располагаются электрические установки. Он выполнен в виде герметичного бака. Внутренние системы закрывает крышка. Чаще всего применяются масляные разновидности. Они имеют особые технические характеристики. Внутри короба такого агрегата находится масло специального типа. Оно обладает особыми диэлектрическими качествами. Масло отводит излишнее тепло от деталей системы в процессе повышенной токовой нагрузки. Однако есть и другие варианты охладительных систем.

Основными характеристиками, влияющими на функционирование установки, являются:

  • Количество катушек и тип их соединения.
  • Мощность.
  • Значение напряжения обмоток.

Сегодня в системах обеспечения электричеством различных объектов чаще встречаются агрегаты с двумя трехфазными обмотки. Только для бытовой сети применяются однофазные установки. Трехфазный силовой трансформатор распространен больше в сетях электрокоммуникаций.

Система регулировки бывает двух типов. В первом случае необходимо отключать питание перед проведением настройки, а во втором – нет. Регулировка выполняется со стороны обмотки высоковольтного типа. По ней движется меньший ток. Такой тип регулировки позволяет выполнять точную настройку.

Конструкция, предполагающая отключение нагрузки, проще. Однако ее предел изменения небольшой. Регулировка требует полного отключения прибора от сети.

Схема

Схема силового трансформатора включает в себя несколько основных элементов. К ним относятся:

  • Сердечник (магнитопривод).
  • Остов с балками (нижняя и верхняя).
  • Низковольтная и высоковольтная обмотки.
  • Отводы.
  • Регулировочные ответвления.
  • Нижняя часть вводов.

На основе с балками закрепляются все составные детали. Магнитопривод необходим для снижения потерь при прохождении магнитного потока через контуры. Он изготавливается из электротехнической стали.

В сердечнике магнитопривода листы металла собирают по определенной схеме. Стержни с обмотками должны приближаться по форме к кругу. Подобная конфигурация позволяет облегчить намотку проводников. Стыки между отдельными пластинами сердечника перекрываются цельными листами.

Обмотка выполняется из проводов круглой или прямоугольной формы сечения. Между слоями и самими обмотками оставляются зазоры для циркуляции охладительного компонента.

Особенности выбора

Силовые трансформаторы требуют при выборе учитывать требования потребителей электроэнергии. При монтаже оборудования энергоснабжения, необходимо рассчитать правильно мощность оборудования. Если применяется несколько агрегатов, при аварийном отключении один из них должен полностью компенсировать работу другого прибора.

Также важно уделять внимание качеству системы защиты. Она должна срабатывать при перегрузках, внутренних повреждений элементов конструкции. К их числу относятся приборы по контролю уровня давления масла, температуры сердечника, обмотки, образование газов.

Обслуживание и ремонт

Работа аппаратов связана с высокими значениями мощностей. Поэтому их обслуживанию уделяется повышенное внимание. Ежедневно обслуживающий персонал совершает осмотры, контролирует показания измерительных приборов.

В процессе техобслуживания оцениваются следующие показатели:

  1. Степень истощения прибора, поглощающего влагу.
  2. Количество масла.
  3. Износ механизмов регенерации масла.
  4. Наличие подтекания, механических повреждений трубопроводов радиаторов, корпуса.

Если на объекте не предусмотрено круглосуточное дежурство персонала, периодическая ревизия производится раз в месяц. На трансформаторных пунктах осмотр выполняют раз в 6 месяцев.

При необходимости меняют или доливают масло. Его цвет контролируется при визуальном осмотре. Если оно стало темным, его меняют. Раз в год и при проведении капитального ремонта выполняют лабораторное исследование состава масла.

Для разрушения пленки окислов на медных и латунных элементах раз в 6 месяцев отключают установку от питания. Переключатель переводят через все положения несколько раз. Такую процедуру проводят перед сезонными колебаниями нагрузки.

Силовая аппаратура является важным элементом сети энергоснабжения. Они функционируют круглосуточно, поэтому важно уделять внимание особенностям их выбора и обслуживанию. Это одно из сложнейших, но крайне важных устройств.

Силовой трансформатор: принцип работы устройства

На сегодняшний день трансформаторы считаются главными электрическими устройствами. Они используются не только на производстве, но и в быту. В этой статье вы найдете информацию про силовые трансформаторы. Силовой трансформатор – это электрическое устройство, которое передает энергию между своими контурами. Весь этот процесс происходит благодаря законам магнитной индукции.

Их применяют как приборы, которые могут повышать, или понижать напряжение. Эта уникальная способность может обеспечивать максимальную передачу тока.

Параметры силового трансформатора

Силовой трансформатор имеет номинальное напряжение. Оно может рассчитываться в зависимости от конструкции. В зависимости от конструкции он будет рассчитываться либо:

  • Между фазой и землей.
  • Между фазами.

Вот основные элементы, из которых состоит силовой трансформатор:

  1. Первичная обмотка (W1).
  2. Вторичная обмотка (W2).
  3. Стержень магнитоотвода.
  4. Ярмо магнитоотвода.

Силовой масляный трансформатор обычно состоит из двух обмоток и проволоки, которая содержит в себе изоляцию. Сердечник должен изготавливаться из железа.

Виды силовых трансформаторов

Силовой трансформатор в зависимости от области применения может иметь несколько видов:

  1. Силовое понижающее устройство. Его часто используют для понижения напряжения.
  2. Трехфазный и однофазный трансформатор. Достаточно часто их используют в трехфазной электрической системе. Вам предпочтительно будет применять три однофазных трансформатора. Они необходимо для того чтобы обеспечивать предприятие постоянным током.
  3. Электрический силовой трансформатор. Его используют для распределения нагрузки. Эти устройства применяют для защиты системы электроснабжения.
  4. Силовой автотрансформатор. Используется на тех предприятиях, где разница между высоким и низким напряжением не превышает 2%.
  5. Открытый трансформатор. Его используют для установки на улице. Он способен работать даже при минусовых температурах.

Силовой трансформатор и его принцип работы

Переменный ток должен пройти через обмотку и произвести постоянно меняющийся ток. Этот поток постоянно будет меняться по своей амплитуде и направлению. Согласно закону Фарадея ЭДС должно индуцироваться за одну секунду. Он имеет такой же принцип работы как и трансформатор Тесла. Это время считается оптимальным. Если цепь в последней обмотке будет закрыта, тогда через нее сможет пройти электрический ток.

Если силовой трансформатор использует переменный ток, тогда он будет окружать катушку. Но если рядом расположить еще одну катушку, тогда потокосцепление станет направленным.

Ремонт и защита силового трансформатора тока

Отремонтировать силовой трансформатор достаточно сложно. Этот процесс отнимает не только много времени, но и денег. Выполнять этот процесс должен только специалист со стажем. Если в его конструкции будут неправильные соединения, то это может поставить вашу жизнь под угрозу. Существует немного заводов, которые могут выполнить его ремонт. Вот основные компании, которые могут взяться за эту работу:

Дифференциальная защита должна обеспечиваться в силовом трансформаторе. Она считается более эффективной, чем релейная защита. Для того чтобы надежно защитить современные силовые трансформаторы можно использовать специальную программу Transformer Designer.

Дифференциальное реле должно сравнивать между собою мощность первичного и вторичного тока. Если в вашем трансформаторе образуется дисбаланс, то реле активизируется, и будет защищать реакторы. Вторичная обмотка должна быть подключена к текущей катушке реле. Защита трансформатора должна быть пропорциональна смещению и или отклонению коэффициента разности токов.

Обмотку трансформатора можно провести самостоятельно. В обмотке должен находиться четный слой обмотки. Провод должен быть выведен обратно через выходное отверстие. Между слоями обмотки необходимо устанавливать хлопковые полосы, которые будут использованы от перегревания. Следить за повышением температуры можно также с помощью специальной жидкости, которая будет пропитывать слой изоляции. Собирать силовой трансформатор можно только опытным электрикам. Многие изготовители трансформаторов заботятся о том, чтобы вы самостоятельно смогли определить причину поломки. Определить поломку можно с помощью релейной защиты.

Схемы соединения обмоток силовых трансформаторов

В первичной обмотке каждая фаза должна распределяться под углом в 120 градусов. Первичная обмотка должна магнитно быть связана с вторичной через нейтральные точки. Ток может иметь значительное количество нечетных составляющих. Если силовые трансформаторы соединены с каждой фазой, то они смогут возвращаться в нормальное положение. Благодаря этой схеме вы узнаете как сделать трансформатор своими руками.

Эта схема обмотки считается наиболее простой. Также иногда часто может искажаться уровень выходящего напряжения. Технология линейного соединения может использоваться крайне редко. На сегодняшний день выбор силовых трансформаторов значительно увеличился.

Читайте также: измерительные трансформаторы.

Высоковольтные силовые трансформаторы, характеристики, конструкция, применение, как работает

Трансформатор – это электромагнитное статическое устройство с двумя (или более) обмотками, преобразующее электроэнергию напряжения переменного тока с одними характеристиками в электроэнергию с другими характеристиками (такими как напряжение, частота, форма напряжения, фазность). Преобразование электроэнергии в трансформаторах реализуется посредством переменного магнитного поля.

Наиболее распространенным и востребованным электротехническим устройством сегодня является силовые высоковольтные трансформаторы, напряжения, номинальные мощности которых варьируются очень в широких пределах от нескольких десятков киловатт до сотен мегаватт при напряжении от 6кВ до 1150 — 1500кВ.

Поскольку потери электроэнергии в электросетях пропорциональны квадрату тока, протекающего по воздушной линии, то для передачи электроэнергии выгодно использовать высокие напряжения и, соответственно, малые токи. Электроэнергия на электростанциях вырабатывается генераторными установками (турбо-, гидрогенераторами и пр.) на напряжении 16 — 24кВ, реже 35кВ. Поскольку этот уровень напряжения является довольно высоким для использования его в быту и на производстве, но и при этом является и недостаточно выгодным и обоснованным, для наиболее экономичной передачи электроэнергии на значительные расстояния.

Поэтому и используют повышающие трансформаторы, служащие для преобразования электроэнергии до уровней 110, 150, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ, и понижающие трансформаторы, которые позволяют снизить напряжение до стандартных значений 10; 6; 3; 0,66; 0,38 и 0,22 кВ, предназначенных для использования в быту, сельском хозяйстве и промышленности. Помимо этого, выпуск приемников электроэнергии (вращающихся машин, осветительных приборов и пр.) с высокими номинальными напряжениями обуславливает значительные конструктивные сложности, требующие усиленной изоляции и, следовательно, повышенных материальных затрат. В связи с этим высокое номинальное напряжение не может быть напрямую использовано, питание осуществляется через понижающие трансформаторы.

Таким образом, электроэнергию, вырабатываемую электростанциями, на пути от генераторной установки до потребителей преобразуют по 3-4 раза. Понижающие трансформаторы используют с целью распределения электроэнергии между потребителями, а повышающие – для передачи электрической энергии на большие расстояния.

Многообразие применения высоковольтных трансформаторов обусловило весьма значительную номенклатуру этих устройств. В зависимости от напряжения, режима нейтрали и номинальной мощности, высоковольтные трансформаторы классифицируют на несколько, так называемых габаритов:

— I — до 100 кВА и до 35кВ;

— II — более 100 до 1000кВА и до 35кВ;

— III — более 1000 до 6300кВА и до 35кВ;

— IV – более 6300кВА и до 35кВ;

— V — до 32000кВА и более 35 до 110кВ;

— VI — более 32000 до 80000кВА и до 330кВ;

— VII — более 80000 до 200000кВА и до 330кВ;

— VIII – более 200000кВА и свыше 330кВ.

В зависимости от типа охлаждения

В зависимости от типа охлаждения трансформаторы разделяют на:

— масляные;

— сухие;

— трансформаторы, в качестве изоляции у которых выступает жидкий диэлектрик.

Условно силовые трансформаторы обозначаются как определенными буквами (тип, количество фаз, число обмоток, способ охлаждения, вид переключения ответвлений), так и цифрами (мощность, напряжение).

Буквенные обозначения (некоторые могут отсутствовать) строго в той последовательности, что приведена ниже, позволяют получить следующую информацию:

1.Назначение

— автотрасформатор – А;

— электропечной – Э;

2.Число фаз

— однофазные – О;

— трехфазные – Т;

3.Присутствие расщепленной обмотки НН – Р;

4.Способ охлаждения

4.1. У сухих трансформаторов:

— естественное воздушное: в открытом исполнении – С, в закрытом –СЗ, в герметичном СГ;

— принудительное воздушное – СД;

4.2.У масляных трансформаторов:

— естественная циркуляция воздуха и масла – М; при наличии дополнительной защиты в виде азотной подушки без применения расширителя – МЗ;

— принудительная циркуляция воздуха: с естественной масляной – Д, с принудительной масляной – ДЦ;

— принудительная водомасляная циркуляция – Ц;

4.3. С применением в качестве охлаждающего теплоносителя негорючего жидкого диэлектрика:

— естественное – Н;

— с дутьем – НД:

5.Конструктивные особенности

— литая изоляция — Л;

— трехобмоточный – Т;

— наличие РНТ – Н;

— с выводами, расположенными во фланцах стенок корпуса: с азотной подушкой и без расширителя — З; с расширителем –Ф;

— без расширителя в гофробаке – Г;

— с симметрирующим устройством – У;

— подвесное исполнение для размещения на опорах ВЛ– П;

— энергосберегающий (с пониженными потерями в режиме х.х.) – э.

6.Область применения

— обеспечение собственных потребностей электростанций – С;

— ЛЭП постоянного тока – П;

— металлургическая отрасль – М;

— обеспечение электропитания: погружных насосов – ПН; экскаваторов – Э;

— подогрев (при необходимости) грунта, бетона, а также использование в буровых установках – Б;

— термическая обработка грунта и бетона, питание ручного электроинструмента различного назначения, а также обустройство временного освещения – ТО.

Затем числовой дробью в числителе дается информация о номинальной мощности (кВ*А), а в знаменателе — класс напряжения обмотки (кВ).

Использование силовых трансформаторов в зависимости от климатических условий

Информация о возможностях использования силовых трансформаторов в зависимости от климатических условий (в соответствие с ГОСТом 15150-69):

— умеренный климат– У;

— холодный – ХЛ;

-тропический – Т;

Кроме того, в зависимости от месторасположения, трансформаторы делят на следующие категории, допускающие их эксплуатацию:

— на открытом воздухе – 1;

— в помещениях с несущественными отличиями колебаний температуры и влажности относительно внешней среды – 2;

— в закрытых помещениях, где, благодаря естественной вентиляции, перепады температуры и влажности существенно ниже, чем с внешней стороны – 3;

— в закрытых помещениях со специально созданными и регулируемыми климатическими параметрами -4;

— в помещениях с повышенной влажностью — 5.

СЗТТ :: Силовые трансформаторы

 

Скачать опросные листы на силовые трансформаторы

Скачать каталог на трансформаторы (pdf; 32 Мб)

Скачать каталог на трансформаторы ТВ (pdf; 3,5 Мб)

Скачать каталог «Трансформаторы для железных дорог» (pdf; 4,8 Мб)

Образец заполнения заявки на продукцию завода

Требования к оформлению заказов трансформаторов предназначенных на экспорт

Трехфазный масляный силовой трансформатор ТМГ

Класс напряжения, кВ: 6 или 10
Мощность, кВА: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600
Климатическое исполнение: У1; ХЛ1

Трехфазный силовой трансформатор с литой изоляцией ТЛС на напряжение 6-10 кВ

Класс напряжения, кВ: 6 или 10
Мощность, кВА: от 10 до 3150
Материал обмоток: медь или алюминий
Климатическое исполнение: УХЛ2

Линейка трансформаторов ТЛС с алюминиевыми обмотками и пониженными потерями холостого хода

Класс напряжения, кВ: 6 или 10
Мощность, кВА: от 100 до 3150
Материал обмоток: алюминий
Климатическое исполнение: УХЛ2

 

Трехфазный силовой трансформатор с литой изоляцией ТЛС на напряжение 20 кВ

Класс напряжения, кВ: 20
Мощность, кВА: 40
Материал обмоток: медь

Силовые однофазные трансформаторы ОЛ

Номинальная мощность: 0,63 кВА и 1,25 кВА

Однофазные силовые трансформаторы ОЛ-2,5(М), ОЛ-4(М)

!!! НОВИНКА !!!
Малогабартиный силовой трансформатор.

