Силовые трансформаторы это: Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Содержание

Силовые трансформаторы. Виды и устройство. Работа и применение

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

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

Устройство трансформатора

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

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

Конструкция обычного стандартного трансформатора состоит из двух обмоток с общим ярмом, для создания электромагнитной связи между обмотками.

Сердечник изготавливают из электротехнической стали. Катушка, на которую входит электрический ток, является первичной обмоткой. Катушка на выходе называется вторичной.

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

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

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

Конструкция силового трансформатора подобна обычному бытовому трансформатору.

Виды

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

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

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

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

Принцип действия

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

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

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

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

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

Сфера использования

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

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

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

Мощность трансформатора по номиналу определяется изготовителем, и выражается в кВА (киловольт-амперы). Номинальное значение напряжения указывается первичное, для соответствующей обмотки, и вторичное, на клеммах выхода.

Размеры этих значений могут не совпадать на 5% в ту или иную сторону. Чтобы ее вычислить, нужно сделать простой расчет.

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

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

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

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

Установка и эксплуатация

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

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

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

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

После ввода в эксплуатацию нужно периодически производить измерение температуры нагрева специальными стеклянными термометрами.

Температура должна быть не более 95 градусов.

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

Похожие темы:

Силовые трансформаторы. Устройство трансформатора силового сухого/масляного

 

Силовой трансформатор – это электротехническое оборудование. Он изменяет напряжение переменного электрического тока. Если на входе в трансформатор ток имеет более высокое напряжение, чем на выходе – то перед вами силовой понижающий трансформатор. Если из устройства выходит ток с более высоким напряжением, чем на входе – то трансформатор повышающий. Частота тока на входе и на выходе не меняется.

Работа трансформатора основана на электромагнитной индукции. Суть явления индукции: если через замкнутый контур пропускать магнитный поток, то в контуре возникнет электрический ток. Электромагнитную индукцию в 1831 году открыл знаменитый английский ученый Майкл Фарадей.

 

 

 Устройство силового трансформатора сухого и масляного

Любой трансформатор состоит их магнитопровода, обмоток, системы охлаждения, регулирующих и контролирующих устройств.

Обмотки намотаны на сердечник из специальной электротехнической стали.

Сердечники бывают стержневые, броневые и тороидальные. В трансформаторах стержневого типа обмотка наматывается на весь сердечник. Поэтому вы видите только верхнюю и нижнюю части электромагнитного стержня. Если сердечник броневой – то обмотка почти полностью скрыта внутри сердечника. Тороидальный сердечник – это тот же стержень, но замкнутый в кольцо. Отец трансформатора Фарадей именно с помощью тороидальной катушки открыл электромагнитную индукцию.

Без системы охлаждения силовой трансформатор работать не может. Потому что под нагрузкой нагревается рабочая часть устройства – сердечник и обмотка на нем. Охлаждается трансформатор воздухом или маслом. Соответственно по способу охлаждения выделяют типы силовых трансформаторов: сухие и масляные.

Регулирует работу устройства специалист. Для этого на силовом трансформаторе производитель устанавливает реле и различные переключатели. Некоторые модели трансформаторов можно регулировать под нагрузкой, другие – только в выключенном состоянии.

Контролирует работу трансформатора инженер-электрик. Он следит за показателями датчиков температуры и давления внутри трансформатора.

Конструкция сухого силового трансформатора

Магнитопровод и обмотки есть во всех трансформаторах. Главное отличие между сухими и масляными трансформаторами в системе охлаждения.

  • В сухом трансформаторе нагретый воздух от магнитопровода и катушек движется естественным путем или его «гоняют» специальные вентиляторы.
  • В защитном кожухе сухого трансформатора делают специальные отверстия для лучшей вентиляции. Потому что воздушное охлаждение менее эффективно, чем масляное. Иногда ТС выпускаются в незащищенном исполнении.
  • К изоляции в сухих трансформаторах предъявляются повышенные меры пожарной безопасности. Потому что основная изолирующая среда для устройства – это воздух. А изолирующие свойства у воздуха хуже, чем у масла.

В сухих трансформаторах нет жидкостей. Поэтому обслуживать оборудование не так хлопотно. Кроме того, отсутствие масла в системе охлаждения позволяет устанавливать трансформатор рядом с потребителями электрической энергии.

Устройство трансформатора силового масляного

Рабочая часть масляного силового трансформатора состоит из сердечника и обмоток. А охлаждается трансформатор маслом. Его заливают в специальный бак с крышкой. Сверху на крышке расположены датчики давления и температуры масла, входы и выходы обмоток ВН и НН, регуляторы и переключатели.

Трансформаторы отличаются по конструкции масляного бака. Есть герметичные масляные силовые трансформаторы ТМГ. В них устанавливают бак с гофрированными стенками. Масло заливается в бак в вакууме. Оно не соприкасается с окружающей средой. Масляный силовой трансформатор обычной конструкции имеет на крышке расширитель и газовое реле. При сильном нагреве дополнительный объем масла поступает в расширитель.

Масляная система в состоянии охладить мощный трансформатор. Но масло – это горючая жидкость. Поэтому «начинка» масляного трансформатора спрятана в прочный корпус.

Силовые трансформаторы – это габаритные устройства. Для удобного ремонта и установки их комплектуют дополнительными устройствами. Например, колесиками или дополнительными датчиками.

 

СЗТТ :: Силовые трансформаторы

 

Скачать опросные листы на силовые трансформаторы

Скачать каталог на трансформаторы (pdf; 32 Мб)

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

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

Образец заполнения заявки на продукцию завода

Требования к оформлению заказов трансформаторов предназначенных на экспорт

Трехфазный масляный силовой трансформатор ТМГ

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

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

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

Линейка трансформаторов ТЛС с алюминиевыми обмотками и пониженными потерями холостого хода

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

 

Трехфазный силовой трансформатор с литой изоляцией ТЛС на напряжение 20 кВ

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

Силовые однофазные трансформаторы ОЛ

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

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

!!! НОВИНКА !!!
Малогабартиный силовой трансформатор.

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

Силовые однофазные трансформаторы ОЛ-6,3

Номинальная мощность: 6.3 кВА

Силовые однофазные трансформаторы ОЛ-10

Номинальная мощность: 10 кВА

Силовой трансформатор ОЛ-1,25/20(35)

!!! НОВИНКА !!!

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

 

Силовые однофазные трансформаторы ОЛС

Номинальная мощность: 0.63 кВА и 1.25 кВА

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

!!! НОВИНКА !!!
Малогабартиный силовой трансформатор.

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

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

Номинальная мощность, ВА: 2500 или 6300

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

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

Трансформаторы ОЛСП со встроенным защитным предохранительным устройством

Мощность, кВА: 0,63 или 1,25

Трансформатор ОЛСП-0,4(0,63)/6(10)М

!!! НОВИНКА !!!

Трансформаторы ОЛСП-2,5 со встроенным защитным предохранительным устройством

Мощность, кВА: 2,5

Силовой трансформатор ОЛСП-2,5/20

!!! НОВИНКА !!!

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

Силовой трансформатор ОС

Трансформаторы разделительные ОЛ-1/10 У3

Трансформаторы ОЛЗ-1,25/27,5

Трансформатор разделительный ОЛ-0,3/35

Испытательные трансформаторы ИЛН-15 и ИЛН-35

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

Испытательный трансформатор ИЛТ-10, ИЛТ-15

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

Использование силовых трансформаторов.

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

Компоненты силового трансформатора.

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

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

Силовые трансформаторы

Категория:

   Передвижные электростанции

Публикация:

   Силовые трансформаторы

Читать далее:



Силовые трансформаторы

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

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

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

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

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

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

Баки современных трансформаторов имеют чаще всего овальную форму.

В стенки бака вварены циркуляционные трубы, улучшающие охлаждение масла.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рекламные предложения:


Читать далее: Измерительные трансформаторы и токоограничивающие аппараты

Категория: - Передвижные электростанции

Главная → Справочник → Статьи → Форум


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

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

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

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

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

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

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

— I — до 100 кВА и до 35кВ;

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

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

— IV – более 6300кВА и до 35кВ;

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

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

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

— VIII – более 200000кВА и свыше 330кВ.

