Где широко применяются трансформаторы – Назначение и области применения трансформаторов. Где широко применяются трансформаторы

Применение трансформаторов — Трансформаторы





Повседневно трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

Применение в электросетях

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

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

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

Применение в источниках электропитания

Для питания различных  электроприборов требуются самые
разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым
необходимо несколько напряжений различной величины содержат
трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме
дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре
с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания
микросхем и транзисторов) до 30 киловольт (для питания анода кинескопа).

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

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

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

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

Другие применения трансформатора

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

Потери в трансформаторах

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

Режим работы трансформаторов

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

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

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

Габаритная мощность

Габаритная мощность трансформатора описывается следующей формулой:

Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2

  • 1 — первичной обмотки
  • 2 — вторичной обмотки

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

КПД трансформатора
КПД трансформатора находится по следующей формуле:

где

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

кпд, холостой ход, трансформатор, обмотки

Всего комментариев: 0


ukrelektrik.com

Ответы@Mail.Ru: Где используются трансформаторы напряжения??

Трансформаторы напряжения однофазные НОМИ для применения в электрических цепях переменного тока частотой 50Гц
Однофазные трансформаторы напряжения серии НОМИ изготавливаются для нужд народного хозяйства и предназначены для применения в электрических цепях переменного тока частотой 50Гц. Трансформаторы являются масштабными преобразователями и предназначены для выработки сигнала измерительной информации для электрических измерительных приборов и цепей защиты и сигнализации в сетях с изолированной нейтралью.
Назначение и принцип действия трансформатора напряжения

Измерительный трансформатор напряжения служит для понижения высокого напряжения, подаваемого в установках переменного тока на измерительные приборы и реле защиты и автоматики.

Для непосредственного включения на высокое напряжение потребовались бы очень громоздкие приборы и реле вследствие необходимости их выполнения с высоковольтной изоляцией. Изготовление и применение такой аппаратуры практически неосуществимо, особенно при напряжении 35 кВ и выше.

Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя их пределы измерения; обмотки реле, включаемых через трансформаторы напряжения, также могут иметь стандартные исполнения.

Кроме того, трансформатор напряжения изолирует (отделяет) измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чему обеспечивается безопасность их обслуживания.

Трансформаторы напряжения широко применяются в электроустановках высокого напряжения, от их работы зависит точность электрических измерений и учета электроэнергии, а также надежность действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Измерительный трансформатор напряжения по принципу выполнения ничем не отличается от силового понижающего трансформатора. Он состоит из стального сердечника, набранного из пластин листовой электротехнической стали, первичной обмотки и одной или двух вторичных обмоток.

otvet.mail.ru

Назначение и области применения трансформаторов

Трансформатором называют
статическое электромагнитное устройство,
имеющее две или большее число индуктивно
связанных обмоток и предназначенное
для преобразования посредством
электромагнитной индукции одной или
нескольких систем переменного тока в
одну или несколько других систем
переменного тока.

С
помощью трансформаторов повышается
или понижается напряжение, изменяется
число фаз, а в некоторых случаях
преобразуется частота переменного
тока. Возможность передачи электрических
сигналов от одной обмотки к другой
посредством взаимоиндукции была
открытаМ.
Фарадеем
 в
1831 г.; при изменении тока в одной из
обмоток, намотанной на стальной
магнитопровод, в другой обмотке
индуцировалась ЭДС Однако первый
практически работающий трансформатор
создал известный изобретатель П.
Н. Яблочков
 в
содружестве с И.
Ф. Усагиным
 в
1876 г. Это был двухобмоточный трансформатор
с разомкнутым магнитопроводом.

В
дальнейшем несколько конструкций
однофазных трансформаторов с замкнутым
магнитопроводом были созданы венгерскими
электротехниками О.
Блати, М. Дери
 и К.
Циперноеским.
 Для
развития трансформаторостроения и
вообще электромашиностроения большое
значение имели работы проф. А.
Г. Столетова
 по
исследованию магнитных свойств стали
и расчету магнитных цепей.