Класс напряжения, кВ: 6 или 10
Номинальная мощность, ВА: 2500 или 4000

Силовые однофазные трансформаторы ОЛ-6,3

Номинальная мощность: 6.3 кВА

Силовые однофазные трансформаторы ОЛ-10

Номинальная мощность: 10 кВА

Силовой трансформатор ОЛ-1,25/20(35)

!!! НОВИНКА !!!

Класс напряжения, кВ: 20 или 35
Номинальная мощность, ВА: 1250

 

Силовые однофазные трансформаторы ОЛС

Номинальная мощность: 0.63 кВА и 1.25 кВА

Силовые однофазные трансформаторы ОЛС-2,5(М), ОЛС-4(М)

!!! НОВИНКА !!!
Малогабартиный силовой трансформатор.

Класс напряжения, кВ: 6 или 10
Номинальная мощность, ВА: 2500 или 4000

Однофазные силовые трансформаторы ОЛС-6,3; ОЛС-2,5-20

Номинальная мощность, ВА: 2500 или 6300

Однофазный силовой трансформатор ОЛС-0,63(1,25)/35

Класс напряжения: 35 кВ
Мощность, кВА: 0,63 или 1,25

Трансформаторы ОЛСП со встроенным защитным предохранительным устройством

Мощность, кВА: 0,63 или 1,25

Трансформатор ОЛСП-0,4(0,63)/6(10)М

!!! НОВИНКА !!!

Трансформаторы ОЛСП-2,5 со встроенным защитным предохранительным устройством

Мощность, кВА: 2,5

Силовой трансформатор ОЛСП-2,5/20

!!! НОВИНКА !!!

Класс напряжения, кВ: 20
Номинальная мощность, ВА: 2500

Силовой трансформатор ОС

Трансформаторы разделительные ОЛ-1/10 У3

Трансформаторы ОЛЗ-1,25/27,5

Трансформатор разделительный ОЛ-0,3/35

Испытательные трансформаторы ИЛН-15 и ИЛН-35

Класс напряжения: 15 и 35 кВ
Напряжение вторичной обмотки, В: 3000-36000

Испытательный трансформатор ИЛТ-10, ИЛТ-15

В зависимости от функций трансформаторы делят на силовые трансформаторы, трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Наиболее распространенный тип преобразователя — силовой трансформатор, является устройством, изменяющим напряжение переменного тока различных энергосистем для  дальнейшей передачи  конечному потребителю (питание электрооборудования, освещения, пр.). Силовые трансформаторы стали неотъемлемыми спутниками промышленных предприятий и линий электропередачи железных дорог, а также частью урбанистического пейзажа любого города.

Использование силовых трансформаторов.

Генераторы электростанций вырабатывают энергию напряжением от 11 до 35 кВ. Столь высокий уровень напряжения непригоден для использования в промышленности или быту и обусловлен необходимостью экономной передачи электроэнергии на значительные расстояния. Однако даже 35 кВ – не всегда достаточная цифра для этой цели, поэтому, в дальнейшем, для увеличения напряжения линий электропередач используют повышающие  силовые трансформаторы. На пути к потребителю, преобразование напряжения происходит обычно несколько раз. Приемники электроэнергии (бытовые приборы, лампы накаливания, промышленные станки) потребляют,  значительно меньшее напряжение, что связано, с их конструктивными особенностями. Поэтому питание происходит посредством понижающего силового трансформатора. Устройство является понижающим, в случае более высокого первичного напряжения, при обратном соотношении трансформатор считают повышающим.

Компоненты силового трансформатора.

Силовые трансформаторы состоят из: магнитопровода,  нескольких взаимоизолированных обмоток, клемм, обычно, в виде болтового соединения, систем охлаждения и стабилизации.  Современные устройства этого типа оснащены также целым рядом систем так называемого навесного оборудования (индикаторы температуры, поглотители влаги, устройства защиты от перенапряжения и др.), их наличие и качество в значительной степени влияет на цену всего устройства. Преобразование электроэнергии в трансформаторе происходит за счет магнитного поля в магнитопроводе, который изготовляют из листового ферромагнитного материала. Потеря мощности от вихревых токов напрямую зависит от толщины металла и процента содержания в нем кремния.

Определяющими факторами классификации являются: номинальное напряжение, способ охлаждения (масляное или воздушное), а также  число фаз и обмоток. Еще один внешний способ типологии силовых трансформаторов – это зависимость от способа установки (наружная установка, закрытая, комплексные распределительные устройства). В связи с этим, в названии устройства обычно присутствует буквенная аббревиатура, указывающая на его принадлежность к определенному типу. Наиболее часто используются следующие сокращения: количество фаз (О— однофазные, Т – трехфазные), система охлаждения (С— сухое,М— масляное), особенности конструкции ( Т – наличие трехуровневой обмотки Л – литая изоляция). Реже указывается назначение трансформатора, расщепление обмоток и др.

Трехфазный силовой трансформатор, назначение трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор – статический аппарат с тремя парами обмоток, предназначенный для преобразования напряжения при передаче электрического тока на дальние дистанции. Такое преобразование можно осуществить с помощью трех однофазных трансформаторов. Но комплексный аппарат имеет значительные габариты и массу. Трехфазный трансформатор свободен от этих недостатков, благодаря тому, что три обмотки расположены на общем магнитопроводе. Трехфазные аппараты успешно применяют в сетях мощностью до 60 кВА.

Назначение трехфазного трансформатора

Главная задача такого аппарата – преобразовать параметры электрического тока таким образом, чтобы потери при нагреве проводов были минимальными. Для решения этой проблемы необходимо снизить силу тока и увеличить значение напряжения до 6-500 кВ, чтобы значение мощности осталось постоянным. После доставки электрического тока потребителю напряжение необходимо снизить до требуемой величины – 380 В. И эту проблему тоже решают трехфазные аппараты.

Также эти устройства применяют для присоединения измерительных приборов, изменения напряжения при проведении испытаний или подключении силовой нагрузки.

Принцип действия и устройство силового трехфазного трансформатора

В конструкцию этого аппарата входят:

  • Магнитопровод. К нему крепятся все части аппарата. Также он служит для создания основного магнитного потока. Магнитопровод может быть стержневым, бронестержневым, броневым.
  • Обмотки. В каждой фазе присутствуют две обмотки – понижающая и повышающая. Обмотки могут соединяться «звездой» или «треугольником» В первом случае линейное напряжение (между началами фаз) в 1,73 раза выше фазного (между началом и концом фазы). При соединении «треугольником» линейное и фазное напряжения одинаковы. Соединение «звездой» эффективно при значительных напряжениях, «треугольником» – при высоких токах.
  • Вводы и выводы. Необходимы для присоединения концов обмоток к ЛЭП. Ввод соединяется с первичной обмоткой, вывод – со вторичной.

В каталоге силовых трансформаторов представлены «сухие» и «масляные» модели. В маломощных трансформаторах охлаждение осуществляется воздушным способом. Такие аппараты называют «сухими». Высокомощные устройства имеют масляное охлаждение, благодаря чему их называют «масляными». Масло не только охлаждает обмотки, которые нагреваются из-за протекания по ним электрического тока, но и повышает изоляционные характеристики.

Принцип действия:

  • При подключении первичной обмотки в сеть в ней начинает протекать переменный .
  • В сердечнике магнитопровода появляется магнитный поток, охватывающий обмотки всех фаз. В каждом витке присутствует ЭДС, равная по направлению и величине.
  • Если количество витков в первичной обмотке больше, чем число витков во вторичной обмотке, то выходное напряжение больше входного. И наоборот.

Силовые сухие трехфазные трансформаторы — особенности эксплуатации и характеристики

В сухих трансформаторах тепло от нагревающихся токоведущих частей отводится воздушным потоком. Такая охлаждающая система эффективна для аппаратов мощностью не выше 4000 кВА и напряжением обмоток высшего напряжения не более 35 кВ. Эти устройства применяются в местах, в которых предъявляются повышенные требования к безопасности обслуживающего персонала и оборудования. Они востребованы на металлургических предприятиях, в нефтяной индустрии, машиностроении, при организации электроснабжения объектов жилого, административного и производственного назначения.

Преимущества сухих трехфазных трансформаторов с выходным напряжением 380 В:

  • Возможность установки в непосредственной близости от людей и оборудования, в любом помещении. Необходимо только предусмотреть защитное ограждение, вентиляционную систему, средства мониторинга.
  • Безопасность. Эти аппараты взрывобезопасны, поскольку элегаз и жидкий диэлектрик отсутствуют.
  • Экологичность. Масляные испарения отсутствуют. Поэтому такие модели разрешены для установки возле дошкольных, учебных, медицинских учреждений.
  • Простота эксплуатации. Необходимо контролировать только основные параметры – температуру обмоток, отсутствие или наличие КЗ.
  • Современные комплектующие. Благодаря им удалось уменьшить габариты и массу аппаратов.

Недостатки моделей «сухого» типа:

  • Чувствительность к условиям окружающей среды – температуре, влажности, запыленности, сейсмическим воздействиям.
  • Отсутствие моделей, рассчитанных на напряжение более 35 кВ и мощность выше 4000 кВА.
  • Вероятность появления микротрещин в обмотке, которые развиваются и становятся причиной выхода устройства из строя и даже его возгорания.

Цены на сухие трансформаторы зависят от мощности аппарата и материала (медь, алюминий), из которого изготовлены обмотки. Также на стоимость влияет исполнение: открытое, защищенное, герметичное.

Трехфазные силовые трансформаторы масляного типа – плюсы и минусы конструкции

Эти аппараты более опасны в эксплуатации, по сравнению с «сухими» аналогами. Отказ от софтолового масла сделал устройства более безопасными и экологичными, но полностью предотвратить возгорания и взрывы этого оборудования пока не удалось. При использовании масляных устройств необходимо специальное обслуживание и постоянный контроль комплекса рабочих параметров, что повышает эксплуатационные расходы. Оборудование сложно транспортировать к месту назначения, поскольку для доставки масла необходима специальная станция.

Преимущества масляных силовых трехфазных трансформаторов:

  • Неприхотливость к условиям окружающей среды.
  • Привычная конструкция для электриков старшего поколения.
  • Отсутствие межвитковых и межслойных замыканий, благодаря теплопроводности масла.
  • Отсутствие вероятности появления микроскопических трещин в обмотках.
  • Наличие моделей, рассчитанных на значительные напряжение (375 кВ и выше) и мощность (40000 кВА и выше).

У обоих видов трансформаторов имеются собственные достоинства и недостатки. Поэтому при выборе конкретного типа оборудования инженеры-электрики учитывают запланированные эксплуатационные условия, требования СНиПов, ГОСТов, ПУЭ, рекомендации изготовителя.

Для чего нужен силовой трансформатор

При транспортировке электроэнергии на большие расстояния для снижения потерь используется принцип трансформации. Для этого электричество, вырабатываемое генераторами, поступает на трансформаторную подстанцию. На ней повышается амплитуда напряжения, поступающего в линию электропередачи.

Второй конец ЛЭП подключен на ввод удаленной подстанции. На ней для распределения электричества между потребителями осуществляется понижение напряжения.

На обеих подстанциях трансформацией электроэнергии больших мощностей занимаются специальные силовые устройства:

Они имеют много общих признаков и характеристик, но отличаются определенными принципами работы. Эта статья описывает только первые конструкции, у которых передача электроэнергии между разделенными обмотками происходит за счет электромагнитной индукции. При этом изменяющиеся по амплитуде гармоники тока и напряжения сохраняют частоту колебаний.

Силовые трансформаторы в энергетике устанавливаются на заранее подготовленные стационарные площадки с прочными фундаментами. Для размещения на грунте могут монтироваться рельсы и катки.

Общий вид одного из многочисленных типов силовых трансформаторов, работающего с системами напряжений 110/10 кВ и обладающего величиной полной мощности 10 МВА, показан на фотографии ниже.

Отдельные ярко выраженные элементы его конструкции снабжены подписями. Более подробно устройство основных частей и их взаимное расположение демонстрирует чертеж.

Электрическое оборудование трансформатора размещается внутри металлического корпуса, изготовленного в форме герметичного бака с крышкой. Он заполнен специальным сортом трансформаторного масла, которое обладает высокими диэлектрическими свойствами и, одновременно, используется для отвода тепла от деталей, подвергаемых большим токовым нагрузкам.

Гидравлическая схема трансформатора

Упрощенно состав и взаимодействие ее основных элементов показано на картинке.

Для залива/слива масла используются специальные задвижки и вкручивающаяся пробка, а запорный вентиль, расположенный внизу бака, предназначен для отбора проб масла и последующего проведения его химического анализа.

В силовом трансформаторе образовано два контура циркуляции масла:

Первый контур представлен радиатором, состоящим из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных системой металлических трубок. Через них проходит нагретое масло, которое, находясь в магистралях охладителя, остывает и возвращается в бак.

Внутри бака циркуляция масла может производиться:

принудительно за счет создания давления в системе насосами.

Часто поверхность бака увеличивается за счет создания гофр — специальных металлических пластин, улучшающих теплообмен между маслом и окружающей атмосферой.

Забор тепла от радиатора в атмосферу может выполняться обдувом системой вентиляторов или без них за счет свободной конвекции воздуха. Принудительный обдув эффективно повышает теплосъем с оборудования, но увеличивает затраты энергии на эксплуатацию системы. Они могут снизить нагрузочную характеристику трансформатора до 25%.

Тепловая энергия, выделяемая современными трансформаторами повышенной мощности, достигает огромных величин. Об ее размере может служить тот факт, что сейчас за ее счет стали реализовывать проекты отопления промышленных зданий, расположенных рядом с постоянно работающими трансформаторами. В них поддерживаются оптимальные условия работы оборудования даже в зимнее время.

Контроль уровня масла в трансформаторе

Масло постоянно циркулирует внутри бака. Его температура зависит от целого комплекса воздействующих факторов. Поэтому объем его все время изменяется, но поддерживается в определенных границах. Для компенсации объемных отклонений масла служит расширительный бачок. В нем удобно наблюдать текущий уровень.

Для этого используется маслоуказатель. Наиболее простые устройства изготавливают по схеме сообщающихся сосудов с прозрачной стенкой, заранее проградуированной в единицах объема.

Подключения такого маслоуказателя параллельно расширительному баку вполне достаточно для контроля эксплуатационных характеристик. На практике встречаются и другие, отличные от этого принципа работы маслоуказатели.

Защита от проникновения влаги

Поскольку верхняя часть расширительного бака контактирует с атмосферой, то в ней устанавливают осушитель воздуха, препятствующий проникновению влаги внутрь масла и снижению его диэлектрических свойств.

Защита от внутренних повреждений

Важным элементом масляной системы является газовое реле. Его монтируют внутри трубопровода, соединяющего основной бак трансформатора с расширительным. За счет этого все газы, выделяемые при нагреве из масла и органической изоляции, проходят через емкость с чувствительным элементом газового реле.

Этот датчик отстроен от работы на очень маленькое, допустимое газообразование, но срабатывает при его увеличении в два этапа:

1. на выдачу светового/звукового предупредительного сигнала обслуживающему персоналу о возникновении неисправности при достижении уставки первой величины;

2. на отключение силовых автоматических выключателей со всех сторон трансформатора для снятия напряжения при бурном газообразовании, свидетельствующем о начале мощных процессов разложения масла и органической изоляции, начинающихся при коротких замыканиях внутри бака.

Дополнительная функция газового реле — контроль уровня масла в баке трансформатора. При снижении его до критической величины газовая защита может отработать в зависимости от настройки:

только на сигнал;

на отключение с выдачей сигнала.

