Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Костанайский социально-технический университет

имЕНИ Академика Зулкарнай Алдамжар

Технический факультет

Кафедра Транспорта и технологии

Курсовая работа

по дисциплине Электрические станции и подстанции

Тема: Принцип работы трансформаторов

Выполнил:

Чернолих Андрей Юрьевич

Костанай

Содержание

Введение

1. История создания и разновидности трансформаторов

1.1 История создания трансформатора

1.2 Разновидности трансформаторов и их краткая характеристика

2. Конструкция и базовые принципы действия трансформатора

2.1 Основные части трансформатора, их функции

2.2 Базовые принципы действия трансформатора

3. Режимы работы, перенапряжение трансформатора

3.1 Режимы работы

3.2 Перенапряжения трансформатора

4. Срок службы трансформаторов

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Трансформатор представляет собой неподвижный электромагнитный аппарат с 2-мя (либо более) обмотками, имеющими меж собой магнитную связь, исполняемую переменным магнитным полем, и работает для преобразования переменного тока 1-го напряжения в переменный ток иного напряжения при сохранении частоты тока постоянной. Трансформатор состоит из одной (автотрансформатор) либо нескольких отделенных проволочных, или ленточных обмоток, охватываемых всеобщим магнитным потоком, намотанных на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного материала. Трансформаторы маленькой мощности разного назначения употребляются в устройствах радиотехники, автоматики, сигнализации, взаимосвязи и т.п., а так же для питания бытовых электроприборов. Предназначение силовых трансформаторов -- преобразование электрической энергии в электросетях и установках, специализированных для приема и применения электрической энергии.

Силовые трансформаторы разделяются на 2 вида:

- трансформаторы всеобщего назначения предусмотрены для подключения в сеть, не различающуюся особенными критериями работы, характером перегрузки либо режимом работы.

- трансформаторы особого назначения предусмотрены для конкретного питания потребительской сети либо приемников электрической энергии, различающихся особенными критериями работы, характером перегрузки либо режимом работы.

Силовые трансформаторы номинальной мощностью от нескольких единиц до 1 млн. кВ-А и напряжением до 1250 кВ используются в сетях для распределения электричества. К силовым относятся и трансформаторы маленькой мощности от 10 по 300 В-А, используемые в приспособлениях радиотехники, промышленной электроники и автоматики.

Особенно необходимыми задачами считаются поднятие свойства трансформаторов, внедрение современной технологии их изготовления, экономия материалов при их производстве и может быть невысокие потери энергии при их работе в сети. Бережливость материалов и понижение утрат в особенности главных в распределительных трансформаторах, в которых используется значимая часть материалов и появляется значимая часть потерь энергии всего трансформаторного парка.

1. История создания и виды трансформаторов

1.1 История создания трансформатора

Для создания трансформаторов нужно было исследование параметров материалов: неметаллических, железных и магнитных, создания их теории. Столетов Александр Григорьевич (доктор МУ) сделал 1-ые шаги в данной направленности - нашел петлю гистерезиса и доменную текстуру ферромагнетика. Братья Гопкинсоны спроектировали концепцию электромагнитных цепей.

В 1831 году британский физик Майкл Фарадей открыл действо электромагнитной индукции, лежащее в базе действия электрического трансформатора, при проведении им основных изучений в области электро энергии. Схематичное описание будущего трансформатора в первый раз возникло в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Но ни тот, ни иной никак не фиксировали в собственном устройстве такого характеристики трансформатора, как модифицирование напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.

В 1848 году запошивочный механик Г. Румкорф придумал индукционную катушку. Она появилась прототипом трансформатора.30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, говорят датой рождения главного трансформатора. Наверное был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим стержень, на кой наматывались обмотки.

1-ые трансформаторы с закрытыми сердечниками были сделаны в Великобритании в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон. С изобретением трансформатора появился промышленный энтузиазм к переменному току. Российский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока, выстроил 1-ый трёхфазный асинхроичный двигатель и 1-ый трёхфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский показывал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока длиной 175 км трёхфазный генератор имел мощность 230 КВт при напряжении 95 В. В 1928 году стартовало создание силовых трансформаторов в СССР, когда начал действовать Московский трансформаторный завод (Московский электрозавод).

В 1900-х годах британский изыскатель-металлург Роберт Хедфилд провёл серию опытов для установления воздействия добавок на характеристики железа. Только чрез некоторое количество лет ему удалось поставить клиентам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния. Последующий большой прыжок в технологии изготовления сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда южноамериканский металлург Норман П. Гросс установил, что при сочетанном действии проката и нагревания у кремнистой стали возникают уникальные магнитные характеристики в направленности прокатки: магнитное насыщение повышалось на 50 %, утраты на гистерезис ужимались в 4 раза, а магнитная проницаемость росла в 5 раз. [2]

1.2 Разновидности трансформаторов и их краткая характеристика

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор -- трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электросетях и в установках, специализированных для приёма и применения электрической энергии.