Важная
роль в развитии электротехники
принадлежит М.
О. Доливо-Добровольскому.
 Он
разработал основы теории многофазных
и, в частности, трехфазных переменных
токов и создал первые трехфазные
электрические машины и трансформаторы.
Трехфазный трансформатор современной
формы с параллельными стержнями,
расположенными в одной плоскости, был
изобретен им в 1891 г. С тех пор происходило
дальнейшее конструктивное усовершенствование
трансформаторов, уменьшалась их масса
и габариты, повышалась экономичность.
Основные положения теории трансформаторов
были разработаны в трудах Е.
Арнольда
 и М.
Видмара.

В
развитии теории трансформаторов и
совершенствовании их конструкции
большое значение имели работы советских
ученых В.
В. Корицкого, Л. М. Пиотровского, Г. Н.
Петрова, А. В. Сапожникова, А. В. Трамбицкого
 и
др.

Трансформаторы
широко используют для следующих целей.

  1. Для
    передачи и распределения электрической
    энергии. Обычно на электростанциях
    генераторы переменного тока вырабатывают
    электрическую энергию при напряжении
    6—24 кВ. Передавать же электроэнергию
    на дальние расстояния выгодно при
    больших напряжениях, поэтому на каждой
    электростанции устанавливают
    трансформаторы, повышающие напряжение.

В
настоящее время для высоковольтных
линий электропередачи в СССР применяют
силовые трансформаторы с масляным
охлаждением напряжением 330, 500 и 750 кВ,
мощностью до 1200—1600 MB-А. В связи со
строительством дальних линий
электропередачи Экибастуз — Центр,
Экибастуз — Урал и других напряжением
1150 кВ переменного тока наша
электро­промышленность создала
трансформаторные группы, состоящие из
трех однофазных трансформаторов
мощностью 667 MB-А, а для линий 1500 В
постоянного тока — двенадцатифазные
преобразовательные блоки с четырехобмоточными
трансформаторами общей мощностью 1500
MB-А. КПД таких трансформаторов составляет
98 — 99% и выше.

Для
перспективных линий электропередачи
переменного тока напряжением 1800—2000 кВ
и постоянного тока напряжением 3000 кВ
разрабатывают трансформаторы мощностью
1320 MB-А на одну фазу.

Электрическая
энергия распределяется между промышленными
предприятиями и населенными пунктами,
в городах и сельских местностях, а также
внутри промышленных предприятий по
воздушным и кабельным линиям при
напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно,
во всех узлах распределительных сетей
должны быть установлены трансформаторы,
понижающие напряжение. Кроме того,
понижающие трансформаторы следует
устанавливать в пунктах потребления
электроэнергии, так как большинство
электрических потребителей переменного
тока работает при напряжениях 220, 380 и
660 В. Таким образом, электрическая энергия
при передаче от электрических станций
к потребителям подвергается в
трансформаторах многократному
преобразованию (3 — 5 раз). При­меняемые
для этих целей трансформаторы могут
быть одно-и трехфазными, двух- и
трехобмоточными.

  1. Для
    обеспечения нужной схемы включения
    вентилей в преобразовательных устройствах
    и согласования напряжений на входе и
    выходе преобразователя. В вентильных
    преобра зователях, выпрямляющих
    переменный ток или преобразующих его
    из постоянного в переменный (инверторы),
    отношение напряжений на входе и выходе
    зависит от схемы включения вентилей. 
    Поэтому  если на вход преобразователя
    подается стандартное напряжение, то
    на выходе получается нестандартное.
    Для устранения этого недостатка
    вентильные преобразователи, как правило,
    снабжают трансформаторами, обеспечивающими
    стандартное выходное напряжение при
    принятой схеме включения вентилей.
    Кроме того, ряд схем включения вентилей
    требует обязательного применения
    трансформатора. Трансформаторы,
    применяемые для этой цели,
    называют преобразовательными. Их
    мощность достигает тысяч киловольт-ампер,
    напряжение 110 кВ; они работают при
    частоте 50 Гц и более. Рассматриваемые
    трансформаторы выполняют одно-, трех-
    и многофазными с регулированием
    выходного напряжения в широких пределах
    и без регулирования.