Защита от аварийного повышения давления внутри бака

На крышке трансформатора так монтируется выхлопная труба, чтобы ее нижний конец сообщался с емкостью бака, а масло поступало внутрь до уровня в расширителе. Верхняя часть трубы возвышается над расширителем и отводится в сторону, немного загибается вниз. Ее конец герметично закрыт стеклянной предохранительной мембраной, которая разрушается при аварийном повышении давления из-за возникновения нерасчетного нагрева.

Другая конструкция подобной защиты основана на монтаже клапанных элементов, которые открываются при повышении давления и закрываются при его сбросе.

Еще один вид — сильфонная защита. Она основана на быстром сжатии сильфона при резком повышении газа. В результате сбивается защелка, удерживающая боек, который в нормальном положении находится под воздействием сжатой пружины. Освобожденный боек разбивает стеклянную мембрану и тем самым осуществляет сброс давления.

Электрическая схема силового трансформатора

Внутри корпуса бака размещаются:

остов с верхней и нижней балкой;

обмотки высокого и низкого напряжения;

регулировочные ответвления обмоток;

низковольтный и высоковольтный отводы

нижняя часть вводов высокого и низкого напряжения.

Остов вместе с балками служит для механического закрепления всех составных деталей.

Конструкция внутренних элементов Магнитопровод служит для снижения потерь магнитному потоку, проходящему через обмотки. Его изготавливают из сортов электротехнической стали шихтованным способом.

По обмоткам фаз трансформатора протекает ток нагрузки. Материалами для их изготовления выбирают металлы: медь или алюминий с круглым либо прямоугольным сечением. Для изоляции витков используют специальные сорта кабельной бумаги или хлопчатобумажную пряжу.

Концентрические намотанные обмотки выполняют в виде цилиндров, расположенных один в другом. Для стороны высокого напряжения (ВН) создается непрерывная или многослойная обмотка, а для низкого (НН) — винтовая и цилиндрическая.

Обмотку НН располагают ближе к стержню: так легче выполнить слой для ее изоляции. Затем на нее устанавливают специальный цилиндр, обеспечивающий изоляцию между сторонами высокого и низкого напряжения, а на него монтируют обмотку ВН.

Описанный способ монтажа показан на левой части нижерасположенной картинки с концентрическим размещением обмоток на стержне трансформатора.

С правой стороны картинки показан способ размещения чередующихся обмоток, разделяемых изоляционным слоем.

Для повышения электрической и механической прочности изоляции обмоток их поверхность пропитывают специальным сортом глифталевого лака.

Для подключения обмоток одной стороны напряжения между собой используют схемы:

При этом концы каждой обмотки маркируют буквами латинского алфавита, как показано в таблице.

Тип трансформатораСторона обмотки
Низкого напряженияСреднего напряженияВысокого напряжения
началоконецнейтральначалоконецнейтральначалоконецнейтраль
ОднофазныйаXАтХтАX
Две обмотки три фазыaХАX
bYBY
сгCZ
Три обмотки три фазыaXАтХтАX
bYY тBY
cZХтCZ

Выводы от обмоток подключают к соответствующим токоотводам, которые монтируются на шпильки проходных изоляторов, расположенных на крышке бака трансформатора.

Для осуществления возможности регулировки величины выходного напряжения на обмотках делают ответвления. Один из вариантов выполнения регулировочных ответвлений показан на схеме.

Систему регулирования напряжения создают с возможностью изменения номинальной величины в пределах ±5%. Для этого выполняют пять ступеней по 2,5% в каждой.

У мощных силовых трансформаторов регулирование обычно создают на обмотке высокого напряжения. Это упрощает конструкцию переключателя ответвлений и позволяет повышать точность выходных характеристик за счет большего числа витков на этой стороне.

Для многослойных цилиндрических обмоток регулировочные ответвления выполняют на внешнем стороне слоя у окончания обмотки и компонуют их симметрично на одинаковой высоте относительно ярма.

У отдельных конструкций трансформаторов ответвления делают в средней части. При использовании оборотной схемы одна половина обмотки выполняется с правой намоткой, а вторая — с левой.

Для коммутации ответвлений используют трехфазный переключатель.

У него есть система неподвижных контактов, которые подключены к ответвлениям обмоток, и подвижных, осуществляющих коммутацию схемы за счет создания различных электрических цепей с неподвижными контактами.

Если ответвления сделаны около нулевой точки, то одним переключателем управляют работой сразу всех трех фаз. Это можно делать потому, что между отдельными частями переключателя напряжение не превышает 10% линейной величины.

Когда ответвления выполнены в средней части обмотки, то для каждой фазы используется свой, индивидуальный переключатель.

Способы регулирования выходного напряжения

Существуют два типа переключателей, позволяющие изменять количество витков на каждой обмотке:

1. с отключением нагрузки;

2. под нагрузкой.

Первый способ требует больше времени на выполнение и не пользуется популярностью.

Переключения под нагрузкой обеспечивают более легкое управление электрическими сетями за счет беспрерывного электроснабжения подключенных потребителей. Но, для его выполнения необходимо иметь усложненную конструкцию переключателя, который наделяется дополнительными функциями:

осуществление переходов между ответвлениями без разрыва токов нагрузки за счет подключения двух соседних контактов на момент переключения;

ограничение тока короткого замыкания внутри обмотки между подключаемыми ответвлениями во время их одновременного включения.

Техническое решение этих вопросов заключается в создании переключающих устройств, работающих от дистанционного управления с применением токоограничивающих реакторов и резисторов.

На фотографии, показанной в начале статьи, у силового трансформатора используется автоматическое регулирование выходного напряжения под нагрузкой за счет создания конструкции АРН, сочетающей релейную схему управления электродвигателя с приводным механизмом и контакторами.

Принцип и режимы работы

В основу работы силового трансформатора заложены те же законы, что и у обычного:

Проходящий по входной обмотке электрический ток с изменяющейся по времени гармоникой колебаний наводит внутри магнитопровода меняющееся магнитное поле.

Изменяющийся магнитный поток, пронизывая витки второй обмотки, наводит в них ЭДС.

При эксплуатации и проверках силовой трансформатор может оказаться в рабочем или аварийном режиме.

Рабочий режим создается подключением источника напряжения к первичной обмотке, а нагрузки — ко вторичной. При этом величина тока в обмотках не должна превышать расчетных допустимых значений. В этом режиме силовой трансформатор должен длительно и надежно питать все подключенные к нему потребители.

Разновидностями рабочего режима являются опыт холостого хода и короткого замыкания, создаваемые для проверок электрических характеристик.

Холостой ход создается размыканием вторичной цепи для исключения протекания в ней тока. Он используется для определения:

потерь в стали на намагничивание сердечника.

Опыт короткого замыкания , создается шунтированием накоротко выводов вторичной обмотки, но с заниженным напряжением на входе в трансформатор до величины, способной создать вторичный номинальный ток без его превышения. Этот способ используют для определения потерь в меди.

К аварийным режимам трансформатора относятся любые нарушения его работы, приводящие к отклонению рабочих параметров за границы допустимых для них значений. Особенно опасным считается короткое замыкание внутри обмоток.

Аварийные режимы приводят к пожарам электрооборудования и развитию необратимых последствий. Они способны причинить огромный ущерб энергосистеме.

Поэтому для предотвращения подобных ситуаций все силовые трансформаторы снабжаются устройствами автоматики, защит и сигнализации, которые предназначены для поддержания нормальной работы первичной схемы и быстрого отключения ее со всех сторон при возникновении неисправностей.

Трансформаторные будки есть практически на каждой улице любого города вне зависимости от размеров. Вся планета подвержена власти электричества. Что такое силовой трансформатор? Для чего они? Принцип работы силового трансформатора? При должном объяснении все станет понятно любому школьнику.

Зачем это нужно?

Трансформатор служит для повышения или понижения подаваемой электроэнергии. Зачем нужно преобразовывать ток? Смысл в том, что согласно закону Джоуля-Ленца тепло, которое выделяет проводник при прохождении по нему электрического тока выделяется в зависимости от силы тока. Причем зависимость эта квадратичная, так как сила тока в формуле имеет вторую степень.

На практике это означает, что увеличение силы тока в 2 раза приведет к увеличению тепловыделений в 4 раза. Все бы ничего, но закон сохранения энергии пока никто не отменял. На нагрев проводника расходуется электроэнергия, которую с таким трудом добывает человечество. Единственный выход: повысить напряжение до максимум.

Согласно закону Ома всегда сохраняется некое равенство: произведение силы тока на сопротивление равняется напряжению в сети. Предположим, что сопротивление не изменяется, так как оно зависит от свойств проводящего материала. Тогда единственным выходом будет максимально задрать напряжение, чтобы уменьшить силу тока в сети.

Высоковольтные линии придумали не ради развлечения. Единственная цель столь сложной системы с трансформаторами: максимальное сокращение потерь.

Принцип работы силового трансформатора

Чтобы говорить о принципе работы силового трансформатора требуется вспомнить некоторые понятия из школьного курса физики. В итоге будет проще понять объяснения рабочей схемы устройства.

Индукция

Чтобы понять, как работает силовой трансформатор, надо разбираться в понятии индукции. Именно на ней основана львиная доля современной электроники. Суть этого явления в том, что при прохождении через проводник ток создает переменное электрическое поле. Движение электронов в свою очередь порождает переменное магнитное поле, которое при попадании в другой проводник породит так переменное электрическое поле.

То есть, если поставить рядом два проводника, причем один из них подключить к источнику тока, а другое не подключать – электричество будет течь в обоих проводниках. Причем во втором проводнике направление тока будет противоположным таковому в исходном варианте.

Свойство индукции используется достаточно часто: в усилителях, передатчиках и, конечно, школьных опытах

Устройство трансформатора

Корпус аппарата представляет собой бак, в который заливается масло. Масло насыщается минералами, чтобы лучше отводить тепло. Выбросы тепловой энергии при работе трансформатора огромны. Однако даже такие потери в тысячи раз меньше возможных утечек энергии при транспортировке.

Масло циркулирует по внутреннему и внешнему контуру трансформатора. Отдельно отметим, что внешний контур часто представляет собой оребренный радиатор. Увеличение площади теплоотдачи приводит к улучшению отдачи тепла. Проще говоря, чем больше площадь соприкосновения масла из внутреннего контура и внешнего радиатора – тем лучше будет отводится тепло, тем меньше вероятность аварии на трансформаторной подстанции.

Само устройство силового трансформатора представляет собой квадратного сечения сердечник, набранный из тонких электростальных пластинок. Используются именно наборные сердечники, чтобы свести к минимум появление самоиндукционных токов, которые приводят к перегреву и увеличению потерь энергии.

На противоположные стороны квадрата наносят обмотку. Обмотка, на которую поддается ток, называется первичной, обмотка, отдающая преобразованную энергию, вторичной.

Принцип работы

Схема работы силового трансформатора выглядит так:

  1. Ток подается на первичную обмотку.
  2. Первичная обмотка в результате прохождения электрического тока начинает генерировать переменное магнитное поле.
  3. Магнитное поле, проходящее сквозь вторичную обмотку, вызывает в ней электрический ток.

Вес секрет процесса в количестве витков. Отношение принятого напряжения к отданному равняется отношению количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичного обмотки. Это же отношение называют коэффициентом трансформации. То есть коэффициент показывает, во сколько раз уменьшится или увеличится выходное напряжение на подстанции.


Схема простейшего трансформатора

Почему трансформатор называют силовым

Как мы уже сказали, силовые трансформаторы используют для понижения высоковольного тока до приемлемых для города параметров, то есть 220/360 В – в зависимости от местности и прочих условий. Но нужно отметить, что напряжение высоковольтных линий ненамного больше 1000 к В, а это больше миллиона вольт. Именно за трансформацию столь сильного напряжения, устройство и назвали таким красивым именем.


Установленный силовой трансформатор

Именно силовые трансформаторы используются для преобразования электричества городских и квартальных сетей. Получается многоступенчатая система снабжения страны электроэнергией:

  1. Сначала повышающие трансформаторы увеличивают напряжение до огромных значений
  2. По проводам ток течет в города и села
  3. Понижающие трансформаторы понижают напряжение сначала до общегородских, а потом и до квартальных значений.

Отдельно нужно сказать, что иногда приходится понижать значение напряжения до 360 В в городе, потому что высоковольтные линии проводить в городской черте запрещено.

Виды трансформаторов

Уже были названы повышающие и понижающие трансформаторы. В зависимости от места использования можно выделить сетевые и силовые аппараты. Сетевые трансформаторы используются в устройствах, поскольку даже квартальные параметры тока слишком высоки для простого телевизора или ноутбука. Поэтому используется трансформатор, чтобы преобразовать ток в подходящий для конкретного предмета бытовой техники.

Сразу использовать маленькие параметры в городе нельзя из тех же соображений экономии. К тому же, разные приборы требуют разных параметров – всем производителям электроники не угодишь, а потому проще каждому встраивать в свой прибор трансформатор.

Отдельной строкой идут автомобильные трансформаторы, которые позволяют заводить машину с использованием небольшого электрического импульса. Выделяют и импульсные и многие другие трансформаторы, но всех их объединяет одно: принцип работы. Отличия кроются только в рабочих параметрах тока и предназначении трансформатора.


Сетевой трансформатор

Контроль работы устройства

Во время сервисных работ строго запрещается заглядывать внутрь бака, сливать полностью масла и проводить какие-либо манипуляции с содержимым корпуса трансформатора. Работоспособность изделия проверяется путем химической оценки пробы масла и холостого подключения аппарата. В результате удается узнать, насколько трансформатор работоспособен в данный момент времени.

Даже к месту монтажа привозят уже готовую конструкцию, которую остается только подключить к сети. Заливка маслом производится на заводе, не говоря уже о более сложных процедурах. Для доставки оборудования используется специализированная техника.

Транспортировка электрической энергии на большие расстояния неизбежно приводит к определенным потерям. Для того чтобы снизить потери, в системе передачи применяется свойство трансформации. С этой целью электрический ток проходит через трансформаторную подстанцию, с помощью которой осуществляется повышение амплитуды напряжения, подаваемого в ЛЭП для дальнейшей транспортировки.

Конечная точка ЛЭП подключается к вводу удаленной подстанции. Здесь выполняется снижение напряжения, после чего электричество распределяется среди потребителей. На обеих подстанциях установлены силовые трансформаторы, устройство и принцип действия которых позволяет преобразовывать электроэнергию большой мощности. Они отличаются особенностями устройства и техническими характеристиками.

Основные детали и системы силового трансформатора

Металлический корпус предназначен для размещения внутри него электрического оборудования трансформатора. Он представляет собой герметичный бак с крышкой, заполненный трансформаторным маслом. Такой сорт масла имеет высокие диэлектрические качества, с его помощью отводится тепло от деталей, подверженных значительным токовым нагрузкам.

Охлаждение трансформатора осуществляется с помощью гидравлической системы. Залив и слив масла производится с использованием задвижек и вкручивающихся пробок. Отбор масла для химического анализа производится через запорный вентиль, расположенный в нижней части бака.

Циркуляция масла в силовом трансформаторе происходит по двум контурам – внешнему и внутреннему. В состав внешнего контура входит радиатор, состоящий из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных между собой металлическими трубками. Нагретое масло проходит через магистрали охладителя, остывает и вновь поступает в бак. Внутри бака масло может циркулировать естественным путем или принудительно под действием давления, создаваемого насосами. Теплообмен значительно улучшается за счет специальных гофр, устанавливаемых на поверхности бака.

Важнейшим элементом силового трансформатора является его электрическая схема. Все ее элементы размещаются внутри корпуса. Верхняя и нижняя балки составляют остов, на котором крепятся все остальные детали. В состав схемы входит магнитопровод, обмотки высокого и низкого напряжения, высоковольтные и низковольтные отводы, регулировочные ответвления обмоток. В нижней части располагаются вводы высокого и низкого напряжения.

