Трансформаторы электрические: Электрические трансформаторы

Содержание

Электрические трансформаторы

Электрический трансформатор — это статическое устройство, служащее для преобразования величины переменного напряжения.

Действие трансформаторов основано на явлении электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из одной первичной обмотки, одной или нескольких вторичных обмоток и ферромагнитного магнитопровода, обычно замкнутой формы. Все обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны между собой. Иногда вторичной обмоткой служит часть первичной, или наоборот. Такие трансформаторы называются автотрансформаторами.

Концы первичной обмотки подключают к источнику переменного напряжения, а концы вторичной — к потребителям. Переменный ток в первичной обмотке приводит к появлению в магнитопроводе переменного магнитного потока, который создаёт в первичной и вторичной обмотках электродвижущие силы (ЭДС). Эти ЭДС пропорциональны количеству витков в соответствующих обмотках. Отношение ЭДС в первичной обмотке к ЭДС во вторичной обмотке называют коэффициентом трансформации.

I. Силовые трансформаторы

Силовые трансформаторы — это наиболее распространенный вид электрических трансформаторов. Они служат для преобразования энергии переменного тока в электрических сетях энергетических систем, в радиотехнических устройствах, системах автоматики и др. и работают при постоянном действующем значении напряжения. Мощные силовые трансформаторыимеют КПД до 99%. Их обмотки изготовляют, как правило, из меди, магнитопроводы — из листов холоднокатаной электротехнической стали. Магнитопровод и обмотки силового трансформатора обычно помещают в бак, заполненный минеральным маслом, которое служит для изоляции и охлаждения обмоток. Масляные трансформаторы обычно устанавливают на открытом воздухе. Трансформаторы без масляного охлаждения называются сухими. Для лучшего отвода тепла силовые трансформаторы могут снабжаться радиаторами.

Помимо силовых, существуют трансформаторы различных типов и назначения: для измерения больших напряжений и токов (измерительные), для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсное (пик-трансформаторы), для преобразования импульсов тока и напряжения (импульсные), для выделения переменной составляющей тока, для разделения электрических цепей на гальванически не связанные между собой части, для их согласования и т.

д.

II. Измерительные трансформаторы

Измерительный трансформатор — это электрический трансформатор, на первичную обмотку которого воздействует измеряемый ток или напряжение, а вторичная, понижающая, включена на измерительные приборы и реле защиты. Измерительные трансформаторы применяют главным образом в распределительных устройствах и в цепях переменного тока высокого напряжения для безопасных измерений силы тока, напряжения, мощности, энергии. С помощью измерительных трансформаторов можно измерять различные значения электрических величин электроизмерительными приборами. Различают измерительные трансформаторы напряжения (для включения вольтметров, частотомеров, параллельных цепей ваттметров, счётчиков, фазометров и реле напряжения) и измерительные трансформаторы тока (для включения амперметров, последовательных цепей ваттметров, счётчиков, фазометров и реле тока).

Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для преобразования высокого напряжения в низкое в цепях измерения и контроля. Применение трансформаторов напряжения позволяет изолировать цепи вольтметров, частотомеров, электрических счётчиков, устройств автоматического управления и контроля и т.д. от цепи высокого напряжения и создаёт возможность стандартизации номинального напряжения контрольно-измерительной аппаратуры. 

Трансформаторы напряжения подразделяются на:

  • трансформаторы переменного напряжения,
  • трансформаторы постоянного напряжения.

Первичная обмотка трансформатора переменного напряжения состоит из большого числа витков и подключается к цепи с измеряемым напряжением параллельно. К зажимам вторичной обмотки с числом витков во много раз меньшим подсоединяют измерительные приборы или контрольные устройства. Так как внутреннее сопротивление последних относительно велико, трансформатор работает в условиях, близких к режиму холостого хода, что позволяет (пренебрегая потерями напряжения в обмотках) считать напряжения на первичной и вторичной обмотках пропорциональными количеству витков в обмотках. Зная коэффициент трансформации можно по результатам измерения низкого напряжения во вторичной обмотке определять высокое первичное напряжение.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для измерения и контроля больших токов с использованием стандартных измерительных приборов и устройств автоматического управления и контроля. Одновременно трансформаторы тока служат для изоляции аппаратуры от потенциала сети, в которой производится измерение. 


Трансформаторы тока подразделяются на:

  • трансформаторы переменного тока,
  • трансформаторы постоянного тока.

Первичная обмотка трансформаторов переменного тока состоит из одного или нескольких витков провода относительно большого сечения и включается последовательно в цепь измеряемого тока. Вторичная обмотка состоит из большого числа витков провода сравнительно малого сечения; к ней подключают приборы и устройства с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением (амперметры, счётчики, реле и т. п.). Отличительной особенность трансформаторов тока — независимость тока в первичной обмотке от режима работы вторичной обмотки (практически она короткозамкнута). Это позволяет, при известном коэффициенте трансформации, определять большой ток в первичной обмотке, измеряя относительно слабый ток во вторичной. 

Трансформаторы тока классифицируют по:

  • назначению (измерительные, защитные, промежуточные, лабораторные),
  • способу установки (наружные, внутренние, встроенные в электрические аппараты и машины, накладные, надеваемые на проходные изоляторы, переносные),
  • числу ступеней (одноступенчатые, каскадные),
  • способу крепления (проходные, в том числе электроизмерительные клещи, опорные),
  • числу витков первичной обмотки (одновитковые, или стержневые, многовитковые),
  • рабочему напряжению (низкого напряжения, высокого напряжения),
  • виду изоляции обмоток (с сухой, бумажно-масляной, компаундной изоляцией).

III.

Автотрансформаторы

Автотрансформатор — это электрический трансформатор, все обмотки которого гальванически соединены друг с другом. При малых коэффициентах трансформации автотрансформаторы легче и дешевле многообмоточных трансформаторов. Недостаток автотрансформаторов заключается в невозможности гальванического обособления цепей. Автотрансформаторы служат преобразователями электрического напряжения в пусковых устройствах мощных электродвигателей переменного тока, в схемах релейной защиты для плавного регулирования напряжения и др. Регулируемые автотрансформаторы позволяют благодаря механическому перемещению точки отвода вторичного напряжения сохранить его постоянным при изменениях первичного напряжения.

IV. Импульсные трансформаторы

Импульсный трансформатор — имеет ферромагнитный сердечник и применяется для преобразования импульсов электрического тока или напряжения. Импульсные трансформаторы в радиолокации, импульсной радиосвязи, автоматике и вычислительной технике применяют для согласования источника импульсов с нагрузкой, изменения полярности импульсов, разделения электрических цепей по постоянному и переменному току, сложения сигналов, поджигания импульсных ламп и т.

д. Основное требование, предъявляемое к импульсным трансформаторам, — передача импульса с минимальными искажениями формы. Для этого необходимо, чтобы межвитковые ёмкости обмоток, паразитные ёмкости монтажа и индуктивность рассеяния трансформатора были минимальными. Уменьшение межвитковых ёмкостей достигается применением сердечников малых размеров, соответствующей намоткой и взаимным расположением обмоток, а также уменьшением числа витков (при этом снижается коэффициент трансформации). Сердечники импульсных трансформаторов изготавливаются из пермаллоя, кремнистой трансформаторной стали, ферритов и других материалов с высокой магнитной проницаемостью. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечники импульсных трансформаторов навивают из ферромагнитной ленты толщиной до 10 мкм; поверхность ленты покрывают изолирующим слоем. Ферритовые сердечники, имеющие малые потери на вихревые токи, изготавливают методами порошковой металлургии. Первичная обмотка импульсного трансформатора обычно содержит от 50 до 200 витков, коэффициент трансформации выбирается от 0,25 до 5, а в некоторых случаях до 100 и выше.

V. Пик-трансформаторы

Пик-трансформатор — это электрический трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью. Простейший пик-трансформатор имеет магнитопровод с разной толщиной стержней. Вторичная обмотка располагается на более тонком стержне. При протекании в первичной обмотке синусоидального тока в магнитопроводе возникает магнитный поток, который уже при малых значениях силы тока насыщает тонкий стержень магнитопровода, вследствие чего ЭДС, индуцированная во вторичной обмотке, имеет импульсный (пиковый) характер. Пик-трансформаторы используются как генераторы импульсов главным образом в исследовательских установках высокого напряжения, а также в устройствах автоматики.

Трансформаторные масла — это нефтяные или синтетические масла, применяемые в качестве электроизолирующей и теплоотводящей среды в трансформаторах и другом маслонаполненном электрооборудовании, а также в масляных выключателях для гашения электрической дуги при отключении тока. Основная доля трансформаторных масел приходится на масла нефтяные. Трансформаторное масло получают очисткой соответствующих нефтяных дистиллятов с помощью селективных растворителей (фенола, фурфурола), серной кислоты, адсорбентов или гидрированием. Процесс получения масел из сырья, содержащего парафиновые углеводороды, включает также стадию депарафинизации. Трансформаторные масла должны обладать высокой электрической прочностью и электрическим сопротивлением, минимальным тангенсом угла диэлектрических потерь, стабильностью к окислению, должны иметь малую вязкость, низкую испаряемость. Нефтяные трансформаторные масла имеют вязкость 6 — 10×10-6 м2/сек при 50 °С, температуру застывания не выше -45°С, температуру вспышки не ниже 135 °С, тангенс угла диэлектрических потерь не более 0,026 — 0,005 при 90 °С, диэлектрическая проницаемость 2,2 — 2,3; они не должны содержать воду и механические загрязнения. Из синтетических трансформаторных масел наибольшее распространение получили жидкости на основе хлорированных дифенилов и трихлорбензола (гексол, совтолы).

В некоторых видах специальных трансформаторов применяются также углеводородные, кремнийорганические и фосфорорганические синтетические жидкости.

Трансформаторы — трансформатор целевого назначения, трансформатор понижающие малой мощности, дроссели, реакторы, стабилизаторы


Компания «Электропроект» производит и реализует широкий спектр  сухих силовых трансформаторов для использования в самых разных отраслях промышленности, в сельском хозяйстве и в быту.

Как известно, трансформатор  в общем виде представляет собой электрическую машину, которая имеет две или более связанных между собой обмотки, необходимых для преобразования тока в одну или несколько других систем переменного тока. Это достигается посредством электромагнитной индукции. Трансформатор может состоять из одной или нескольких изолированных обмоток, охватываемых общим магнитным потоком и намотанных на магнитопровод.

Основной вид трансформаторов – это так называемые силовые трансформаторы , устанавливаемые электрических сетях. Такие трансформаторы в состоянии в десятки раз увеличить электрическое напряжение от генераторов электростанций, что позволяет транслировать электроэнергию по ЛЭП на тысячи километров снижая при этом в десятки же раз потери электроэнергии при транспортировке. Помимо силовых, также есть трансформаторы для измерения больших токов и напряжений, снижения уровня помех проводной связи, преобразования в импульсное напряжение синусоидальной формы, выделения переменной составляющей тока, разделения цепей на гальванически не связанные части и многие другие.

Мы производим сухие силовые трансформаторы  общего назначения, а также трансформаторы для преобразовательных установок. Предприятие Электропроект также производит дроссели и реакторы различного назначения.

Предприятие производит поставки лабораторных автотрансформаторов ЛАТРов и стабилизаторов напряжения на базе автотрансформаторов.

Компания «Электропроект» постоянно занимается совершенствованием производства, применяя самые современные технические решения. Все это работает на минимизацию издержек и повышение качества при изготовлении трансформаторов. Кроме того, у нас вы можете заказать услугу по доставке и установке трансформаторов на нужном объекте. При необходимости, сотрудники компании также всегда готовы ответить на все вопросы по выбору, установке и запуску предлагаемых трансформаторов.