В зависимости от типа охлаждения

В зависимости от типа охлаждения трансформаторы разделяют на:

— масляные;

— сухие;

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

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

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

1.Назначение

— автотрасформатор – А;

— электропечной – Э;

2.Число фаз

— однофазные – О;

— трехфазные – Т;

3.Присутствие расщепленной обмотки НН – Р;

4.Способ охлаждения

4.1. У сухих трансформаторов:

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

— принудительное воздушное – СД;

4.2.У масляных трансформаторов:

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

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

— принудительная водомасляная циркуляция – Ц;

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

— естественное – Н;

— с дутьем – НД:

5. Конструктивные особенности

— литая изоляция — Л;

— трехобмоточный – Т;

— наличие РНТ – Н;

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

— без расширителя в гофробаке – Г;

— с симметрирующим устройством – У;

— подвесное исполнение для размещения на опорах ВЛ– П;

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

6.Область применения

— обеспечение собственных потребностей электростанций – С;

— ЛЭП постоянного тока – П;

— металлургическая отрасль – М;

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

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

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

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

Использование силовых трансформаторов в зависимости от климатических условий

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

— умеренный климат– У;

— холодный – ХЛ;

-тропический – Т;

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

— на открытом воздухе – 1;

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

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

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

— в помещениях с повышенной влажностью — 5.

назначение, устройство и принцип действия

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

Область применения

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

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

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

Функционирование системы

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

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

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

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

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

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

Разновидности

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

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

Помимо вышеприведенной классификации выделяют еще несколько основных категорий объектов:

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

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

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

Особенности и основные параметры

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

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

Основными характеристиками, влияющими на функционирование установки, являются:

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

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

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

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

Схема

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

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

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

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

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

Особенности выбора

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

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

Обслуживание и ремонт

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

В процессе техобслуживания оцениваются следующие показатели:

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

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

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

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

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

Трансформаторы. Описание, типы, классификация трансформаторов. Измерительные, силовые, импульсные трансформаторы.

Электрический трансформатор - это устройство, предназначенное для изменения величины напряжения в сети переменного тока. Принцип действия трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока, в обмотках генерируется магнитное поле, которые взывает ЭДМ во вторичных обмотках. Данная ЭДС пропорциональна числу  витков в первичных и вторичных  обмотках. Отношение электродвижующей силы в первичной обомотке/вторичной называется коэффициентом трансформации.

Основными элементами конструкции трансформатора являются первичные и вторичные обмотки и ферромагнитный магнитопровод (обычно замкнутого типа). Обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны друг с другом. Использование магнитопровода позволяет саккумулировать большую часть магнитного поля внутри трансформатора, что повышает КПД устройства. Магнитопровод обычно состоит из набора металлических пластин, покрытых изоляцией, для предотвращения возникновения «паразитных» токов внутри магнитопровода.
Зачастую часть вторичной обмотки служит часть первичной и наоборот. Данный тип трансформаторов называют автотрансформаторами. В этом случае концы первичных обмоток подключаются к сети  переменного напряжения, а концы вторичной присоединяются к потребителям электроэнергии.

Основная классификация трансформаторов.

  • По назначению: измерительные трансформаторы тока, напряжения, защитные, лабораторные, промежуточные.
  • По способу установки: наружные, внутренние, шинные, опорные, стационарные, переносные.
  • По числу ступеней: одноступенчатные, многоступенчатые (каскадные).
  • По номинальному напряжения: низковольтные, высоковольтные.
  • По типу изоляции обмоток: c сухой изоляцией, компаундной, бумажно-маслянной.

Основные типы трансформаторов 

Силовые трансформаторы - наиболее распространенный тип  электро. трансформаторов.  Они предназначены  для изменения  энергии переменного тока в электросетях энергосистем, в сетях освещения или питания электрооборудования. Применяются для создания комплектных трансформаторных подстанций.
Классифицируются по количеству фаз и номинальному напряжения.
Наиболее известные низковольтные однофазные и трехфазные трансформаторы серии ТП и ОСМ.
Среди высоковольтных трансформаторов, наиболее используемые в данной момент в энергетике,  трансформаторы ТМГ-с масляным охлаждением в герметичном баке.. Преимуществами данной серии вляется высокий КПД (до 99%), высокие показатели защиты от перегрева, высокие эксплуатационные характеристики, и минимальное обслуживание во время использования.
Помимо силовых, существуют трансформаторы различных типов и назначения: для измерения больших напряжений и токов (измерительные трансформаторы), для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсное (пик-трансформаторы), для преобразования импульсов тока и напряжения (импульсные трансформаторы), для выделения переменной составляющей тока, для разделения электрических цепей на гальванически не связанные между собой части, для их согласования и т.д.

Измерительные трансформаторы- электротехнические устройства, предназначенные для изменения уровня напряжения с высокой точностью трансформации.
Классифицируются по назначению, изменению уровня напряжения или тока.
Также делятся на низковольтные трансформаторы тока  типа Т, 066 ТШ-0,66, ТТИ-066 и Высоковольтные трансформаторы напряжения, такие как НАМИТ и ЗНОЛ.
Вторичные обмотки данных устройств соединены с измерительными устройствами (амперметрами, счетчиками электроэнергии, вольтметрами, фазометрами, реле тока и т.д.) Применение данного оборудования позволяет изолировать измеряющее оборудование от больших токов и напряжений измеряемой цепи, и создает возможность стандартизации измеряющего оборудования.

Автотрансформаторы – устройства, обмотки которого соеденены гальванически между собой.  Благодыря малым коэффициентам трансформации,  автотрансформаторы имеют меньшие габариты и стоимость оп сравнению с многообмоточными. Из недостатков необходимо отметить невозможность гальванической изоляции цепей. 
Основные сферы использования автотрансформаторов – изменение напряжения в пусковых устройствах крупных электрических машин переменного тока, в системах релейной защиты при плавном регулировании напряжения.  В случае реализации в конструкции автотрансформатора изменения количества рабочих витков вторичной обмотки, появляется возможность сохранять уровень вторичного напряжения при изменении первичного напряжения. Наибольшее распространение данный  данный механизм используется в стабилизаторах напряжения.

Импульсный трансформатор - это устройство  с ферромагнитным сердечником, используемый для изменения импульсов тока  или напряжения.
Импульсные трансформаторы наиболее часто используются в электронновычислительных устройствах, системах радиолокации, импульсной радиосвязи и т.д. в качестве измерительного устройства в счетчиках электроэнергии.
Основное требование импульсным трансформаторам, - при изменении импульса форма импульса должна сохраняться. Это достигается максимальным уменьшением межвитковой емкости, индуктивности рассеивания за счет использования применением сердечников малой величины, взаимным расположение и уменьшением числа обмоток. 

Пик-трансформатор - устройство, изменяющее  напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.  Пик-трансформаторы применяются в качестве генераторов  импульсов главным, высоковольтных исследовательских установках и системах автоматики..

Конструкция силового трансформатора

с приложениями

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

Силовой трансформатор

Силовые трансформаторы

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


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

Среднее Срок службы трансформатора составляет около 30 лет.

Эти трансформаторы преобразуют напряжение. Он удерживает низковольтную, сильноточную цепь с одной стороны трансформатора, а с другой стороны трансформатора, он содержит низковольтную цепь высокого напряжения.Силовой трансформатор зависит от принципа индукции Фарадея. Они описывают энергосистему в зонах, в которых каждое подключенное к системе зубчатое колесо имеет размер в соответствии с номинальными параметрами, установленными силовым трансформатором.

Конструкция силового трансформатора

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

Конструкция силового трансформатора

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


Технические характеристики силового трансформатора

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

  • Фаза 3Ø
  • Частота 60 Гц, 50 Гц
  • Первичное напряжение 22.9 кВ
  • Вторичное напряжение составляет 6,6 / 3,3 кВ
  • Напряжение ответвления 23.9-R22.9-21.9-20.9-19.9 кВ
  • Vector Dd0, Dyn11 и т. Д.
Технические характеристики силового трансформатора
Применения силового трансформатора

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

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

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

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

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

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

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

Фото:

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

Основы электрических трансформаторов

Что такое электрические трансформаторы?

Электрические трансформаторы - это машины, передающие электричество из одной цепи в другую с изменением уровня напряжения, но без изменения частоты. Сегодня они предназначены для использования в сети переменного тока, а это означает, что колебания напряжения питания зависят от колебаний тока.Таким образом, увеличение тока приведет к увеличению напряжения и наоборот.