Основной функцией магнитопровода является снижение потерь магнитного потока, проходящего через обмотки. Для его изготовления используется специальные сорта электротехнической стали. Ток нагрузки протекает через обмотки фаз. Изоляция витков выполняется специальными сортами хлопчатобумажной ткани или кабельной бумаги. Механическая и электрическая прочность обмоточной изоляции повышается за счет пропитки поверхностей специальным лаком. Подключение обмоток может выполняться по схеме «звезда», «треугольник» или «зигзаг». Для маркировки концов каждой обмотки используются латинские символы.

Принцип действия и режимы работы

Силовые трансформаторы действуют по такому же принципу, как и обычные трансформаторные устройства. Во входную обмотку поступает электрический ток, колебания которого изменяются по времени. Это приводит к наведению в магнитопроводе изменяющегося магнитного поля. Далее изменяющийся магнитный поток проходит через витки второй обмотки, после чего в ней возникает электродвижущая сила.

Во время проверок и в процессе эксплуатации работа трансформатора может происходить в различных режимах:

  • Рабочий режим. В этом случае источник напряжения подключается к первичной обмотке, а нагрузка – к вторичной. Величина тока в каждой обмотке должна быть не более допустимого расчетного значения. В данном режиме обеспечивается устойчивое и надежное питание потребителей в течение длительного времени. В рабочем режиме может создаваться холостой ход и короткое замыкание с целью проверки характеристик трансформаторного устройства.
  • Холостой ход. Создается путем размыкания вторичной цепи, чтобы исключить протекание по ней тока. Данный режим позволяет определить коэффициент полезного действия, коэффициент трансформации, потери в стальных деталях, затраченные для намагничивания сердечника.
  • Режим короткого замыкания. В этом случае накоротко шунтируются выводы вторичной обмотки. На входе трансформатора напряжение оказывается заниженным до значения, при котором создается вторичный номинальный ток с постоянным значением. Данный способ позволяет установить потери в меди.
  • Аварийный режим. К нему относятся любые нарушения работы трансформатора, вызывающие отклонение рабочих показателей за пределы допустимого значения. Особую опасность представляет короткое замыкание, возникающее внутри обмоток. Для предотвращения последствий аварийного режима в силовых трансформаторах устанавливаются автоматические средства защиты и сигнализации. Они поддерживают нормальную работу первичной схемы и полностью отключают ее в случае неисправностей и аварийных ситуаций.

Защита силовых трансформаторов

В первую очередь необходимо постоянно контролировать уровень масла, циркулирующего внутри бака. На его температуру оказывает влияние целый комплекс различных факторов. В связи с этим происходит постоянное изменение объема и главной задачей становится поддержание уровня масла в установленных границах. Важную роль в этом играет использование расширительного бачка, компенсирующего все объемные отклонения. Кроме того, он позволяет вести наблюдения за текущим уровнем масла.

Данные о состоянии уровня снимаются с помощью маслоуказателя, подключаемого параллельно с расширительным бачком.

Силовые трансформаторы должны быть защищены от проникновения влаги, поскольку расширительный бак своей верхней частью плотно контактирует с окружающей средой. С этой целью устанавливается осушитель воздуха, создающий препятствия попаданию влаги в масло, что существенно снижает его диэлектрические свойства.

Важной составляющей масляной системы считается газовое реле, защищающее трансформатор от внутренних повреждений. Оно монтируется внутри трубопровода, который соединяет между собой основной и расширительный баки. Во время нагрева масло и органическая изоляция выделяют газы, попадающие в емкость газового реле, содержащую внутри чувствительный элемент.

В некоторых случаях может возникнуть аварийное повышение давления внутри бака. В целях защиты на крышке трансформатора выполняется монтаж выхлопной трубы. Ее нижний конец должен сообщаться с емкостью бака, а масло – поступать внутрь до необходимого уровня в расширителе. Над расширителем возвышается верхняя часть трубы, которая отводится в сторону и незначительно загибается вниз. Ее конец герметично закрывает стеклянная предохранительная мембрана, разрушающаяся в случае аварийного повышения давления.

Силовые трансформаторы, имеющие обмотку высокого напряжения свыше 1000 В, оборудуются релейной защитой от основных повреждений и неисправностей. Непосредственными защитными устройствами являются вторичные реле прямого или косвенного действия. Их подключение осуществляется не напрямую, а через измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Монтаж и дальнейшая эксплуатация силовых трансформаторов

Большинство конструкций силовых трансформаторов обладают значительным весом. Поэтому для их транспортировки к месту монтажа используется специальный транспорт. Оборудование поставляется полностью собранным и готовым к подключению.

Монтаж силового трансформатора выполняется на заранее подготовленном фундаменте или в специальном помещении. Во избежание воздушных мешков под крышкой бака в процессе установки, под катки со стороны расширителя подкладываются стальные пластинки. Их толщина должна обеспечивать подъем 1% с узкой и 1,5% с широкой стороны трансформатора. Длина прокладок составляет не менее 150 мм. При массе устройства до 2 тонн установка выполняется непосредственно на фундамент. Корпус в обязательном порядке соединяется с системой заземления.

Перед началом установки силовые трансформаторы проходят испытания в лабораторных условиях. В это время измеряется коэффициент трансформации, проверяется качество соединений, изоляции, а также соответствие трансформаторного масла.

Релейная защита силового трансформатора

Что такое силовой трансформатор и как он работает?

В некоторых из наших предыдущих статей мы обсуждали основы трансформатора и его различных типов. Одним из важных и часто используемых трансформаторов является силовой трансформатор . Он очень широко используется для повышения и понижения напряжения на электростанции и распределительной станции (или подстанции) соответственно.

Например, рассмотрим блок-схему, показанную выше.Здесь силовой трансформатор используется два раза при передаче электроэнергии потребителю, находящемуся далеко от электростанции.

  • Первый раз на электростанции для повышения напряжения, вырабатываемого ветрогенератором.
  • Второй — на распределительной станции (или подстанции) для понижения напряжения, полученного в конце линии передачи.

Потери мощности в линиях передачи

Есть много причин для использования силового трансформатора в электроэнергетических системах.Но одна из самых важных и простых причин использования силового трансформатора — это снижение потерь мощности при передаче электроэнергии.

Теперь посмотрим, как значительно уменьшаются потери мощности за счет использования силового трансформатора:

Во-первых, уравнение потерь мощности P = I * I * R.

Здесь I = ток через проводник и R = сопротивление проводника.

Итак, потеря мощности прямо пропорциональна квадрату тока, протекающего по проводнику или линии передачи.Таким образом, уменьшите величину тока, проходящего через проводник, и уменьшите потери мощности.

Как мы воспользуемся этой теорией, объясняется ниже:

  • Допустим, начальное напряжение = 100 В, потребляемая нагрузка = 5 А, а выдаваемая мощность = 500 Вт. Линии передачи здесь должны пропускать ток величиной 5А от источника к нагрузке. Но если мы увеличим напряжение на начальном этапе до 1000 В, то линии передачи должны будут передавать только 0,5 А, чтобы обеспечить ту же мощность в 500 Вт.
  • Итак, мы будем повышать напряжение в начале линии передачи с помощью силового трансформатора и использовать другой силовой трансформатор для понижения напряжения в конце линии передачи.
  • При такой настройке величина тока, протекающего по линии передачи более 100 км, значительно снижается, тем самым уменьшая потери мощности во время передачи.

Разница между силовым трансформатором и распределительным трансформатором
  • Силовой трансформатор обычно работает при полной нагрузке, поскольку он рассчитан на высокий КПД при 100% нагрузке. С другой стороны, распределительный трансформатор имеет высокий КПД, когда нагрузка составляет от 50% до 70%.Таким образом, распределительные трансформаторы не подходят для непрерывной работы при 100% нагрузке.
  • Поскольку силовой трансформатор приводит к высоким напряжениям при повышении и понижении, обмотки имеют высокую изоляцию по сравнению с распределительными трансформаторами и измерительными трансформаторами.
  • Поскольку в них используется изоляция высокого уровня, они очень громоздкие и тяжелые.
  • Поскольку силовые трансформаторы обычно не подключаются к домам напрямую, они испытывают меньшие колебания нагрузки, в то время как распределительные трансформаторы испытывают большие колебания нагрузки.
  • Они полностью загружаются в течение 24 часов в сутки, поэтому потери меди и железа происходят в течение дня и остаются практически неизменными все время.
  • Плотность потока в силовом трансформаторе выше, чем в распределительном трансформаторе.

Принцип работы силового трансформатора

Силовой трансформатор работает по принципу «закона электромагнитной индукции Фарадея». Это основной закон электромагнетизма, который объясняет принцип работы индукторов, двигателей, генераторов и электрических трансформаторов.

Закон гласит: « Когда замкнутый или закороченный проводник приближается к изменяющемуся магнитному полю, в этом замкнутом контуре генерируется ток» .

Чтобы лучше понять закон, остановимся на нем подробнее. Во-первых, давайте рассмотрим сценарий ниже.

Рассмотрим постоянный магнит и проводник , которые сначала подводятся друг к другу.

  • Затем провод закорачивают на обоих концах с помощью провода, как показано на рисунке.
  • В этом случае в проводнике или петле не будет протекания тока, потому что магнитное поле, пересекающее петлю, является стационарным и, как указано в законе, только изменяющееся или изменяющееся магнитное поле может вызвать ток в петле.
  • Итак, в первом случае стационарного магнитного поля поток в проводящей петле будет нулевым.

Теперь представьте, что если магнит движется вперед и назад как маятник , то магнитное поле, пересекающее петлю, продолжает меняться.Поскольку в этом случае присутствует переменное магнитное поле, будут действовать законы Фарадея, и, таким образом, мы сможем увидеть протекание тока в проводящей петле.

Как вы можете видеть на рисунке, после того, как магнит движется вперед и назад, мы видим ток «I», протекающий по проводнику и замкнутому контуру.

Теперь давайте удалим постоянную батарею , чтобы заменить ее другими источниками переменного магнитного поля, как показано ниже.

  • Теперь источник переменного напряжения и проводник используются для создания переменного магнитного поля.
  • После того, как петля проводника приблизилась к диапазону магнитного поля, мы можем увидеть ЭДС, генерируемую поперек проводника. Из-за этой наведенной ЭДС у нас будет ток «I».
  • Величина наведенного напряжения пропорциональна напряженности поля, испытываемой вторым контуром, поэтому чем выше напряженность магнитного поля, тем выше ток в замкнутом контуре.

Хотя для понимания закона Фарадея можно использовать установку с одним проводником.Но для лучшей практической работы предпочтительнее использовать катушку с обеих сторон.

Здесь переменный ток течет через первичную катушку1, который создает переменное магнитное поле вокруг проводящих катушек. И когда катушка 2 входит в зону действия магнитного поля, создаваемого катушкой 1, то напряжение ЭДС создается на катушке 2 из-за закона электромагнитной индукции Фарадея. И из-за этого напряжения в катушке 2 через вторичную замкнутую цепь протекает ток «I».

Теперь вы должны помнить, что обе катушки подвешены в воздухе, поэтому проводящей средой, используемой магнитным полем, является воздух. И воздух имеет более высокое сопротивление по сравнению с металлами в случае проводимости магнитного поля, поэтому, если мы используем металлический или ферритовый сердечник в качестве среды для электромагнитного поля, мы можем более тщательно испытать электромагнитную индукцию.

Итак, давайте теперь заменим воздушную среду железной для дальнейшего понимания.

Как показано на рисунке, мы можем использовать железный или ферритовый сердечник , чтобы уменьшить потери магнитного потока при передаче энергии от одной катушки к другой катушке.За это время магнитный поток, просачивающийся в атмосферу, будет значительно меньше, чем время, в течение которого мы использовали воздушную среду, поскольку сердечник является очень хорошим проводником магнитного поля.

Как только поле создается катушкой 1, оно протекает через железный сердечник, достигая катушки 2, и в соответствии с законом Фарадея катушка 2 генерирует ЭДС, которая будет считываться гальванометром, подключенным к катушке 2.

Теперь, если вы внимательно понаблюдаете, вы обнаружите, что эта установка похожа на однофазный трансформатор.И да, каждый присутствующий сегодня трансформатор работает по тому же принципу.

Теперь рассмотрим упрощенную конструкцию трехфазного трансформатора .

Трехфазный трансформатор

  • Каркас трансформатора спроектирован из ламинированных металлических листов, которые используются для переноса магнитного потока. На схеме вы можете увидеть, что скелет окрашен в серый цвет. Каркас имеет три колонны, на которые намотаны обмотки трех фаз.
  • Обмотка более низкого напряжения наматывается первой и наматывается ближе к сердечнику, а обмотка более высокого напряжения наматывается поверх обмотки более низкого напряжения. Помните, обе обмотки разделены изоляционным слоем.
  • Здесь каждый столбец представляет одну фазу, поэтому для трех столбцов у нас трехфазная обмотка.
  • Вся конструкция каркаса и обмотки погружена в герметичный резервуар, заполненный индустриальным маслом для лучшей теплопроводности и изоляции.
  • После намотки концевые выводы всех шести катушек были выведены из герметичного резервуара через высоковольтный изолятор.
  • Клеммы закреплены на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы избежать искровых скачков.

Характеристики силового трансформатора

Номинальная мощность

3 МВА до 200 МВА

Первичное напряжение обычно

11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 кВ

Вторичное напряжение обычно

3.3, 6,6, 11, 33, 66, 132 кВ или согласно спецификации

Фазы

Одно- или трехфазные трансформаторы

Номинальная частота

50 или 60 Гц

Нарезание резьбы

Устройства РПН

Повышение температуры

60 / 65C или индивидуальная спецификация

Тип охлаждения

ONAN (масляное естественное воздушное естественное) или другие типы охлаждения, такие как KNAN (макс. 33 кВ) по запросу

Радиаторы

Панели радиатора охлаждения на баке

Векторные группы

Dyn11 или любая другая векторная группа согласно IEC 60076

Регулировка напряжения

Через устройство РПН (с реле АРН в стандартной комплектации)

Терминалы ВН и НН

Тип воздушной кабельной коробки (33 кВ макс.) Или открытые вводы

Установки

Внутри или снаружи

Уровень шума

Согласно ENATS 35 или NEMA TR1

Применение передачи энергии
  • Силовой трансформатор в основном используется в производстве электроэнергии и на распределительных станциях.
  • Он также используется в изолирующих трансформаторах, заземляющих трансформаторах, шестипульсных и двенадцати импульсных выпрямительных трансформаторах, трансформаторах солнечных фотоэлектрических ферм, трансформаторах ветряных электростанций и в пускателях автотрансформаторов Korndörfer.
  • Применяется для снижения потерь мощности при передаче электроэнергии.
  • Используется для повышения и понижения высокого напряжения.
  • Это предпочтительный вариант при использовании на больших расстояниях.
  • И предпочтительнее в случаях, когда нагрузка работает на полную мощность 24×7.

Силовой трансформатор: определение, типы и применение

Что такое силовой трансформатор? Трансформатор — это электрический прибор, который используется для передачи энергии от одной цепи к другой в условиях электромагнитной индукции. Передача мощности осуществляется без изменения частоты. В электронной сети государственный силовой трансформатор применяется для представления ряда источников переменного тока с несколькими напряжениями и подходящими значениями тока от электросети общего пользования, а также используется для представления трансформаторов с диапазоном 500 кВА или выше.

Что такое силовой трансформатор?

Силовой трансформатор — это трансформатор одного типа, который используется для передачи электроэнергии в любом компоненте электронной или электрической цепи между первичными цепями распределения и генератором. Эти трансформаторы используются в распределительных сетях для согласования понижающих и повышающих напряжений. Обычно силовой трансформатор погружается в жидкость, а срок службы этих приборов составляет примерно 30 лет.Силовые трансформаторы можно разделить на три типа по диапазонам. Это трансформаторы большой мощности, трансформаторы средней мощности и трансформаторы малой мощности.