ОКДП — 3115010 Трансформаторы электрические силовые мощные 3115100

3115100 Трансформаты силовые i габарита (мощностью до 100 ква включительно) напряжением до 35 кв включительно

3115101 Трансформаторы силовые i габарита (мощностью до 100 ква включительно) напряжением до 35 кв включительно общего назначения

3115102 Трансформаторы силовые i габарита (мощностью до 100 ква включительно) напряжением до 35 кв включительно для преобразовательных установок

3115103 Трансформаторы силовые i габарита (мощностью до 100 ква включительно) напряжением до 35 кв включительно для электротермического оборудования

3115104 Трансформаторы силовые i габарита (мощностью до 100 ква включительно) напряжением до 35 кв включительно различного назначения

3115105 Трансформаторы и комплектные трансформаторные подстанции взрывозащищенные и рудничные

3115106 Трансформаторы и комплектные трансформаторные подстанции судовые

3115120 Трансформаты силовые ii габарита (мощностью от 100 ква до 1000 ква включительно, напряжением до 35 кв включительно)

3115121 Трансформаторы силовые ii габарита (мощностью от 100 ква до 1000 ква включительно, напряжением до 35 кв включительно) общего назначения

3115122 Трансформаторы силовые ii габарита (мощностью от 100 ква до 1000 ква включительно, напряжением до 35 кв включительно) для преобразовательных установок

3115123 Трансформаторы силовые ii габарита (мощностью от 100 ква до 1000 ква включительно, напряжением до 35 кв включительно) для электротермического оборудования

3115124 Трансформаторы силовые ii габарита (мощностью от 100 ква до 1000 ква включительно, напряжением до 35 кв включительно) различного назначения

3115125 Трансформаторы и комплектные трансформаторные подстанции взрывозащищенные и рудничные

3115126 Трансформаторы и комплектные трансформаторные подстанции судовые

3115127 Реакторы

3115130 Трансформаты силовые iii габарита (мощностью от 1000 ква до 6300 ква включительно, напряжением до 35 кв включительно)

3115131 Трансформаторы силовые iii габарита (мощностью от 1000 ква до 6300 ква включительно, напряжением до 35 кв включительно) общего назначения

3115132 Трансформаторы силовые iii габарита (мощностью от 1000 ква до 6300 ква включительно, напряжением до 35 кв включительно) для преобразовательных установок

3115133 Трансформаторы силовые iii габарита (мощностью от 1000 ква до 6300 ква включительно, напряжением до 35 кв включительно) для электротермического оборудования

3115134 Трансформаторы силовые iii габарита (мощностью от 1000 ква до 6300 ква включительно, напряжением до 35 кв включительно) различного назначения

3115135 Трансформаторы и комплектные трансформаторные подстанции взрывозащищенные и рудничные

3115136 Реакторы

3115150 Трансформаторы силовые iv габарита (мощностью свыше 6300 ква, напряжением до 35 кв включительно)

3115151 Трансформаторы силовые iv габарита (мощностью свыше 6300 ква, напряжением до 35 кв включительно) общего назначения

3115152 Трансформаторы силовые iv габарита (мощностью свыше 6300 ква, напряжением до 35 кв включительно) для преобразовательных установок

3115153 Трансформаторы силовые iv габарита (мощностью свыше 6300 ква, напряжением до 35 кв включительно) для электротермического оборудования

3115154 Трансформаторы силовые iv габарита (мощностью свыше 6300 ква, напряжением до 35 кв включительно) различного назначения

3115155 Реакторы

3115160 Трансформаторы силовые v габарита (мощностью до 32000 ква включительно, напряжением от 35 до 110 кв включительно)

3115161 Трансформаторы силовые v габарита (мощностью до 32000 ква включительно, напряжением от 35 до 110 кв включительно) общего назначения

3115162 Трансформаторы силовые v габарита (мощностью до 32000 ква включительно, напряжением от 35 до 110 кв включительно) для преобразовательных установок

3115163 Трансформаторы силовые v габарита (мощностью до 32000 ква включительно, напряжением от 35 до 110 кв включительно) для электротермического оборудования

3115164 Трансформаторы силовые v габарита (мощностью до 32000 ква включительно, напряжением от 35 до 110 кв включительно) различного назначения

3115165 Реакторы

3115170 Трансформаторы силовые vi габарита (мощностью от 32000 ква до 80000 ква включительно, напряжением от 35 до 110 кв включительно; мощностью до 80000 ква включительно, напряжением от 110 кв до 330 кв включительно)

3115171 Трансформаторы силовые vi габарита (мощностью от 32000 ква до 80000 ква включительно, напряжением от 35 до 110 кв включительно; мощностью до 80000 ква включительно, напряжением от 110 кв до 330 кв включительно) общего назначения

3115172 Трансформаторы силовые vi габарита (мощностью от 32000 ква до 80000 ква включительно, напряжением от 35 до 110 кв включительно; мощностью до 80000 ква включительно, напряжением от 110 кв до 330 кв включительно) для преобразовательных установок

3115173 Трансформаторы силовые vi габарита (мощностью от 32000 ква до 80000 ква включительно, напряжением от 35 до 110 кв включительно; мощностью до 80000 ква включительно, напряжением от 110 кв до 330 кв включительно) для электротермического оборудования

3115174 Трансформаторы силовые vi габарита (мощностью от 32000 ква до 80000 ква включительно, напряжением от 35 до 110 кв включительно; мощностью до 80000 ква включительно, напряжением от 110 кв до 330 кв включительно) различного назначения

3115175 Реакторы

3115180 Трансформаторы силовые vii габарита (мощностью от 80000 ква до 200000 ква включительно, напряжением от 35 до 330 кв включительно)

3115181 Трансформаторы силовые vii габарита (мощностью от 80000 ква до 200000 ква включительно, напряжением от 35 до 330 кв включительно) общего назначения

3115182 Трансформаторы силовые vii габарита (мощностью от 80000 ква до 200000 ква включительно, напряжением от 35 до 330 кв включительно) для электротермического оборудования

3115183 Трансформаторы силовые vii габарита (мощностью от 80000 ква до 200000 ква включительно, напряжением от 35 до 330 кв включительно) различного назначения

3115184 Реакторы

3115190 Трансформаторы силовые viii габарита (мощностью свыше 200000 ква, напряжением от 35 до 330 кв включительно; независимо от мощности, напряжением свыше 330 кв переменного тока и для лэп постоянного тока)

3115191 Трансформаторы силовые viii габарита (мощностью свыше 200000 ква, напряжением от 35 до 330 кв включительно; независимо от мощности, напряжением свыше 330 кв переменного тока и для лэп постоянного тока) общего назначения

3115192 Трансформаторы силовые viii габарита (мощностью свыше 200000 ква, напряжением от 35 до 330 кв включительно; независимо от мощности, напряжением свыше 330 кв переменного тока и для лэп постоянного тока) для преобразовательных установок

3115193 Трансформаторы силовые viii габарита (мощностью свыше 200000 ква, напряжением от 35 до 330 кв включительно; независимо от мощности, напряжением свыше 330 кв переменного тока и для лэп постоянного тока) различного назначения

3115194 Реакторы

Код ТН ВЭД 8504312909.

Трансформаторы измерительные мощностью не более 1 ква, прочие. Товарная номенклатура внешнеэкономической деятельности ЕАЭС

Технические средства для инвалидов

Двигатели и генераторы электрические.. (НДС):

Постановление 1042 от 30.09.2015 Правительства РФ

 

0% — 27. Специальные средства для обмена информацией,получения и передачи информации для инвалидов с нарушениями зрения, слуха и голосообразования, которые могут быть использованы только для профилактики инвалидности или реабилитации инвалидов

0% — 36. Специальные технические средства для обучения инвалидов и осуществления ими трудовой деятельности, которые могут быть использованы только для профилактики инвалидности или реабилитации инвалидов

0% — 38. Технические средства для развития у инвалидов навыков ориентации в пространстве, самостоятельного передвижения, повседневного самообслуживания, для тренировки речи, письма и общения, умения различать и сравнивать предметы, средства для обучения программированию, информатике, правилам личной безопасности

20% — Прочие

 

Комплектующие для гражданских воздушных судов

Реакторы ядерные; котлы.. (НДС-авиазапчасти):

Федеральный закон 117-ФЗ от 05. 08.2000 ГД РФ

 

0% — авиационные двигатели, запасные части и комплектующие изделия, предназначенные для строительства, ремонта и (или) модернизации на территории Российской Федерации гражданских воздушных судов, при условии представления в таможенный орган документа, подтверждающего целевое назначение ввозимого товара

20% — Прочие

Vents ТРФ-220/12-25 КTP | Трансформаторы

Описание

Описание

ПРИМЕНЕНИЕ КОНСТРУКЦИЯ
  • В помещениях с повышенной влажностью, например, ванная комната, или другие помещения, где по технике безопасности требуется устанавливать электрооборудование на 12 В, применяют низковольтные понижающие трансформаторы.
  • Трансформаторы серии ТРФ применяется для обеспечения безопасным питающим напряжением 12 В / 50 Гц бытовые вентиляторы, в которых мощность двигателя не превышает 16 Вт (25 ВА), ток нагрузки не более 2 А.
  • ТРФ-220/12-25 К трансформатор в пластиковом корпусе для настенного монтажа.
  • ТРФ-220/12-25 КВ трансформатор в пластиковом корпусе для настенного монтажа со встроенным выключателем. Корпус оборудован лампой индикации работы.
  • Для защиты от перегрузок, трансформаторы имеют встроенный сменный плавкий предохранитель.
МОНТАЖ  
  • Установка трансформатора осуществляется внутри помещений. Трансформаторы должны устанавливаться внутри помещений в зоне, не подверженной влиянию повышенной влажности и температуры.
  • Трансформаторы предназначены для настенного монтажа. Монтаж необходимо производить с учётом свободной циркуляции воздуха для охлаждения внутренних цепей.
  • При установке и эксплуатации должны соблюдаться требования пожарной безопасности. Не устанавливайте трансформаторы над отопительными приборами.
 

Характеристики

Характеристики

Параметр Величина Единица измерения
Напряжение в сети 230 В
Выходное напряжение 12 В
Максимальный ток нагрузки 2 А
Фазность 1
Максимальная температура окружающей среды для корпуса +40 °С
Частота тока 50 Гц
Защита IP30
Максимальная мощность нагрузки, не более 16 (25) Вт
Габариты AxBxC 80х162х63 мм
Масса 0. 85 кг

Центр загрузок

Загрузки

Размеры

Характеристики

Параметр Величина Единица измерения

Схема подключения

Схема подключения

 

Схемы подключения трансформатора

  • В — вентилятор с напряжением питания 12 В;
  • Т — трансформатор защитный;
  • S — внешний выключатель.

Условные обозначения

Условные обозначения

Силовые трансформаторы электрических станций и подстанций

Трансформаторы. Основные определения и принцип

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования электроэнергии переменного тока с одного напряжения на другое. Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы, так как потери в них на 12—15 % ниже, а расход активных материалов и стоимость на 20 — 25 % меньше, чем в группе трех однофазных трансформаторов такой же суммарной мощности.

Предельная единичная мощность трансформаторов ограничивается массой, размерами, условиями транспортировки.

Трехфазные трансформаторы на напряжение 220 кВ изготовляют мощностью до 1000 МВА, на 330 кВ — 1250 МВА, на 500 кВ — 1000 МВА.

Однофазные трансформаторы применяются, если невозможно изготовление трехфазных трансформаторов необходимой мощности или затруднена их транспортировка. Наибольшая мощность группы однофазных трансформаторов напряжением 500 кВ составляет 3×533 МВА, напряжением 750 кВ — 3×417 МВА, напряжением 1150 кВ — 3×667 МВА.

По количеству обмоток различного напряжения на каждую фазу трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные. Кроме того, обмотки одного и того же напряжения, обычно низшего, могут состоять из двух и более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземленных частей. Такие трансформаторы называют трансформаторами с расщепленными обмотками. Обмотки высшего, среднего и низшего напряжения принято сокращенно обозначать соответственно ВН, СН, НН.

Трансформаторы с расщепленными обмотками НН обеспечивают возможность присоединения нескольких генераторов к одному повышающему трансформатору. Такие укрупненные энергоблоки позволяют упростить схему распределительного устройства (РУ) 330—500 кВ. Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН получили широкое распространение в схемах питания собственных нужд крупных ТЭС с блоками 200—1200 МВт, а также на понижающих подстанциях с целью ограничения токов КЗ.

К основным параметрам трансформатора относятся: номинальные мощность, напряжение, ток; напряжение КЗ: ток холостого хода; потери холостого хода и КЗ.

Номинальной мощностью трансформатора называется указанное в заводском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно может быть нагружен трансформатор в номинальных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальных частоте и напряжении.

Для трансформаторов общего назначения, установленных на открытом воздухе и имеющих естественное масляное охлаждение без обдува и с обдувом, за номинальные условия охлаждения принимают естественно меняющуюся температуру наружного воздуха (для климатического исполнения У: среднесуточная не более 30°С, среднегодовая не более 20°С), а для трансформаторов с масляно-водяным охлаждением температура воды у входа в охладитель принимается не более 25°С (ГОСТ 11677—85).

Номинальная мощность для двухобмоточного трансформатора — это мощность каждой из его обмоток.

Трехобмоточные трансформаторы могут быть выполнены с обмотками как одинаковой, так и разной мощности. В последнем случае за номинальную принимается наибольшая из номинальных мощностей отдельных обмоток трансформатора.

За номинальную мощность автотрансформатора принимается номинальная мощность каждой из сторон, имеющих между собой автотрансформаторную связь («проходная мощность»).