Трансформаторы

помогают повысить безопасность и эффективность энергосистем, повышая и понижая уровни напряжения по мере необходимости. Они используются в широком спектре жилых и промышленных применений, в первую очередь и, возможно, наиболее важно для распределения и регулирования мощности на большие расстояния.

Строительство электрического трансформатора

Три важных компонента электрического трансформатора - это магнитный сердечник, первичная обмотка и вторичная обмотка.Первичная обмотка - это часть, которая подключена к источнику электричества, откуда первоначально создается магнитный поток. Эти катушки изолированы друг от друга, и основной поток индуцируется в первичной обмотке, откуда он передается на магнитный сердечник и соединяется со вторичной обмоткой трансформатора через путь с низким сопротивлением.

Сердечник передает поток на вторичную обмотку, чтобы создать магнитную цепь, которая замыкает поток, а внутри сердечника размещается путь с низким сопротивлением, чтобы максимизировать потокосцепление.Вторичная обмотка помогает завершить движение потока, который начинается на первичной стороне, и с помощью сердечника достигает вторичной обмотки. Вторичная обмотка способна набирать импульс, потому что обе обмотки намотаны на один и тот же сердечник, и, следовательно, их магнитные поля помогают создавать движение. Во всех типах трансформаторов магнитный сердечник собирается путем укладки многослойных стальных листов, оставляя минимально необходимый воздушный зазор между ними для обеспечения непрерывности магнитного пути.

Как работают трансформаторы?

В электрическом трансформаторе для работы используется закон электромагнитной индукции Фарадея: «Скорость изменения магнитной индукции во времени прямо пропорциональна наведенной ЭДС в проводнике или катушке».

Физическая основа трансформатора заключается во взаимной индукции между двумя цепями, которые связаны общим магнитным потоком. Обычно он имеет 2 обмотки: первичную и вторичную. Эти обмотки имеют ламинированный магнитный сердечник, и взаимная индукция, возникающая между этими цепями, помогает передавать электричество из одной точки в другую.

В зависимости от величины магнитного потока между первичной и вторичной обмотками будут разные скорости изменения магнитного потока.Чтобы обеспечить максимальную потокосцепление, то есть максимальный поток, проходящий через вторичную обмотку и связанный с ней от первичной обмотки, для обеих обмоток размещен путь с низким сопротивлением. Это приводит к повышению эффективности работы и образует сердечник трансформатора.

Приложение переменного напряжения к обмоткам в первичной обмотке создает переменный поток в сердечнике. Это связывает обе обмотки, чтобы навести ЭДС как на первичной, так и на вторичной стороне. ЭДС во вторичной обмотке вызывает ток, известный как ток нагрузки, если к вторичной части подключена нагрузка.

Таким образом электрические трансформаторы передают мощность переменного тока из одной цепи (первичной) в другую (вторичную) посредством преобразования электрической энергии из одного значения в другое, изменяя уровень напряжения, но не частоту.

Видео кредит: Инженерное мышление

Как работает трансформатор - Принцип работы электротехники

Электрический трансформатор - КПД и потери

В электрическом трансформаторе не используются движущиеся части для передачи энергии, что означает отсутствие трения и, следовательно, потерь на ветер.Однако электрические трансформаторы страдают от незначительных потерь меди и железа. Потери меди возникают из-за потерь тепла при циркуляции токов по медным обмоткам, что приводит к потере электроэнергии. Это самые большие потери в работе электрического трансформатора. Потери в железе вызваны запаздыванием магнитных молекул, находящихся внутри сердечника. Это отставание происходит в ответ на изменение магнитного потока, которое приводит к трению, и это трение производит тепло, которое приводит к потере мощности в сердечнике.Эти потери можно значительно уменьшить, если сердечник изготовлен из специальных стальных сплавов.

Интенсивность потерь мощности определяет КПД электрического трансформатора и выражается в потерях мощности между первичной и вторичной обмотками. Результирующий КПД затем вычисляется как отношение выходной мощности вторичной обмотки к мощности, потребляемой первичной обмоткой. В идеале КПД электрического трансформатора составляет от 94% до 96%

Типы трансформаторов

Электрические трансформаторы можно разделить на различные категории в зависимости от их конечного использования, конструкции, поставки и назначения.

На основе проектирования
  • Трансформатор с сердечником Этот трансформатор имеет две горизонтальные секции с двумя вертикальными ветвями и прямоугольный сердечник с магнитной цепью. Цилиндрические катушки (ВН и НН) размещены на центральном плече трансформатора сердечника.
  • Корпус типа Трансформатор Трансформатор кожухового типа имеет двойную магнитную цепь и центральное плечо с двумя внешними краями.

На основе поставки
  • Однофазный Трансформатор Однофазный трансформатор имеет только один набор обмоток.Отдельные однофазные блоки могут дать те же результаты, что и трехфазные передачи, когда они соединены внешне.
  • Трехфазный Трансформатор Трехфазный (или трехфазный) трансформатор имеет три набора первичной и вторичной обмоток, образующих группу из трех однофазных трансформаторов. Трехфазный трансформатор в основном используется для производства, передачи и распределения электроэнергии в промышленности.

По основанию назначения
  • Повышающий трансформатор
    Этот тип определяется количеством витков провода.Таким образом, если вторичный набор имеет большее количество витков, чем первичный, это означает, что напряжение будет соответствовать тому, которое образует базу повышающего трансформатора.
  • Понижающий трансформатор
    Этот тип обычно используется для понижения уровня напряжения в сети передачи и распределения электроэнергии, поэтому его механизм полностью противоположен повышающему трансформатору.

На основе использования
  • Силовой трансформатор
    Обычно используется для передачи электроэнергии и имеет высокий рейтинг.
  • Распределение трансформатор Этот электрический трансформатор имеет сравнительно более низкую мощность и используется для распределения электроэнергии.
  • Инструмент трансформатор Этот электрический трансформатор подразделяется на трансформаторы тока и напряжения.
    • Трансформатор тока
    • Трансформатор потенциала

Эти трансформаторы используются для реле и защиты приборов одновременно.

На основе охлаждения
  • Самоохлаждающиеся масляные трансформаторы Этот тип обычно используется в небольших трансформаторах мощностью до 3 МВА и предназначен для самоохлаждения за счет окружающего воздушного потока.
  • Масляные трансформаторы с водяным охлаждением В этом типе электрических трансформаторов используется теплообменник для облегчения передачи тепла от масла к охлаждающей воде.
  • С воздушным охлаждением (воздушное охлаждение) Трансформаторы В трансформаторах этого типа выделяемое тепло охлаждается с помощью нагнетателей и вентиляторов, которые заставляют циркулировать воздух по обмоткам и сердечнику.

Основные характеристики трансформатора

Все трансформаторы имеют общие черты, независимо от их типа:

  • Частота входной и выходной мощности одинаковая
  • Все трансформаторы используют законы электромагнитной индукции
  • Первичная и вторичная катушки не имеют электрического соединения (за исключением автотрансформаторов). Передача энергии осуществляется посредством магнитного потока.
  • Для передачи энергии не требуются движущиеся части, поэтому отсутствуют потери на трение или ветер, как в других электрических устройствах.
  • Потери, которые происходят в трансформаторах, меньше, чем в других электрических устройствах, и включают:
    • Потери в меди (потеря электроэнергии из-за тепла, создаваемого циркуляцией токов вокруг медных обмоток, считается самой большой потерей в трансформаторах)
    • Потери в сердечнике (потери на вихревые токи и гистерезис, вызванные запаздыванием магнитных молекул в ответ на переменный магнитный поток внутри сердечника)

Большинство трансформаторов очень эффективны, вырабатывая от 94% до 96% энергии при полной нагрузке.Трансформаторы очень большой мощности могут выдавать до 98%, особенно если они работают с постоянным напряжением и частотой.

Применение электрического трансформатора

Основные области применения электрического трансформатора:

  • Повышение или понижение уровня напряжения в цепи переменного тока.
  • Увеличение или уменьшение значения индуктивности или конденсатора в цепи переменного тока.
  • Предотвращение прохождения постоянного тока из одной цепи в другую.
  • Изоляция двух электрических цепей.
  • Повышение уровня напряжения на объекте выработки электроэнергии до того, как может произойти передача и распределение.

Общие применения электрического трансформатора включают насосные станции, железные дороги, промышленность, коммерческие предприятия, ветряные мельницы и энергоблоки.

Советы по поиску и устранению неисправностей электрического трансформатора

Использование мультиметра - лучший способ проверить и устранить неисправности в электрической цепи.