  • Диапазон мощных трансформаторов может составлять от 100 МВА и более
  • Диапазон трансформаторов средней мощности может составлять от -100 МВА
  • Диапазон трансформаторов малой мощности может составлять от 500 до 7500 кВА

Эти трансформаторы передают напряжение . Он поддерживает низкое напряжение, цепь высокого тока в одной секции трансформатора, а на другой стороне трансформатора — цепь высокого напряжения и низкого тока.Силовой трансформатор работает по принципу индукционного закона Фарадея. В нем поясняется электросеть в областях, где каждое оборудование, подключенное к системе, спроектировано в соответствии со скоростью, установленной силовым трансформатором.

Подробнее о Linquip

Типы трансформаторов: статья о различиях между трансформаторами по конструкции и конструкции

Определение силового трансформатора

Силовой трансформатор — это статическое устройство, используемое для преобразования мощности из одной цепи в другую без изменения частоты.Это очень простое определение трансформатора. Поскольку в нем нет движущихся или вращающихся компонентов, трансформатор представлен как статическое устройство. Силовые трансформаторы работают на базе переменного тока. Трансформатор работает по правилам взаимной индукции.

Что такое силовой трансформатор? (Ссылка: lectric4u.com )

История силовых трансформаторов

Если мы хотим обсудить историю трансформаторов, мы должны вернуться в 1880-е годы. Свойство индукции было обнаружено примерно за 50 лет до этого, в 1830 году, и это основа работы трансформатора.Позже было разработано моделирование трансформатора, что привело к уменьшению размера и большей эффективности. Большой потенциал трансформаторов в несколько кВА, МВА возник постепенно.

Силовой трансформатор 400 кВ был изобретен в высоковольтной электрической сети в 1950 году. Блок мощностью 1100 МВА был создан в начале 1970-х годов. Несколько конструкторов произвели трансформаторы класса 800 кВ и даже выше в 1980 году.

Конструкция силового трансформатора

Конструкция силового трансформатора смоделирована из металла, покрытого листами.Он фиксируется либо в оболочке, либо в стержневом. Конструкции трансформатора намотаны и прикреплены с использованием проводников для создания трех однофазных или одного трехфазного трансформатора.

Для трех однофазных трансформаторов необходимо, чтобы каждая группа была изолирована от дополнительных частей и, таким образом, обеспечивала непрерывность обслуживания при отказе одной группы. Одиночный трехфазный трансформатор, будь то сердечник или оболочка, не будет работать даже при выходе из строя одной батареи. Трехфазный трансформатор экономичен в производстве, занимает меньше места и работает сравнительно с более высоким КПД.Конструкция силового трансформатора

(Ссылка: elprocus.com )

Конструкция трансформатора покрыта огнестойкой жидкостью внутри резервуара. Консерватория наверху резервуара для жидкости позволяет растущему маслу полностью покрыть его. Зарядное устройство нагрузки сливается в сторону бака, меняя количество поворотов на секции низкого тока-высокого напряжения для более точной регулировки напряжения.

Втулки бака позволяют деталям точно входить и выходить из системы без повреждения внешней оболочки.Силовой трансформатор может работать за пределами своего низкого номинала, пока он остается в пределах увеличения температуры на 65 ° C. В трансформаторы встроены специальные вентиляторы, которые охлаждают центр трансформатора для работы в вышеуказанном стандартном режиме до точки ниже сертифицированной температуры.

Потери мощности в линиях электропередачи

Есть несколько причин для использования силового трансформатора в электрических сетях. Но одна из наиболее важных причин использования этого устройства — снижение потерь мощности при передаче электроэнергии.{2} R

Здесь I — ток по проводнику, R — сопротивление детали.

Итак, потери мощности напрямую связаны с квадратом тока, протекающего по проводнику или линии передачи. Таким образом, чем меньше сила тока, протекающего в проводнике, тем меньше потери мощности. Как мы воспользуемся этим явлением, обсуждается ниже:

Возьмем начальное напряжение 100 В, потребляемая нагрузка 5 А, а выдаваемая мощность — 500 Вт. Тогда системы передачи здесь должны пропускать ток величиной 5А от источника питания к нагрузке.Но если мы увеличим напряжение в первой секции до 1000 В, то системы передачи должны выдерживать ток 0,5 А для обеспечения идентичной мощности 500 Вт.

Итак, мы повысим напряжение на первичной стадии системы передачи, используя силовой трансформатор, и применим другой силовой трансформатор, чтобы понизить выходную мощность в конце сети передачи. В этой конфигурации величина тока, протекающего через систему передачи +100 км, значительно снижается, тем самым снижая потери мощности во время передачи.

Разница между силовым трансформатором и распределительным трансформатором

Силовой трансформатор обычно работает при полной нагрузке, поскольку он моделируется с высоким КПД при 100% нагрузке. В противном случае распределительный трансформатор имеет высокий КПД, если нагрузка составляет от 50% до 70%. Таким образом, распределительные трансформаторы не желательно постоянно работать при 100% нагрузке.

Поскольку силовые трансформаторы создают большие напряжения при понижении и повышении, обмотки имеют отличную изоляцию по сравнению с распределительными трансформаторами или измерительными трансформаторами.Поскольку в них применяется изоляция высокого уровня, они очень массивны и слишком тяжелы.

Разница между силовым трансформатором и распределительным трансформатором (Ссылка: elprocus.com )

Поскольку силовые трансформаторы обычно не подключаются к домам напрямую, они испытывают небольшие колебания нагрузки, в то время как, с другой стороны, распределительные типы испытывают большие колебания нагрузки.

Они полностью загружены 24 часа в сутки, поэтому отходы железа и меди возникают в течение всего дня.Плотность магнитного потока в силовом трансформаторе также больше, чем у распределительного типа.

Принцип работы силового трансформатора

Силовой трансформатор работает по принципу «закона индукции Фарадея». Это главное правило электромагнетизма, разъясняющее принцип работы двигателей, индукторов, генераторов и электрических трансформаторов.

Закон гласит: «Как только замкнутый или закороченный компонент приближается к флуктуирующему магнитному полю, в этом замкнутом контуре возникает протекающий ток».Чтобы лучше описать закон, поясним его подробнее. Во-первых, давайте рассмотрим схему ниже.

Принцип работы силового трансформатора 1 (Ссылка: circuitdigest.com )

Предположим, что проводник и постоянный магнит изначально поднесены друг к другу. Затем провод закорачивают на обоих участках с помощью провода, как показано на рисунке.

В этом случае не будет тока, протекающего через проводник или петлю, поскольку магнитное поле, пересекающее петлю, является постоянным, и, как указано в законе, только изменяющееся магнитное поле может вызвать ток в сети.Итак, на первом этапе постоянного магнитного поля в контуре или проводнике будет движение нуля.

Теперь представьте, что если магнит движется вперед и назад, например, маятник, то магнитное поле, разрезающее проводник, возобновляет колебания. Поскольку на этом этапе доступно модифицирующее магнитное поле, закон Фарадея приведет к тому, что мы сможем увидеть ток, движущийся в петле.

Принцип работы силового трансформатора 2 (Ссылка: circuitdigest.com )

Как показано на рисунке, после того, как магнит скользит вперед и назад, мы можем видеть ток «I», перемещающийся по замкнутому контуру и проводнику.Теперь давайте удалим постоянную батарею, чтобы восстановить ее с помощью других источников модифицирующего магнитного поля, таких как ниже.

Принцип работы силового трансформатора 3 (Ссылка: circuitdigest.com )

Теперь источник переменного напряжения и проводник используются для создания переменного магнитного поля.

После того, как петля приблизится к диапазону магнитного поля, можно увидеть ЭДС, генерируемую через проводник. Из-за этой стимулированной ЭДС у нас может быть ток «I».

Величина стимулированного напряжения связана с напряженностью поля, испытываемого вторичным контуром, поэтому чем больше напряженность магнитного поля, тем больше ток, протекающий в замкнутом контуре.

Хотя можно применить простую конфигурацию проводов, чтобы знать закон Фарадея, для более практической работы предпочтительнее использовать катушку на обеих секциях.

Принцип работы силового трансформатора 4 (Ссылка: circuitdigest.com )

Здесь переменный ток проходит через первую первичную катушку, которая создает модифицирующее магнитное поле рядом с проводящими катушками.И когда вторая катушка входит в рейтинг магнитного поля, создаваемого первой катушкой, то ЭДС создается во второй катушке из-за закона индукции Фарадея. И из-за создаваемого напряжения во второй катушке ток «I» течет во вторичной замкнутой сети.

Теперь мы должны помнить, что обе катушки висят в воздухе, поэтому проводящей средой, создаваемой магнитной средой, является воздух. Воздух имеет большее сопротивление по сравнению с металлами в случае условий магнитного поля, поэтому, если мы используем ферритовый или металлический сердечник в качестве среды для электромагнитной сети, тогда мы можем получить электромагнитную индукцию более подходящим образом.

Итак, теперь заменим воздушное окружение железным зазором для дальнейшего развития.

Принцип работы силового трансформатора 5 (Ссылка: circuitdigest.com )

Как показано на рисунке, мы можем применить ферритовый или железный сердечник, чтобы уменьшить потери магнитного потока во время передачи энергии от одной катушки к другой. В течение этого времени магнитный поток, теряемый в атмосферу, будет заметно меньше, чем время, в течение которого мы использовали воздушную среду, поскольку зазор является подходящим проводником магнитного поля.

В то время как поле создается первой катушкой, оно будет перемещаться по железному сердечнику, достигая второй катушки, и, согласно закону Фарадея, вторая катушка создает ЭДС, которая будет обнаруживаться гальванометром, подключенным через вторую катушку. . Теперь, если мы внимательно исследуем, мы обнаружим эту конфигурацию, похожую на однофазный трансформатор. И да, каждое устройство, представленное сегодня, работает по тому же принципу. Посетите здесь, чтобы полностью узнать основы силового трансформатора.

Использование силовых трансформаторов
  • Производство электроэнергии низкого напряжения слишком рентабельно. Эта низковольтная номинальная мощность теоретически может быть передана в приемную секцию. Эта низковольтная мощность при передаче вызывает больший ток в линиях, что действительно приводит к большему количеству потерь в линии.
  • Но если уровень напряжения мощности повышается, ток мощности уменьшается, что приводит к уменьшению омических или I 2 R потерь в сети, уменьшению стороны поперечного сечения контура i .е. снижение общей стоимости сети, а также улучшение регулировки напряжения системы. Из-за этого следует увеличивать низкую мощность для эффективных применений электроэнергии.
  • Это выполняется повышающим устройством в передающей секции энергосети. Поскольку эта большая мощность напряжения не может быть распределена между пользователями напрямую, ее следует понизить до подходящей скорости на приемной стороне с помощью понижающего устройства. В результате силовые трансформаторы играют важную роль в случаях передачи электроэнергии.
  • Двухобмоточные трансформаторы обычно используются там, где уровень высокого и низкого напряжения выше 2. Рентабельно применять автотрансформатор, когда уровень между высоким и низким напряжением меньше 2.
  • Опять же, a простой трехфазный трансформаторный блок более эффективен, чем блок из трех однофазных устройств в трехфазной сети. Но простой трехфазный комплект немного проблематичен в использовании, и его следует полностью прекратить работать, если одна из фазовых секций выходит из строя.

Типы силовых трансформаторов

Трансформаторы можно классифицировать по нескольким методам в зависимости от их назначения, применения, производства и т. Д. Учтите, что эти классификации иногда пересекаются — например, трансформатор может быть одновременно трехфазным и повышающим. Для получения дополнительных объяснений в некоторых важных книгах по электротехнике более подробно обсуждается работа трансформатора.

Типы трансформаторов включают следующие:

Повышающий трансформатор и понижающий трансформатор
  • Повышающие трансформаторы преобразуют ввод низкого напряжения (LV) и высокого тока от первичной части трансформатора. к значению высокого напряжения (HV) и низкого тока на вторичной части устройства.
  • Понижающие типы преобразуют значения высокого напряжения (HV) и низкого тока из первичной части устройства в выход низкого напряжения (LV) и высокого тока на вторичной части типа.

Трехфазный трансформатор и однофазный трансформатор

Трехфазный трансформатор обычно используется в трехфазной электросети, поскольку он более эффективен, чем однофазные. Но при импорте размера рекомендуется использовать банк из трех однофазных vs.трехфазный трансформатор, так как его проще передавать, чем один одиночный трехфазный комплект.

Электрический трансформатор, распределительный трансформатор и измерительный трансформатор
  • Электрические трансформаторы обычно используются в системах передачи для понижения или повышения номинального напряжения. Он работает в основном во время пиковых или высоких нагрузок и имеет максимальную эффективность при полной или близкой к ней нагрузке.
  • Распределительные трансформаторы понижают мощность для распределительных шкафов коммерческим или бытовым потребителям.Он имеет соответствующую регулировку напряжения и работает 24 часа в сутки с максимальной эффективностью при 50% полной нагрузки.
  • Измерительные трансформаторы содержат трансформатор тока и силовой трансформатор, которые используются для понижения высокого напряжения и тока на меньшие выходы, которыми можно управлять с помощью обычных устройств.

Двухобмоточный трансформатор и автотрансформатор

Двухобмоточный трансформатор особенно используется там, где разница между сторонами низкого и высокого напряжения превышает 2.Он более эффективен для автотрансформатора в условиях, когда соотношение сторон меньше 2.

Трансформатор для наружной установки и трансформаторы для внутренней установки

Как следует из названия, наружные типы предназначены для установки на открытом воздухе. В то время как внутренние формы предназначены для установки в помещении.

Трансформатор с масляным охлаждением и сухим типом

Этот тип связан с конфигурацией охлаждения трансформатора, используемой в трансформаторе.В типах с масляным охлаждением метод охлаждения — трансформаторное масло. В то время как в сухих типах вместо этого применяется воздушное охлаждение.

Типы силовых трансформаторов на основе обмоток

В силовых трансформаторах есть два основных типа обмоток: оболочки и сердечники. Существуют также трансформаторы ягодного типа, сконструированные для конкретных применений.

Трансформатор с сердечником

Трансформатор с сердечником имеет два вертикальных плеча или плеча с двумя горизонтальными сторонами, выступающими в качестве ярма.Форма сердечника прямоугольная с типичной магнитной цепью. Цилиндрические катушки (ВН и НН) устанавливаются на обеих ногах.

Трансформатор кожухового типа

Трансформатор кожухового типа включает два внешних и одно центральное плечо. Катушки высокого и низкого напряжения установлены в центральной части. Имеется двойная магнитная цепь.

Трансформатор ягодного типа

Сердечник похож на спицы колеса в трансформаторе ягодного типа. Баки из листового металла плотно прилегают и используются для размещения трансформатора с маслом, заполненным внутри трансформатора.

Технические характеристики силового трансформатора

Силовые трансформаторы можно моделировать как трехфазные, так и однофазные. При поиске силового трансформатора необходимо изучить несколько важных характеристик. Технические характеристики силового трансформатора содержат максимальную номинальную мощность, максимальное номинальное напряжение, максимальный номинальный вторичный ток и тип o / p. Технические характеристики силового трансформатора в основном состоят из:

  • Первичное напряжение 22.9 кВ
  • Напряжение вторичной обмотки составляет 6,6 / 3,3 кВ
  • Частота при 60 Гц, 50 Гц
  • Фаза 3Ø
  • Вектор Dd0, Dyn11 и т. Д.
  • Напряжение ответвления 23.9-R22.9-21.9-20.9-19.9 кВ
Технические характеристики силового трансформатора (Ссылка: elprocus.com )

Применение силового трансформатора

Силовые трансформаторы можно использовать для перехода от одного типа напряжения к другому при высоких номинальных мощностях. Эти трансформаторы используются в различных электронных сетях, а также представлены в различных типах и приложениях.

Применения силового трансформатора включают передачу и распределение электрической энергии. Эти инструменты широко используются на промышленных предприятиях, электростанциях и традиционных электроэнергетических компаниях. Применение силового трансформатора

(Ссылка: circuitdigest.com )

Силовые трансформаторы применяются в высоковольтных линиях передачи для понижения и повышения напряжения. Эти трансформаторы обычно используются для передачи больших нагрузок.