Трансформаторы устанавливают не только на открытом воздухе, но и в закрытых неотапливаемых помещениях с естественной вентиляцией. В этом случае трансформаторы могут быть непрерывно нагружены на номинальную мощность, но при этом срок службы трансформатора несколько снижается из-за худших условий охлаждения.

Номинальные напряжения обмоток — это напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе трансформатора.

Для трехфазного трансформатора — это его линейное (междуфазное) напряжение. Для однофазного трансформатора, предназначенного для включения в трехфазную группу, соединенную в звезду, — это

.

При работе трансформатора под нагрузкой и подведении к зажимам его первичной обмотки номинального напряжения на вторичной обмотке напряжение меньше номинального на величину потери напряжения в трансформаторе. Коэффициент трансформации трансформатора n определяется отношением номинальных напряжений обмоток высшего и низшего напряжений

.

В трехобмоточных трансформаторах определяется коэффициент трансформации каждой пары обмоток: ВН и НН; ВН и СН; СН и НН.

Номинальными токами трансформатора называются указанные в заводском паспорте значения токов в обмотках, при которых допускается длительная нормальная работа трансформатора.

Номинальный ток любой обмотки трансформатора определяют по его номинальной мощности и номинальному напряжению.

Напряжение короткого замыкания uк — это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному.

Напряжение КЗ определяют по падению напряжения в трансформаторе, оно характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора.

В трехобмоточных трансформаторах и автотрансформаторах напряжение КЗ определяется для любой пары его обмоток при разомкнутой третьей обмотке. Таким образом, в каталогах приводятся три значения напряжения КЗ: uк ВН-НН, uк ВН-СН, uк СН-НН.

Поскольку индуктивное сопротивление обмоток значительно выше активного (у небольших трансформаторов в 2—3 раза, а у крупных в 15 — 20 раз), то uк в основном зависит от реактивного сопротивления, т.е. взаимного расположения обмоток, ширины канала между ними, высоты обмоток.

Величина uк регламентируется ГОСТ в зависимости от напряжения и мощности трансформаторов. Чем больше высшее напряжение и мощность трансформатора, тем больше напряжение КЗ. Так, трансформатор мощностью 630 кВА с высшим напряжением 10 кВ имеет uк = 5,5%, с высшим напряжением 35 кВ — uк = 6,5%; трансформатор мощностью 80000 кВА с высшим напряжением 35 кВ имеет uк = 9%, а с высшим напряжением 110 кВ — uк = 10,5%.

Увеличивая значение uк, можно уменьшить токи КЗ на вторичной стороне трансформатора, но при этом значительно увеличивается потребляемая реактивная мощность и увеличивается стоимость трансформаторов. Если трансформатор 110 кВ мощностью 25 MBА выполнить с uк = 20% вместо 10%, то расчетные затраты на него возрастут на 15,7%, а потребляемая реактивная мощность возрастет вдвое (с 2,5 до 5,0 Мвар).

Трехобмоточные трансформаторы могут иметь два исполнения по значению uк в зависимости от взаимного расположения обмоток.

Если обмотка НН расположена у стержня магнитопровода, обмотка ВН — снаружи, а обмотка СН — между ними, то наибольшее значение имеет uк ВН-НН, а меньшее значение — uк ВН-СН. В этом случае потери напряжения по отношению к выводам СН уменьшатся, а ток КЗ в сети НН будет ограничен благодаря повышенному значению uк ВН-НН

Если обмотка СН расположена у стержня магнитопровода, обмотка ВН — снаружи, а обмотка НН — между ними, то наибольшее значение имеет uк ВН-СН, а меньшее — uк ВН-НН.

Значение uк СН-НН останется одинаковым в обоих исполнениях.

Ток холостого хода Iх характеризует активные и реактивные потери в стали и зависит от магнитных свойств стали, конструкции и качества сборки магнитопровода и от магнитной индукции. Ток холостого хода выражается в процентах номинального тока трансформатора. В современных трансформаторах с холоднокатаной сталью токи холостого хода имеют небольшие значения.

Потери холостого хода Pх и короткого замыкания Pк определяют экономичность работы трансформатора.

Потери холостого хода состоят из потерь стали на перемагничивание и вихревые токи. Для их уменьшения применяются электротехническая сталь с малым содержанием углерода и специальными присадками, холоднокатаная сталь толщиной 0,3 мм марок 3405, 3406 и других с жаростойким изоляционным покрытием. В справочниках и каталогах приводятся значения Pх для уровней А и Б. Уровень А относится к трансформаторам, изготовленным из электротехнической стали с удельными потерями не более 0,9 Вт/кг, уровень Б — с удельными потерями не более 1,1 Вт/кг (при B = 1,5 Тл, f = 50 Гц).

Потери короткого замыкания состоят из потерь в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и добавочных потерь в обмотках и конструкциях трансформатора. Добавочные потери вызваны магнитными полями рассеяния, создающими вихревые токи в крайних витках обмотки и конструкциях трансформатора (стенки бака, ярмовые балки и др.). Для их снижения обмотки выполняются многожильным транспонированным проводом, а стенки бака экранируются магнитными шунтами.

В современных конструкциях трансформаторов потери значительно снижены. Например, в трансформаторе мощностью 250000 кВА при U = 110 кВ
(Pх = 200 кВт, Pк = 790 кВт), работающем круглый год (Tmax = 6300 ч), потери электроэнергии составят 0,43% электроэнергии, пропущенной через трансформатор. Чем меньше мощность трансформатора, тем больше относительные потери в нем.

В сетях энергосистем установлено большое количество трансформаторов малой и средней мощности, поэтому общие потери электроэнергии во всех трансформаторах страны значительны и очень важно для экономии электроэнергии совершенствовать конструкции трансформаторов с целью дальнейшего уменьшения значений Pх и Pк.

Источник: Л. Д. Рожкова, Л. К. Карнеева, Т. В. Чиркова. Электрооборудование электрических станций и подстанций

Силовые трансформаторы ТМ-СЭЩ, ТМН-СЭЩ Электрощит-Самара

Помощь студентам

Трансформатор — это… Что такое Трансформатор?

Трансформатор силовой ОСМ 0,16 — Однофазный сухой многоцелевого назначения мощностью 0.16 кВт

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений) переменного тока без изменения частоты системы (напряжения) переменного тока (ГОСТ 16110-82).

Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

История

Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.[1]

Столетов Александр Григорьевич (профессор Московского университета) сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (1880-е).[1]

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.[1]

В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.

Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока[2].

В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора.[1]

30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.

Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон[2]. В 1885 г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°» Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери изобрели трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов.

Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.[3]

С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока с тремя проводами (трехфазная система переменного тока с шестью проводами изобретена Николой Тесла, патент США № 381968 от 01.05.1888, заявка на изобретение № 252132 от 12.10.1887), построил первый трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка» и трехфазной обмоткой на роторе (трехфазный асинхронный двигатель изобретен Николой Тесла, патент США № 381968 от 01.05.1888, заявка на изобретение № 252132 от 12.10.1887), первый трёхфазный трансформатор с тремя стержнями магнитопровода, расположенными в одной плоскости. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 кВт при напряжении 95 В.

1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).[4]

В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.[5]

Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.[5]

Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора. 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

  1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
  2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Закон Фарадея

ЭДС, создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит, что:

Где

U2 — Напряжение на вторичной обмотке,
N2 — число витков во вторичной обмотке,
Φ — суммарный магнитный поток, через один виток обмотки. Если витки обмотки расположены перпендикулярно линиям магнитного поля, то поток будет пропорционален магнитному полю B и площади S через которую он проходит.

ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно:

Где

U1 — мгновенное значение напряжения на концах первичной обмотки,
N1 — число витков в первичной обмотке.

Поделив уравнение U2 на U1, получим отношение[6]:

Уравнения идеального трансформатора

Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток[7]. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков[8]. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии:

Где

P1 — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи,
P2 — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.

Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:

Таким образом получаем, что при увеличении напряжения на концах вторичной обмотки U2, уменьшается ток вторичной цепи I2.

Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения.[9] Например, сопротивление Z2 подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет . Данное правило справедливо также и для вторичной цепи: .

Режимы работы трансформатора

1. Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.

2. Нагрузочный режим. Этот режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепью трансформатора. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

3. Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. С его помощью можно определить потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора. Это учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

Режим холостого хода

Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью[10] компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток, протекающий через первичную обмотку, невелик. Для трансформатора с сердечником из магнитомягкого материала (ферромагнитного материала трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную мощность перемагничивания магнитопровода. Мощность потерь можно вычислить, умножив активную составляющую тока холостого хода на напряжение, подаваемое на трансформатор.

Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется сопротивлением индуктивности первичной обмотки, которое пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.

Векторная диаграмма напряжений и токов в трансформаторе на холостом ходу при согласном включении обмоток приведена в[11] на рис.1.6 б).

Напряжение на вторичной обмотке в первом приближении определяется законом Фарадея

Режим короткого замыкания

В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подается переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчетному) току трансформатора. В таких условиях величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Мощность потерь можно вычислить умножив напряжение короткого замыкания на ток короткого замыкания.

Данный режим широко используется в измерительных трансформаторах тока.

Режим с нагрузкой

При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения.

Схематично, процесс преобразования можно изобразить следующим образом:

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке. Векторная диаграмма напряжений и токов в трансформаторе с нагрузкой при согласном включении обмоток приведена в[11] на рис.1.6 в).

Теория трансформаторов

Уравнения линейного трансформатора.

Пусть i1, i2 — мгновенные значения тока в первичной и вторичной обмотке соответственно, u1 — мгновенное напряжение на первичной обмотке, RH — сопротивление нагрузки. Тогда

Здесь L1, R1— индуктивность и активное сопротивление первичной обмотки, L2, R2— то же самое для вторичной обмотки, L12— взаимная индуктивность обмоток. Если магнитный поток первичной обмотки полностью пронизывает вторичную, то есть если отсутствует поле рассеяния, то . Индуктивности обмоток в первом приближении пропорциональны квадрату количества витков в них.

Мы получили систему линейных дифференциальных уравнений для токов в обмотках. Можно преобразовать эти дифференциальные уравнения в обычные алгебраические, если воспользоваться методом комплексных амплитуд.

Для этого рассмотрим отклик системы на синусоидальный сигнал u1=U1 e-jω t (ω=2π f, где f — частота сигнала, j — мнимая единица). Тогда i1=I1 e-jω t и т. д., сокращая экспоненциальные множители получим

U1=-jωL1 I1 -jωL12 I2+I1 R1

-jωL2 I2 -jω L12 I1+I2 R2 =-I2 Zн

Метод комплексных амплитуд позволяет исследовать не только чисто активную, но и произвольную нагрузку, при этом достаточно заменить сопротивление нагрузки Rн её импедансом Zн. Из полученных линейных уравнений можно легко выразить ток через нагрузку, воспользовавшись законом Ома— напряжение на нагрузке, и т. п.

Т-образная схема замещения трансформатора.

На рисунке показана эквивалентная схема трансформатора с подключенной нагрузкой, как он видится со стороны первичной обмотки.

Здесь T — коэффициент трансформации, L12 — «полезная» индуктивность первичной обмотки, L1п, L2п — индуктивности первичной и вторичной обмотки, связанные с рассеянием,R1п, R2п — активные сопротивления первичной и вторичной обмотки соответственно, Zн — импеданс нагрузки.

Потери в трансформаторах

Степень потерь (и снижения КПД) в трансформаторе зависит, главным образом, от качества, конструкции и материала «трансформаторного железа» (электротехническая сталь). Потери в стали состоят в основном из потерь на нагрев сердечника, на гистерезис и вихревые токи. Потери в трансформаторе, где «железо» монолитное, значительно больше, чем в трансформаторе, где оно составлено из многих секций (так как в этом случае уменьшается количество вихревых токов). На практике монолитные сердечники не применяются. Для снижения потерь в магнитопроводе трансформатора магнитопровод может изготавливаться из специальных сортов трансформаторной стали с добавлением кремния, который повышает удельное сопротивление железа электрическому току, а сами пластины лакируются для изоляции друг от друга.

Габаритная мощность

Габаритная мощность трансформатора описывается следующей формулой:

Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2

  • 1 — первичной обмотки
  • 2 — вторичной обмотки

Однако, это конечный результат. Или академическое определение. Изначально габаритная мощность, как следует из названия, определяется габаритами сердечника и материалом, его магнитными и частотными свойствами.

КПД трансформатора

КПД трансформатора находится по следующей формуле:

        

где

P0 — потери холостого хода (кВт) при номинальном напряжении
PL — нагрузочные потери (кВт) при номинальном токе
P2 — активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузку
n — относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1).