В
последнее время для возбуждения мощных
турбо-и гидрогенераторов, электропривода
и других целей все шире начинают применять
трансформаторы с естественным воздушным
охлаждением напряжением 3 — 24 кВ и
мощностью 133-6300 кВ-А. Благодаря использованию
в этих трансформаторах новой теплостойкой
изоляции удается повысить их нагрузочную
способность и в 1,3 — 1,5 разасократить,
массогабаритные показатели по сравнению
с применявшимися ранее трансформаторами
с масляным охлаждением.

  1. Для
    различных технологических целей: сварки
    (сварочные трансформаторы), питания
    электротермических установок
    (электропечные трансформаторы) и др.
    Мощность их достигает десятков тысяч
    киловольт-ампер при напряжении до 10
    кВ; они работают обычно при частоте 50
    Гц.

  2. Для
    питания различных цепей радио- и
    телевизионной аппаратуры; устройств
    связи, автоматики в телемеханики,
    электробытовых приборов; для разделения
    электрических цепей различных элементов
    этих устройств; для согласования
    напряжений и т. п. Трансформаторы,
    используемые в этих устройствах, обычно
    имеют малую мощность (от нескольких
    вольт-ампер до нескольких киловольтампер),
    невысокое напряжение, работают при
    частоте 50 Гц и более. Их выполняют двух-,
    трех- и многообмоточными; условия
    работы, предъявляемые к ним требования
    и принципы проектирования весьма
    специфичны.

  3. Для
    включения электроизмерительных приборов
    и некоторых аппаратов, например реле,
    в электрические цепи высокого напряжения
    или в цепи, по которым проходят большие
    токи, с целью расширения пределов
    измерения и обеспечения электробезопасности.
    Трансформаторы, применяемые для этой
    цели, называют измерительными. Они
    имеют сравнительно небольшую мощность,
    определяемую мощностью, потребляемой
    электроизмерительными приборами, реле
    и др.

Трансформаторы,
перечисленные в п. 1, 2, 3 и частично в п.
4, предназначенные для преобразования
электрической энергии в сетях энергосистем
и потребителей электрической энергии,
называют силовыми. Для
режима их работы характерны неизменная
частота переменного тока и очень малые
отклонения первичного и вторичного
напряжений от номинальных значений.

Силовые
трансформаторы, выпускаемые отечественными
заводами, разделены на несколько групп
(габаритов) от I до VIII. Например,
трансформаторы мощностью до 100 кВ•А
включительно относят к габариту I, от
160 до 630 кВ • А — к габариту II, от 1000 до
6300 кВ • А — к габариту III и т. п.

В
данной главе в основном рассматривается
теория силовых трансформаторов; другие
же виды трансформаторов рассмотрены
кратко на основе общей теории.

ПРИНЦИП
ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Электромагнитная
схема однофазного двухобмоточного
трансформатора состоит из двух обмоток
(рис. 2.1), разме­щенных на замкнутом
магнитопроводе, который выполнен из
ферромагнитного материала. Применение
ферромагнитного магнитопровода позволяет
усилить электромагнитную связь между
обмотками, т. е. уменьшить магнитное
сопротивление контура, по которому
проходит магнитный поток машины.
Первичную обмотку 1 подключают к источнику
переменного тока — электрической сети
с напряжением u1Ко
вторичной обмотке 2 присоединяют
сопротивление нагрузки ZH.

Обмотку
более высокого напряжения называют обмоткой
высшего напряжения 
(ВН),
а низкого напряжения — обмоткой
низшего напряжения 
(НН).
Начала и концы обмотки ВН обозначают
буквами А и X; обмотки
НН — буквами а и х.

При
подключении к сети в первичной обмотке
возникает переменный ток i1 , который
создает переменный магнитный поток Ф,
замыкающийся по магнитопроводу. Поток
Ф индуцирует в обеих обмотках переменные
ЭДС — е1 и е2пропорциональные,
согласно закону Максвелла, числам витков
w1 и w2 соответствующей
обмотки и скорости изменения потока dФ/dt.

Рис.
2.1. Электромагнитная система  
однофазного   трансфор­матора
1,2
— 
первичная
и вторичная обмот­ки; 3
— 
магнитопровод

Таким
образом, мгновенные значения ЭДС,
индуцированные в каждой обмотке,

е1 =
— w1 dФ/dt;     
е2= -w
2dФ/dt.

Следовательно,
отношение мгновенных и действующих ЭДС
в обмотках определяется выражением

E1/E2e1/e2w1/w2.

                                            
(2.1)

Если
пренебречь падениями напряжения в
обмотках тран­сформатора, которые
обычно не превышают 3 — 5% от номи­нальных
значений напряжений U1 и U2и
считать E1≈U l и Е2U2,
то получим

U1/U2w1/w2.

                                            
(2.2)

Следовательно,
подбирая соответствующим образом числа
витков обмоток, при заданном напряжении
U
1 можно
получить желаемое напряжение U
2Если
необходимо повысить вторичное напряжение,
то число витков w2 берут
больше числа w1;
такой трансформатор называют повышающим. Если
требуется уменьшить напряжение U2то
число витков w2 берут
мень­шим w1;
такой трансформатор называют понижающим,

Отношение
ЭДС ЕВН обмотки
высшего напряжения к ЭДС ЕНН обмотки
низшего напряжения (или отношение их
чисел витков) называют коэффициентом
трансформации

kЕВН/ЕНН = wВН/wНН

                                            
(2.3)

Коэффициент всегда
больше единицы.

В
системах передачи и распределения
энергии в ряде слу­чаев применяют
трехобмоточные трансформаторы, а в
устрой­ствах радиоэлектроники и
автоматики — многообмоточные
трансформаторы. В таких трансформаторах
на магнитопроводе размещают три или
большее число изолированных друг от
друга обмоток, что дает возможность при
питании одной из обмоток получать два
или большее число различных напряжений (U2,
U
3,
U
4 и
т.д.) для электроснабжения двух или
большего числа групп потребителей. В
трехобмоточных силовых трансформаторах
различают обмотки высшего, низшего и
среднего (СН) напряжений.

В
трансформаторе преобразуются только
напряжения и токи. Мощность же остается
приблизительно постоянной (она несколько
уменьшается из-за внутренних потерь
энергии в трансформаторе). Следовательно,

I1/I2≈ U2/U1≈ w2/w1.

                                            
(2.4)

При
увеличении вторичного напряжения
трансформатора в раз
по сравнению с первичным, ток i2 во
вторичной обмотке соответственно
уменьшается в раз.

Трансформатор
может работать только в цепях переменного
тока. 
Если
первичную обмотку трансформатора
под­ключить к источнику постоянного
тока, то в его магнито-проводе образуется
магнитный поток, постоянный во времени
по величине и направлению. Поэтому в
первичной и вторичной обмотках в
установившемся режиме не индуцируются
ЭДС, а следовательно, не передается
электрическая энергия из первичной
цепи во вторичную. Такой режим опасен
для трансформатора, так как из-за
отсутствия ЭДС E1 первич­ной
обмотке ток I1 =U1R1 весьма
большой.

Важным
свойством трансформатора, используемым
в устройствах автоматики и радиоэлектроники,
является способность его преобразовывать
нагрузочное сопротивление. Если к
источнику переменного тока подключить
сопротивление R через
трансформатор с коэффициентом
трансформации к, то
для цепи источника

R’ P1/I12≈ P2/I12
I
22R/I12≈ k2R

                                       
(2.5)

где Р1
мощность, потребляемая трансформатором
от источ­ника переменного тока,
Вт;
Р2 =
I22R≈ P1 —
мощность, по­требляемая сопротивлением R от
трансформатора.

Таким
образом, трансформатор
изменяет значение сопро­тивления R в
k
2 раз. Это
свойство широко используют при разработке
различных электрических схем для
согласования сопротивлений нагрузки
с внутренним сопротивлением источ­ников
электрической энергии.

42.
Идеальный и реальный трансформаторы.
Векторная диаграмма и схемы замещения.

studfiles.net

Где и для чего применяется трансформатор напряжения, разбираем подробно

Электричество, впервые этот термин ввел Уильям Гилберт. В одном из своих трудов он описал опыты с наэлектризованным телом. С тех пор прошло много лет, в течении которых не прекращались исследования в этой отрасли. В них принимали участие лучшие ученые умы различных эпох. В итоге появились электрические станции, все населенные пункты опутывает сеть линий электропередач. И сложно представить себе, что еще относительно недавно человек обходился без электроэнергии.

Ведь сегодня она является необходимым условием для жизни и деятельности людей. Но чтобы все современное оборудование обеспечить электроэнергией необходимо осуществлять ее передачу на дальние расстояния. Сделать это можно, используя трансформатор напряжения. Этот прибор позволил уменьшить потери в проводах, а также адаптировать параметры сети под конкретного потребителя. Чтобы понять, как небольшое устройство сумело справиться со столь сложными задачами, рассмотрим его конструктивные особенности.

Назначение и сфера применения трансформаторов

Функция электрических сетей заключается как в выработке энергии, так и ее передаче на большие расстояния, а затем и распределении между потребителями. Вот для чего нужен специальный электромагнитный аппарат или трансформатор напряжения. Такие приборы находят широкое применение на электрических станциях. Они способны повышать или понижать напряжение.

Смотрим видео, немного о трансформаторах и их действии:

Применяется такое оборудование как в закрытых помещениях, так и уличных условиях. Благодаря использованию повышающих трансформаторов на таких объектах стало возможным передавать энергию на дальние расстояния с минимальными потерями в проводах. Это обеспечивается за счет уменьшения пощади сечения кабелей линий электропередачи.

Но так как поступающее со станции высокое напряжение не может использоваться потребителями, то на входе обычно устанавливаются понижающие трансформаторы. Они позволяют получить сравнительно небольшие значения, при которых возможна работа оборудования и бытовой техники.

Устройство прибора

Простейший из таких приборов состоит из двух основных частей:

  • Магнитопровода, выполненного из стали;
  • Двух обмоток из проводов с изоляцией.

Одна из них называется первичной, так как на нее подается ток. Обмотка, к которой подключаются потребители называется вторичной.

Принцип работы трансформатора напряжения заключается в следующем. Подключение его к сети приводит к поступлению тока на первичную обмотку. Переменный поток, образованный им, проходит по магнитопроводу. При этом в витках обмоток индуцируются переменные ЭДС. Величина этой силы зависит от скорости изменения магнитного потока и того, как быстро он изменяется. А так как эти параметры являются постоянными для каждого прибора, то можно сделать вывод, что одинаковыми будут и индуцируемые в каждой обмотке ЭДС.

Виды и их особенности

Различные виды трансформаторов

Кроме рассмотренных выше понижающих и повышавших приборов выпускаются и другие модели:

  • Тяговые;
  • Лабораторные, в которых возможно регулировать напряжение;
  • Для выпрямительных установок;
  • Источники питания для радиоаппаратуры.

Все они относятся к одной большой группе трансформаторов – силовым. Есть еще одна разновидность такого оборудования. Это устройства, используемые для подключения к цепям высокого напряжения различных электроизмерительных приборов. Они получили название измерительных трансформаторов напряжения. Также эти приборы находят широкое применение при электросварке.

Имеют отличия и в конструктивном исполнении. В зависимости от этого различают двух и многообмоточные измерительные трансформаторы тока и напряжения. Такие приборы используются для проведения измерений и питания цепей автоматики, релейной защиты. Они могут быть одно- или трехфазные с масляным или воздушным охлаждением.

Смотрим видео классификация трансформаторов:

Влияет на классификацию и форма магнитопровода. Он может быть:

  1. Стержневой;
  2. Броневой;
  3. Тороидальный.

При этом различают два вида конструкции обмоток:

  • Концентрический;
  • Дисковый.

По классу точности устройства подразделяются на 4 категории:

Еще одним параметром, влияющим на специфику применения измерительных трансформаторов тока и напряжения, является способ установки. В зависимости от него изделия бывают следующих типов:

  • Внутренние;
  • Наружные;
  • Для КРУ.