  1. Начните с проверки напряжения цепи, которую необходимо проверить.Этот шаг поможет вам определить тип лампочки, необходимой для сборки тестера цепей.
  2. Вырежьте 2 полоски из провода AWG 16 калибра , убедившись, что каждая из них имеет длину не менее 12 дюймов.
  3. Используйте инструмент для зачистки, чтобы удалить четверть внешнего пластика с обоих концов проводов и 1 дюйм внешнего пластика с двух других концов. Как только это будет сделано, скрутите оголенную проволоку, чтобы пряди соединялись.
  4. Присоедините два конца, с которых вы сняли 1/4 - дюйма пластика, к клеммам держателя лампы.
  5. Вставьте лампочку в патрон и прикрепите два оставшихся конца провода к клеммам, которые вы хотите проверить.

D&F Liquidators обслуживает потребности в строительных материалах для электротехники более 30 лет. Это международная информационная служба площадью 180 000 квадратных метров, расположенная в Хейворде, Калифорния. В нем хранится обширный перечень электрических разъемов, кабелепроводов, автоматических выключателей, распределительных коробок, проводных кабелей, предохранительных выключателей и т. Д.Он закупает электрические материалы у ведущих компаний по всему миру. Компания также ведет обширный инвентарь взрывозащищенной электротехнической продукции и современных решений в области электрического освещения. Поскольку компания D&F закупает материалы оптом, она имеет уникальную возможность предложить конкурентоспособную структуру ценообразования. Кроме того, он может удовлетворить самые взыскательные запросы и отгрузить материал в тот же день.

Теория силового трансформатора

- Gowanda Electronics

Наиболее частым назначением силового электронного трансформатора является преобразование переменного тока (A.C.) мощность от одного переменного напряжения (или тока) до другого переменного напряжения (или тока). Другой распространенной целью является обеспечение гальванической развязки между электрическими цепями. Мощность - это произведение напряжения на ток. Силовые трансформаторы не изменяют уровни мощности, за исключением паразитных потерь. Входная мощность за вычетом паразитных потерь мощности равна выходной мощности. Идеальные силовые трансформаторы не имеют потерь, следовательно, выходная мощность равна входной. Увеличение выходного напряжения приведет к уменьшению выходного тока. Электроэнергетические компании предпочитают передавать электроэнергию при малых значениях тока, чтобы снизить резистивные потери в линиях электропередачи.Более низкие токи также позволяют использовать кабели передачи меньшего размера. Силовой трансформатор используется между генерирующим оборудованием и линией (ами) электропередачи для повышения (увеличения) напряжения передачи (до высокого напряжения) и уменьшения тока передачи. Распределительные трансформаторы, которые являются силовыми трансформаторами, используются для понижения (понижения) напряжения до уровней, необходимых для промышленного и бытового использования.

Силовые электронные трансформаторы

можно классифицировать по номинальной мощности (от дробной ВА до мега-ВА), типу конструкции и / или по предполагаемому применению.Один и тот же базовый силовой трансформатор может подходить для нескольких применений, поэтому один и тот же силовой трансформатор может быть отнесен к нескольким перекрывающимся типам категорий. Обычные люди ассоциируют силовые трансформаторы с электроснабжением, поэтому они думают о полюсных трансформаторах и распределительных трансформаторах. На ум не сразу приходят силовые трансформаторы, используемые внутри их бытовой техники и электронных устройств. Две самые широкие категории силовых трансформаторов - это силовые трансформаторы электроснабжения и электронные силовые трансформаторы (1 и 3 фазы).Сетевые трансформаторы почти полностью представляют собой синусоидальные трансформаторы переменного тока. Электронный силовой трансформатор - это, по сути, любой электронный трансформатор, подающий питание на электронные схемы. Существует множество подкатегорий: импульсные, инвертирующие, переключающиеся (обратный преобразователь, прямой преобразователь), тороидальные, прямоугольные, изоляционные и другие. Измерительные трансформаторы (например, трансформаторы тока) не считаются силовыми трансформаторами. Они измеряют напряжение или ток вместо подачи питания.

Электронные трансформаторы / силовые трансформаторы имеют размер от кубического сантиметра до нескольких кубических метров.Вес может варьироваться от долей унции до нескольких тонн. Размер и вес силового трансформатора зависит от нескольких факторов. Неполный список включает в себя: желаемую номинальную мощность, максимальную температуру окружающей среды, допустимое повышение температуры, метод охлаждения (воздушное или жидкостное охлаждение, естественная конвекция или принудительное), форма трансформатора, требования к диэлектрической проницаемости напряжения, требуемое регулирование напряжения, рабочая частота, рабочая форма волны, и основной материал. Из них двумя наиболее ограничивающими параметрами являются допустимый рост температуры и требуемое регулирование напряжения.Рабочая частота является основным параметром при выборе материала сердечника. В низкочастотных устройствах обычно используются сердечники из ленточной или многослойной кремнистой стали. В приложениях с умеренной частотой используются сердечники с ленточной намоткой или слоистые никелевые железные сердечники. В высокочастотных приложениях обычно используются ферритовые сердечники.

Силовые трансформаторы выпускаются различных форм. Тороидальные силовые трансформаторы - лучшие исполнители. Они имеют наименьший размер (по объему и весу), меньшую индуктивность рассеяния и меньшие электромагнитные помехи (EMI).Их обмотки лучше охлаждаются из-за пропорционально большей площади поверхности. Бобинные или трубчатые трансформаторы обычно более экономичны в изготовлении. Длинные тонкие сердечники больше подходят для низкочастотных высокодобротных трансформаторов. Некоторые формы, например сердечники горшков, обладают самозащитой (снижает электромагнитные помехи).

КОНСТРУКЦИЯ И РАБОЧАЯ ТЕОРИЯ

Конструкция силового трансформатора включает множество взаимозависимых параметров. Становится очень сложно оптимизировать конструкцию силового трансформатора.Большинство разработчиков силовых трансформаторов используют электрическую модель, которая позволяет им приблизиться к конструкции трансформатора. Предварительный примерный проект будет оценен, а затем при необходимости скорректирован для достижения желаемых целей. Электрическая модель приведена ниже.

Чтобы лучше понять силовые трансформаторы, важно ознакомиться с концепцией идеального трансформатора. Идеальный трансформатор не имеет паразитных потерь (без потерь в сердечнике, без сопротивления обмотки и без индуктивности рассеяния).Идеальные трансформаторы на 100% эффективны. Идеальный трансформатор имеет бесконечное входное сопротивление, поэтому идеальный трансформатор не потребляет ток сам по себе. Первичный ток равен нулю. На рис. 1A показана схема идеального трансформатора с витками первичной обмотки Np и витками вторичной обмотки Ns.

В идеальном (и типичном) электронном трансформаторе первичная и вторичная обмотки имеют один и тот же сердечник и испытывают одинаковый магнитный поток. Из-за приложенного переменного напряжения магнитный поток постоянно меняет значение, а направление (полярность) «изменения магнитного потока» постоянно меняет свое направление.Это изменение магнитного потока индуцирует в каждом витке обмотки трансформатора напряжение, равное первичному напряжению Vp, деленному на количество витков первичной обмотки Np. Общее индуцированное первичное напряжение равно приложенному первичному напряжению и противостоит ему. Индуцированное первичное напряжение ограничивает протекание первичного тока. В идеальном трансформаторе значение тока равно нулю. В неидеальных трансформаторах этот ток больше нуля. Этот ток известен как ток намагничивания или возбуждения. Индуцированное вторичное напряжение Vs равно количеству вторичных витков, умноженному на индуцированное напряжение на один виток.или, что эквивалентно, Vs = Ns x Vp / Np.

На рис. 1B показана схема идеального трансформатора с резистивной нагрузкой, подключенной к его вторичным клеммам.