Виды трансформаторов

Трансформатор Мачтовая трансформаторная подстанция с трёхфазным понижающим трансформатором

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Слово «силовой» отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями. Необходимость применения силовых трансформаторов обусловлена различной величиной рабочих напряжений ЛЭП (100-750 кВ), городских электросетей (как правило 6 кВ), напряжения, подаваемого конечным потребителям (0,4 кВ, они же 380/220 В) и напряжения, требуемого для работы электромашин и электроприборов (самые различные от единиц вольт до сотен киловольт).

Автотрансформатор

Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4.Существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Трансформатор тока

Трансформа́тор то́ка — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации. ВНИМАНИЕ! Вторичная обмотка токового трансформатора должна быть надёжно замкнута на низкоомную нагрузку измерительного прибора или накоротко. При случайном или умышленном разрыве цепи возникает скачок напряжения, опасный для изоляции, окружающих электроприборов и жизни техперсонала!

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса[12]. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Разделительный трансформатор

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.[13] Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

Согласующий трансформатор

Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей (каскадов) электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между участками схем.

Пик-трансформатор

Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Сдвоенный дроссель

Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.

Трансфлюксор

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 12 мая 2011.

Трансфлюксор — разновидность трансформатора, используемая для хранения информации[14][15]. Основное отличие от обычного трансформатора — это большая величина остаточной намагниченности магнитопровода. Иными словами трансфлюксоры могут выполнять роль элементов памяти. Помимо этого трансфлюксоры часто снабжались дополнительными обмотками, обеспечивающими начальное намагничивание и задающими режимы их работы. Эта особенность позволяла (в сочетании с другими элементами) строить на трансфлюксорах схемы управляемых генераторов, элементов сравнения и искусственных нейронов.

Основные части конструкции трансформатора

Стержневой тип трёхфазных трансформаторов Броневой тип трёхфазных трансформаторов

Основными частями конструкции трансформатора являются:

  • магнитопровод
  • обмотки
  • каркас для обмоток
  • изоляция
  • система охлаждения
  • прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты трансформатора и т.п.)

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

  • Стержневой
  • Броневой
  • Тороидальный

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Магнитная система (магнитопровод)

Магнитная система (магнитопровод) трансформатора — выполняется из электротехнической стали, пермаллоя, феррита или другого ферромагнитного материала в определённой геометрической форме. Предназначается для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитопровод в зависимости от материала и конструкции может набираться из пластин, прессоваться, навиваться из тонкой ленты, собираться из 2, 4 и более «подков». Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора.

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется — стержень[16]

Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, называется — ярмо[16]

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

  1. Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости
  2. Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях
  3. Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней
  4. Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня

Обмотки

Основным элементом обмотки является виток — электрический проводник, или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.

Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Сечение проводника обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства (для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При увеличении площади сечения проводника он может быть разделён на два и более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы называется жилой.

Транспонированный кабель, применяемый в обмотке трансформатора

Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем.

Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный кабель. Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с постоянным шагом и применения общей внешней изоляции[17].

Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения требуемой общей толщины.

Дисковая обмотка

Обмотки разделяют по:

  1. Назначению
    • Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.
    • Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
    • Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.
  2. Исполнению
    • Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
    • Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.
    • Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.
    • Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.
Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных трансформаторов

Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:

  • Y-соединение («звезда»), где каждая обмотка соединена одним из концов с общей точкой, называемой нейтральной. Различают «звезду» с выводом от общей точки (обозначение Y0 или Yn) и без него (Y)
  • Δ-соединение («треугольник»), где три фазных обмотки соединены последовательно
  • Z-соединение («зигзаг»). При данном способе соединения каждая фазная обмотка состоит из двух одинаковых частей, размещенных на разных стержнях магнитопровода и соединенных последовательно, встречно. Полученные три фазные обмотки соединяются в общей точке, аналогично «звезде». Обычно применяется «зигзаг» с отводом от общей точки (Z0)

Как первичная, так и вторичная обмотки трансформатора могут быть соединены любым из трёх способов, показанным выше, в любых комбинациях. Конкретный способ и комбинация определяются назначением трансформатора.

Y-соединение обычно применяется для обмоток, работающих под высоким напряжением. Это объясняется многими причинами:

— обмотки трехфазного автотрансформатора могут быть соединены только «звездой»;

— когда вместо одного сверхмощного трехфазного трансформатора применяют три однофазных автотрансформатора соединить их иным способом невозможно;

— когда вторичная обмотка трансформатора питает высоковольтную линию, наличие заземленной нейтрали снижает перенапряжения при ударе молний. Без заземления нейтрали невозможна работа дифференциальной защиты линии, в части утечки на землю. При этом первичные обмотки всех принимающих трансформаторов на этой линии не должны иметь заземленной нейтрали;

— существенно упрощается конструкция регуляторов напряжения (переключателей отпаек). Размещение отпаек обмотки с «нейтрального» конца обеспечивает минимальное количество групп контактов. Снижаются требования к изоляции переключателя, т.к. он работает при минимальном напряжении относительно Земли;

— это соединение наиболее технологично и наименее металлоемко.

Соединение в «треугольник» применяется в трансформаторах, где одна обмотка уже соединена «звездой», в особенности с выводом нейтрали.

Эксплуатация все еще широко распространенных трансформаторов со схемой Y/Y0 оправдана, если нагрузка на его фазы одинаковая (трехфазный двигатель, трехфазная электропечь, строго рассчитанное уличное освещение и пр.) Если же нагрузка несимметричная (бытовая и прочая однофазная), то магнитный поток в сердечнике выходит из равновесия, а нескомпенсированный магнитный поток (так называемый «поток нулевой последовательности») замыкается через крышку и бак, вызывая их нагрев и вибрацию. Первичная обмотка не может этот поток скомпенсировать, т.к. её конец соединен с виртуальной нейтралью, не соединенной с генератором. Выходные напряжения будут искажены (возникнет «перекос фаз»). Для однофазной нагрузки такой трансформатор по сути является дросселем с разомкнутым сердечником, и полное его сопротивление велико. Ток однофазного короткого замыкания будет сильно занижен по сравнению с расчетным (для трехфазного к.з.), что делает ненадежной работу защитной аппаратуры.

Если же первичная обмотка соединена треугольником (трансформатор со схемой Δ/Y0), то обмотки каждого стержня имеют два вывода как к нагрузке, так и к генератору, и первичная обмотка может подмагничивать каждый стержень в отдельности, не влияя на два других и не нарушая магнитное равновесие. Однофазное сопротивление такого трансформатора будет близко к расчетному, перекос напряжения практически устранен.

С другой стороны, у обмотки треугольником усложняется конструкция переключателя отпаек (контакты под высоким напряжением).

Соединение обмотки треугольником позволяет циркулировать третьей и кратным ей гармоникам тока внутри кольца, образованного тремя последовательно соединёнными обмотками. Замыкание токов третьей гармоники необходимо для снижения сопротивления трансформатора несинусоидальным токам нагрузки (нелинейная нагрузка)и поддержания его напряжения синусоидальным. Третья гармоника тока во всех трёх фазах имеет одинаковое направление, данные токи не могут циркулировать в обмотке, соединённой звездой с изолированной нейтралью.

Недостаток троичных синусоидальных токов в намагничивающем токе может привести к значительным искажениям наведённого напряжения, в случаях, если у сердечника 5 стержней, или он исполнен в броневом варианте. Соединённая треугольником обмотка трансформатора устранит данное нарушение, так как обмотка с соединением треугольником обеспечит затухание гармонических токов. Иногда в трансформаторах предусмотрено наличие третичной Δ-соединённой обмотки, предусмотренной не для зарядки, а для предотвращения искажения напряжения и понижения полного сопротивления нулевой последовательности. Такие обмотки называются компенсационными. Распределительные трансформаторы, предназначенные для зарядки, между фазой и нейтралью на стороне первого контура, снабжены обычно соединённой треугольником обмоткой. Однако ток в соединённой треугольником обмотке может быть очень слабым для достижения минимума номинальной мощности, а требуемый размер проводника обмотки чрезвычайно неудобен для заводского изготовления. В подобных случаях высоковольтная обмотка может быть соединена звездой, а вторичная обмотка — зигзагообразно. Токи нулевой последовательности, циркулирующие в двух отводах зигзагообразно соединённой обмотки будут балансировать друг друга, полное сопротивление нулевой последовательности вторичной стороны главным образом определяется полем рассеяния магнитного поля между двумя разветвлениями обмоток, и выражается весьма незначительной цифрой.

При использовании соединения пары обмоток различными способами возможно достигнуть различных степеней напряжения смещения между сторонами трансформатора.

Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток принято выражать группой соединений. Для описания напряжения смещения между первичной и вторичной, или первичной и третичной обмотками, традиционно используется пример с циферблатом часов. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0° до 360°,а кратность сдвига составляет 30°, то для обозначения группы соединений выбирается ряд чисел от 1 до 12, в котором каждая единица соответствует углу сдвига в 30°. Одна фаза первичной указывает на 12, а соответствующая фаза другой стороны указывает на другую цифру циферблата.

Наиболее часто используемая комбинация Yd11 означает, например, наличие 30º смещения нейтрали между напряжениями двух сторон

Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов[18][19] (не закончена, в работе)
Схема соединения обмоток Диаграмма векторов напряжения
холостого хода*
Условное
обозначение
ВН НН
У/Д-11

Примечание: на диаграмме зелёным цветом обозначены векторы обмотки Звезда, синим — Треугольник, красным смещение вектора AB.

В железнодорожных трансформаторах также встречается группа соединений «разомкнутый треугольник — неполная звезда».

Бак

Бак в первую очередь представляет собой резервуар для масла, а также обеспечивает физическую защиту для активного компонента. Он также служит в качестве опорной конструкции для вспомогательных устройств и аппаратуры управления.

Перед заполнением маслом бака с активным компонентом внутри из него выкачивается весь воздух, который может подвергнуть опасности диэлектрическую прочность изоляции трансформатора (поэтому бак предназначен для выдерживания давления атмосферы с минимальной деформацией).

Ещё одним явлением, учитываемым при проектировании баков, является совпадение звуковых частот, вырабатываемых сердечником трансформатора, и частот резонанса деталей бака, что может усилить шум, излучаемый в окружающую среду.

Конструкция бака допускает температурно-зависимое расширение масла. Чаще всего устанавливается отдельный расширительный бачок, который также называется расширителем.

При увеличении номинальной мощности трансформатора воздействие больших токов внутри и снаружи трансформатора оказывает влияние на конструкцию. То же самое происходит с магнитным потоком рассеяния внутри бака. Вставки из немагнитного материала вокруг сильноточных проходных изоляторов снижают риск перегрева. Внутренняя облицовка бака из высокопроводящих щитков не допускает попадания потока через стенки бака. С другой стороны, материал с низким магнитным сопротивлением поглощает поток перед его прохождением через стенки бака.

Обозначение на схемах

На схемах трансформатор обозначается следующим образом:

Центральная толстая линия соответствует сердечнику, 1 — первичная обмотка (обычно слева), 2,3 — вторичные обмотки. Число полуокружностей в очень грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности).

При обозначении трансформатора жирной точкой около вывода могут быть указаны начала катушек (не менее чем на двух катушках, знаки мгновенно действующей ЭДС на этих выводах одинаковы). Применяется при обозначении промежуточных трансформаторов в усилительных (преобразовательных) каскадах для подчёркивание син- или противофазности, а также в случае нескольких (первичных или вторичных) обмоток, если соблюдение «полярности» их подключения необходимо для работы остальной части схемы. Если начала обмоток не указаны явно, то предполагается, что все они направлены в одну сторону (после конца одной обмотки — начало следующей).

В схемах трёхфазных трансформаторах «обмотки» располагают перпендикулярно «сердечнику» (Ш-образно, вторичные обмотки напротив соответствующих первичных), начала всех обмоток направлены в сторону «сердечника».

Применение трансформаторов

Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

Применение в электросетях

Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют силовые трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

Несмотря на высокий КПД трансформатора (для трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности (до 16000 кВт).

Применение в источниках электропитания

Компактный сетевой трансформатор

Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до нескольких киловольт (для питания анода кинескопа через умножитель напряжения).

В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц.

В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств (например в блоках питания персональных компьютеров) широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В импульсных блоках питания переменное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют при помощи инвертора в высокочастотные импульсы. Система управления с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение.

В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому современные импульсные блоки питания при одинаковой мощности значительно легче.

Трансформаторы 50-60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в тех случаях, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например при высококачественном звуковоспроизведении.