Эти приборы огромны по размеру по сравнению с типами распределения, которые используются на генерирующих станциях и передающих сетях. Силовые трансформаторы используются в передающих сетях, поэтому они не используются напрямую для потребителей. Таким образом, вариации нагрузки у них меньше.

Эти устройства используются в качестве повышающей системы для передачи, так что потери I 2 R могут быть уменьшены до определенного потока мощности.

Силовые трансформаторы в основном используются в производстве электроэнергии и на распределительных станциях.

Они также используются в системах изоляции, шестиимпульсных и двенадцатипульсных выпрямительных трансформаторах, заземляющих трансформаторах, трансформаторах ветряных электростанций, трансформаторах солнечных фотоэлектрических ферм и пускателях автотрансформаторов.

Некоторые другие применения силового трансформатора включают:

  • Снижение потерь мощности при передаче электроэнергии
  • Понижение высокого напряжения и повышение высокого напряжения
  • При использовании на больших расстояниях потребителей
  • полная мощность 24 × 7

Резюме

Силовые трансформаторы обычно конструируются с максимальным использованием основной части и работают очень близко к вершине кривой BH (петля магнитного гистерезиса).Это значительно снижает массу сердечника. Обычно силовые трансформаторы имеют соответствующие отходы меди и железа при большей нагрузке.

Таким образом, речь идет о принципе работы силового трансформатора, технических характеристиках и применении. Мы надеемся, что вы узнали о них больше. Кроме того, любые вопросы относительно этого предмета или определения силового трансформатора, пожалуйста, оставьте свой отзыв, оставив комментарий в разделе комментариев ниже.

Конструкция силового трансформатора с приложениями

Трансформатор — это электрическое устройство, которое используется для передачи энергии от одной цепи к другой посредством электромагнитной индукции.Передача мощности сопровождается без изменения частоты. В электронной системе термин силовой трансформатор используется для обеспечения ряда источников переменного тока с несколькими напряжениями и соответствующими значениями тока от электросети общего пользования. А также используется для обозначения трансформаторов мощностью 500 кВА или выше.


Силовой трансформатор

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор — это один из видов трансформатора, который используется для передачи электрической энергии в любой части электрической или электронной цепи между генератором и первичными цепями распределения.Эти трансформаторы используются в системах распределения для сопряжения повышающих и понижающих напряжений. Обычно силовые трансформаторы погружаются в жидкость, а срок службы этих трансформаторов составляет около 30 лет. Силовые трансформаторы можно разделить на три типа в зависимости от диапазонов. Это трансформаторы малой мощности, трансформаторы средней мощности и трансформаторы большой мощности.

Силовые трансформаторы
  • Диапазон малых силовых трансформаторов может составлять от 500 до 7500 кВА
  • Диапазон трансформаторов средней мощности может составлять от -100 МВА
  • Диапазон мощных трансформаторов может составлять от 100 МВА и более

Средний срок службы трансформатора составляет около 30 лет

Эти трансформаторы преобразуют напряжение.Он удерживает низковольтную, сильноточную цепь на одной стороне трансформатора, а на другой стороне трансформатора он держит низковольтную цепь низкого тока. Силовой трансформатор зависит от принципа индукции Фарадея. Они описывают энергосистему в зонах, в которых каждая шестерня, подключенная к системе, рассчитана на номинальные параметры, установленные силовым трансформатором.

Конструкция силового трансформатора

Каркас силового трансформатора выполнен из металла, ламинированного листами.Он фиксируется либо в стержневом, либо в корпусном типе. Каркасы трансформатора намотаны и соединены проводниками, чтобы получилось три однофазных или один трехфазный трансформатор. Три однофазных трансформатора требуют, чтобы каждый банк был изолирован от дополнительного и, таким образом, обеспечивали непрерывность обслуживания при отказе одного банка. Одиночный трехфазный трансформатор, будь то корпус или сердечник, не будет работать даже при выходе из строя одной батареи. Трехфазный трансформатор недорог в изготовлении, занимает меньше места и работает сравнительно с более высоким КПД.

Конструкция силового трансформатора

Каркас трансформатора поглощен огнезащитным маслом внутри резервуара. Консерватория наверху масляного бака позволяет растущему маслу попадать в него. Зарядное устройство ответвлений нагрузки сбоку резервуара изменяет количество витков обмотки высокого напряжения и низкого тока для более точного регулирования напряжения. Втулки резервуара позволяют проводникам осторожно входить в резервуар и выходить из него, не воздействуя на внешнюю оболочку. Силовой трансформатор может работать сверх своего небольшого номинала, пока он остается в пределах 65 ° C повышения температуры.Чтобы обеспечить вышеуказанный номинальный режим работы, в трансформаторы встроены вентиляторы, которые охлаждают сердечник трансформатора до точки ниже указанной температуры.


Технические характеристики силового трансформатора

Силовые трансформаторы могут иметь однофазную или трехфазную конфигурацию. При поиске силовых трансформаторов необходимо учитывать множество важных характеристик. Технические характеристики силового трансформатора включают максимальную номинальную мощность, максимальный номинальный вторичный ток, максимальное номинальное напряжение и тип выключателя.Технические характеристики силового трансформатора в основном включают

  • Фаза 3Ø
  • Частота при 60 Гц, 50 Гц
  • Напряжение первичной обмотки составляет 22,9 кВ
  • Напряжение вторичной обмотки составляет 6,6 / 3,3 кВ
  • Напряжение ответвления 23,9-R22,9-21,9-20,9-19,9 кВ
  • Vector Dd0, Dyn11 и т. Д.
Технические характеристики силового трансформатора
Применение силового трансформатора

Силовые трансформаторы могут переключаться с одного напряжения на другое на высоких уровнях мощности. Эти трансформаторы используются в различных электронных схемах, а также доступны в различных типах и приложениях.

Применения силового трансформатора включают в себя передачу и распределение электроэнергии. Эти трансформаторы широко используются электростанциями, промышленными предприятиями и традиционными электроэнергетическими компаниями.

Силовые трансформаторы используются в высоковольтных сетях передачи для повышения и повышения ступеней. вниз по напряжению. Эти трансформаторы обычно используются для передачи больших нагрузок.

Эти трансформаторы имеют большие размеры по сравнению с распределительными трансформаторами, которые используются в производстве станций и передающих подстанций.Трансформаторы силовые используются в передаче н / б. Таким образом, они не подключаются напрямую к потребителям. Таким образом, колебания нагрузки трансформатора меньше.

Эти трансформаторы используются в качестве повышающих устройств для передачи, так что потери I2r могут быть уменьшены до заданного потока мощности.

Силовые трансформаторы в основном предназначены для максимального использования сердечника и будут работать очень близко к точке перегиба кривой B-H. Это значительно снижает массу сердечника.Естественно, силовые трансформаторы имеют соответствующие потери в меди и потери в стали при более высокой нагрузке.

Таким образом, речь идет о конструкции силового трансформатора, технических характеристиках силового трансформатора и его применении. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые вопросы относительно этой концепции или принципиальной схемы силового трансформатора, пожалуйста, оставьте свой отзыв, оставив комментарий в разделе комментариев ниже.

Фото:

  • Силовой трансформатор ge-mcs
  • Конструкция силового трансформатора peguru
  • Технические характеристики силового трансформатора aliimg

Руководство по выбору силовых трансформаторов | Инженерное дело360

Силовые трансформаторы преобразуют напряжения на уровне мощности, в отличие от электрических сигналов, из одного уровня или конфигурации фазы в другой.Они используются для увеличения или уменьшения напряжения в зависимости от конкретного применения и широко используются в системах распределения электроэнергии. Для получения основной информации о конструкции и эксплуатации трансформатора, пожалуйста, посетите Руководство по выбору трансформаторов Engineering 360.

На изображении выше показана типичная система распределения электроэнергии. Поскольку электростанции в конечном итоге должны обеспечивать электроэнергией потенциально удаленные местоположения, они генерируют высокое напряжение для передачи тока в эти районы.В систему необходимо включить несколько силовых трансформаторов, чтобы постепенно понижать напряжение для безопасного использования в жилых помещениях. Трансформаторы могут быть использованы:

  • для снижения напряжения с дальней передачи 500 кВ до локальной передачи 69 кВ
  • для понижения напряжения передачи до напряжения распределения 12 кВ на подстанции
  • , чтобы в конечном итоге снизить напряжение распределения до 110/220 В в жилых или коммерческих помещениях.

В то время как большинство потребителей знакомы с барабанами трансформаторов на опорах линий электропередач, силовые трансформаторы представляют собой широкий спектр изделий, подходящих для различных применений.Например, адаптеры переменного тока, также известные как настенные бородавки или блоки розеток, представляют собой простые выпрямительные трансформаторы, которые преобразуют электрическую сеть переменного тока в постоянный ток низкого напряжения (DC) для использования с портативными устройствами. На изображении ниже показана принципиальная схема и выход постоянного тока очень простого адаптера переменного тока. Силовой трансформатор — это спиральная диаграмма слева, а выпрямитель — ромбовидная форма в центре.

Типы

Силовые трансформаторы можно разделить на несколько различных типов в зависимости от конструкции и применения устройства.Общие типы включают автотрансформаторы, изолирующие трансформаторы, трансформаторы обратного хода, распределительные трансформаторы и трансформаторы подстанций.

Автотрансформаторы и изолирующие трансформаторы

Автотрансформаторы имеют только одну обмотку и могут создавать различные выбираемые выходные напряжения из одного входного напряжения. Одиночная катушка действует как первичная и вторичная катушки, при этом выходное напряжение зависит от того, где на катушке выполнены электрические соединения.Автотрансформаторы не обеспечивают гальванической развязки, но они меньше, легче и дешевле двухобмоточных трансформаторов. Эти устройства часто используются для повышения напряжения с 220–240 В до 110–120 В в жилых помещениях.

Переменные автотрансформаторы (или вариаки) обеспечивают регулируемое выходное напряжение путем электрического соединения с помощью скользящей щетки. Вариаки часто снабжены регулируемыми ручками управления и позволяют очень плавно регулировать напряжение.

Регулируемый автотрансформатор (Variac)

Изолирующие трансформаторы отличаются от автотрансформаторов тем, что они содержат две отдельные катушки, разделенные таким образом, что они обеспечивают электрическую изоляцию между катушками.Хотя изолирующие трансформаторы могут использоваться для повышения или понижения напряжения, они иногда имеют две катушки с равными обмотками, что обеспечивает соотношение один к одному и, таким образом, обеспечивает одинаковое выходное напряжение.

Однофазные и трехфазные

Однофазные и трехфазные трансформаторы предназначены для использования в однофазных и трехфазных системах переменного тока соответственно. Трехфазные трансформаторы содержат шесть катушек (три первичных и три вторичных) для приема всех трех сигналов.

Обратные трансформаторы

Обратные трансформаторы или трансформаторы с линейным выходом — это специализированные трансформаторы, изначально разработанные для управления электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ) в телевизорах и мониторах.Обратные трансформаторы иногда могут быть ошибочно приняты за специализированные катушки индуктивности, поскольку при подаче входного напряжения ток сохраняется в магнитном сердечнике; при выключении вторичная катушка быстро нарастает выходное напряжение, а затем безопасно снижает его в виде пилообразной волны (в отличие от синусоидальной волны входного напряжения).

В отличие от типичных сетевых трансформаторов, предназначенных для работы с переменным током 50-60 Гц, обратные трансформаторы работают с коммутируемыми токами на гораздо более высоких частотах, обычно между 15 кГц и 50 кГц.В дополнение к их продолжающемуся использованию с устройствами CRT, обратноходовые трансформаторы широко используются в импульсных источниках питания и других разнообразных приложениях.

Схема обратного трансформатора

Распределительные трансформаторы

Распределительные трансформаторы — это устанавливаемые на столб устройства, которые обеспечивают окончательное понижающее действие в системе распределения электроэнергии. Эти устройства подают относительно небольшое количество энергии в жилые дома и другие места, подключенные к электросети.Обычно они имеют высокую мощность и постоянное напряжение.

Группа полюсных распределительных трансформаторов

Трансформаторы подстанций — это гораздо более крупные устройства, устанавливаемые на распределительных подстанциях. Они используются для повышения или понижения напряжения в целях передачи.

Технические характеристики

Электрические характеристики

Покупатели должны учитывать важные электрические характеристики при выборе силовых трансформаторов.

Номинальная мощность представляет собой номинальную мощность вторичной обмотки трансформатора в вольтах x амперах (ВА).Номинальная мощность обычно определяется методом охлаждения трансформатора; обычно используются воздух, масло и вода.

Максимальное первичное напряжение представляет собой максимальный диапазон входного напряжения. Покупатели должны определить максимальное напряжение, необходимое для их конкретного применения, и выполнять поиск по этому номеру. Поскольку трансформатор может иметь более одного входного напряжения, в таблице данных будет указано максимальное, а также все дополнительные входные напряжения.

Максимальное вторичное напряжение указывает максимальный диапазон выходного напряжения; этот диапазон следует запрашивать так же, как и максимальное первичное напряжение.

Сопротивление постоянному току (DCR) — это сопротивление трансформатора, измеренное в постоянном токе. Производители трансформаторов стараются минимизировать DCR, поэтому он выражается и запрашивается как максимальное значение.

Основная конструкция

Силовые трансформаторы могут изготавливаться с использованием различных материалов сердечника.

Многослойные трансформаторы содержат многослойные стальные сердечники, изолированные непроводящим материалом для уменьшения электрических потерь.

Трансформаторы с разъемным сердечником сконструированы с использованием уникального шарнира и фиксирующей защелки, чтобы обеспечить электрическое соединение без прерывания токоведущего провода. Они обеспечивают недорогой метод контроля тока.

Тороидальный сердечник Устройства состоят из медной проволоки, намотанной вокруг цилиндрического сердечника, что предотвращает утечку магнитного потока, возникающего внутри катушки.

Список литературы

IEEE — Энергетическое и энергетическое общество

Jochen Kronjäger — Страница высокого напряжения

Изображение кредита:

HowStuffWorks | CNCCookbook | TipTemp | Wikimedia Commons | OSHA


Прочитать информацию о силовых трансформаторах, предоставленную пользователем Интеллектуальные трансформаторы

сделают сеть более чистой и гибкой

Трудно переоценить важность трансформаторов в наших электрических сетях.Они буквально везде: на столбах и площадках, на подстанциях и в частной собственности, на земле и под ней. В одном только вашем районе их, наверное, десятки. Без них сложно представить мир. Но мы с коллегами именно этим и занимаемся.

В распределительной системе трансформаторы обычно принимают средние или «первичные» напряжения, измеряемые в тысячах вольт, и преобразуют их во вторичные напряжения, такие как 120, 240 или 480 вольт, которые могут быть безопасно доставлены в дома и на предприятия. по всему миру.Этот подход использовался еще до того, как переменный ток выиграл войну токов в 1892 году. Трудно назвать другую электротехнологию, которая выжила бы так долго.

Тем не менее, пора начать думать за пределами обычного трансформатора. Во-первых, трансформаторы громоздкие. Они часто охлаждаются маслом, которое может протекать и его трудно утилизировать безопасным образом. Что особенно важно, трансформаторы — это пассивные инструменты с односторонним движением. Они не предназначены для адаптации к быстро меняющимся нагрузкам.Этот недостаток быстро станет недопустимым, поскольку распределенные источники энергии, такие как ветряные турбины, солнечные панели и батареи электромобилей, подают все больше и больше энергии в сеть.

К счастью, исследования нового типа технологии, способной устранить все эти ограничения, достигли значительных успехов. Благодаря последним достижениям в области силовой электроники мы теперь можем задуматься о создании интеллектуальных, эффективных «твердотельных трансформаторов» или SST. Они обещают справиться с задачами, которые сложно, если вообще возможно, выполнить с помощью обычного трансформатора, например, управлять очень изменчивым двусторонним потоком электроэнергии между, скажем, микросетью и основной сетью.Более того, эти интеллектуальные трансформаторы могут быть модульными, что упрощает их транспортировку и установку. И они могут быть значительно меньше, чем аналогичный обычный трансформатор — примерно вдвое меньше по весу и втрое меньше по объему.