Критерии выбора оборудования

Классификация приборов напряжения

Обычно приобретая оборудование ориентируются не его основные параметры. Для трансформатора таковыми являются:

  • Напряжения обмоток, которые указываются на щитке;
  • Коэффициент трансформации;
  • Угловой погрешности.

Необходимо также ориентироваться на условия эксплуатации. Поэтому самыми важными параметрами при выборе оказываются нагрузка, сфера применения и напряжение короткого замыкания трансформатора. На первом этапе необходимо убедиться в том, что мощности модели будет достаточно для того чтобы справиться не только с поставленной задачей, но и возможными перегрузками. Неплохо иметь прибор, параметры которого могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Но ориентироваться только на эти характеристики недопустимо. Так как для эффективной работы трансформатора напряжения 110 кВ важны и его технические характеристики:

  1. Частота тока;
  2. Фазность;
  3. Способ установки;
  4. Место расположения;
  5. Нагрузка.

Кроме этого нужно определить подходит ли вам цена устройства, а также стоимость его дальнейшего обслуживания. Соответствуют ли они ожидаемым цифрам?

Но даже выбрав модель в соответствии со всеми перечисленными требованиями стоит учитывать возможность ее подключения к цепи измерительных приборов для трансформаторов соответствующего типа.

Если предполагается использовать устройство в качестве защитного, то можно ограничиться изделием со средними показателями точности. В случае проведения измерений с минимальными погрешностями выбирают лабораторные трансформаторы напряжения 10 кВ.

Обслуживание и эксплуатация

Приобретая приборы для бытового обслуживания стоит воспользоваться услугами профессиональных консультантов. Они, имея необходимые знания и опыт помогут выбрать оптимальную модель.

Смотрим видео, диагностика и обслуживание:

Но чтобы оборудование работало эффективно необходимо еще и правильно его эксплуатировать. Установка и использование трансформаторов выполняются в соответствии с нормативными документами. В них же оговаривается и порядок обслуживания приборов. Согласно этим документам после монтажа устройства необходимо проверить схемы включения и все элементы во вторичных цепях. Исходя из полученных результатов оценивают возможность включения трансформатора в работу.

Чтобы убедиться в исправности прибора следует измерить;

  • Сопротивление на обмотках;
  • Ток.

Уровень масла в трансформаторах должен поддерживаться в пределах шкалы в зависимости от температуры окружающей среды. Также периодически устройство проверяют на предмет отсутствия протекания масла и чистоту изоляции. Для этого используют специальный индикатор – силикагель. При насыщении влагой он приобретает розовый окрас, в то время как в нормальном состоянии он голубого цвета.

В процессе обслуживания прибора необходимо соблюдать меры безопасности. Они регламентируются нормативными документами. Осмотр трансформатора под напряжением допускается выполнять, находясь на безопасном расстоянии от токоведущих частей.

Что касается ремонтных работ, то для их проведения прибор должен быть отключен от сети. Запрещено эксплуатировать трансформатор с незаземленным цоколем, а все неисправности должны устраняться специалистами. Исправное оборудование в процессе работы издает равномерный звук без треска и резких шумов.

Кроме того, в сетях до 10 кВ случаются резонансные повышения напряжения. Причиной их появления считается многократные разряды емкости, получающиеся в результате дугового замыкания. Это в свою очередь приводит к образованию феррорезонанса в трансформаторе напряжения и выходу его из строя. Избежать этого можно при заземлении нейтрали через резистор.

generatorvolt.ru

Применение трансформаторов |


В электросетях

Применение трансформаторов при передаче электроэнергии на большие расстояния помогает контролировать возникающие большие напряжения. Трансформаторы позволяют повысить уровень безопасности и снизить объемы используемой изоляции. Для преобразования напряжения используют трехфазные трансформаторы (в соответствии с тремя фазами электрической сети) либо в комплекс однофазных трансформаторов, объединенных по схеме «звезда» или «треугольник». Для желающих трансформатор купить, пройдите по ссылке.
В источниках питания


Трансформаторы широко применяются в источниках питания электроприборов для преобразования необходимого для питания напряжения из напряжения электросети. В современных блоках питания используется схема, согласно которой переменное напряжение сети сначала выпрямляют, после чего преобразуют в высокочастотные импульсы. Импульсный трансформатор преобразует импульсы во все нужные напряжения. Это позволяет значительно уменьшить массу блока питания.

Разделительные трансформаторы

Такие трансформаторы используются в электросетях для устранения угрозы поражения электрическим током (при одновременном касании человеком фазового провода или корпуса прибора с плохой изоляцией и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь). Прибор, включенный в сеть через трансформатор, безопасен, поскольку вторичная цепь трансформатора контакта с «землёй» не имеет.

Импульсные трансформаторы


Импульсные трансформаторы обеспечивают неискаженную передачу формы трансформируемых импульсов напряжения (в основном прямоугольного электрического импульса).

Измерительные трансформаторы

Применяют для измерения переменных напряжений и токов (очень больших или очень маленьких) в цепях релейной защиты и автоматики.

Измерительно-силовые трансформаторы


Этот тип трансформаторов широко используется в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до 1 мегаватта) для стабилизации выходного напряжения генератора. Трансформаторы представляют собой измерительные трансформаторы тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. С вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. Для трехфазных генераторов соответственно применяется трёхфазный трансформатор.

Согласующие трансформаторы

Согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадам электронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление, а также в высокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.

Фазоинвертирующие трансформаторы

Фазоинвертирующий трансформатор необходим в ламповых усилителях с двухтактным выходным каскадом – для подачи противоположных по полярности сигналов на базы двух транзисторов каскада.


Капитальный ремонт электродвигателей в Москве ООО Виток.

www.vitok-energo.ru

Назначение и область применения трансформаторов

 Трансформатором, в электротехнике, называют статическое устройство, в состав которого входят две или боле индуктивно связанные обмотки, и предназначенное для выполнения преобразований, при помощи электромагнитной индукции, одних систем переменного тока в другие системы переменного тока.

Многие электротехнические задачи решаются благодаря применению трансформаторов. В основном это понижение или повышение напряжения, изменение числа фаз, согласование нагрузок,  развязки цепей и многое другое. Преобразования выполняются, как правило, с минимальными потерями мощности и без изменений частоты. Трансформаторы в основном применяют для следующих целей.

Трансформаторы в электроснабжении

Эксплуатируемые на электростанциях генераторы переменного тока, как правило, вырабатывают электроэнергию при напряжениях 6-24кВ, но передавать электрическую энергию на большие расстояния значительно выгодней при напряжениях гораздо выше. Обычно напряжения на высоковольтных линиях электропередач имеют значения 110, 220, 330, 400, 500 и 750кВ. Поэтому для согласования генераторов переменного тока и линий электропередач, на каждой электростанции устанавливают повышающие напряжение трансформаторы.

Поставляемую линиями электропередач электроэнергию необходимо распределять между потребителями, населенными пунктами (городами и сёлами), промышленными предприятиями, внутри городов и сёл, а также внутри крупных предприятий, где электроснабжение осуществляется по воздушным и кабельным линиям и может иметь значение  220, 110, 35, 20, 10 и 6кВ. Из этого следует, что в узлах распределительных сетей надо устанавливать трансформаторы понижающие напряжение  от линий электропередач до значения применяемого конкретным потребителем (населённым пунктом или предприятием).

Но и это ещё не всё, ведь большинство конечных потребителей используют переменную электроэнергию напряжением 110, 220, 380 и 660в. Поэтому понижающие трансформаторы надо устанавливать и для пунктов конечного потребления электроэнергии.

Итого, чтобы пройти путь от электростанции до конечного потребителя, электрическая энергия подвергается многократным трансформаторным преобразованиям, примерно от 3-х до 5-ти раз.

Трансформаторы, которые выполняют вышеуказанные функции по передаче и распределению электроэнергии, принято называть силовыми трансформаторами.

Основными особенностями силових трансформаторов являются очень малые отклонения значений напряжений от номинальных на первичных и вторичных обмотках, а также то, что они почти всегда  работают на частоте 50 Гц. Силовые трансформаторы бывают двух- и трёх- обмоточными, одно- и трёхфазными, и могут быть изготовлены на напряжение до 1150кВ и мощность до 1 000 000 кВ*A.

Трансформаторы в преобразовательных устройствах

Трансформаторы используются для согласования напряжений на выходе и входе, а также для обеспечения нужной схемы включения вентилей преобразователя.

Выпрямление переменного тока в постоянный ток или преобразование из постоянного в переменный (инвертирование) осуществляется вентильными преобразователями. От схемы включения вентилей зависит отношение напряжений на входе и выходе  преобразователя, то есть если на вход вентильного преобразователя мы подали одно напряжение, то на выходе мы обязательно получим другое, зависящее от схемы включения вентилей. А ведь напряжения на входе и выходе, как правило, должны соответствовать стандартным значениям. Этот недостаток устраняется благодаря применению трансформаторов, которые принято называть преобразовательными. К основным  свойствам таких трансформаторов можно отнести то, что они работают при частоте от 50Гц и более, при напряжении до 110кВ, а мощность может достигать сотни тысяч киловольт*ампер. Изготавливаются одно-, трёх- или многофазными с возможностью регулирования выходного напряжения или без неё.

Следует также отметить, что трансформаторы применяют не только для согласования напряжений, но ещё и в ряде схем включения вентилей.

Области различных технологий

Например, для питания электротермических установок применяют электропечные трансформаторы. Работают такие трансформаторы обычно на частоте 50Гц, а их мощность может достигать десятков тысяч киловольт-ампер при напряжении до 10кВ.

В области электросварки широко применяются сварочные трансформаторы, мощность которых гораздо меньше чем электропечных.

Как случай единичного применения, трансформатор Тесла, который применяется для создания спецэффектов в шоу индустрии.

    Для подачи питания в различные электрические цепи радио и теле аппаратуры, автоматики и телемеханики, изделий связи, электробытовых приборов; а также для разделения и (или) согласования напряжений цепей различных элементов вышеуказанных устройств и т.д.

Эти трансформаторы обычно маломощные (от вольт-ампера до нескольких киловольт-ампер). Могут иметь две или более обмотки, работают при невысоких напряжениях в основном на частоте 50Гц, но гораздо реже и на более высоких частотах (до десятков килогерц).  Условия  работы вышеуказанных трансформаторов зачастую могут быть специфичны, что может вызывать повышенные требования при изготовлении и проектировании.

Трансформаторы в электрических измерениях

Чтобы обеспечить электробезопасность и расширить пределы измерений, к электрическим цепям высокого напряжения или же к тем, где проходят большие токи, подключение электроизмерительных приборов  и некоторых исполнительных аппаратов (реле и так далее) осуществляют с помощью измерительных трансформаторов.

Их мощность определяется мощностью потребляемой вышеуказанными приборами и аппаратами и обычно сравнительно небольшая. При этом они могут выполняться на высокие напряжения, как и у силовых трансформаторов.

elenergi.ru

Виды и применение трансформаторов

МОУ Средняя общеобразовательная школа №16

Реферат на тему

«Трансформатор»

Выполнила

Ученица 11А класса

Зуева Катя

Проверила

Ващенко Т.К

Берёзовский 2010г.

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока (ГОСТ Р52002-2003).

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

История

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

Столетов Александр Григорьевич (профессор МУ)сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (80-е).Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.

В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку. Она явилась прообразом трансформатора.30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон.

Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока, построил первый трёхфазный асинхронный двигатель и первый трёхфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 КВт при напряжении 95 В.

1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.

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

Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

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

Трансформа́тор то́ка — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации.

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

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

Разделительный трансформатор — 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. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

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

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

Основные части конструкции трансформатора

Стержневой тип трёхфазных трансформаторов

Броневой тип трёхфазных трансформаторов

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

· Стержневой

· Броневой

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

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

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

Основными частями конструкции трансформатора являются:

— магнитная система (магнитопровод)

— обмотки

— система охлаждения

Магнитная система (магнитопровод) трансформатора — комплект элементов (чаще всего пластин) электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, собранных в определённой геометрической форме, предназначенный для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора. Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется — стержень.Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, называется — ярмо.

mirznanii.com