Поскольку потери в трансформаторе отсутствуют, входная мощность равна выходной мощности. Индуцированное вторичное напряжение Vs вызывает протекание тока Is через резистивную нагрузку и вторичную обмотку. Направление тока Is снижает индуцированное первичное напряжение, которое противодействует приложенному входному первичному напряжению.Следовательно, течет больше первичного тока. Значение первичного тока увеличивается до тех пор, пока противоположное индуцированное первичное напряжение не сравняется с приложенным входным первичным напряжением. Сохранение энергии требует, чтобы выходная мощность была равной мощности, следовательно, Ip x Vp = Vs x Is, или Ip = Vs x Is / Vp. Поскольку Vs = Ns x Vp / Np, Ip можно переписать как Ip = (Ns x Vp / Np) x Is / Vp, или, что эквивалентно, Ip = Ns x Is / Np, или Ns x Is = Np x Ip. В идеальном трансформаторе Ip - это ток нагрузки вторичной обмотки, отраженный (преобразованный) в первичную обмотку.Эффективное первичное сопротивление Zp = Vp / Ip. Можно показать, что Zp = Np x Np x Zs / (Ns x Ns), где Zs = полное сопротивление вторичной нагрузки. Это уравнение также справедливо для индуктивных и / или емкостных нагрузок.

Неидеальный трансформатор

На рисунке 2 показана эквивалентная принципиальная схема (электрическая модель) неидеального силового трансформатора. Индуктивность утечки и емкость обмотки фактически являются элементами распределенной цепи.На схеме представлены индуктивность рассеяния и емкость как компоненты контура с сосредоточенными параметрами. Фактически, распределенные элементы соединены трансформатором в эквивалентные общие значения паушальной суммы. Имейте в виду, что совокупные значения будут только приближаться к реальным условиям жизни. На достаточно низких частотах импеданс конденсаторов становится достаточно высоким, чтобы можно было игнорировать их влияние. Конденсаторы можно снимать для низкочастотных конструкций.

Что такое силовой трансформатор и как он работает?

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

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

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

Потери мощности в линиях передачи

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

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

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

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

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

Как мы воспользуемся этой теорией, объясняется ниже:

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

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

Принцип работы силового трансформатора

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

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

Чтобы лучше разобраться в законе, остановимся на нем подробнее. Во-первых, давайте рассмотрим сценарий ниже.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Теперь рассмотрим упрощенную конструкцию трехфазного трансформатора .

Трехфазный трансформатор

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

Характеристики силового трансформатора

Номинальная мощность

3 МВА до 200 МВА

Первичное напряжение обычно

11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 кВ

Обычно вторичное напряжение

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

Фазы

Одно- или трехфазные трансформаторы

Номинальная частота

50 или 60 Гц

Нарезание резьбы

Устройства РПН

Повышение температуры

60 / 65C или индивидуальная спецификация

Тип охлаждения

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

Радиаторы

Панели радиатора охлаждения на баке

Векторные группы

Dyn11 или любая другая векторная группа согласно IEC 60076

Регулировка напряжения

Через устройство РПН (с реле АРН в стандартной комплектации)

Терминалы ВН и НН

Тип коробки с воздушным кабелем (33 кВ макс.) Или открытые вводы

Установки

Внутри или снаружи

Уровень шума

Согласно ENATS 35 или NEMA TR1

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

Силовые трансформаторы | MPS Industries

Силовые трансформаторы передают электроэнергию переменного тока из первичных во вторичные цепи посредством электромагнитной индукции. В зависимости от своей основной функции трансформаторы могут использоваться для различных применений, от бытового потребления до передачи на большие расстояния с минимальными потерями в линиях электропередач.

Типичный силовой трансформатор работает через систему первичной и вторичной обмоток, прикрепленных к сердечнику. Входная и выходная обмотки не требуют металлического соединения между ними для передачи тока, что помогает отделить внутренние схемы системы от внешней электросети.

Конструкции общих силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы работают в двух основных конфигурациях, описанных ниже:

Однофазные и трехфазные трансформаторы

Однофазный трансформатор использует однофазный переменный ток и, как таковой, рабочие циклы напряжения в синхронизированное время фазы питают его. Работая с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, это оборудование понижает напряжение до уровня, подходящего для домашнего и коммерческого использования.

Один из способов создания трехфазного трансформатора включает объединение трех однофазных блоков.Эта установка использует три набора первичной и вторичной катушек. Каждый блок работает независимо, предотвращая перебои в подаче электроэнергии при обрыве какой-либо отдельной фазы.

В других типах трехфазных трансформаторов используются три комплекта первичной и вторичной обмоток. В этой относительно недорогой конструкции используется меньше материала сердечника, чем требуется для системы из трех однофазных трансформаторов, что делает ее легче, меньше и более энергоэффективной. Трехфазные трансформаторы лучше всего работают в высоковольтных промышленных системах.

Различные типы трансформаторов

Хотя силовые трансформаторы работают по одним и тем же основным принципам магнитной индукции, они могут различаться по размеру, конструкции и номинальной мощности в зависимости от коммерческого, жилого или промышленного применения. К различным типам трансформаторов относятся:

Тороидальные трансформаторы

Тороидальные трансформаторы состоят из медного провода, плотно намотанного на кольцевидный или цилиндрический сердечник. Их компактная конструкция сводит к минимуму рассеяние магнитного потока, искажения и помехи для чувствительных электронных компонентов, что делает их идеальными для использования в схемах высокоточного медицинского оборудования.

Кроме того, сердечники тороидальных трансформаторов идеально совпадают с траекторией потока во всем электромагнитном поле, сводя к минимуму потери мощности сердечника. Низкая утечка тока означает большую функциональную эффективность, что позволяет создавать относительно меньшие и более легкие трансформаторы.

В зависимости от области применения тороидальные трансформаторы могут быть изготовлены из ламинированных, нанокристаллических, ферритовых или энергетических материалов.

Обратные трансформаторы

Обратные трансформаторы первоначально регулировали движение электронного луча в телевизионных и контрольных электронно-лучевых трубках (ЭЛТ).В обратноходовой структуре электромагнитное поле сохраняет ток, когда первая половина цикла переключения прикладывает напряжение к трансформатору. После выключения переключателя выходное напряжение резко возрастает за доли секунды, а затем падает в виде пилообразной волны.

В настоящее время, помимо управления электронно-лучевой трубкой, обратноходовые трансформаторы используются в различных промышленных / коммерческих целях, включая импульсные источники питания. В их схемах потери энергии минимальны, что делает их относительно более эффективными.По сравнению с сетевыми трансформаторами, обратноходовые трансформаторы легче и меньше, и могут работать на относительно более высоких частотах от 10 до 100 кГц.

Трансформаторы с ламинированным сердечником EI и EE

В большинстве силовых трансформаторов используются ламинированные сердечники для минимизации индукции вихревых токов, вызываемой колебаниями электромагнитного поля. Такая конструкция оптимизирует передачу энергии от первичной обмотки ко вторичной.

В многослойном магнитопроводе стопки тонких листов железа или стали со слоями изоляции повышают сопротивление вихревым токам.Ограничение прохождения тока небольшими петлями внутри каждого изолированного листа снижает нагрев и электрические потери.

Трансформаторы с ламинированным сердечником EI и EE обычно работают в диапазоне от 50 Гц до 400 Гц. Трансформаторы с ламинированным сердечником EI и EE также доступны для аудио приложений. В трансформаторах для этих конкретных применений вместо традиционной кремнистой стали используется никель. Хотя стоимость никеля намного выше, чем у кремнистой стали, он обеспечивает более высокий импеданс.

Трансформаторы привода затвора

Трансформаторы привода затвора имеют широкий спектр преимуществ.Они работают, регулируя уровень напряжения на затворе с помощью закрытых полупроводниковых устройств. Трансформаторы привода затвора помогают с изоляцией напряжения и согласованием импеданса.

Устройства могут функционировать как импульсные трансформаторы, где они генерируют импульсы напряжения для электрического включения или выключения полупроводников.

Планарные трансформаторы

В аэрокосмической и военной промышленности используются планарные трансформаторы, поскольку эти устройства соответствуют определенным техническим стандартам и обеспечивают точные электрические характеристики.Преимущества планарных трансформаторов:

  • Высокая удельная мощность, поскольку они работают на высоких частотах переключения
  • Низкий профиль
  • Большая площадь поверхности, предотвращающая перегрев
  • Большая площадь магнитного поперечного сечения, приводящая к меньшему количеству витков обмотки и меньшим потерям в меди
  • Перемеженные обмотки, уменьшающие индуктивность рассеяния

Двухтактные трансформаторы

Компактная конструкция двухтактных трансформаторов оптимизирует их полезность в импульсных источниках питания.Лучше всего они работают с мощными коммутационными приложениями от 100 до 1000 Вт. В дополнение к традиционному типу конструкции с центральным отводом на входе и выходе, другие общие конструктивные конфигурации включают:

  • Полумостовая конфигурация: этот двухтактный трансформатор не имеет центрального отвода первичной обмотки и снижает емкость первичной обмотки. Два конденсатора, соединенные последовательно, уменьшают входное напряжение вдвое.
  • Полномостовая конфигурация: этот двухтактный трансформатор не имеет центрального отвода первичной обмотки и снижает емкость первичной обмотки.В нем используются два дополнительных транзистора вместо двух последовательно соединенных конденсаторов. При таком же напряжении питания и номинальной мощности входное напряжение полной мостовой схемы имитирует напряжение повышающего трансформатора с центральным отводом.