В ближайшем будущем SST могут стать благом для аварийного восстановления в местах с поврежденной электрической инфраструктурой и для таких объектов, как военно-морские суда, где объем и вес имеют большое значение. Кроме того, в будущем они могут переопределить электрическую сеть, создав распределительные системы, способные принимать большой приток возобновляемой и накопленной энергии, резко повышая стабильность и энергоэффективность процесса.

Сети переменного тока полагаются на напряжения в сотни тысяч вольт для передачи энергии на большие расстояния. Но по мере того, как ток приближается к нагрузке, напряжение должно снова упасть. Таким образом, трансформаторы используются по всей сети, чтобы повысить электрическое напряжение, выходящее с электростанции, до высокого напряжения, чтобы его можно было передавать с большой эффективностью, и понизить его на стороне распределения до уровней, подходящих для электростанций и предприятий. , и дома.

Несмотря на то, что трансформатор много раз совершенствовался на протяжении многих лет, это, по сути, технология 19-го века, в которой используются простые принципы электромагнетизма. В самом базовом варианте на магнитопровод намотаны две катушки. Поскольку переменный ток, проходящий через одну катушку провода — первичную — изменяется со временем, он создает магнитное поле в сердечнике, которое также изменяется во времени. Это изменяющееся магнитное поле, в свою очередь, индуцирует переменный ток и напряжение в другой катушке — вторичной.Отношение входного или первичного напряжения к выходному или вторичному напряжению определяется соотношением витков в первичной и вторичной катушках.

Трансформаторы обладают рядом замечательных свойств. Они эффективны и надежны, а также обладают очень полезной функцией, называемой гальванической развязкой. Поскольку входная и выходная стороны трансформатора связаны только магнитными полями, ток не может протекать напрямую через устройство от первичной к вторичной стороне.Эта изоляция является важной функцией безопасности, которая помогает предотвратить попадание электричества высокого напряжения в места, куда оно не должно попадать.

Некоторые трансформаторы способны выдерживать определенную изменчивость. Распределительные трансформаторы могут быть оснащены переключателем ответвлений, который механически переключает различные части катушки, уменьшая или увеличивая количество витков, чтобы уменьшить или увеличить напряжение в ответ на большие изменения нагрузки.

Но эти трансформаторы с ответвлениями не подходят для частых и больших перепадов напряжения, которые могут происходить в настоящее время.Вместо того, чтобы менять один или два раза в день, как это было много лет назад, переключатели ответвлений теперь могут легко менять положение более десятка раз, что приводит к значительному износу.

Если бы мы могли спроектировать трансформатор, который не нуждался бы в механическом инструменте для регулировки его напряжения, мы могли бы устранить значительные расходы на распределительную инфраструктуру. Естественным решением, конечно же, является применение наиболее подходящей технологии, а именно силовой электроники.

Фактически, ряд инженеров изучают идею «гибридного трансформатора», который добавляет силовую электронику для помощи в управлении напряжением.Но новые высоковольтные полупроводниковые устройства необходимы, если мы хотим создать более мощные электронные распределительные трансформаторы. И до недавнего времени не было переключателей со всеми нужными свойствами.

Например, тиристоры

можно использовать для создания преобразователей, которые можно подключать к высоковольтным линиям. Но конвертеры занимали бы много места. Это потому, что тиристоры не предназначены для работы на высоких частотах. Чем ниже частота, тем больше должны быть пассивные элементы системы, в частности, катушки индуктивности и конденсаторы.Вы можете думать об этих компонентах как об устройствах для хранения заряда; чем ниже частота, тем больше времени им нужно, чтобы выдерживать протекающие через них заряды, а это значит, что они должны быть довольно большими.

Рабочий переключатель силовой электроники, кремниевый биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) лучше подходит. Эти устройства использовались для создания SST для железнодорожных приложений в Европе. И они конечно быстрее. Но самые строгие коммерческие устройства могут выдерживать напряжение до 6.5 киловольт. Хотя это напряжение пробоя идеально подходит для ряда энергетических приложений, его недостаточно для обработки электричества, протекающего через распределительные трансформаторы; в Соединенных Штатах типичное напряжение в нижней части спектра составляет 7,2 кВ.

Конечно, если бы несколько из этих IGBT были соединены последовательно, их можно было бы использовать для создания SST, способного выдерживать напряжение. Но небольшие производственные изменения означают, что каждый IGBT будет переключаться при немного другом напряжении, а это означает, что некоторые транзисторы переключаются раньше, чем другие, неся большую нагрузку.Конденсаторы могут помочь уравновесить напряжения, но в результате они будут громоздкими, неэффективными, менее надежными и более дорогими.

К счастью, кремний — не единственный вариант. За последние 10 лет были достигнуты большие успехи в разработке переключателей на основе сложных полупроводников, в частности карбида кремния. Карбид кремния обладает рядом привлекательных свойств, которые проистекают из его большой запрещенной зоны — энергетического барьера, который необходимо преодолеть, чтобы переключиться с изолятора на проводник. Ширина запрещенной зоны карбида кремния равна 3.26 электрон-вольт до 1,1 эВ кремния, что означает, что материал может подвергаться воздействию значительно более высоких электрических полей и температур, чем кремний, без разрушения. А поскольку этот составной полупроводник может выдерживать гораздо более высокие напряжения, силовые транзисторы, построенные из него, можно сделать более компактными, что, в свою очередь, позволяет им переключаться намного быстрее, чем их аналоги на основе кремния. Более высокая скорость переключения также снижает потери энергии, поэтому транзисторы из карбида кремния могут пропускать больший ток при заданном тепловом балансе.

Уменьшение: на этих полках в Системном центре FREEDM находится часть TIPS, трехфазного твердотельного трансформатора. Обычный трансформаторный компонент TIPS (серые прямоугольники внизу) может быть небольшим благодаря силовой электронике, преобразующей электричество в высокочастотный. Фото: Субхашиш Бхаттачарья / NCSU

Вдохновленные разработками в устройствах из карбида кремния и соответствующими исследованиями, финансируемыми Исследовательским институтом электроэнергетики в США, группа из нас из Университета штата Северная Каролина в 2007 году подала заявку на получение гранта от Университета штата Северная Каролина.S. Национальный научный фонд. Мы использовали грант для открытия Центра систем доставки и управления будущей возобновляемой электроэнергией (FREEDM) с целью развития технологий, которые потребуются нам для модернизации электрической сети, чтобы сделать ее более безопасной, надежной и экологически устойчивой.

SST

были большим приоритетом для центра, и мы стремились использовать как однофазные, так и трехфазные распределительные трансформаторы. Чтобы понять разницу, вот небольшая предыстория. Энергия, вытекающая из подстанций, обычно передается по трем проводам, по каждому из которых протекает переменный ток, сдвинутый по фазе на 120 градусов по отношению к двум другим.Эти линии могут быть разделены и пропущены по отдельности (вместе с нейтральной линией) через однофазный трансформатор, например, для подачи электроэнергии низкого напряжения в жилые кварталы. Или линии могут быть проведены вместе в трехфазном фидере в места с повышенным энергопотреблением, такие как центры обработки данных, фабрики, коммерческие здания и торговые комплексы.

В FREEDM мы начали с работы над SST, предназначенными для обслуживания однофазных сетей с низким напряжением. Трансформаторы в некоторых отношениях похожи на импульсные блоки питания, которые теперь повсеместно используются в качестве источников питания для портативных компьютеров и других устройств.

Наш подход заключался в создании SST из трех модулей. Первый, называемый входным преобразователем, принимает входящий переменный ток, скажем, 7,2 кВ, и преобразует его в постоянный ток (из-за особенностей нашей конструкции этот постоянный ток имеет несколько более высокое напряжение). Преобразование переменного тока в постоянное выполняется с помощью набора силовых транзисторов. В первом воплощении это было сделано с помощью кремниевых IGBT, а во втором SST мы сделали это с помощью одного из первых переключателей из карбида кремния: полевого транзистора из карбида кремния, металл-оксид-полупроводник, или MOSFET.

Чтобы преобразовать поступающее электричество, которое колеблется с частотой 60 Гц в США, в постоянный ток, требуются два дополнительных набора транзисторов. Один набор работает, когда поступающее электричество переменного тока имеет положительное напряжение, а другой набор работает, когда он имеет отрицательное напряжение. Благодаря способу подключения транзисторов, независимо от напряжения поступающего электричества, заряд накапливается на конденсаторе, который постоянно разряжается, создавая постоянный ток. Мы используем транзисторы для выполнения этого процесса выпрямления вместо традиционных диодов, потому что мы можем запускать их на частоте, во много раз превышающей входную частоту.Это позволяет нам очень точно нарезать синусоидальный входящий ток, чтобы не вносить шум и нежелательные гармоники в восходящем направлении. Это приведет к отклонениям от четких синусоидальных волн в напряжении и токе и, следовательно, к непригодной для использования энергии, которая будет потеряна на тепло.

Во втором модуле другой набор транзисторов преобразует поступающий постоянный ток в переменный ток с частотой, измеряемой в килогерцах. Затем этот ток пропускается через обычный, хотя и высокочастотный, трансформатор для преобразования напряжения, скажем, до 800 В.

Почему высокая частота? По сути, размер трансформатора обратно пропорционален частоте напряжения, которое он должен преобразовывать. Чем выше частота, тем меньше трансформатор и, в качестве бонуса, он будет эффективнее. После того, как напряжение снижается, набор устройств с более низким напряжением преобразует этот все еще высокочастотный переменный ток обратно в постоянный ток.

Третий модуль представляет собой инвертор, который использует еще один набор транзисторов для преобразования электроэнергии постоянного тока обратно в переменный ток с частотой сети, после чего его можно безопасно поставлять конечным пользователям.

Первая однофазная SST, созданная нами, была разработана для изучения ограничений кремния; второй позволил нам испытать устройства из карбида кремния. И если есть какие-либо сомнения в преимуществах карбида кремния по сравнению с кремнием, их можно решить, сравнив эти два SST. Нашему кремниевому трансформатору потребовалось три набора кремниевых IGBT, расположенных последовательно, для преобразования входящей электроэнергии 7,2 кВ в стандартное выходное напряжение 120 и 240 В, и он мог работать только на частоте до 3 кГц. На этой частоте обычный трансформатор был меньше, но нам понадобилось их три.Версия из карбида кремния могла выполнять ту же задачу с одним набором транзисторов, и она могла работать на частоте 20 кГц — частота, которая позволила нам использовать трансформатор во втором модуле, который был всего на 20 процентов от размера обычного трансформатора на 60 Гц. . В целом, наш однофазный карбид кремния SST был втрое меньше своего обычного аналога.

Итак, в конце концов, мы просто взяли один большой трансформатор и заменили его меньшим с большим количеством дорогостоящей электроники? Не совсем.Подобно гибридному трансформатору, созданный нами трансформатор может автоматически и быстро адаптироваться к изменениям напряжения в широком диапазоне, устраняя необходимость в механических переключателях ответвлений. Но это также интеллектуальное устройство управления энергией, которое может обрабатывать широкий спектр нагрузок и источников, обеспечивая гораздо лучшую гибкость и отказоустойчивость, чем обычный или гибридный трансформатор.

При трехмодульном подходе батареи и возобновляемые источники энергии могут подключаться непосредственно к одной стороне центрального модуля SST.В результате эти источники энергии могут иметь прямой интерфейс постоянного тока с сетью. Такое расположение значительно уменьшит потери энергии, когда солнечные панели, ветряные турбины и т.п. перекачивают энергию обратно в сеть, поскольку вырабатываемая ими электроэнергия не нуждается в преобразовании в переменный ток, чтобы проходить через близлежащие трансформаторы. .

Наша работа над однофазными SST побудила нас расширить наши усилия по созданию трехфазных SST. Это означало бы создание трансформатора, который мог бы обслуживать все три линии, которые выходят из подстанции или проходят по распределительной фидерной цепи.Обычное входное напряжение составляет 13,8 кВ, которое преобразуется в 480 В для промышленного и коммерческого использования.

Здесь, при таком относительно высоком напряжении, полевые МОП-транзисторы из карбида кремния были не лучшим выбором; они теряют много энергии, когда через них протекает ток, и потери тем больше, чем выше напряжение и температура. К счастью, корпоративный партнер недалеко от университета, Кри, работал над карбидокремниевыми IGBT. Они теряют больше энергии, чем полевые МОП-транзисторы, при переключении, но они могут пропускать больше тока через ту же область и поэтому быть еще более компактными.

В 2010 году Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США выделило нашей команде 4,2 миллиона долларов США на создание трехфазной ТПМ из этих устройств. Мы назвали этот проект Бестрансформаторной интеллектуальной подстанцией или TIPS. Признаюсь, это прозвище несколько странное: TIPS — это не подстанция, и в ней нет трансформатора. Но часть названия «подстанция» возникла потому, что мы хотели подчеркнуть, насколько умной и производительной может быть SST. А «бестрансформаторный» на самом деле относится к идее использования меньшего количества традиционных трансформаторных технологий за счет работы на довольно высокой частоте.

Фото: Кри Преобразование в трех частях: TIPS (Бестрансформаторная интеллектуальная силовая подстанция) была завершена в 2015 году и стала первым трехфазным трансформатором, изготовленным на твердотельных устройствах. Трансформатор состоит из трех модулей и включает в себя небольшие обычные однофазные трансформаторы, работающие на высокой частоте.

При таком большом количестве различных шагов преобразования можно подумать, что SST, такие как TIPS, значительно менее эффективны, чем обычные трансформаторы.Но на самом деле они неплохо справляются. Сегодня трансформаторы имеют КПД более 99 процентов, когда они работают на полную мощность, при этом менее 1 процента электроэнергии теряется на тепло. Но КПД падает до 95 процентов для трансформатора, работающего на 30–50 процентов мощности. Для сравнения, мы ожидаем, что SST, такие как TIPS, будут иметь эффективность 98 процентов, независимо от нагрузки. Более того, плавно регулируя напряжение, SST может снизить зависимость от повышающего тока — крайне неэффективное средство, которое используется сегодня, чтобы гарантировать, что потребителю поступает достаточно энергии, даже если напряжение в линии падает.

Наша команда не единственная , которая построила SST. Но с помощью TIPS мы смогли продемонстрировать, что могут предложить карбидокремниевые IGBT: новый класс трехфазных трансформаторов, одновременно компактных и сверхмощных.

Есть все еще препятствия на пути к широкому распространению. Один из них — способность противостоять экстремальным условиям. Традиционные трансформаторы могут выдерживать удары молнии и скачки напряжения, безотказно перегреваясь. Но силовая электроника гораздо менее снисходительна; Транзисторы маленькие и имеют небольшую тепловую инерцию, что означает, что они нагреваются почти мгновенно.Зависящие от напряжения резисторы и ограничители перенапряжения, установленные на стороне высокого напряжения SST, могут помочь компенсировать это ограничение.

Еще одно препятствие — это стоимость. IGBT-транзисторы из карбида кремния, которые мы использовали для изготовления TIPS, были экспериментальными устройствами, коммерчески недоступными. Такие компании, как Cree, General Electric, Infineon, Mitsubishi и Rohm, продолжают разрабатывать эти устройства. И с тех пор Cree продолжила строить версии на 20 и 24 кВ. Эти более высокие значения напряжения могут привести к SST, для которых потребуется значительно меньше устройств, что приведет к экономии средств и места.Но карбидокремниевые IGBT все еще находятся на ранней стадии разработки, и их коммерциализация будет частично зависеть от практических аспектов, таких как способность производить их с меньшим количеством дефектов. Может пройти несколько лет, прежде чем карбидокремниевые IGBT станут зрелыми и, следовательно, достаточно дешевыми, чтобы производить SST, которые можно было бы предлагать по конкурентоспособной цене.