Другие применения трансформатора

  • Разделительные трансформаторы (трансформаторная гальваническая развязка). Нейтральный провод электросети может иметь контакт с «землёй», поэтому при одновременном касании человеком фазового провода (а также корпуса прибора с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же прибор включён в сеть через трансформатор, касание прибора одной рукой вполне безопасно, поскольку вторичная цепь трансформатора никакого контакта с землёй не имеет.
  • Импульсные трансформаторы (ИТ). Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ, заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.
  • Измерительные трансформаторы. Применяют для измерения очень больших или очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях РЗиА.
  • Измерительный трансформатор постоянного тока. На самом деле представляет собой магнитный усилитель, при помощи постоянного тока малой мощности управляющий мощным переменным током. При использовании выпрямителя ток выхода будет постоянным и зависеть от величины входного сигнала.
  • Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют широкое применение в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до мегаватта), например, в дизель-генераторах. Такой трансформатор представляет собой измерительный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор — трёхфазный, обязательно применяется и трёхфазный трансформатор). Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора — чем больше нагрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и наоборот.
  • Согласующие трансформаторы. Из законов преобразования напряжения и тока для первичной и вторичной обмотки (I1=I2w2/w1,U1=U2w1/w2) видно, что со стороны цепи первичной обмотки всякое сопротивление во вторичной обмотке выглядит в (w1/w2 раз больше. Поэтому согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадам электронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление. Например, высоким выходным сопротивлением может обладать выходной каскад усилителя звуковой частоты, особенно, если он собран на лампах, в то время как динамики имеют очень низкое сопротивление. Согласующие трансформаторы также исключительно полезны в высокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.

Фазоинвертирующие и согласующие трансформаторы в выходном каскаде усилителя звуковой частоты с транзисторами одного типа проводимости. Транзистор в такой схеме усиливает только половину периода выходного сигнала. Чтобы усилить оба полупериода, нужно подать сигнал на два транзистора в противофазе. Это и обеспечивает трансформатор T1. Трансформатор T2 суммирует выходные импульсы VT1 и VT2 в противофазе и согласует выходной каскад с низкоомным динамиком

  • Фазоинвертирующие трансформаторы. Трансформатор передаёт только переменную компоненту сигнала, поэтому даже если все постоянные напряжения в цепи имеют один знак относительно общего провода, сигнал на выходе вторичной обмотки трансформатора будет содержать как положительную, так и отрицательную полуволны, причём, если центр вторичной обмотки трансформатора подключить к общему проводу, то напряжение на двух крайних выводах этой обмотки будет иметь противоположную фазу. До появления широкодоступных транзисторов с npn типом проводимости фазоинвертирующие трансформаторы применялись в двухтактных выходных каскадах усилителей, для подачи противоположных по полярности сигналов на базы двух транзисторов каскада. К тому же, из-за отсутствия «ламп с противоположным зарядом электрона», фазоинвертирующий трансформатор необходим в ламповых усилителях с двухтактным выходным каскадом.

Эксплуатация

Срок службы

Срок службы трансформатора может быть разделен на две категории:

  1. Экономический срок службы — экономический срок службы заканчивается, когда капитализированная стоимость непрерывной работы существующего трансформатора превысит капитализированную стоимость доходов от эксплуатации этого трансформатора. Или экономический срок жизни трансформатора (как актива) заканчивается тогда, когда удельные затраты на трансформацию энергии с его помощью становятся выше удельной стоимости аналогичных услуг на рынке трансформации энергии.
  2. Технический срок службы

Работа в параллельном режиме

Параллельная работа трансформаторов нужна по очень простой причине. При малой нагрузке мощный трансформатор имеет большие потери холостого хода, поэтому вместо него подключают несколько трансформаторов меньшей мощности, которые отключаются, если в них нет необходимости.

При параллельном подключении двух и более трансформаторов требуется следующее[20]:

  1. Параллельно могут работать только трансформаторы, имеющие одинаковую угловую погрешность между первичным и вторичным напряжениями.
  2. Полюса с одинаковой полярностью на сторонах высокого и низкого напряжения должны быть соединены параллельно.
  3. Трансформаторы должны иметь примерно тот же самый коэффициент передачи по напряжению.
  4. Напряжение полного сопротивления короткого замыкания должно быть одинаковым, в пределах ±10 %.
  5. Отношение мощностей трансформаторов не должно отклоняться более чем 1:3.
  6. Переключатели числа витков должны стоять в положениях, дающих коэффициент передачи по напряжению как можно ближе.

Другими словами, это значит, что следует использовать наиболее схожие трансформаторы. Одинаковые модели трансформаторов являются лучшим вариантом. Отклонение от вышеприведенных требований возможны при использовании соответствующих знаний.

Частота

При одинаковых напряжениях первичной обмотки трансформатор, разработанный для частоты 50 Гц, может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не наоборот. При этом необходимо принять во внимание, что возможно потребуется заменить навесное электрооборудование. При частоте меньше номинальной увеличивается индукция в магнитопроводе, что может повлечь его насыщение и как следствие резкое увеличение тока холостого хода и изменение его формы. При частоте больше номинальной повышается величина паразитных токов в магнитопроводе, повышенный нагрев магнитопровода и обмотки, приводящие к ускоренному старению и разрушению изоляции.

Регулирование напряжения трансформатора

В зависимости от нагрузки электрической сети меняется её напряжение. Для нормальной работы электроприёмников потребителей необходимо, чтобы напряжение не отклонялось от заданного уровня больше допустимых пределов, в связи с чем применяются различные способы регулирования напряжения в сети.[21]

Диагностика причин неисправности

Вид неисправности Причина
Перегрев Перегрузка
Перегрев Низкий уровень масла
Перегрев Замыкания
Перегрев Недостаточное охлаждение
Пробой Перегрузка
Пробой Загрязнение масла
Пробой Низкий уровень масла
Пробой Старение изоляции витков
Обрыв Плохое качество пайки
Обрыв Сильные электромеханические деформации при КЗ
Повышенное гудение Ослабление прессовки шихтованного магнитопровода
Повышенное гудение Перегрузка
Повышенное гудение Несимметричная нагрузка
Повышенное гудение КЗ в обмотке
Появление воздуха в газовом реле (с термосифонным фильтром) Заглушен термосифонный фильтр, воздух появляется в газовом реле через заглушку

Перенапряжения трансформатора

Виды перенапряжений

В процессе использования трансформаторы могут подвергаться напряжению, превосходящему рабочие параметры. Данные перенапряжения классифицируются по их продолжительности на две группы:

  • Кратковременное перенапряжение — напряжение промышленной частоты относительной продолжительности, колеблющейся в пределах менее 1 секунды до нескольких часов.
  • Переходное перенапряжение — кратковременное перенапряжение в пределах от наносекунд до нескольких миллисекунд. Период нарастания может колебаться от нескольких наносекунд до нескольких миллисекунд. Переходное перенапряжение может быть колебательным и неколебательным. Они обычно имеют однонаправленное действие.

Трансформатор также может быть подвергнут комбинации кратковременных и переходных перенапряжений. Кратковременные перенапряжения могут следовать сразу за переходными перенапряжениями.

Перенапряжения классифицируются на две основные группы, характеризующих их происхождение:

  • Перенапряжения, вызванные атмосферными воздействиями. Чаще всего переходные перенапряжения возникают вследствие грозовых разрядов вблизи высоковольтных линий передач, подсоединенных к трансформатору, однако иногда грозовой импульс может поразить трансформатор или саму линию передачи. Пиковая величина напряжения зависит от тока грозового импульса, является статистической переменной. Зарегистрированы токи грозового импульса свыше 100 кА. В соответствии с измерениями, проведенными на высоковольтных линиях электропередач в 50 % случаях пиковая величина токов грозового импульса находится в пределах от 10 до 20 кА. Расстояние между трансформатором и точкой воздействия грозового импульса влияет на время нарастания импульса, поразившего трансформатор, чем короче расстояние до трансформатора, тем короче время.
  • Перенапряжения, сформированные внутри силовой системы. Данная группа охватывает как кратковременные так и переходные перенапряжения, возникшие вследствие изменения условий эксплуатации и обслуживания силовой системы. Данные изменения могут быть вызваны нарушением процесса коммутации или поломкой. Временные перенапряжения вызваны коротким замыканием на землю, сбросом нагрузки или феноменом низкочастотного резонанса. Переходные перенапряжения возникают в случаях, когда часто отключаются или подключаются к системе. Также они могут возникнуть при возгорании внешней изоляции. При переключении реактивной нагрузки, переходное напряжение может возрасти до 6-7 p.u. вследствие многочисленных прерываний тока переходного процесса в автоматическом прерывателе с временем нарастания импульса до нескольких долей микросекунд.
Способность трансформатора выдерживать перенапряжения

Трансформаторы должны пройти определённые испытания электрической прочности изоляции перед выпуском с завода. Прохождение данных испытаний свидетельствуют о вероятности бесперебойной эксплуатации трансформатора.

Испытания описаны в международных и национальных стандартах. Трансформаторы, прошедшие испытания, подтверждают высокую надёжность эксплуатации.

Дополнительным условием высокой степени надёжности является обеспечение приемлемых ограничений перенапряжения, так как трансформатор в процессе эксплуатации может быть подвергнут более серьёзным перенапряжениям по сравнению с условиями тестовых испытаний.

Необходимо подчеркнуть чрезвычайную важность планирования и учёта всех типов перенапряжений, которые могут возникнуть в силовой системе. Для нормального выполнения данного условия необходимо понимание происхождения различных типов перенапряжений. Величина различных типов перенапряжений является статистической переменной. Способность изоляции выдерживать перенапряжения также является статистической переменной.

См. также

Примечания

  1. 1 2 3 4 Харламова Т. Е. История науки и техники. Электроэнергетика. Учебное пособие.-СПб: СЗТУ, 2006. 126 с.
  2. 1 2 Кислицын А. Л. Трансформаторы: Учебное пособие по курсу «Электромеханика».- Ульяновск: УлГТУ, 2001. — 76 с ISBN 5-89146-202-8
  3. Силовые трансформаторы: основные вехи развития к.т. н. Савинцев Ю.М. Доступно на 25.01.2010
  4. Силовой трансформатор: этапы эволюции. Д.т. н., проф. Попов Г. В. на transform.ru. Доступно на 02.08.2008
  5. 1 2 История трансформатора на energoportal.ru. Доступно на 02.08.2008
  6. Winders Power Transformer Principles and Applications. — P. 20–21.
  7. Толмачёв — лекция 8
  8. История Трансформатора
  9. Flanagan William M. Handbook of Transformer Design and Applications. — McGraw-Hill Professional. — P. Chap. 1, p. 1–2. — ISBN 0070212910
  10. В случае достаточной индуктивности трансформатора и частоты тока.
  11. 1 2 http://model.exponenta.ru/electro/0070.htm Дубовицкий Г. П. Трансформаторы
  12. Словарь Бензаря
  13. ГОСТ 30030-93 Трансформаторы разделительные и безопасные разделительные трансформаторы. Технические требования (МЭК 742-83)
  14. Ассоциативное запоминающее устройство — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
  15. Не стоит путать с «трансфлюктором», который выполняет роль фильтра.
  16. 1 2 ГОСТ 16110-82. ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ. Термины и определения
  17. ABB Transformer Handbook
  18. ГОСТ 11677-85. ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ: Общие технические условия
  19. Кацман М.М. Электрические машины и трансформаторы. Учебник для техникумов для электротехнических и энергетических специальностей. М., «Высшая школа», 1971, 416с.
  20. IEC 60076-8. Силовые трансформаторы — Руководство по применению, пункт 6, страницы 81-91.
  21. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63

Нормативные документы

Литература

  1. Основы теории цепей, Г. И. Атабеков, Лань, С-Пб.,-М.,-Краснодар, 2006.
  2. Электрические машины, Л. М. Пиотровский, Л., «Энергия», 1972.
  3. Силовые трансформаторы. Справочная книга/Под ред. С. Д. Лизунова, А. К. Лоханина. М.:Энергоиздат 2004. — 616 с ISBN 5-98073-004-4
  4. Электрические машины: Трансформаторы: Учебное пособие для электромех. спец. вузов/Б. Н. Сергеенков, В. М. Киселёв, Н. А. Акимова; Под ред. И. П. Копылова. — М.: Высш. шк., 1989—352 с ISBN 5-06-000450-3
  5. Электрические машины, А. И. Вольдек, Л., «Энергия», 1974.
  6. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. — М.: Энергия, 1981—392 с.
  7. Конструирование трансформаторов. А. В. Сапожников. М.: Госэнергоиздат. 1959.
  8. Расчёт трансформаторов. Учебное пособие для вузов. П. М. Тихомиров. М.: Энергия, 1976. — 544 с.
  9. Расчёт и оптимизация тороидальных трансформаторов. С. В. Котенев, А. Н. Евсеев. — М.: Горячая линия — Телеком, 2011. — 287 с.

Ссылки

Трансформатор

Виды трансформаторов

 

типов электрических трансформаторов, их применение и способы их изготовления.