Автотрансформатор -- трансформатор, в котором изначальная и вторичная обмотки объединены напрямую, и имеют за счёт данного не только электромагнитную связь, однако и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет некоторое количество выводов (как минимум 3), подключаясь к коим, разрешено получать различные напряжения. Превосходством автотрансформатора считается наиболее высочайший КПД, так как только часть мощности подвергается преобразованию -- это в особенности значительно, когда входное и выходное напряжения различаются некординально. Недочетом считается отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) меж первичной и вторичной цепью. В индустриальных сетях, где присутствие заземления нулевого провода обязательно, данный фактор роли никак не играет. В особенности эффективен автотрансформатор в вариантах, когда нужно получить вторичное напряжение, особенно не отличное от изначального. Автотрансформаторы успешно соперничают с двухобмоточными трансформаторами, когда их коэффициент трансформации - не достаточно различается от единицы и но более 1,5-2. При коэффициенте трансформации выше 3 автотрансформаторы себя никак не оправдывают. В конструктивном отношении автотрансформаторы фактически никак не различаются от трансформаторов. На стержнях магнитопровода размещаются 2 обмотки. Выводы берутся от 2-ух обмоток и единой точки. Большая часть деталей автотрансформатора в конструктивном отношении никак не отличаются от деталей трансформатора.

Трансформатор тока -- трансформатор, питающийся от источника тока. Обычное использование - для понижения изначального тока до величины, используемой в цепях измерения, охраны, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А, 5А. Первичная обмотка трансформатора тока врубается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, идущий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации. Коэффициент трансформации измерительных трансформаторов тока считается их главной чертой. Номинальный (безупречный) коэффициент указывается на шильдике трансформатора в виде отношения номинального тока первичной (изначальных) обмоток к номинальному току вторичной (вторичных) обмоток, к примеру, 100/5 А либо 10-15-50-100/5 А (для первичных обмоток с несколькими секциями витков). При этом настоящий коэффициент трансформации несколько различается от номинального. Это различие характеризуется величиной погрешности преобразования, состоящей из 2-ух составляющих - синфазной и квадратурной. 1-ая охарактеризовывает отклонение сообразно величине, 2-ая отклонение по фазе вторичного тока настоящего от номинального. Данные величины регламентированы ГОСТами и работают основой для присвоения трансформаторам тока классов точности при конструировании и производстве. Так как в магнитных системах имеют место утраты связанные с намагничиванием и нагревом магнитопровода, вторичный ток как оказалось меньше номинального (т.е. погрешность негативная) у всех трансформаторов тока. В взаимосвязи с этим для усовершенствования черт и внесения положительного смещения в погрешность преобразования используют витковую коррекцию.

Трансформатор напряжения -- трансформатор, питающийся от источника напряжения. Трансформатор напряжения, замерный трансформатор гальванический, предназначенный для преобразования высочайшего напряжения в невысокое в цепях измерения и контролирования. Использование трансформаторов напряжения дозволяет выключать цепи вольтметров, частотометров, электросчётчиков, приборов автоматического управления и контролирования и т.д. от цепи высокого напряжения и создаёт вероятность стандартизации номинального напряжения контрольно-измерительной техники (чаще только его принимают одинаковым 100 в). Трансформаторы напряжения разделяются на трансформаторы переменного напряжения (традиционно их именуют элементарно трансформаторы напряжения) и трансформаторы неизменного напряжения. Обычное использование - преобразование высокого напряжения в невысокое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА.

Импульсный трансформатор -- трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с продолжительностью импульса до 10-ов микросекунд с наименьшим искажением формы импульса. Главное использование заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (очень крутой фронт и срез, условно неизменная амплитуда). Он служит для трансформации недолгих видеоимпульсов напряжения, обычно временами циклических с высочайшей скважностью. В большинстве случаев главное требование, предъявляемое к ИТ содержится в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при действии на ввод ИТ напряжения той либо другой формы на выходе лучше получить импульс напряжения той же самой формы, однако, быть может, другой амплитуды либо иной полярности. Наибольшее распределение получили ИТ, трансформирующие импульсы, сообразно форме близкие к прямоугольным, которые владеют крутым фронтом и постоянством напряжения вершины импульса, важными для работы широкого класса нагрузок. Импульс прямоугольной формы должен быть трансформирован с небольшими искажениями, продолжительность фронта импульса должна быть существенно меньше продолжительности импульса и переходные процессы при трансформации фронта и вершины импульса рассматриваются отдельно.

Разделительный трансформатор -- трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Разделительные трансформаторы применяются там, где необходима гальваническая развязка первичной и вторичной цепей, а также изоляция подключаемого оборудования от контура заземления. Например, согласно "Правилам устройства электроустановок" ванные комнаты входят в категорию особо опасных помещений из-за наличия повышенной влажности, текущей воды и обилия изделий из металла, имеющих неустойчивое заземление. Установка розеток на 220 В допускается только в определенной зоне таких помещений, причём должны быть выполнены особые меры защиты от поражения электрическим током, в частности допускается включение розеток через разделительный трансформатор. Трансформатор будет являться разделительным, если его вторичная обмотка не заземлена. Обычно используются трансформаторы с коэффициентом трансформации 1. Допускается подключение к одному трансформатору только одного потребителя. Применение такого подключения электроприемника существенно снижает вероятность поражения электрическим током, так как токи, возникающие в случае пробоя изоляции, имеют небольшое значение, что обусловлено гальванической изоляцией вторичных цепей трансформатора от цепей заземления.