Тем временем наша команда получила значительную поддержку в исследовании создания SST с использованием более совершенных полевых МОП-транзисторов из карбида кремния 10 кВ.Эти транзисторы должны быть соединены последовательно, чтобы выдерживать трехфазные распределительные напряжения, и они не будут такими же эффективными, как IGBT. Но они по-прежнему могут предложить путь к созданию трансформаторов меньшего размера, чем у нас сегодня, со всеми продемонстрированными нами интеллектуальными возможностями и функциональностью SST.

Возможно, вы заметили, что если вы отключите внешние модули TIPS, вы получите преобразователь постоянного тока в постоянный. Если бы у нас были такие преобразователи на заре электричества, мы вполне могли бы видеть, как схема распределения постоянного тока Томаса Эдисона до сих пор конкурирует с подходом Николы Теслы к переменному току.В последние несколько лет это давнее соперничество снова вышло на первый план. Передача постоянного тока обещает меньшие потери на большие расстояния. И инженеры рассматривают микросети постоянного тока, чтобы более эффективно питать наши устройства, зависимые от постоянного тока, и повседневные гаджеты. Теперь мы можем делать преобразователи постоянного тока из кремниевой силовой электроники, достаточно эффективные для использования в таких микросетях; Версии из карбида кремния могут иметь более высокий КПД и более широкое применение.

Некоторые из этих идей являются новыми. Но они приобретают новую актуальность, поскольку мы стремимся максимально использовать наши энергетические ресурсы.SST предлагают способ кардинально изменить то, как власть доходит до нас. Изменения, которые они произведут, не будут такими гламурными и заметными, как огромные скачки в электронике, которые за последние 50 лет произвели революцию в нашей повседневной жизни. Но они окажут глубокое влияние на стабильность и эффективность нашей электрической инфраструктуры, в конечном итоге приведя ее — в конце концов — в эпоху электроники.

Эта статья опубликована в июльском выпуске журнала за 2017 год как «Преобразование трансформатора».

Об авторе

Субхашиш Бхаттачарья — профессор электротехники и вычислительной техники в Государственном университете Северной Каролины.

Силовые трансформаторы

  • Изучив этот раздел, вы сможете описать:
  • • Отводы.
  • • Силовые трансформаторы с многослойным и тороидальным сердечником.
  • • Изоляция.
  • • Автотрансформаторы.
  • • Импульсные трансформаторы питания.
  • • Неисправности трансформатора.

Рис. 11.3.1 Силовой трансформатор с ламинированным сердечником.

Силовые трансформаторы с ламинированным сердечником

Задача силового трансформатора в электронной системе состоит в том, чтобы обеспечить эту систему несколькими источниками переменного тока различных напряжений и подходящих значений тока от высокого напряжения электроснабжения общего пользования. Кроме того, может потребоваться электрическая изоляция между электронной схемой и внешним источником питания общего пользования.Типичная конструкция силового трансформатора с многослойным сердечником показана на рис. 11.3.1.

Сердечник из тонкой стальной пластинки E и I используется для уменьшения воздействия вихревых токов. Они зажимаются вместе, и первичная и вторичная обмотки намотаны на каркас, расположенный вокруг центрального плеча сердечника. Обмотки могут быть разделены, как показано, или, часто, для большей эффективности, намотаны концентрически слоями (первичная, вторичная, первичная, вторичная и т. Д.). Трансформаторы часто изготавливаются специально для конкретного приложения или оборудования, в котором они используются.Поэтому для правильной идентификации обмоток может потребоваться ссылка на данные производителя.

Рис. 11.3.2 Принципиальная схема силового трансформатора с ответвлениями


.

Отводы.

Чтобы трансформаторы могли подавать ряд вторичных напряжений в различные части цепи, силовые трансформаторы обычно имеют «обмотки с ответвлениями». То есть обмотки разделяются на различные секции с использованием ряда соединений, выведенных из одной обмотки, каждое из которых имеет определенное количество витков вдоль обмотки, как показано на схематической диаграмме символов Рис.3.2 ниже.

Это обеспечивает выбор различных соотношений витков между первичной и вторичной обмотками, что позволяет использовать разные входные напряжения и получить диапазон различных выходных напряжений.

При использовании обмотки с центральным отводом, например 9В 0В 9В, может быть обеспечен сбалансированный источник питания, дающий два равных напряжения (9В) противоположной полярности, или один источник питания 18В.

Тороидальные силовые трансформаторы

Рис. 11.3.3 Тороидальный силовой трансформатор

Популярная конструкция силовых трансформаторов основана на тороидальном сердечнике, показанном на рис. 11.3.3, (Тороид — это просто сердечник в форме ореха). Такая конструкция обеспечивает отличную связь между первичной и вторичной обмотками, поскольку обе катушки намотаны друг на друга вокруг одного и того же сердечника, а не отдельных обмоток, используемых на сердечниках трансформатора E-I. Потери на вихревые токи в тороидальном сердечнике поддерживаются на низком уровне за счет изготовления сердечника из спиральной полосы из стали с ориентированной зернистостью или литья сердечника из материала сердечника феррита с высокой проницаемостью. Конструкция тороидального трансформатора, хотя обычно более дорогая, чем типы с многослойным стальным сердечником E-I-образной формы, тороидальный сердечник обеспечивает меньший и более легкий трансформатор, чем для данной номинальной мощности, вместе с более высоким КПД и меньшей утечкой магнитного поля вокруг трансформатора.

Изоляция.

Одним из преимуществ трансформаторов (кроме автотрансформаторов) является отсутствие электрического соединения между входной цепью, подключенной к первичной обмотке, и выходной цепью, соединенной с вторичной обмоткой; поэтому их можно использовать для гальванической развязки двух цепей.

Изолирующие трансформаторы

используются для обеспечения большей безопасности пользователей электрического оборудования, такого как наружные электроинструменты, и технических специалистов, обслуживающих оборудование, где возможно прикосновение к токоведущим проводам и компонентам, путем обеспечения входных и выходных клемм, которые электрически изолированы от главная цепь.

Большие разделительные трансформаторы обычно способны выдерживать выходную мощность около 250-500 ВА (вольт-амперы) без перегрузки. Их первичная обмотка подключена непосредственно к источнику питания, и для обеспечения выходного напряжения сети (или линии) их соотношение витков составляет 1: 1, как показано на рис. 11.3.4. Они также имеют заземленный металлический экран между первичной и вторичной обмотками для предотвращения прохождения переменного тока электростатическим (емкостным), а также индуктивной связи между двумя обмотками.

Рис. 11.3.4 Разделительный трансформатор сети.

Использование изолирующего трансформатора значительно снижает риск поражения электрическим током человека, одновременно касающегося токоведущего проводника и земли, поскольку вторичная цепь не имеет заземления и, следовательно, не имеет непрерывной цепи для протекания тока. Изолирующий трансформатор НЕ защищает от поражения электрическим током при прикосновении к фазе и нейтрали одновременно.

Изолирующие трансформаторы гораздо меньшего размера используются в оборудовании для передачи голоса и данных, таком как факсимильные аппараты и модемы, где их задачей является безопасная изоляция оборудования, которое в условиях неисправности может допускать наличие высокого напряжения на их интерфейсе с телефонной системой общего пользования.Они также используются для согласования импеданса входов и выходов оборудования с сопротивлением телефонных линий.

Рис. 11.3.5 Принципиальная схема автотрансформатора


.

Автотрансформаторы.

Это трансформатор особого типа, имеющий только одну обмотку. Он часто используется для преобразования между различными сетевыми (линейными) напряжениями, что позволяет использовать электрическое оборудование во всем мире. Одиночная непрерывная обмотка разделена на несколько «ответвлений», как показано на рис.11.3.5 для получения различных напряжений. Соответствующее количество витков обеспечивается между каждым ответвлением для создания необходимого напряжения на основе соотношения витков между полной обмоткой и ответвлением. Полезный метод расчета неизвестных напряжений на автотрансформаторе, если известно количество витков на различных ответвлениях, заключается в использовании метода вольт на виток, описанного на странице «Основные операции трансформатора». В отличие от обычного трансформатора с первичной и вторичной обмотками, автотрансформатор не обеспечивает развязки между входом и выходом.

Автотрансформаторы

также используются для обеспечения очень высоких напряжений, необходимых для таких приложений, как автомобильные системы зажигания и приводы электронно-лучевых трубок в ЭЛТ-телевизорах и мониторах.

Часть имени «Авто» в данном случае не означает «автоматический», но имеет значение «Один — действует самостоятельно», как в auto nomous.

Импульсные трансформаторы питания

Трансформаторы с многослойным сердечником в настоящее время менее распространены из-за использования импульсных источников питания (SMPS).Эти схемы работают на гораздо более высоких частотах, чем более старые источники питания с частотой 50-60 Гц. Помимо того, что они более эффективны, SMPS имеют то преимущество, что многие компоненты в цепи источника питания могут быть физически намного меньше и легче, включая трансформатор. В трансформаторах SMPS, работающих на частоте около 500 кГц, как в примере на рис. 11.3.6 в телевизионном приемнике, вместо ламинированных сердечников используется феррит, поскольку потери в феррите на высоких частотах намного меньше, чем в ламинированных сердечниках. Сигналы, обрабатываемые трансформаторами в SMPS, помимо того, что являются высокочастотными, обычно имеют прямоугольную форму.Из-за этого они будут содержать много гармоник на еще более высоких частотах. Это создает проблему из-за «скин-эффекта»; высокочастотные токи, протекающие по проводам, имеют тенденцию течь только по внешней обшивке проводов, что усложняет обычные вычисления площади поперечного сечения проводов. Поскольку эффективная площадь поперечного сечения изменяется в зависимости от частоты, то же самое происходит и с эффективной индуктивностью обмотки. Кроме того, компоновка компонентов по отношению к трансформаторам SMPS требует тщательного проектирования, поскольку электромагнитные помехи на высоких частотах выше.

Рис. 11.3.6 Импульсный источник питания


Трансформатор.

Неисправности трансформатора

Трансформаторы обычно отличаются высокой надежностью; их очень высокий КПД означает, что в нормальных условиях небольшая мощность рассеивается в виде тепла (во многих компонентах это самый большой убийца!). Как и в случае с любым другим электронным устройством, именно те, которые работают с наибольшей мощностью, являются наименее надежными, поэтому силовые трансформаторы, особенно те, которые работают с высоким напряжением, более подвержены пробоям, чем трансформаторы других типов.

Перегрев, вызванный внутренней неисправностью или перегрузкой, может привести к опасным ситуациям, вплоть до полного «расплавления». По этой причине многие силовые трансформаторы могут быть оснащены плавкими предохранителями или автоматами защиты от перегрева. В маловероятном случае выхода этого устройства из строя первичная обмотка обычно оказывается разомкнутой. Часто бывает трудно или невозможно удалить и / или отремонтировать предохранитель, который находится глубоко внутри обмоток. Это также очень вероятно неразумно, поскольку трансформатор перегреется по одной из двух возможных причин:

  • 1.Трансформатор был серьезно перегружен в течение длительного времени; в этом случае могло произойти внутреннее повреждение изоляции. Самый безопасный вариант — заменить трансформатор.
  • 2. В трансформаторе произошло внутреннее короткое замыкание. Это означает, что нарушена изоляция между двумя витками обмотки. В результате получается обмотка с одним витком. Коэффициент трансформации сейчас огромен! Представьте трансформатор с 1000 витками на первичной обмотке и 100 витками на вторичной обмотке, имеющей короткое замыкание на вторичной обмотке.Передаточное число только что изменилось с 10: 1 до 1000: 1! В результате получается очень низкое вторичное напряжение, но очень большой ток. В этом случае опять же единственное решение — замена.

Единственная неисправность, с которой я лично столкнулся и регулярно встречался за 26 лет обслуживания электроники, — это пробой изоляции на трансформаторах очень высокого напряжения; тип, используемый для генерации нескольких тысяч вольт в телевизионных приемниках. Большинство из этих неисправностей произошло летом в субботу днем, причина? Люди, возвращающиеся из отпуска, часто делали это в субботу днем, а телевизор не использовался в течение недели или более.За это время влага проникла в обмотки трансформатора, и когда снова было приложено высокое напряжение, возникла дуга, и трансформатор сразу же замкнул виток.

При любой неисправности, в которой подозревается трансформатор (любого типа), вероятность того, что он является виновником, очень низка в списке вероятностей.

Силовые трансформаторы большой мощности | SPX Transformer Solutions, Inc.

С акцентом на совокупную стоимость владения, готовые решения и надежную работу, обеспечивающую исключительный клиентоориентированный опыт, SPX Transformer Solutions предлагает ряд продуктов и услуг для удовлетворения потребностей наших заказчиков в крупных силовых трансформаторах.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ТОВАРА

ТИПОВЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ

• Передача электроэнергии
• Производство электроэнергии
• Возобновляемая энергия
• Промышленные объекты
• Центры обработки данных
• Статические компенсаторы VAR

РЕШЕНИЯ ДЛЯ КЛИЕНТОВ

• Новые установки
• Перемещение
• Модернизация
• Аварийная замена
• Программы хранения

ТИПЫ И АССОРТИМЕНТЫ ПРОДУКЦИИ

• Автотрансформаторы
• Однофазные: до 1000 МВА
• Трехфазные: до 1200 МВА
• Неавтоматические и генераторные повышающие трансформаторы
• Однофазные: до 600 МВА
• Трехфазные: до 900 MVA

НАПРЯЖЕНИЕ

• Номинальное напряжение системы до 345 кВ

ТЕХНОЛОГИЯ ОСНОВНОЙ ФОРМЫ

• Однофазный: до четырех конечностей
• Трехфазный: до пяти конечностей

ОПЦИИ ДИЗАЙНА

• Устройства РПН
• Высокотемпературная изоляция
• Жидкость на основе сложного эфира
• Низкий уровень шума
• Отсутствие нагрузки и звука нагрузки
• Параллельная работа
• Согласование импеданса

ПРЕДОСТАВЛЕНИЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОЙ ОБЩЕЙ СТОИМОСТИ ВЛАДЕНИЯ

Мы признаем, что общая стоимость владения превышает первоначальную цену трансформатора и оцененные убытки.Вот почему мы стремимся обеспечить конкурентоспособную совокупную стоимость владения, которая включает все этапы жизненного цикла трансформатора. Трансформаторы Waukesha ® обеспечивают конкурентоспособную совокупную стоимость владения, включая ценные услуги и поддержку, от проектирования до производства, доставки, монтажа, установки на месте и, наконец, обслуживания и поддержки в течение всего срока службы установленного трансформатора.

ПРЕДЛАГАЕМ РЕШЕНИЯ ПОД КЛЮЧ

Мы предоставляем полный спектр услуг для поддержки потребностей наших клиентов до и после нахождения трансформатора в производственном цехе:
• Поиск правильной конструкции
• Гарантии производства
• Логистическая поддержка
• Экспертная установка на месте
• Постоянная поддержка клиентов и сервис

Каждый сотрудник SPX Transformer Solutions стремится обеспечить исключительное качество обслуживания клиентов, чтобы обеспечить выполнение всех требований и потребностей.Благодаря нашей способности разрабатывать, производить и испытывать трансформаторы; управлять логистическими услугами; Компания SPX Transformer Solutions предлагает комплексные программы сборки, ввода в эксплуатацию и техобслуживания, компоненты и обучение. Компания SPX Transformer Solutions имеет все возможности для предоставления пакета ценных решений «под ключ».

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И НАДЕЖНОСТЬ КАЖДОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Мы проектируем, производим и тестируем все большие силовые трансформаторы Waukesha ® на современных производственных объектах компании в Вокеша, штат Висконсин, в соответствии с последними стандартами системы качества IEEE / ANSI, NEMA и ISO 9001: 2015.

Все трансформаторы спроектированы нашими инженерами в соответствии со спецификациями клиентов, целевыми показателями нагрузки и потерь без потерь, а также стандартами качества, при сохранении оптимального и экономичного решения.

Прецизионное производство, качественные материалы и процессы, используемые хорошо обученным и опытным персоналом, помогают гарантировать, что трансформаторы Waukesha ® изготовлены в соответствии с высочайшими стандартами качества и надежности и отвечают самым строгим требованиям заказчиков.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.