Трансформаторы импульсных источников питания

Трансформаторы импульсных источников питания (SMPS) эффективно повышают или понижают ток или напряжение в соответствии с потребностями регулирования мощности, а также изолируют входную и выходную стороны источника питания друг от друга .Их ценят за способность обеспечивать постоянное выходное напряжение при различных условиях нагрузки, а их простой интерфейс предлагает легкие возможности автоматизации.

Трансформаторы SMPS обычно работают с источниками постоянного тока для регулирования электрического потока к одному или нескольким выходным источникам постоянного тока, и они работают с частотами в диапазоне от 10 кГц до 1 МГц. Кроме того, их небольшой размер и гибкая конструкция обеспечивают более высокую удельную мощность по сравнению с другими преобразователями, достигая эффективности 68–99%.

Трансформаторы SMPS используются в следующих областях:

  • Компьютеры
  • Сотовые телефоны
  • Игрушки или устройства с батарейным питанием
  • GPS-транспондеры
  • Ручные сканеры
  • Оборудование
  • Электропитание
  • Электрические и электронные приборы
Силовые трансформаторы

играют решающую роль в передаче и использовании электроэнергии

Вы ищете высокоэффективный силовой трансформатор для конкретного электрического / электронного применения? В MPS Industries мы предлагаем различные типы таких электронных компонентов, от обратного хода и полумоста до привода затвора и планарных трансформаторов.Свяжитесь с нами сегодня или запросите бесплатное ценовое предложение.

Запросить информацию

Дополнительные ресурсы для силовых трансформаторов

Трансформатор - энергетическое образование

Рисунок 1. Трансформатор, устанавливаемый на площадку для распределения электроэнергии. [1]

Трансформатор - это электрическое устройство, которое использует электромагнитную индукцию для передачи сигнала переменного тока от одной электрической цепи к другой, часто изменяя (или «преобразуя») напряжение и электрический ток.Трансформаторы не пропускают постоянный ток (DC) и могут использоваться для снятия постоянного напряжения (постоянного напряжения) из сигнала, сохраняя при этом изменяющуюся часть (переменное напряжение). В электрической сети трансформаторы играют ключевую роль в изменении напряжения, чтобы уменьшить потери энергии при передаче электроэнергии.

Трансформаторы изменяют напряжение электрического сигнала, выходящего из электростанции, обычно увеличивая (также известное как «повышение») напряжение. Трансформаторы также снижают («понижают») напряжение на подстанциях, а также в распределительных трансформаторах. [2] Трансформаторы также используются в составе устройств, как трансформаторы тока.

Как работают трансформаторы

Часто кажется удивительным, что трансформатор сохраняет общую мощность неизменной при повышении или понижении напряжения. Следует иметь в виду, что при повышении напряжения ток падает:

[математика] P = I_1 V_1 = I_2 V_2 [/ математика]

Трансформаторы используют электромагнитную индукцию для изменения напряжения и тока.Это изменение называется действием трансформатора и описывает, как трансформатор изменяет сигнал переменного тока с его первичной на вторичную составляющую (как в приведенном выше уравнении). Когда на первичную катушку подается сигнал переменного тока, изменяющийся ток вызывает изменение магнитного поля (становится больше или меньше). Это изменяющееся магнитное поле (и связанный с ним магнитный поток) будет проходить через вторичную катушку, индуцируя напряжение на вторичной катушке, тем самым эффективно связывая вход переменного тока от первичного ко вторичному компоненту трансформатора.Напряжение, приложенное к первичному компоненту, также будет присутствовать во вторичном компоненте.

Как упоминалось ранее, трансформаторы не пропускают вход постоянного тока. Это известно как изоляция постоянного тока. [2] Это связано с тем, что изменение тока не может быть вызвано постоянным током; Это означает, что нет изменяющегося магнитного поля, индуцирующего напряжение на вторичном компоненте.

Рисунок 1. Простой рабочий трансформатор. [3] Ток [math] I_p [/ math] поступает с напряжением [math] V_p [/ math].Ток проходит через [math] N_p [/ math] обмотки, создавая магнитный поток в железном сердечнике. Этот поток проходит через [math] N_s [/ math] витков провода на другом контуре. Это создает ток [math] I_s [/ math] и разность напряжений во второй цепи [math] V_s [/ math]. Электроэнергия ([математика] V \ умноженная на I [/ математика]) остается прежней.

Основным принципом, который позволяет трансформаторам изменять напряжение переменного тока, является прямая зависимость между соотношением витков провода в первичной обмотке и вторичной обмотке и отношением первичного напряжения к выходному напряжению.Отношение числа витков (или петель) первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки известно как отношение витков . Соотношение витков устанавливает следующую взаимосвязь с напряжением:

[математика] \ frac {N_p} {N_s} = \ frac {V_p} {V_s} = \ frac {I_s} {I_p} [/ math]
  • [math] N_p [/ math] = Количество витков в первичной катушке
  • [math] N_s [/ math] = Количество витков вторичной катушки
  • [math] V_p [/ math] = напряжение на первичной обмотке
  • [math] V_s [/ math] = Напряжение на вторичной обмотке
  • [math] I_p [/ math] = Ток через первичный
  • [math] I_s [/ math] = Ток через вторичную обмотку

Из этого уравнения, если количество витков в первичной обмотке больше, чем количество витков во вторичной обмотке ([math] N_p \ gt N_s [/ math]), то напряжение на вторичной катушке будет на меньше, чем на первичной катушке.Это известно как понижающий трансформатор, потому что он понижает или понижает напряжение. В таблице ниже показаны распространенные типы трансформаторов, используемых в электрической сети.

Тип трансформатора Напряжение Передаточное число Текущий Мощность
Понижение входное (первичное) напряжение> выходное (вторичное) напряжение [math] N [/ math] p > [math] N [/ math] s [math] I [/ math] p <[math] I [/ math] s [math] P [/ math] p = [math] P [/ math] s
Шаг вперед входное (первичное) напряжение <выходное (вторичное) напряжение [math] N [/ math] p <[math] N [/ math] s [math] I [/ math] p > [math] I [/ math] s [math] P [/ math] p = [math] P [/ math] s
Один к одному входное (первичное) напряжение = выходное (вторичное) напряжение [math] N [/ math] p = [math] N [/ math] s [math] I [/ math] p = [math] I [/ math] s [math] P [/ math] p = [math] P [/ math] s

Преобразователь один к одному будет иметь равных значения для всего и используется в основном для цель обеспечения изоляции постоянного тока.

Понижающий трансформатор будет иметь на более высокое первичное напряжение, , чем вторичное напряжение, но на более низкое значение первичного тока, чем его вторичный компонент.

В случае повышающего трансформатора первичное напряжение будет ниже на , чем вторичное напряжение, что означает, что первичный ток на больше, чем вторичный компонент.

Эффективность

В идеальных условиях напряжение и ток изменяются с одинаковым коэффициентом для любого трансформатора, что объясняет, почему значение первичной мощности равно значению вторичной мощности для каждого случая в приведенной выше таблице.По мере того, как одно значение уменьшается, другое увеличивается, чтобы поддерживать постоянный равновесный уровень мощности. [2]

Трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективными. Эффективность мощных трансформаторов может достигать отметки 99% благодаря успехам в минимизации потерь в трансформаторе. Однако трансформатор всегда будет выдавать немного меньшую мощность, чем его входная мощность, поскольку полностью исключить потери невозможно. Есть некоторое сопротивление трансформатора.

Чтобы узнать больше о трансформаторах, см. Гиперфизику.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Как работают электрические трансформаторы?

Как работают электрические трансформаторы? - Объясни это Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 27 мая 2020 г.