Пик-трансформатор -- трансформатор, переводящий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся чрез каждые полпериода полярностью. В практичной системе трансформатора производитель выбирает меж 2-мя разными базисными концепциями. Неважно какая из данных концепций не влияет на эксплуатационные свойства или эксплуатационную надёжность трансформатора, однако есть значительные отличия в процессе их производства. Любой производитель выбирает теорию, которую он считает более комфортной с точки зрения производства, и устремляется к использованию данной концепции на всём объёме изготовления. В то время как обмотки стержневого вида заключают в себе сердечник, сердечник броневого вида включает в себе обмотки. Если глядеть на активную составляющую стержневого вида, обмотки отлично видимы, однако они укрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Следовательно, лишь верхнее и нижнее ярмо сердечника. В системе броневого вида сердечник прячет в себе главную часть обмоток. Еще одно различие состоит в том, что ось обмоток стержневого вида, как правило, имеет вертикальное состояние, в то время как в броневой системе она имеет возможность быть горизонтальной либо вертикальной. [4]

2. Конструкция и базовые принципы действия трансформатора

2.1 Основные части трансформатора, их функции

Основными частями конструкции трансформатора являются:

1) магнитная система (магнитопровод)

2) обмотки

3) система охлаждения

Магнитная система (магнитопровод) трансформатора -- набор частей (чаще только пластинок) электротехнической стали либо иного ферромагнитного материала, подобранных в конкретной геометрической форме, предназначенный для локализации в нём главного магнитного поля трансформатора. Магнитная система в вполне подобранном виде вместе со всеми узлами и составными частями, служащими для скрепления отдельных частей в единичную систему, именуется остовом трансформатора. Часть магнитной системы, на которой размещаются главные обмотки трансформатора, именуется -- стержень. Часть магнитной системы трансформатора, никак не несущая главных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, именуется -- ярмо. В зависимости от пространственного месторасположения стержней, выделяют: Плоская магнитная система -- магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм размещены в одной плоскости.

Пространственная магнитная система -- магнитная система, в которой продольные оси стержней либо ярм, либо стержней и ярм размещены в различных плоскостях.

Симметричная магнитная система -- магнитная система, в которой все стержни имеют схожую форму, систему и габариты, а обоюдное размещение хоть какого стержня сообразно отношению ко всем ярмам идентично для всех стержней.

Несимметричная магнитная система -- магнитная система, в которой отдельные стержни могут различаться от остальных стержней сообразно форме, системы либо объемам, либо обоюдное размещение какого-либо стержня по отношению к иным стержням либо ярмам может различаться от месторасположения хоть какого другого стержня.

Главным составляющей обмотки считается виток -- гальванический проводник, или разряд синхронно объединенных таких проводников (многопроволочная жила), единоразово охватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого вместе с токами остальных таковых проводников и остальных частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором перед действием данного магнитного поля наводится электродвижущая сила. Обмотка -- совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе перед обмоткой традиционно предполагают совокупность обмоток 1-го напряжения 3-х фаз, объединяемых меж собой. Проводник обмотки в силовых трансформаторах традиционно имеет квадратную форму для более действенного применения имеющегося места (для роста коэффициента наполнения в окне сердечника).

При повышении площади проводника проводник имеет возможность быть поделен на 2 и наиболее параллельных проводящих элемента с целью понижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы именуется жилой. Любая жила изолируется при помощи или картонной обмотки, или эмалевого лака. Две раздельно отделенных и синхронно объединенных жилы время от времени могут иметь единую бумажную изоляцию. Две таких отделенных жилы в единой картонной изоляции именуются кабелем. Транспонированный кабель, используемый в обмотке трансформатора. Особенным видом проводника обмотки считается непрерывно транспонированный кабель. Данный кабель состоит из жил, отделенных при помощи 2-ух слоёв эмалевого лака, находящихся в осевом расположении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель выходит путём движения наружной жилы 1-го слоя к последующему слою с неизменным шагом и внедрения единой наружной изоляции. Картонная обмотка кабеля исполнена из деликатных (несколько 10-ов микрометров) картонных полос шириной несколько см, намотанных по оси жилы.

Дисковая обмотка

Обмотки делят по:

Назначению:

Основные -- обмотки трансформатора, на которые подается напряжение либо с каких снимается напряжение перевоплощенного переменного тока.

Регулирующие -- при низком токе обмотки и не очень широком спектре регулировки, в обмотке могут быть учтены отводы для регулировки коэффициента трансформации напряжения.

Вспомогательные -- обмотки, предназначенные для питания сети личных нужд с мощностью значительно наименьшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третей гармонической магнитного поля и т.п.

Выполнению:

Рядовая обмотка -- витки обмотки размещаются в осевом направленности во всей протяженности обмотки. Следующие витки наматываются густо друг к другу, не оставляя интервала меж собой.

Винтовая обмотка -- винтовая обмотка может изображать собой вариант многослойной обмотки с расстояниями меж любым витком либо заходом обмотки.

Дисковая обмотка -- дисковая обмотка состоит из ряда дисков, объединенных последовательно. В любом диске витки наматываются в радиальном направленности в виде спирали сообразно течению вовнутрь и наружу на располагающихся рядом дисках. [5]

Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов

При соединении обмоток трехфазных трансформаторов как двухобмоточных, так и трехобмоточных используют разные схемы соединения. Но в силовых трансформаторах как увеличивающих, так и понижающих, главным образом используются схемы соединения в звезду, треугольник и зигзаг--звезду. Для фактических целей в энергосистемах не потребуется огромной численности схем соединений обмоток. Так, для массивных трансформаторов используется одно соединение обмоток ВН и СН -- в звезду с выведенной нейтралью (Y0), а для обмоток НН -- в треугольник (А). ГОСТ 12022-66 предугадывает для трансформаторов мощностью 25, 40, 63 и 100 кВА с ПБВ (с переключением ответвлений обмотки трансформатора в отсутствии возбуждения -- т. е. после отключения всех обмоток трансформатора от сети) и для трансформаторов мощностью 63, 100, 160 и 250 кВА с ПБВ и РПН (с регулировкой напряжения путем переключения ответвлений обмотки трансформатора перед перегрузкой при последующем сочетании напряжений па стороне ВН и НН (кВ) на стороне обмотки низшего напряжения слияние в зигзаг--звезду. Соединение в зигзаг -- звезду дает вероятность при несимметрии перегрузки на стороне НН выравнивать на стороне ВН эту неритмичность. Кроме такого, методика зигзага допускает обладать 3 напряжения, к примеру 127, 220 и 380 е. Остальные схемы соединений обмоток для силовых трансформаторов используются очень редко. Область внедрения таковых схем ограничивается трансформаторами особого назначения (электропечными, для питания ртутных выпрямительных установок, для преображения частоты, количества фаз переменного тока, электросварочными и др.). [3]

2.2 Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора. (В соответствии с рисунком 1)

Рисунок 1. Трансформатор.

1 -- первичная обмотка

2 -- вторичная обмотка

Работа трансформатора базирована на 2-ух базисных принципах: изменяющийся во времени гальванический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм) Модифицирование магнитного потока, проходящего чрез обмотку, создаёт ЭДС в данной обмотке (электромагнитная индукция) На 1 из обмоток, именуемую первичной обмоткой сервируется напряжение от наружного источника. Протекающий сообразно первичной обмотке переменный ток создаёт неустойчивый магнитный поток в магнитопроводе, сдвинутый сообразно фазе, при синусоидальном токе, на 90° сообразно отношению к току в первичной обмотке. В итоге электромагнитной индукции, неустойчивый магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том количестве и в первичной, ЭДС индукции пропорциональную 1 производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному сгустку.

Режим холостого хода.

Когда вторичные обмотки ни к чему никак не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке фактически полностью возместит напряжение источника питания, потому ток чрез первичную обмотку не слишком велик, и ориентируется в главном ее индуктивным сопротивлением. Вероятен вариант выполнения трансформатора с предположительно одинаковыми токами холостого хода и под перегрузкой. Трансформаторы, не имеющие режима холостого хода, получаются меньше и проще. Для трансформатора в отсутствии ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода ориентируется противодействием индуктивности первичной обмотки, которое сообразно частоте переменного тока и величине индуктивности.

Режим с перегрузкой.

При включении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи появляется ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный обратно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В итоге в первичной цепи нарушается сходство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, будто приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех времен, пока магнитный поток никак не добьется бывшего значения.

Схематично, процесс преображения разрешено изобразить последующим образом:

Моментальный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора ориентируется интегралом сообразно времени от моментального значения ЭДС в первичной обмотке, и в случае синусоидального напряжения смещен сообразно фазе на 90° сообразно отношению к ЭДС.

Закон Фарадея

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

 (1)

Где U2 -- напряжение во вторичной обмотке,

N2 -- число витков во вторичной обмотке,

Ц -- суммарный магнитный поток, через один виток обмотки. Если витки обмотки расположены перпендикулярно линиям магнитного поля, то поток будет пропорционален магнитному полю B и площади S через которую он проходит.

ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно:

(2)

Где U1 -- мгновенное значение напряжения на концах первичной обмотки,

N1 -- число витков в первичной обмотке.

Поделив уравнение U2 на U1, получим отношение:

(3)

3. Режимы работы, перенапряжение трансформатора

3.1 Режимы работы

1. Режим холостого хода - характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие, что ток в ней никак не течёт. С поддержкою эксперимента холостого хода разрешено найти КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а еще утраты в стали.

2. Нагрузочный режим - характеризуется закрытой на перегрузке вторичной цепи трансформатора. Этот режим считается главным рабочим для трансформатора.

3. Режим короткого замыкания. Данный режим выходит в итоге замыкания вторичной цепи накоротко. С его поддержкою разрешено найти утраты нужной силы на нагрев проводов в цепи трансформатора.

Габаритная емкость

Габаритная емкость трансформатора описывается последующей формулой:

Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2(4)

1 -- первичной обмотки

2 -- вторичной обмотки Большая часть холоднокатаных электротехнических сталей сохраняют собственную линейность до значения магнитной индукции 1,35 Тесла либо 13500 Гаусс. Однако нужно не забывать, что усилие в розетке электросети может обладать разброс от 198 до 242 вольт, что подходит нормированному 10-и процентному отклонению от номинала как в плюс, так и в минус. То есть, ежели мы желаем, чтоб во всем диапазоне питающих напряжений наш трансформатор действовал надежно, нужно его рассчитать так, чтоб сердечник никак не подходил бы к нелинейности при всяком возможном напряжении питающей сети. В том числе и при 242 вольтах. А сообразно сему, на номинальном напряжении 220 вольт, магнитная индукция должна вывертываться никак не наиболее 1,2 Тесла или 12000 Гаусс. Воплощение данных 2-ух отмеченных притязаний даст высочайший КПД трансформатора и высшую устойчивость выходных напряжений при изменении тока перегрузки от нулевой отметки по наибольшего значения. Другими словами, мы получим совсем "твёрдый" трансформатор. А вот повышение расчетного смысла индукции наиболее 1,2 Тесла приведет не лишь к нагреву сердечника, однако и к понижению "жесткости" трансформатора. Если планировать трансформатор на значение индукции наиболее 1,3 Тесла, то мы получим "мягенький" трансформатор, выходные напряжения которого, плавно просаживаются при повышении тока перегрузки от нулевой отметки до его номинального значения. Не для всех радиоустройств эти трансформаторы подходящие.

В общем, в транзисторных схемах разрешено с успехом применять регулятор выпрямленного напряжения. Однако наверное - дополнительная методика, дополнительные габариты, доборная рассеиваемая емкость, средства и доборная шаткость. У мягкого питающего трансформатора напряжения на 1 вторичных обмотках находится в зависимости от употребляемых токов в остальных - из-за счет просадки в общих цепях - на функциональном противодействии первичной обмотки и на магнитном противодействии. К примеру, если мы питаем от мягенького трансформатора двухтактный ламповый усилитель, работающий в режиме класса В или АВ, то изменение употребления сообразно анодной цепи приведет к колебаниям напряжения накала ламп. И, так как, усилие накала ламп владеет еще возможный разброс в 10% от номинала, мягенький трансформатор внесет в это усилие дополнительную непостоянность еще в 10, а то и в 15 процентов. А наверное неизбежно, поначалу уменьшит выходную емкость усилителя на огромных громкостях (инерционные просадки громкости), а с течением времени приведет к наиболее ранней утраты эмиссии у ламп. [1]

КПД трансформатора

Габаритная мощность трансформатора описывается следующей формулой:

Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2 (5)

1 -- первичной обмотки

2 -- вторичной обмотки

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

И находится по следующей формуле:

(6)

где: P0 -- потери холостого хода (кВт) при номинальном напряжении

PL -- нагрузочные потери (кВт) при номинальном токе

P2 -- активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузку

n -- относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1). Для силовых трансформаторов отношение Ро / Pк имеет порядок 0,3 - 0,5, и коэффициент, соответствующий максимуму КПД, выбирается именно равным 0,5-0,7, так как в условиях эксплуатации, когда нагрузка непрерывно колеблется, среднее значение мощности, проходящей через трансформатор, составляет (0,5-0,7) Рном. При повышении номинальной мощности трансформатора потери в нем растут почти пропорционально четвертой степени линейных размеров, а поверхность охлаждения - пропорционально кубу их. Если принять, что у трансформаторов различной мощности КПД сохраняется неизменным, то потери считают пропорциональными номинальной мощности Sном. Поэтому проблемы отвода тепла от обмоток и магнитопровода, а также снижения удельных потерь становятся с ростом мощности все более острыми.

У трансформаторов номинальной мощности порядка десятков тысяч кВА каждая сотая доля процента КПД соответствует нескольким киловаттам тепловой энергии, выделяющимся внутри бака. Так, например, в трансформаторе мощностью Sном = 40000 кВА при полной нагрузке выделяется такое же количество тепла, как и при работе 1000 бытовых электроплиток(!). Поскольку трансформаторы средней и большой мощности играют в настоящее время основную роль в энергоснабжении предприятий и населения, то, как видно, эффективное решение проблем отвода тепла и снижения потерь является весьма важным для экономики. При нагрузке трансформатора источниками тепла являются сердечник и обмотки. В установившемся режиме работы образуется конвекционный поток теплого воздуха, направленный от внутренних частей к наружным, которые соприкасаются с окружающей средой. В мощных силовых трансформаторах сердечник с обмотками погружается в бак с минеральным маслом. В баке устанавливается конвекционный процесс передачи тепла маслом от сильно нагретых частей к стенкам. При небольших мощностях (до 25 кВА) не требуется особых охлаждающих устройств, поэтому трансформаторы помещают в гладкие баки, теплоотдача происходит через их стенки. В более мощных трансформаторах для увеличения охлаждающей поверхности применяют трубчатые баки. В трансформаторах большой мощности (более 1800 кВА) трубы объединяют группами в специальные радиаторы. Применяют также искусственное водомасляное и воздушномасляное охлаждение, обдув радиаторов специальными вентиляторами. [8]

Работа в параллельном режиме.

Параллельная работа трансформаторов необходима сообразно простой причине. При маленькой перегрузке мощнейший трансформатор имеет огромные утраты холостого хода, потому вместо него подключают некоторое количество трансформаторов наименьшей мощности, которые выключаются, если в их недостает надобности. При параллельном включении 2-ух и наиболее трансформаторов потребуется последующее:

1. синхронно могут действовать лишь трансформаторы, имеющие схожую угловую погрешность меж изначальным и вторичным напряжениями;

2. полюса схожей с полярностью на гранях высочайшего и невысокого напряжения должны быть соединены синхронно;

3. трансформаторы должны обладать приблизительно тот же самый коэффициент передачи по напряжению;

4. напряжение совершенного противодействия короткого замыкания обязано существовать одинаковым, в пределах ±10%;

5. отношение мощностей трансформаторов не обязано отклоняться наиболее нежели 1:3;

6. переключатели количества витков обязаны стоять в положениях, дающих коэффициент передачи сообразно напряжению как можно теснее. Отклонение от вышеприведенных требований вероятны при условии, будто есть в наличии надлежащие знания.

Частота

При одинаковых напряжениях первичной обмотки трансформатор, исследованный для частоты 50 Гц, может употребляться при частоте козни 60 Гц, однако не напротив. При данном нужно принять в интерес, что возможно будет нужно сменить навесное электрооборудование. При частоте меньше номинальной который был использован магнитопровода вступает в насыщение, будто ведёт к увеличению токов чрез первичную обмотку и, как последствие, ее перегрев с вытекающими результатами.

Регулирование напряжения трансформатора

В зависимости от нагрузки электрической сети изменяется ее напряжение. Для обычной работы электроприёмников потребителей нужно, чтоб усилие никак не отклонялось от данного значения более возможных пределов, в связи с чем используются разные методы регулировки напряжения в сети. Кроме отмеченных методик для регулировки напряжения используются особые поочередные регулировочные трансформаторы. Они добавляют к напряжению нерегулируемого трансформатора или автотрансформатора (либо вычитают из него) некоторое добавочное усилие. Регулировка, при котором усилие сети меняется лишь сообразно значению в отсутствии конфигурации фазы, именуют продольным. Может быть регулировка сообразно фазе - поперечное регулирование. Для данного обмотку возбуждения регулировочного трансформатора 2 (рассматривается регулировка в фазе А) присоединяют к линейному напряжению 2-ух остальных фаз. В итоге к фазному напряжению сети добавляется (либо вычитается) регулируемое напряжение DU, сдвинутое на угол 90°, и таковым образом линейное усилие сети изменяет фазу, оставаясь постоянным сообразно значению. На больших подстанциях системного смысла при распределении потоков функциональной и реактивной силы появляется надобность в регулировании напряжения сообразно значению и фазе. Регулировка исполняется особыми аппаратами продольно-поперечного регулировки, при данном в схему вводятся 2 напряжения, одно из которых схож с напряжением сети, а иное сдвинуто на 90°. Во всех перечисленных вариантах регулировки используются прибора РПН, состоящие из последующих главных частей: переключателя либо избирателя, контактора, токоограничивающего вещества (реактора либо резистора) и приводного преспособления. Процесс переключения регулировочных ответвлений проходит в отсутствии разрыва цепи рабочего тока трансформатора.[4]

3.2 Перенапряжения трансформатора

Виды перенапряжений.

В процессе применения трансформаторы могут подвергаться напряжению, превосходящему рабочие характеристики. Эти перенапряжения обозначаются сообразно их длительности на 2 категории: Кратковременное перенапряжение -- усилие промышленной частоты условной длительности, колеблющейся в пределах наименее 1 секунды до нескольких часов.

Переходное перенапряжение -- кратковременное перенапряжение в пределах от наносекунд по нескольких миллисекунд. Период нарастания может колебаться от нескольких наносекунд по нескольких миллисекунд. Переходное перенапряжение имеет возможность быть колебательным и неколебательным. Они традиционно имеют однонаправленное действие. Трансформатор еще может быть подвергнут композиции кратковременных и переходных перенапряжений. Временные перенапряжения могут вытекать сразу за переходными перенапряжениями. Перенапряжения обозначаются на 2 главные категории, описывающих их возникновение. Перенапряжения, стимулированные атмосферными действиями. Чаще только переходные перенапряжения появляются вследствие грозовых разрядов поблизости высоковольтных линий передач, подсоединенных к трансформатору, но время от времени грозовой импульс имеет возможность поразить трансформатор либо саму линию передачи.

Пиковая величина напряжения находится в зависимости от тока грозового импульса, считается статистической переменной. Зарегистрированы токи грозового импульса выше 100 кА. В согласовании с измерениями, проведенными на высоковольтных линиях электропередач в 50 % вариантах пиковая величина токов грозового импульса располагается в пределах от 10 до 20 кА. Переключения в энергосети вызывают серию импульсных перенапряжений разной силы, сопровождаемую радиочастотными помехами широкого диапазона. Природа происхождения помех приведена на примере ниже. К примеру при выключении разделительного трансформатора мощностью 1кВА 220\220 В от сети вся запасенная трансформатором энергия "выбрасывается" в нагрузку в виде высоковольтного импульса напряжением до 2 кВ. Мощности трансформаторов в энергосети существенно более, сильнее и выбросы. Не считая такого переключения сопровождаются происхождением дуги, являющейся источником радиочастотных помех. Электростатический заряд, накапливающийся при работе научно-технического оснащения занимателен тем, что хоть и владеет небольшую энергию, однако разряжается в непредсказуемом месте. Форма и амплитуда импульсного перенапряжения находятся в зависимости не лишь от источника помехи, однако и от характеристик лично сети. Не существует 2 схожих варианта импульсного перенапряжения, однако для изготовления и испытания приборов охраны введена нормализация ряда характеристик тока, напряжения и формы перенапряжения для разных случаев внедрения. Так для имитации тока ряда молнии используется импульс тока 10/350 мкс, а для имитирования косвенного действия молнии и разных коммутационных перенапряжений импульс тока с временными чертами 8/20 мкс. [5]

Способность трансформатора выдерживать перенапряжения

Трансформаторы должны пройти конкретные испытания электрической прочности изоляции пред выпуском с завода. Изучение этих тестирований говорят о вероятности бесперебойной эксплуатации трансформатора. Тесты описаны в интернациональных и государственных эталонах. Трансформаторы, прошедшие тесты, одобряют высшую надёжность эксплуатации. Дополнительным условием высочайшей ступени прочности считается снабжение применимых ограничений перенапряжения, так как трансформатор в процессе эксплуатации может быть подвергнут наиболее серьёзным перенапряжениям сообразно сопоставлению с критериями тестовых тестирований. Нужно выделить чрезвычайную значимость планирования и учёта всех типов перенапряжений, которые могут появиться в силовой системе. Для обычного исполнения предоставленного условия, необходимо сознание возникновения разных типов перенапряжения. Величина разных типов перенапряжений считается статистической переменной. Дееспособность изоляции выдерживать перенапряжения еще считается статистической переменной. [7]

4. Срок службы трансформаторов

Срок службы трансформатора может быть разделен на две категории:

Экономический срок службы -- экономический срок службы заканчивается, когда капитализированная стоимость непрерывной работы существующего трансформатора превысит капитализированную стоимость доходов от эксплуатации этого трансформатора. Или экономический срок жизни трансформатора (как актива) заканчивается тогда, когда удельные затраты на трансформацию энергии с его помощью становятся выше удельной стоимости аналогичных услуг на рынке трансформации энергии. Параллельная работа трансформаторов нужна по очень простой причине. При малой нагрузке мощный трансформатор имеет большие потери холостого хода, поэтому вместо него подключают несколько трансформаторов меньшей мощности, которые отключаются, если в них нет необходимости. При параллельном подключении двух и более трансформаторов требуется следующее. Параллельно могут работать только трансформаторы, имеющие одинаковую угловую погрешность между первичным и вторичным напряжениями. Полюса с одинаковой полярностью на сторонах высокого и низкого напряжения должны быть соединены параллельно.

Трансформаторы должны иметь примерно тот же самый коэффициент передачи по напряжению. Напряжение полного сопротивления короткого замыкания должно быть одинаковым, в пределах ±10 %. Отношение мощностей трансформаторов не должно отклоняться более чем 1:3. Переключатели числа витков должны стоять в положениях, дающих коэффициент передачи по напряжению как можно ближе. Другими словами, это значит, что следует использовать наиболее схожие трансформаторы. Например, если известно, что нагрузка трансформатора на протяжении всего срока службы не превышала 50% номинальной, температура верхних слоев масла при этом была ниже допустимой на 30-40 °С и другие данные указывают на отсутствие опасных перегревов, то очевидно, что и через 30-40 лет эксплуатации термический износ незначителен и поэтому проведение дорогостоящих процедур для подтверждения этого факта не имеет смысла. Другое дело, когда нагрузка и другие параметры, определяющие процесс износа изоляции, близки к предельным значениям. В этом случае неточность исходных данных может существенно повлиять на корректность оценки степени старения изоляции.

Для повышения точности оценки в этом случае необходимо применение дополнительных косвенных методов. Наименее затратным из таких методов является определение содержания фурановых соединений в масле, которое теоретически хорошо согласуется со степенью полимеризации бумаги и соответственно со степенью ее старения. Однако, к сожалению, на содержание фурановых соединений в масле влияют и другие факторы, снижающие их концентрацию в масле (прежде всего разложение фурановых соединений в термосифонных фильтрах при наличии поглощенных силикагелем кислот). Тем не менее, высокое содержание фурановых соединений в масле является достаточным основанием для проведения отбора образцов изоляции с целью определения степени полимеризации бумаги.

Таким образом, при оценке степени старения изоляции в качестве косвенных показателей вполне можно использовать данные о диэлектрических характеристиках изоляции и масла. Однако для получения достоверной информации методика проведения этих измерений должна отличаться от закрепленной в действующей нормативной документации («Объем и нормы испытания электрооборудования»). Прежде всего, это касается условий отбора проб масла и проведения измерений диэлектрических характеристик изоляции. Для подтверждения предыдущих данных в табл. 1 приведены новые результаты измерений на трансформаторе, предельное состояние изоляции которого было подтверждено комплексом других измерений, в том числе и измерением степени полимеризации целлюлозы образцов, отобранных при ревизии активной части. Эти данные еще раз показывают, что измерения характеристик изоляции трансформаторов с большим сроком службы при относительно низких значениях температуры могут создать ложное представление о состоянии их изоляции. [5]

трансформатор электрический энергия

Заключение

Из суждений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту лучше применять не настолько огромные напряжения. Потому для более выгодной транспортировки электричества в электросети многократно используют трансформаторы: сначала для увеличения напряжения генераторов на электростанциях пред перевозкой электричества, а потом для снижения напряжения полосы электропередач по приемлемого для покупателей значения. Так как в электрической сети 3 фазы, для преображения напряжения используют трёхфазные трансформаторы, или категорию из 3-х однофазных трансформаторов, объединенных в схему звезды либо треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех 3-х фаз совместный. Невзирая на высочайший КПД трансформатора (выше 99 %), в совсем массивных трансформаторах электросетей отличается крупная емкость в виде тепла (к примеру, для обычной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выдаваться мощность по нескольких мегаватт).

Потому трансформаторы электросетей употребляют специальную систему остывания: трансформатор вмещается в баке, переполненном трансформаторным маслом либо особой негорючей жидкостью. Масло циркулирует перед действием конвекции либо принудительно меж баком и массивным радиатором. Для питания различных узлов электроприборов потребуются наиболее различные напряжения. К примеру, в телеке употребляются напряжения от 5 вольт для кормления микросхем и транзисторов, до 30 киловольт для питания анода кинескопа. Все данные напряжения традиционно получаются с поддержкою строчного трансформатора. В блоке питания индивидуального компьютера традиционно еще используется трансформатор, на который сервируется неустойчивый ток от особого контролируемого электрического генератора. С поддержкою обратных взаимосвязей выходное усилие поддерживается на нужном уровне. Блоки питания в приспособлениях, которые употребляют некоторое количество значительно разных напряжений, часто содержат трансформаторы со многими вторичными обмотками. В прошедшем сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжких подробностей почти всех устройств. Дело в том, будто линейные габариты трансформатора ориентируются передаваемой им мощностью, при этом как оказалось, будто прямолинейный величина сетевого трансформатора приблизительно пропорционален силы в ступени 1/4. Величина трансформатора разрешено убавить, если прирастить частоту переменного тока.

Потому в передовых блоках питания переменное усилие сети выпрямляют, а потом преобразуют в высокочастотные импульсы, которые сервируются на пульсирующий трансформатор, который преобразует их во все нужные напряжения. Разделительные трансформаторы (трансформаторная гальваническая развязка). Промежуточный провод электросети может обладать контакт с «территорией», потому при одновременном касании человеком фазового провода (а еще корпуса устройства с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же устройство подключено в сеть через трансформатор, соприкосновение устройства одной рукою полностью безопасно, так как вторичная цепь трансформатора ни малейшего контакта с землёй никак не имеет.

Импульсные трансформаторы (ИТ). Главное использование содержится в передаче прямоугольного электрического импульса (очень крутой фронт и срез, условно неизменная амплитуда). Он работает для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, традиционно временами циклических с высокой скважностью. В основной массе случаев главное заявочное пожелание, предъявляемое к ИТ содержится в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при действии на вход ИТ напряжения той либо другой формы на выходе лучше получить импульс напряжения той же лично формы, однако, существовать может, другой амплитуды либо иной полярности. Измерительные трансформаторы. Используют для измерения совсем огромных либо совсем маленьких переменных напряжений и токов в цепях РЗиА.

Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют обширное использование в схемах генераторов переменного тока маленькой и средней силы (до мегаватта), к примеру, в дизель-генераторах. Таковой трансформатор представляет собой замерный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с перегрузкой генератора. Во вторичной обмотке снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя сервируется на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор -- трёхфазный, непременно используется и трёхфазный трансформатор).

Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора -- чем более перегрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и напротив для передачи и распределения электрической энергии. В настоящие время для высоковольтных рядов электропередач используются силовые трансформаторы с масляным охлаждением напряжением 330, 500 и 750 кВ, мощностью по 1200-1600 МВ*А. Таковым образом снижаются потери энергии и сокращается расход цветных металлов. Трансформаторы, увеличивая усилие, автоматически уменьшают ток, потому передаваемая емкость остается постоянной, а потери в проводах полосы, пропорциональные квадрату силы тока, грубо ужимаются. Для данного строят подстанции, распределяющие электричество между группами потребителей (заводами, фабриками, поселками домами и др.). В прогрессивной электроэнергетике основную роль играют силовые трансформаторы, т.е. трансформаторы, служащие для преображения электрической энергии в электросетях и установках, принимающих и использующих ее.

Список использованной литературы

1. Основы теории цепей. Атабеков Г.И., Лань, С-Пб. - М.: Краснодар, 2006. -215 с.

2. Электрические машины, Пиотровский Л.М., Л., «Энергия», 1972. - 421 с.

3. Силовые трансформаторы. Справочная книга./ Под ред. Лизунова С. Д., Лоханина А.К. - М.: Энергоиздат 2004. - 458 с.

4. Электрические машины: Трансформаторы: Учебное пособие для электромех. спец. вузов/ Сергеенков Б.Н., Киселёв В.М., Акимова Н.А.; Под ред. Копылова И. П.. -- М.: Высш. шк., 1989. - 365 с.

5. Электрические машины, Вольдек А.И. - Л., «Энергия», 1974. - 547 с.

6. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. Атабеков Г. И -- М.: Энергия, 1981. - 197 с.

7. Конструирование трансформаторов. Сапожников А.В - М.: Госэнергоиздат. 1959. - 645 с.

8. Расчёт трансформаторов. Учебное пособие для вузов. Тихомиров П.М. - М.: Энергия, 1976. - 339 с.

Размещено на Allbest.ru