Электрический трансформатор — это машина, которая передает электричество из одной цепи в другую посредством электромагнитной индукции без изменения частоты.

Это жизненно важное устройство для передачи электроэнергии, которое связывает генерирующие станции и пользователей.

Трансформатор состоит из пары катушек, намотанных на многослойный магнитный сердечник. Обмотка, которая подает переменный ток (AC) к трансформатору, является первичной обмоткой или катушкой, а выходная катушка — вторичной обмоткой.

Трансформаторы могут быть повышающими или понижающими. Повышающий трансформатор преобразует низкое напряжение и большой переменный ток в высокое напряжение и слабый ток.

В то время как понижающий преобразует высокое переменное напряжение и низкий ток в низкое напряжение и высокий переменный ток.

Характеристики трансформатора электрического

Несмотря на то, что у нас разные трансформаторы, у них все же есть общие черты. Ниже приведены характеристики трансформатора электрического

.
  • Они передают электричество из одной цепи в другую, но их частота остается прежней.
  • Все трансформаторы работают по закону Фарадея электромагнитной индукции.
  • Трансформатору не нужна движущаяся часть для передачи энергии. Таким образом, потеря энергии на трение минимальна.
  • Нет электрического соединения между первичной и вторичной обмотками. Передача токов осуществляется посредством магнитного потока.
  • Потери токов, которые возникают в трансформаторах, меньше по сравнению с другими электрическими устройствами, и они включают:

1 .Потери в меди: потеря мощности, возникающая при циркуляции тока по медным обмоткам. Считается самой большой потерей в электрическом трансформаторе.

2 . Потери в сердечнике: они теряются из-за вихревых токов и гистерезиса, возникающих в результате запаздывания магнитных молекул в ответ на переменный магнитный поток внутри сердечника.

Большинство трансформаторов эффективны, вырабатывая около 96% энергии при полной нагрузке. Трансформаторы большой мощности могут выдавать до 98%, особенно когда они работают при постоянной частоте и напряжении.

Строительство электрического трансформатора.

Для тех, кто хочет построить электрический трансформатор, важны базовые знания о его конструкции.

Трансформатор состоит из двух отдельных катушек, первичной и вторичной обмоток, намотанных вокруг многослойного стального сердечника.

Первичная катушка подает ток в систему, а вторичная катушка — это выходные обмотки.

Трансформатор может также иметь бак, вводы для вывода клемм и маслорасширитель.

Изготовление магнитного сердечника требует плотной укладки ламинированных листов стали в контейнере, чтобы гарантировать непрерывность магнитного потока внутри сердечника.

Ламинирование предотвращает потерю энергии из-за наведенных в сердечнике вихревых токов.

Как работают электрические трансформаторы?

Принцип работы трансформатора прост: он следует закону Фарадея электромагнитной индукции.

Майкл Фарадей в 1831 году обнаружил, что мы можем генерировать токи, перемещая проводник или магнит вокруг друг друга.

Закон гласит, что сила ЭДС или токов, индуцируемых в проводнике, когда он движется через магнитное поле, прямо пропорциональна скорости движения проводника.

Он также обнаружил, что, когда две катушки расположены близко друг к другу, ток, протекающий в одной катушке, может вызвать ток в другой катушке. Это называется взаимной индуктивностью, и именно так работают трансформаторы.

Итак, если мы подаем переменный ток на первичную обмотку трансформатора, он создает переменный поток в сердечнике, чтобы связать вторичную обмотку.Таким образом, вызывая E.M.F. той же частоты на вторичную обмотку.

Хотя трансформаторы предназначены для уменьшения рассеяния магнитного потока, индуктивность никогда не бывает 100% эффективной.

  • Примечание. Трансформаторы не работают на постоянном токе (DC), потому что они прямые и устойчивые (без относительного движения).

Применение электрических трансформаторов


В основном трансформатор используется для повышения или понижения электрического напряжения.

Другое использование включает

  • Для блокировки прохождения постоянного тока от одной цепи к другой.
  • Согласование импеданса: для увеличения или уменьшения емкости конденсатора или катушки индуктивности в цепи переменного тока.
  • Гальваническая развязка: для изоляции двух электрических цепей в случае необходимости.
  • Передача электроэнергии от генерирующих станций потребителям.
  • Используется в зарядных устройствах для мобильных телефонов для понижения переменного тока 220 В примерно до 5-8 В. Затем зарядное устройство преобразует переменный ток в постоянный перед использованием.
  • Используется в дверных звонках для понижения бытового тока со 120 В до примерно 16-24 В, необходимых для умных дверных звонков

Типы электрических трансформаторов

Мы можем разделить электрические трансформаторы на различные типы в зависимости от их конструкции, назначения, метода охлаждения и поставки.

Тип конструкции

В зависимости от конструкции у нас есть два типа трансформатора: сердечник и оболочка.

Трансформатор с сердечником имеет обмотки на двух концах сердечника, он также имеет один путь магнитного потока, лучшую поверхность охлаждения и многие другие особенности.

Обмотка трансформатора кожухового типа находится в середине плеча сердечника. Он также имеет два пути магнитного потока, менее эффективную охлаждающую поверхность и другие особенности.

По назначению

  • Повышающий трансформатор: преобразует низковольтный, сильный переменный ток в высокий и слаботочный переменный ток. У них также большее количество витков во вторичной обмотке, чем в первичной.
  • Понижающий трансформатор: преобразует высокое напряжение, низкий ток в низкое напряжение и высокий ток. Он также имеет большее количество витков в первичной обмотке, чем вторичные обмотки.

В зависимости от метода охлаждения.

  • Трансформаторы с воздушным охлаждением: у этого трансформатора есть вентилятор, который охлаждает двигатель во время работы.
  • Масляные трансформаторы с самоохлаждением: обычно это небольшой трансформатор мощностью около 3 МВА, который охлаждается окружающим потоком воздуха.
  • Масляные трансформаторы с водяным охлаждением: в этом трансформаторе используется теплообменник для передачи тепла от масла к охлаждающей воде.

Из поставки

  • Однофазный трансформатор: Однофазный трансформатор имеет один набор обмоток.
  • Трехфазный трансформатор: Эти типы трансформаторов имеют 3 комплекта первичной и вторичной обмоток и в основном используются для генерации, передачи и распределения энергии в промышленности.

На основе использования

  • Силовой трансформатор: используется для передачи мощности и имеет высокий рейтинг.
  • Распределительный трансформатор: используется для распределения электроэнергии, имеет более низкий рейтинг.
  • Измерительный трансформатор: Этот трансформатор подразделяется на трансформаторы тока и напряжения.

Статьи по теме

Как проверить трансформатор дверного звонка.

Как найти трансформатор дверного звонка.

Электрические трансформаторы

: типы, применение и применение

Трансформаторы — это больше, чем просто внеземные роботы, они также являются очень полезными устройствами для передачи энергии между цепями, и существуют различные типы электрических трансформаторов. При использовании индуктивно связанных электрических проводников в качестве основного средства передачи изменение тока в первой цепи переносится на вторую цепь, которая впоследствии принимает новый заряд.Каждый конец схемы несет заряд внутри обмотки — первичной или вторичной — которая состоит из электропроводящего провода, намотанного вокруг противоположных концов сердечника трансформатора, который имеет высокую магнитную проницаемость, что делает возможной передачу.

В идеальной ситуации изменение напряжения пропорционально, когда вторая цепь принимает напряжение в зависимости от количества витков в первичной обмотке. Таким образом, напряжение регулируется путем изменения количества витков в первичной обмотке, чтобы оно было больше или меньше количества витков во вторичной обмотке, что либо увеличивает, либо уменьшает количество получаемой электроэнергии.

Трансформаторы необходимы, когда речь идет о национальной энергосистеме, и отвечают за передачу большого количества энергии высокого напряжения на большие расстояния. Это не означает, что все трансформаторы большие — они бывают разных размеров — и некоторые, конечно, не рассчитаны на высокие уровни выходной мощности. В зависимости от предполагаемой функции и необходимой мощности трансформаторы могут быть размером с ноготь или весить несколько сотен тонн.

Различные типы трансформаторов

Ниже мы перечисляем некоторые из распространенных типов трансформаторов.

Автотрансформаторы

Автотрансформаторы отличаются от традиционных трансформаторов, поскольку у автотрансформаторов общая обмотка. На каждом конце сердечника трансформатора есть оконечные зажимы для обмотки, но есть также вторая обмотка, которая подключается в ключевой промежуточной точке, образуя третью клемму. Первый и второй выводы проводят первичное напряжение, а третий вывод работает вместе с первым или вторым выводом, обеспечивая вторичную форму напряжения.Первый и второй выводы имеют много совпадающих витков в обмотке. Напряжение одинаково для каждого витка на первом и втором выводе. Адаптируемый автотрансформатор — еще один вариант для этого процесса. Открывая часть второй обмотки и используя скользящую щетку в качестве второго вывода, можно изменять количество витков, таким образом изменяя напряжение (см. Изображение справа).

Полифазные трансформаторы

Этот тип трансформатора обычно ассоциируется с трехфазной электрической мощностью, которая является распространенным методом передачи большого количества энергии высокого напряжения, например, по национальной электросети.В этой системе по трем отдельным проводам проходят переменные токи одинаковой частоты, но они достигают своего пика в разное время, что приводит к непрерывному потоку мощности. Иногда эти «трехфазные» системы имеют нейтральный провод, в зависимости от области применения. В других случаях все три фазы можно объединить в один многофазный трансформатор. Это потребует унификации и соединения магнитных цепей, чтобы обеспечить трехфазную передачу. Схема намотки может быть разной, как и фазы многофазного трансформатора.

Трансформатор утечки

Трансформаторы утечки имеют неплотную связь между первичной и вторичной обмотками, что приводит к значительному увеличению величины утечки индуктивности. Все токи поддерживаются на низком уровне с помощью трансформаторов утечки, что помогает предотвратить перегрузку. Они полезны в таких применениях, как дуговая сварка и некоторые высоковольтные лампы, а также в приложениях с очень низким напряжением, которые встречаются в некоторых детских игрушках.

Резонансный трансформатор

Как тип трансформатора утечки, резонансные трансформаторы зависят от неплотного соединения первичной и вторичной обмоток, а также от внешних конденсаторов для работы в сочетании со второй обмоткой.Они могут эффективно передавать высокие напряжения и полезны при восстановлении данных с определенных уровней частот радиоволн.

Аудиопреобразователь

Первоначально использованные в ранних телефонных системах, аудиопреобразователи помогают изолировать потенциальные помехи и отправлять один сигнал через несколько электрических цепей. В современных телефонных системах по-прежнему используются аудиопреобразователи, но они также встречаются в аудиосистемах, где передают аналоговые сигналы между системами. Поскольку эти трансформаторы могут выполнять несколько функций, таких как предотвращение помех, разделение сигнала или объединение сигналов, они используются во многих приложениях.Усилители, громкоговорители и микрофоны — все зависит от аудиопреобразователей для правильной работы.

Прочие электротехнические изделия

Прочие «виды» изделий

Больше от компании Electric & Power Generation

Как работают электрические трансформаторы — Drax

Безопасное и эффективное получение электричества от генераторов по линиям электропередач и по всей стране к нашим устройствам — это тщательный баланс. Одним из важных аспектов этого является напряжение.

Электрическая подстанция с трансформаторами.

Линии электропередачи Национальной сети работают при напряжении 400 000 вольт (v) и 275 000 вольт, но если электричество попадет в дома с таким напряжением, это быстро повредит все, что питается. Вместо этого региональные дистрибьюторы поставляют в дома электроэнергию при гораздо более низком уровне 230 В.

Достижение безопасного для использования уровня напряжения требует его повышения или понижения с помощью трансформаторов — огромных элементов электросетевого оборудования, которые используют простую идею, чтобы оказать большое влияние.

Зачем нужны трансформаторы

Напряжение похоже на давление воды. Наличие линий передачи высокого напряжения означает, что заряженные электроны, из которых состоит электричество, очень эффективно перемещаются по системе, при этом меньше энергии теряется в виде тепла на этом пути. Однако то же самое «давление» слишком велико для простой зарядки телефона. Скорее всего, это приведет к перегрузке схем устройства и оставит пользователя тлеющим беспорядком.

Вот где вступают трансформаторы.В Великобритании электричество производится с различным напряжением в зависимости от типа генерации. Чтобы отправить его туда, где есть потребность, не теряя слишком много энергии в виде тепла в пути, трансформатор, подключенный к большим генераторам энергии, таким как электростанция на биомассе Drax или морская ветряная электростанция Beatrice, увеличивает напряжение до 400000 В или 275000 В. Напряжение зависит от того, к какой части национальной системы электропередачи подключена электростанция.

Когда электричество поступает по опорам в определенный регион Великобритании, другой трансформатор понижает напряжение до 132 000 В для региональной распределительной системы.Впоследствии другой снижает его до 11000 В в городах и деревнях, прежде чем конечный трансформатор снизит напряжение до безопасных 230 В для использования в домах и на предприятиях.

Поддержание высокого напряжения полезно для предотвращения потерь энергии на тепло, но оно также имеет еще одно важное значение для электричества по всей стране.

Поддержание высокого напряжения для отключения тока

Если напряжение — это давление воды, то ток — это фактические частицы воды, движущиеся по трубам.С точки зрения электричества ток — это заряженные электроны, которые на самом деле приводят в действие наши светильники и устройства.

Когда эти электроны перемещаются по кабелям электросети, они сталкиваются с сопротивлением (представьте себе частичную закупорку в водопроводной трубе), что приводит к потере некоторой электрической энергии на тепло. Получение нужного количества электроэнергии, необходимой по всей стране, означает минимальные потери энергии. Если ток ниже, меньше заряженных электронов сталкивается с сопротивлением в любой точке системы и теряется меньше электроэнергии.

Удобно для сети, повышение напряжения электричества вызывает уменьшение тока и наоборот. Как на самом деле это делают трансформаторы, зависит от катушек.

Трансформатор на электростанции Круачан

Напряжение обмотки вверх и вниз

Трансформаторы

работают по принципу электромагнитной индукции, что впервые понял британский ученый Майкл Фарадей в 1831 году. Он заметил, что когда магнит перемещается через катушку из медных проводов, по этим проводам течет ток.Это тот же принцип, который позволяет вращающимся турбинам сегодня вырабатывать электроэнергию.

Майкл Фарадей

Аналогичным образом, когда ток течет через медную катушку, намотанную вокруг железного сердечника, сердечник становится магнитным.

Фарадей экспериментировал с протеканием токов через несколько медных катушек, но именно ученый и ирландский священник отец Николас Каллан в 1836 году открыл основной принцип работы многих современных трансформаторов в мире. Он обнаружил, что если два отдельных набора медных проводов намотаны вокруг каждого конца железного сердечника и через один из них (первичную обмотку) пропускается электрический ток, то создается магнитное поле, которое заставляет электрический ток течь во вторичной обмотке. .

Однако все меняется в зависимости от того, сколько раз каждый провод наматывается на сердечник. Если во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной, то при наведении тока напряжение увеличивается. Когда во вторичной обмотке меньше витков, чем в первичной, напряжение уменьшается.

Индукционная катушка Каллана (1845)

Более того, отец Каллан обнаружил, что увеличение или уменьшение напряжения прямо пропорционально количеству витков в обмотках.Таким образом, теоретически, если электрический ток с напряжением 5 В проходит через первичную обмотку с 10 витками и создает ток во вторичной обмотке с 20 витками, напряжение также удваивается, в данном случае до 10 В.

Изобретение отца Каллана известно как индукционная катушка, в которой два набора обмоток имеют общий длинный и толстый железный стержень. С тех пор преобразователь постоянно подвергался доработке, оптимизации и специализации для различных вариантов использования. Однако основной принцип использования электромагнитной индукции для увеличения и уменьшения напряжения остается прежним.

От домов до электростанций

Одним из наиболее распространенных типов трансформаторов являются распределительные трансформаторы, которые часто устанавливаются на опорах электроснабжения возле домов. Эти трансформаторы выполняют последний этап перехода от местных распределительных систем до 230 В, когда электричество поступает в дома и на предприятия.

В них часто используется железный сердечник, имеющий форму полого квадрата с обмотками, намотанными вокруг обоих концов. Когда ток проходит через сердечник и намагничивает его, он заставляет его расширяться и сжиматься в процессе, известном как магнитострикция, который иногда вызывает достаточно вибрации, чтобы произвести слышимый гул.

Трансформатор перемещается из Лонганнета на электростанцию ​​Круачан в 2019 году.

В трансформаторах этого типа безопасно передавать ток по воздуху между двумя обмотками, но при использовании более высоких напряжений, например, на электростанции Круачан — крупнейшем гидроаккумулирующем сооружении в Шотландии — требуются другие подходы. Трансформаторы для больших электростанций погружены в специальное изоляционное масло внутри металлического контейнера. Масло обеспечивает электрическую изоляцию для предотвращения коротких замыканий, а также охлаждает сердечник и обмотки, предотвращая повреждение и выход из строя.

Даже когда основные источники электроэнергии Великобритании изменятся с угольных и атомных электростанций на ветряные электростанции и солнечные панели, трансформаторы останутся важной частью энергосистемы, позволяющей быстро доставить нужное количество энергии туда, где она нам нужна.

Электрический трансформатор Удаление опасных отходов с окончанием срока службы

Изобретенный в 1880-х годах, работа по доведению тысяч вольт, генерируемых энергетическими предприятиями, до пригодных для использования уровней, всегда выпадала на долю электрических трансформаторов.Это удивительно простые устройства, но, тем не менее, они требуют утилизации опасных отходов в конце жизненного цикла.

Что такое электрический трансформатор?

В общем, электрический трансформатор состоит из одной проволочной катушки, расположенной вплотную ко второй. Когда на первую или «первичную» катушку подается переменный ток, другой переменный ток индуцируется в соседней «вторичной» катушке. Но это только половина дела.

Учтите: напряжения двух токов переменного тока будут соответствовать размерам двух катушек в точной пропорции друг другу.Например: если размер первичной обмотки составляет половину размера вторичной, напряжение, возникающее во вторичной обмотке, будет в два раза больше. Это называется «повышающий трансформатор».

И наоборот, если первичная обмотка в два раза больше вторичной, то напряжение, появляющееся во вторичной обмотке, будет вдвое меньше. Это называется «понижающий трансформатор».

Как используются электрические трансформаторы?

Коммунальные предприятия используют массивные повышающие трансформаторы для увеличения напряжения (также известного как напряжение), чтобы более эффективно передавать электричество по линиям передачи на большие расстояния — отсюда и термин «провода высокого напряжения».”

Они используют понижающие трансформаторы, например, для понижения напряжения до относительно безопасных и привычных 120/220 В переменного тока, которые есть в наших домах. Один тип — это те вещи, которые вы видите на опорах перед домами; они похожи на большие жестяные банки с торчащими из верха проводами.

Таким образом, в Америке и в остальном мире используются буквально миллионы трансформаторов. Проблема в том, что каждый из них со временем изнашивается и требует утилизации опасных отходов.

Почему электрические трансформаторы требуют вывоза опасных отходов?

Согласно законам физики, огромное количество тока, приложенного к первичной катушке и индуцированного во вторичной обмотке, вместе генерирует значительное количество тепла: достаточно, чтобы превратить обе катушки в бесполезные капли расплавленной меди.

Чтобы предотвратить это, корпус трансформатора заполнен маслом, так что обе катушки эффективно купаются в нем. Масло в основном непроводящее, поэтому оно не закорачивает катушки, а его очень высокая температура кипения позволяет ему поглощать большое количество тепла, предотвращая плавление меди.

Какое масло используется в электрических трансформаторах?

Как ни странно, хотя они существуют уже более 130 лет, поиск лучшего вида масла для охлаждения электрических трансформаторов по-прежнему остается Святым Граалем для инженеров.

Сначала использовались полихлорированные дифенилы (ПХБ), поскольку они негорючие и непроводящие. К сожалению, они также чрезвычайно токсичны; они не поддаются биологическому разложению; и они усваиваются быстрее, чем могут быть метаболизированы (или выведены) животными и людьми. При сжигании ПХД образуются такие яды, как хлорированные диоксины и дибензофураны, которые даже более токсичны для людей, животных и окружающей среды, чем сами ПХД.

С учетом всех недостатков румян производство печатных плат было запрещено в США в 1979 году.Таким образом, ПХД не использовались в электрических трансформаторах более или менее 40 лет. Это хорошо в очевидном смысле, но это также означает, что существует много устаревшего оборудования, которое приближается к концу срока службы (или томится в кучах мусора), которое необходимо утилизировать, и это потребует тщательного удаления опасных отходов. .

Какая альтернатива использованию печатных плат в электрических трансформаторах?

Минеральное масло является наиболее распространенной альтернативой, но его изоляционные свойства быстро ухудшаются под действием любого количества влаги.Кроме того, он легко воспламеняется. Если из трансформатора вытечет минеральное масло, это может легко вызвать пожар.

Из-за его воспламеняемости нормы пожарной безопасности часто запрещают трансформаторы, охлаждаемые минеральным маслом, внутри зданий или сооружений. И хотя минеральное масло относительно более безвредно, чем ПХД, тем не менее, оно является загрязнителем окружающей среды, который требует тщательного удаления опасных материалов.

Еще одно соображение: минеральное масло полностью смешивается с ПХД. Это значит, что он будет образовывать с ними однородную смесь в любой пропорции; а много лет назад те же барабаны, насосы и шланги, которые использовались для подачи минеральных масел, использовались для ПХД.

Таким образом, загрязнение ПХД все еще может быть проблемой для трансформаторов, которые якобы не содержат ПХД. Например, концентрации ПХД более 5 частей на миллион классифицируются как опасные отходы в Калифорнии.

Заключение

Печатные платы

не использовались в электрических трансформаторах почти 40 лет. В долгосрочной перспективе это хорошо. Но это также означает, что существует значительная часть устаревшего оборудования, срок службы которого приближается к концу, для которого потребуется обращение с опасными отходами, поскольку загрязнение ПХД является особенно обременительным, а правила, касающиеся его утилизации, являются соразмерно строгими.

Также стоит отметить, что минеральное масло — наиболее распространенная замена ПХД — может быть загрязнено ПХД и, таким образом, требует более строгого обращения с опасными отходами, чем это обычно бывает с менее токсичными отработанными маслами.

Специалисты по опасным отходам могут помочь вам утилизировать трансформаторы по очень разумной цене. Свяжитесь с нами по телефону (888) 681-8923.

Конструкция трансформатора

| Электротехнические услуги

Трансформаторы — это электрические машины, которые играют очень важную роль в энергосистеме здания.Они в основном предназначены для изменения любого напряжения переменного тока с помощью электромагнитной индукции.

Если у вас есть здание или, возможно, предприятие, занимающееся производством, то, несомненно, у вас есть потребность в постоянном снабжении электроэнергией. Наряду с этим возникает необходимость иметь дело с нестабильностью напряжения, а также с неисправностями на некоторых машинах из-за проблем с напряжением.

Здесь на помощь приходит трансформатор. По сути, это решение для устранения таких сбоев.Однако могут быть случаи, когда трансформатор может работать неэффективно из-за плохой конструкции — случая, которого можно было бы избежать, если бы такие конструктивные проблемы были решены заранее.

К счастью, NY Engineers специализируется в этой области. С помощью наших услуг по 3D-проектированию и моделированию трансформаторов мы сможем разработать надежный и индивидуальный дизайн для вашего трансформатора, что позволит вам изготовить его в соответствии с вашими требованиями.

Имея филиалы в нескольких местах по всей территории США, вы можете легко связаться с нами, будь вы из Чикаго, Нью-Йорка, Нью-Джерси и т. Д.

Типы трансформаторов

Зная различные типы трансформаторов, вы сможете определить, какой из них наиболее подходит для вашего предприятия. Кроме того, сообщив нам желаемый тип трансформатора, мы сможем узнать, как мы можем продолжить разработку вашего дизайна.

Имейте в виду, что трансформаторы подразделяются на следующие категории на основе их классификации:

Уровни напряжения Трансформаторы

классифицируются как повышающие и понижающие в зависимости от уровня их напряжения.Эти трансформаторы считаются наиболее широко используемым типом во всех приложениях. Важно помнить, что между ними не будет никакой разницы в первичной и вторичной мощности.

Повышающий трансформатор, как следует из названия, преобразует низковольтный сильный переменный ток в систему высокого напряжения и низкого переменного тока. Это достигается увеличением витков катушки на вторичных обмотках, чем на первичной.

С другой стороны, понижающий трансформатор преобразует переменный ток высокого напряжения с низким током в переменный ток низкого напряжения с высоким током.В отличие от повышающего варианта, у этого варианта на первичной обмотке больше витков, чем на вторичной.

Обмоточные устройства

Обычный трансформатор имеет две обмотки с двух разных сторон. Однако в автотрансформаторе первичная и вторичная обмотки соединены друг с другом. По сути, это трансформатор особого типа, поскольку две обмотки соединены между собой электрически и магнитно.

По сравнению со стандартными двухобмоточными трансформаторами, автотрансформатор имеет более низкие начальные значения.Кроме того, он также имеет меньшее падение напряжения и намного более эффективен. Однако его использование в обычных распределительных цепях небезопасно. Причина в том, что высоковольтные первичные цепи напрямую подключены к вторичной цепи.

Использование

Каждый тип трансформатора предназначен для выполнения определенной функции. Тем не менее, по применению трансформатор можно классифицировать следующим образом:

  • Силовой трансформатор — Силовой трансформатор обычно имеет большие размеры и в основном используется для передачи больших мощностей, особенно в передающих сетях с более высоким напряжением.Поскольку они рассчитаны на 100% -ный КПД, они в основном используются на передающих подстанциях и генерирующих станциях.
  • Измерительный трансформатор — , как следует из названия, этот тип трансформатора используется для измерения электрических величин, таких как мощность, ток, напряжение и т. Д. Его можно дополнительно классифицировать как потенциал и ток, причем первый используется для измерения напряжения и последний для измерения токов.
  • Распределительный трансформатор — Этот тип трансформатора используется для распределения электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, на промышленные и бытовые объекты.По сравнению с другими типами трансформаторов, распределительный тип имеет КПД только около 50-70% и не всегда полностью загружен.
Сердечник Используемая среда Трансформаторы

можно классифицировать как трансформаторы с воздушным сердечником и железным сердечником в зависимости от используемой в сердечнике среды.

В трансформаторе с воздушным сердечником обе обмотки намотаны на немагнитной полосе, и связь между ними осуществляется по воздуху. Трансформаторы с воздушным сердечником обычно имеют меньшую взаимную индукцию по сравнению с трансформаторами с железным сердечником.Однако они могут уменьшить или даже устранить текущие потери и гистерезис.

Между тем, трансформатор с железным сердечником имеет обе обмотки, намотанные на железные пластины, а связь осуществляется через железо. Благодаря магнитным свойствам железа сопротивление потоку связи меньше. По сравнению с трансформаторами с воздушным сердечником трансформаторы с железным сердечником имеют более высокий КПД.

Поставка использовалась

Что касается источника питания, то трансформатор может быть однофазным или трехфазным.Однофазный трансформатор — это в основном стандартный трансформатор с первичной и вторичной обмотками. Обычно он используется для увеличения или уменьшения вторичного напряжения.

Между тем, трехфазный трансформатор имеет три первичные обмотки и три вторичные обмотки, которые соединены друг с другом.

В некоторых приложениях один трехфазный трансформатор идеален по сравнению с тремя однофазными блоками, поскольку он может предложить более высокий КПД при более низкой стоимости и может быть установлен в ограниченном пространстве.Проблема, однако, в том, что его тяжелее транспортировать, и в этом случае однофазные термометры более предпочтительны.

Компоненты трансформатора

Помимо различных типов трансформаторов, мы также принимаем во внимание различные компоненты, из которых состоит трансформатор. Таким образом, наша команда не упустит ни одной детали, которая должна войти в конструкцию вашего трансформатора.

Чтобы дать вам представление, вот самые основные компоненты трансформатора, которые мы тщательно помним:

Сердечник — это тот, который служит для поддержки обмотки.Кроме того, он предлагает путь к магнитному потоку с низким сопротивлением. Как правило, он сделан из многослойного сердечника из мягкого железа, что снижает потери на вихревые волны и гистерезис.

Другой важный компонент трансформатора — это обмотка. Стандартный трансформатор будет иметь два набора обмоток, изолированных друг от друга. Каждая обмотка имеет несколько витков медных проводников, которые соединяются вместе, а затем соединяются последовательно.

Обмотка классифицируется по диапазону напряжения и входному и выходному питанию.Что касается диапазона напряжений, обмотка может быть как высокого, так и низкого напряжения. В классе высокого напряжения обмотка сделана из медного проводника, который тоньше, чем у класса низкого напряжения. Между тем обмотка низкого напряжения имеет более толстые медные проводники и меньше витков, чем обмотка высокого напряжения.

Когда дело доходит до классификации входных и выходных источников питания, обмотка может быть первичной (подается входное напряжение) или вторичной (подается выходное напряжение).

В трансформаторах

обычно используется картон и изоляционная бумага в качестве средств изоляции первичной и вторичной обмоток друг от друга, а также сердечника трансформатора. Другой изоляционный материал — трансформаторное масло. Этот тип изоляционного материала обеспечивает дополнительную изоляцию и охлаждение как сердечника, так и катушки в сборе.

Сапун представляет собой цилиндрический контейнер, содержащий силикагель. Как только воздух проходит через гель, влага поглощается кристаллами кремнезема.По сути, сапун отвечает за поддержание уровня влажности внутри трансформатора. Влага обычно увеличивается из-за изменений давления внутри расширителя, в основном из-за колебаний температуры, которые приводят к сжатию и расширению трансформаторного масла.

В основном, сапун предназначен для предотвращения контакта влаги с маслом, поскольку это может привести к плохой бумажной изоляции или даже к внутренним неисправностям.

Этот компонент служит для сохранения изоляционного масла.Он представляет собой металлический цилиндрический барабан, расположенный над трансформатором. Его функция — позволять маслу расширяться и сжиматься при изменении температуры.

Охлаждающие трубки предназначены для охлаждения изоляционного масла путем его естественной или принудительной циркуляции по трубкам. При естественной циркуляции холодное масло опускается вниз и циркулирует, в то время как горячее масло поднимается вверх. Между тем принудительная циркуляция включает использование насоса для циркуляции масла.

Назначение взрывного устройства — предотвратить взрыв трансформатора путем удаления кипящего масла в случае серьезных внутренних неисправностей.

Выходное напряжение трансформатора может изменяться в зависимости от его нагрузки и входного напряжения. В условиях высокой нагрузки напряжение на выходной клемме будет уменьшаться. С другой стороны, он увеличивается в условиях без нагрузки. Вот где необходимо устройство РПН. Его основная цель — уравновесить колебания напряжения.

Устройство РПН может работать как под нагрузкой, так и без нагрузки. Вариант под нагрузкой уравновешивает отклонения без необходимости изолировать трансформатор от источника питания, тогда как устройство РПН выполняет ответвления после успешной изоляции трансформатора.

Наконец, реле Бухгольца служит для обнаружения любой неисправности, которая может произойти в трансформаторе. По сути, это реле, которое работает за счет газов, которые выделяются при разложении изоляционного масла во время внутренних неисправностей. Несмотря на свою простую функцию, это действительно жизненно важное устройство безопасности, которое обнаруживает и защищает трансформатор от любых возможных внутренних неисправностей.

Основы электрических трансформаторов | Udemy

Майк много лет работал в сфере электроэнергетики.Он имеет опыт работы на различных должностях в отрасли и имеет опыт преподавания инженерных концепций общественности, коллегам-инженерам и специалистам по линиям электропередач. Теперь, используя все, что он узнал, он поможет вам открыть для себя удивительные возможности карьерного роста в мире электроэнергетики.

После окончания учебы он обнаруживает, что многие знания из мира электроэнергетики не преподавались на университетских курсах. Подобно многим выпускникам инженеров, которые впервые пришли в отрасль, он вскоре обнаруживает, что, хотя теоретические знания, полученные в школе, обеспечивают фундаментальную базу знаний, их недостаточно даже для выполнения самых основ инженерных функций.Фактически, вскоре он обнаружил, что не может даже должным образом общаться с другими коллегами, поскольку существуют различные отраслевые жаргоны и практики, которым очень трудно научиться, не работая в отрасли в течение многих лет.

Более того, практические инструкции не всегда можно найти в Интернете, и часто отдельные команды держат знания только при себе. Это означает, что даже если вы работаете в этих компаниях, велика вероятность, что вы не сможете получить общую картину в той степени, на которую рассчитываете.

Большинство людей могут чувствовать себя парализованными и не знать, с чего начать, как попасть в отрасль или получить больше промышленных знаний. Хуже того, большинство учебных курсов, проводимых лидерами отрасли, доступны только определенным сотрудникам их бизнес-клиентов.

Электроэнергетика удовлетворяет одну из самых основных потребностей современного общества, а также является одной из отраслей, которые будут быстро расти в течение следующих двадцати лет. Эта отрасль нуждается в таких профессионалах, как ВЫ, чтобы сделать электроэнергию более доступной и доступной для настоящего и будущего.Майк считает, что знания и навыки в этой отрасли должны быть доступными и открытыми для всех.

Эти курсы должны обучать реальным жизненным навыкам, применимым в отрасли, и помогать студентам получить работу своей мечты; они не должны тратить зря драгоценное время ученика. Получив важные уроки, работая как в инженерных, так и в коммунальных компаниях, Майк научит вас основам, которые помогут начать вашу карьеру в энергетической отрасли.

Майк обещает вам, что нет других курсов, столь же всеобъемлющих и хорошо объясненных, специально предназначенных для электроэнергетической отрасли.

Электротрансформатор: (Работа + Использование + Факты)

Трансформаторы — одна из самых важных электрических машин, с которыми вы, возможно, знакомы. Их можно наблюдать на столбах, которые распределяют электричество по домам и зданиям во многих странах. Но в развитых странах и густонаселенных городах их очень сложно найти на местных столбах, потому что они закопаны в землю. Давайте узнаем об этих удивительных машинах.

Что такое трансформаторы?

Трансформаторы — это электрические машины, которые используются для изменения напряжения переменного тока, как в ваших розетках, с одного уровня на другой.Например, если в линии электропередач 220 вольт (переменного тока), и его необходимо преобразовать в 110 вольт (переменного тока), тогда будет использоваться трансформатор. Трансформаторы также можно использовать для повышения уровня напряжения (например, с 110 до 220 вольт).

Как работают трансформаторы?

Трансформаторы работают на переменном токе (AC), потому что они работают по закону электромагнитной индукции. При электромагнитной индукции, когда магнитное поле изменяется вокруг электрического проводника (провода), в этом проводнике будет возникать электрический ток.Все трансформаторы работают по этому принципу.

Трансформатор в основном состоит из трех основных компонентов; Сердечник, первичная обмотка и вторичная обмотка. Сердечник изготовлен из материала, усиливающего магнитное поле. Первичная и вторичная обмотки — это катушки с проволокой, намотанные на сердечник. Эти две обмотки не соединены вместе; только на сердечник намотал отдельно.

Когда переменный ток подается на первичную обмотку, он действует как электромагнит с изменяющимся магнитным полем.Изменяющееся магнитное поле будет проходить через сердечник и вторичную обмотку. Из-за изменения магнитного поля во вторичной обмотке будет возникать переменный ток.

Для получения дополнительной информации о магнетизме, а также о напряжении, токе и сопротивлении щелкните здесь.

Итак, какое напряжение будет выдаваться во вторичной обмотке? Узнайте, прочитав коэффициент трансформации трансформаторов.

Коэффициент трансформации трансформаторов

Производство напряжения во вторичной обмотке зависит от коэффициента, называемого передаточным числом трансформатора.Соотношение витков зависит от количества витков провода, намотанного на первичную и вторичную обмотки.

Например: , если на первичной обмотке 10 витков провода, а на вторичной — 40 витков. Тогда коэффициент трансформации трансформатора будет 40, разделенный на 10 (40/10), что будет равно 4. Теперь умножьте это отношение на напряжение (AC), которое подается на первичную обмотку. Например, если приложенное напряжение к первичной обмотке составляет 55 вольт, то напряжение на вторичной обмотке будет 55 × 4 = 220 вольт.

Вышеупомянутый трансформатор увеличивает уровень напряжения с 55 до 220 вольт, поэтому он называется повышающим трансформатором. Когда трансформатор понижает напряжение, предположим, с 220 вольт до 110 вольт, он будет называться понижающим трансформатором.

Использование

Трансформаторы сыграли жизненно важную роль в передаче электроэнергии на большие расстояния. До трансформатора передача электроэнергии на сотни километров была очень сложной и вызвала большие потери электроэнергии.Убыток вызван нагревом проводов, по которым проходит электричество. Потому что, когда ток проходит через проводник, он выделяет тепло из-за сопротивления, присутствующего в проводниках. Увеличивая электрическое напряжение, можно уменьшить силу тока, что еще больше снижает потери электроэнергии и нагрев проводников.

Сегодня энергетические компании увеличивают напряжение (переменного тока) на проводниках для передачи электроэнергии на большие расстояния. Когда электричество достигает своих потребителей, например, вашего дома, его напряжение снижается (т.е. 220 вольт или 110 вольт), чтобы вы могли его использовать. Вообще-то трансформаторов в пути много, но основное назначение то же самое.

Вот еще несколько распространенных применений трансформаторов:

  • Они используются во многих бытовых приборах для снижения напряжения до 12 или даже ниже, чтобы преобразовать его в постоянный ток, чтобы прибор мог его использовать.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.