Могучие линии электропередач, которые пересекаются наша сельская местность или незаметное шевеление под улицами города несут электричество при очень высоких напряжениях от источника питания растения в наши дома.Для линии электропередачи нет ничего необычного в рейтинге. от 400000 до 750000 вольт! Но бытовая техника в наших домах использует напряжения в тысячи раз меньше - обычно всего от 110 до 250 вольт. Если вы пытались включить тостер или телевизор от опоры электричества, мгновенно взорваться! (Даже не думайте пытаться, потому что электричество в воздушных линиях почти наверняка убьет вас.) какой-то способ уменьшить высоковольтное электричество от электростанций до электричество более низкого напряжения, используемое фабриками, офисами и домами.Устройство, которое это делает, гудит от электромагнитных волн. энергия, как она идет, называется трансформатором. Давайте подробнее рассмотрим, как это работает!

Фото: Взрыв из прошлого: Трансформатор странной формы на плотине Чикамауга недалеко от Чаттануги, Теннесси. Сфотографировано в 1942 году Альфредом Т. Палмером, Управление военного управления, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Почему мы используем высокое напряжение?

Фото: Спуск: эта старая подстанция (понижающий трансформатор) снабжает энергией небольшую английскую деревню, где я живу.Его высота составляет около 1,5 м (5 футов), и его задача - преобразовывать несколько тысяч вольт входящей электроэнергии в сотни вольт, которые мы используем в наших домах.

Ваш первый вопрос, наверное, такой: если наши дома и офисы с помощью копировальных аппаратов, компьютеры стиральные машины и электробритвы рассчитаны на 110–250 вольт, почему бы электростанциям просто не передавать электричество при таком напряжении? Почему они используют такое высокое напряжение? К Объясните это, нам нужно немного узнать о том, как распространяется электричество.

Как электричество течет по металлу проволока, электроны, которые несут свою энергию покачиваться сквозь металлическую конструкцию, ударяясь и разбиваясь о обычно тратит энергию как непослушный школьники бегут по коридору. Вот почему провода нагреваются, когда через них течет электричество (что очень полезно в электрических тостерах и других приборы, использующие ТЭНы). Оказывается, что чем выше напряжение электричества, которое вы используете, и тем ниже ток, тем меньше энергии тратится таким образом.Итак, электричество, которое приходит от электростанций передается по проводам под очень высоким напряжением в экономия энергии.

Но есть и другая причина. Промышленные предприятия имеют огромные фабрики машины, которые намного больше и более энергоемкие, чем все, что вы есть дома. Энергия, которую использует прибор, напрямую связана (пропорциональна) к используемому напряжению. Таким образом, вместо того, чтобы работать от 110–250 вольт, энергоемкие машины могут использовать 10 000–30 000 вольт. Небольшим предприятиям и механическим цехам могут потребоваться источники питания на 400 вольт или около того.Другими словами, разное электричество пользователям нужны разные напряжения. Имеет смысл отгружать высоковольтные электричество от электростанции, а затем преобразовать его в более низкое напряжение при достижении различных пунктов назначения. (Даже в этом случае централизованные электростанции по-прежнему очень неэффективны. Около двух третей энергии, поступающей на электростанцию, в виде сырого топлива, тратится на самом заводе и по пути к вам домой.)

На фото: изготовление больших электрических трансформаторов на заводе Westinghouse во время Второй мировой войны.Фото Альфреда Т. Палмера, Управление военного управления, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Рекламные ссылки

Как работает трансформатор?

Трансформатор основан на очень простом факте об электричестве: когда колеблющийся электрический ток течет по проводу, он создает магнитное поле (невидимый образец магнетизма) или «магнитный поток» все вокруг него. Сила магнетизма (которая имеет довольно техническое название плотности магнитного потока) непосредственно связанный с величина электрического тока.Так что чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. Теперь есть еще один интересный факт о электричество тоже. Когда магнитное поле колеблется вокруг провод, он генерирует электрический ток в проводе. Итак, если мы поставим вторая катушка проволоки рядом с первой, и посылает колеблющийся электрический ток в первую катушку, мы создадим электрический ток во втором проводе. Ток в первой катушке обычно называется первичным током, а ток во втором проводе это (сюрприз, сюрприз) вторичный ток.Что мы сделали вот пропустить электрический ток через пустое пространство от одной катушки провод к другому. Это называется электромагнитным индукция, потому что ток в первой катушке вызывает (или "индуцирует") ток во второй катушке. Мы можем сделать так, чтобы электрическая энергия передавалась более эффективно от одной катушки к другой, обернув их вокруг прутка из мягкого железа (иногда называемого сердечником):

Чтобы сделать катушку из проволоки, мы просто скручиваем проволоку в петли или («повороты», как их любят называть физики).Если вторая катушка имеет такое же количество витков, что и первая катушка, электрический ток в вторая катушка будет практически такого же размера, как и первая. катушка. Но (и вот что самое интересное), если у нас будет больше или меньше ходов во второй катушке мы можем сделать вторичный ток и напряжение больше или меньше, чем первичный ток и напряжение.

Важно отметить, что этот трюк работает, только если электрический ток каким-то образом колеблется. Другими словами, у вас есть использовать тип постоянно меняющегося электричества, называемый переменным ток (переменный ток) с трансформатором.Трансформаторы не работают с постоянным током (DC), где постоянный ток постоянно течет в одном и том же направление.

Трансформаторы понижающие

Если у первой катушки больше витков, чем у второй, вторичная напряжение меньше, чем первичное напряжение:

Это называется понижающей трансформатор. Если вторая катушка имеет половину столько витков, сколько первая катушка, вторичное напряжение будет вдвое меньше величина первичного напряжения; если во второй катушке на одну десятую меньше оказывается, он имеет одну десятую напряжения.Всего:

Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Число витков во вторичной обмотке ÷ Число витков в начальной

Ток преобразуется в обратную сторону - увеличивается в размере - в понижающий трансформатор:

Вторичный ток ÷ Первичный ток = Количество витков в первичный ÷ Количество витков вторичного

Так понижающий трансформатор со 100 витками в первичной обмотке и 10 катушки во вторичной обмотке снизят напряжение в 10 раз, но одновременно умножьте ток в 10 раз.Сила в электрический ток равен току, умноженному на напряжение (Вт = вольт x ампер - один из способов запомнить это), так что вы можете увидеть мощность в вторичная катушка теоретически такая же, как мощность в первичная обмотка. (На самом деле между первичный и вторичный, потому что часть «магнитного потока» просачивается наружу. сердечника часть энергии теряется из-за его нагрева и т. д.)

Повышающие трансформаторы

Изменяя ситуацию, мы можем сделать шаг вперед трансформатор, который увеличивает низкое напряжение в высокое:

На этот раз у нас больше витков на вторичной катушка, чем первичная.По-прежнему верно, что:

Вторичное напряжение ÷ Первичное напряжение = Количество витков в вторичный ÷ Количество витков первичной обмотки

и

Вторичный ток ÷ Первичный ток = Количество витков в первичный ÷ Количество витков вторичного

В повышающем трансформаторе мы используем больше витков во вторичной обмотке, чем в первичный, чтобы получить большее вторичное напряжение и меньшее вторичное Текущий.

Рассматривая как понижающие, так и повышающие трансформаторы, вы можете видеть, что это общее правило: катушка с наибольшим числом витков имеет наибольшее напряжение, а катушка с наименьшим числом витков имеет самый высокий ток.

Трансформаторы в вашем доме

Фото: Типичные домашние трансформаторы. Против часовой стрелки слева вверху: модем-трансформер, белый трансформер в iPod. зарядное устройство и зарядное устройство для мобильного телефона.

Как мы уже видели, в городах много огромных трансформаторов. и города, где подведена высоковольтная электроэнергия от входящих линий электропередач. преобразуется в более низкое напряжение. Но есть много трансформаторов в Ваш дом тоже. Большие электрические приборы, такие как стиральные и посудомоечные машины, используют относительно высокое напряжение. 110–240 вольт, но электронные устройства, такие как портативные компьютеры и зарядные устройства для MP3-плееров и мобильных телефонов, используют относительно крошечные напряжения: ноутбуку нужно около 15 вольт, зарядному устройству iPod - 12 вольт, а мобильному телефону обычно требуется менее 6 вольт, когда вы зарядить его аккумулятор.Таким образом, электронные устройства, подобные этим, имеют небольшие размеры. встроенные в них трансформаторы (часто устанавливаются в конце силового свинец) для преобразования 110–240 вольт бытовой питание на меньшее напряжение, которое они могут использовать. Если вы когда-нибудь задумывались, почему у таких вещей, как мобильные телефоны, есть большие толстые короткие шнуры питания, потому что они содержат трансформаторы!

Фотографии: электрическая зубная щетка, стоящая на зарядном устройстве. Батарея в щетке заряжается за счет индукции: нет прямого электрического контакта между пластиковой щеткой и пластиковым зарядным устройством в основании.Индукционное зарядное устройство - это особый вид трансформатора, разделенный на две части: одна в основании, а другая - в щетке. Невидимое магнитное поле связывает две части трансформатора вместе.

Зарядные устройства индукционные

Многие домашние трансформаторы (например, те, что используются в iPod и сотовые телефоны) предназначены для зарядки аккумуляторных батарей. Вы можете точно увидеть, как они работают: течет электричество. в трансформатор из розетки на стене, попадает преобразуется в более низкое напряжение и перетекает в аккумулятор в вашем iPod или телефон.Но что происходит с чем-то вроде электрической зубной щетки, у которой нет кабель питания? Он заряжается немного другим типом трансформатор, одна из катушек которого находится в основании щетки, и другой в зарядном устройстве, на котором стоит щетка. Вы можете узнать О том, как работают подобные трансформаторы, читайте в нашей статье об индукционных зарядных устройствах.

Трансформаторы на практике

Если у вас есть дома некоторые из этих зарядных устройств для трансформаторов (обычные или индукционные), вы заметите, что они нагреваются после того, как пробыли какое-то время.Поскольку все трансформаторы выделяют некоторое количество отработанного тепла, ни один из них не является полностью эффективным: вторичная обмотка вырабатывает меньше электроэнергии, чем мы подаем в первичную, и именно отработанное тепло составляет большую часть разницы. На небольшом домашнем зарядном устройстве для мобильного телефона потери тепла довольно минимальны (меньше, чем у старомодной лампы накаливания), и обычно не о чем беспокоиться. Но чем больше трансформатор, тем больший ток он несет и тем больше тепла он производит.Для трансформатора подстанции, подобного изображенному на нашем верхнем фото, ширина которого примерно равна ширине небольшого автомобиля, отходящее тепло может быть действительно значительным: оно может повредить изоляцию трансформатора, серьезно сократить срок его службы и сделать его гораздо менее надежным (давайте не забывайте, что сотни или даже тысячи людей могут зависеть от мощности от одного трансформатора, который должен надежно работать не только изо дня в день, но из года в год). Вот почему вероятное повышение температуры трансформатора во время работы является очень важным фактором в его конструкции.Необходимо учитывать типичную «нагрузку» (насколько интенсивно он используется), сезонный диапазон наружных (окружающих) температур и даже высота (которая снижает плотность воздуха и, следовательно, эффективность его охлаждения) - все это необходимо учитывать. выяснить, насколько эффективно будет работать наружный трансформатор.

На практике большинство больших трансформаторов имеют встроенные системы охлаждения, использующие воздух, жидкость (масло или вода) или и то, и другое для отвода отходящего тепла. Обычно основная часть трансформатора (сердечник, а также первичная и вторичная обмотки) погружается в масляный бак с теплообменником, насос и охлаждающие ребра прикреплены.Горячее масло перекачивается из верхней части трансформатора через теплообменник (который охлаждает его) и обратно в нижнюю часть, чтобы повторить цикл. Иногда масло перемещается по охлаждающему контуру только за счет конвекции без использования отдельного насоса. В некоторых трансформаторах есть электрические вентиляторы, которые обдувают охлаждающие ребра теплообменника воздухом для более эффективного рассеивания тепла.

Изображение: Большие трансформаторы имеют встроенную систему охлаждения. В этом случае сердечник и катушка трансформатора (красный) находятся внутри большого масляного бака (серый).Горячее масло, взятое из верхней части бака, циркулирует через один или несколько теплообменников, которые отводят отработанное тепло с помощью охлаждающих ребер (зеленые), прежде чем возвращать масло в тот же бак внизу. Иллюстрация из патента США 4 413 674: Конструкция охлаждения трансформатора Рэндалла Н. Эйвери и др., Westinghouse Electric Corp., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Что такое твердотельные трансформаторы?

Из прочтения выше вы поняли, что трансформаторы могут быть очень большими, очень неуклюжими, а иногда и очень неэффективными.С середины 20 века всевозможные аккуратные электрические трюки, которые раньше выполнялись крупными (а иногда и механическими) компоненты были сделаны электронным способом, с использованием так называемой «твердотельной» технологии. Так, например, поменяли местами переключающее и усилительное реле. для транзисторов, в то время как магнитные жесткие диски все чаще заменяются флэш-памятью (в таких вещах, как твердотельные накопители, твердотельные накопители и карты памяти USB).

В течение последних нескольких десятилетий инженеры-электронщики работали над разработкой так называемых твердотельных трансформаторов (SST).По сути, это компактные высокомощные высокочастотные полупроводниковые схемы, которые повышают или понижают напряжение с большей надежностью и КПД по сравнению с традиционными трансформаторами; они также намного более управляемы, поэтому больше реагировать на изменения спроса и предложения. «Умные сети» (будущие системы передачи электроэнергии, питаемые от прерывистых источников возобновляемые источники энергии, такие как ветряные турбины и солнечные фермы), поэтому будут основным приложением. Несмотря на огромный интерес, SST технологии по-прежнему используются относительно мало, но, вероятно, будут самая захватывающая область проектирования трансформаторов будущего.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для читателей постарше
  • Конструкция и применение трансформаторов Роберт М. Дель Веккио и др. CRC Press, 2018. Подробное руководство по трансформаторам питания.
  • Руководство по проектированию трансформаторов и индукторов
  • , составленное полковником Уильямом Т. Маклайманом. CRC Press, 2011. Подробное практическое руководство по проектированию электрических машин с использованием индуктивности.
  • Электрические трансформаторы и силовое оборудование Энтони Дж. Пансини. Fairmont Press, 1999. Объясняет теорию, конструкцию, установку и техническое обслуживание трансформаторов и различных типов трансформаторов перед тем, как перейти к рассмотрению соответствующих силовых устройств, таких как автоматические выключатели, предохранители и защитные реле.
  • Трансформеры и моторы Джорджа Патрика Шульца. Newnes, 1997. Эта книга гораздо более практическая, чем некоторые другие книги, перечисленные здесь; он предназначен больше для электриков и людей, которым приходится работать с трансформаторами, чем для тех, кто хочет их проектировать.
  • Трансформаторы и индукционные машины М. В. Бакши и У. А. Бакши. Технические публикации, 2009 г. Объясняет различные типы трансформаторов и связанное с ними электрическое оборудование, работающее по индукции.
Книги общего характера для младших читателей
  • Д.К. Свидетель: Электричество Стива Паркера. Дорлинг Киндерсли, 2005. Исторический взгляд на электричество и то, как люди применяют его на практике.
  • Power and Energy Криса Вудфорда. Факты в файле, 2004.В одной из моих собственных книг описывается, как люди использовали энергию (включая электричество) на протяжении всей истории.

Патенты

Существуют сотни патентов на электрические трансформаторы различных типов. Вот несколько особенно интересных (ранних) из базы данных Управления по патентам и товарным знакам США:

  • Патент США 351,589: Система распределения электроэнергии Люсьена Голарда и Джона Гиббса, 26 октября 1886 г. Голлард и Гиббс описывают, как можно использовать трансформаторы для повышения и понижения напряжения для эффективного распределения энергии - основы современного электроснабжения. система во всем мире.
  • Патент США 433702: Электрический трансформатор или индукционное устройство. Автор Никола Тесла, 5 августа 1890 года. Тесла описывает трансформатор со сдвигом фаз (такой, который может создавать разность фаз между первичным и вторичным токами).
  • Патент США 497113: Трансформаторный двигатель, автор Отто Титус Блати, 9 мая 1893 г. Комбинированный трансформатор и двигатель, произведенный одним из изобретателей трансформатора.
  • Патент США 1422653: Электрический трансформатор для регулирования или изменения напряжения подаваемого тока, Эдмунд Берри, 11 июля 1922 г.Трансформатор с циферблатом, позволяющим регулировать выходное напряжение.

Новостные статьи

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис. (2007/2020) Трансформаторы электрические. Получено с https://www.explainthatstuff.com/transformers.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте...

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *