Трансформатори призначення. Що таке трансформатор: пристрій, принцип роботи, схема та призначення

При експлуатації енергетичних систем часто виникає необхідність перетворення певних електричних величин у подібні до них аналоги з пропорційно зміненими значеннями. Це дозволяє моделювати певні процеси в електроустановках, безпечно виконувати вимірювання.

Робота трансформатора струму (ТТ) заснована на , що діє в електричних і магнітних полях, що змінюються формою гармонік змінних синусоїдальних величин.

Він перетворює первинну величину вектора струму, що протікає в силовому ланцюзі, у вторинне знижене значення з дотриманням пропорційності по модулю і точною передачею кута.

Принцип роботи трансформатора струму

Демонстрацію процесів, що відбуваються при перетворення електричної енергії всередині трансформатора, пояснює схема.

Через силову первинну обмотку з числом витків w1 протікає струм I1, долаючи повний опір Z1. Навколо цієї котушки формується магнітний потік Ф1, який уловлюється магнітопроводом, розташованим перпендикулярно до напрямку вектора I1. Така орієнтація забезпечує мінімальні втрати електричної енергії під час її перетворення на магнітну.

Перетинаючи перпендикулярно розташовані витки обмотки w2, потік Ф1 наводить в них електрорушійну силу Е2, під впливом якої виникає у вторинній обмотці струм I2, що долає повний опір котушки Z2 та підключеного вихідного навантаження Zн. При цьому на затискачах вторинного ланцюга утворюється падіння напруги U2.

Величина К1, що визначається ставленням векторів I1/I2, називається коефіцієнтом трансформації. Її значення визначається при проектуванні пристроїв і заміряється в готових конструкціях. Відмінності показників реальних моделей від розрахункових значень оцінюється метрологічною характеристикою класом точності трансформатора струму.

У реальній роботі значення струмів в обмотках є постійними величинами. Тому коефіцієнт трансформації прийнято позначати за номінальними значеннями. Наприклад, його вираз 1000/5 означає, що при робочому первинному струмі 1 кілоампер у вторинних витках діятиме навантаження 5 ампер. За цими значеннями розраховується тривала експлуатація цього трансформатора струму.

Магнітний потік Ф2 від вторинного струму I2 зменшує значення потоку Ф1 у магнітопроводі. При цьому створюваний у ньому потік трансформатора Фт визначається геометричним підсумовуванням векторів Ф1 та Ф2.

Небезпечні фактори під час роботи трансформатора струму

Можливість ураження високовольтним потенціалом при пробої ізоляції.

Оскільки магнітопровід ТТ виконаний з металу, має хорошу провідність і з'єднує між собою магнітним шляхом ізольовані обмотки (первинну і вторинну), виникає підвищена небезпека отримання електротравм персоналом або пошкодження обладнання при порушеннях ізоляційного шару.

З метою запобігання таким ситуаціям використовується заземлення одного з вторинних висновків трансформатора для стікання через нього високовольтного потенціалу при аваріях.

Ця клема завжди має позначення на корпусі приладу та вказується на схемах підключення.

Можливість ураження високовольтним потенціалом при розриві вторинного ланцюга

Висновки вторинної обмотки маркують «І1» і «І2» так, щоб напрям струмів, що протікають, було полярним, збігалося по всіх обмотках. Під час роботи трансформатора завжди повинні бути підключені на навантаження.

Пояснюється це тим, що струм, що проходить по первинній обмотці, має потужність (S=UI) високого потенціалу, яка трансформується у вторинний ланцюг з малими втратами і при розриві в ньому різко зменшується складова струму до значень витоків через навколишнє середовище, але при цьому значно зростає падіння напруги на розірваній ділянці

Потенціал на розімкнених контактах вторинної обмотки при проходженні струму в первинній схемі може досягати кількох кіловольт, що дуже небезпечно.

Тому всі вторинні ланцюги трансформаторів струму постійно повинні бути надійно зібрані, а на виведених з роботи обмотках або кернах завжди встановлюються короткі шунтуючі.

Конструкторські рішення, що використовуються у схемах трансформаторів струму

Будь-який трансформатор струму, як електротехнічний пристрій, призначений для вирішення певних завдань під час експлуатації електроустановок. Промисловість випускає їх великим асортиментом. Однак, у деяких випадках при вдосконаленні конструкцій буває простіше використовувати готові моделі з відпрацьованими технологіями, ніж проектувати і виготовляти нові.

Принцип створення одновиткового ТТ (у первинній схемі) є базовим і показаний на зображенні зліва.

Тут первинна обмотка, покрита ізоляцією, виконана прямолінійною шиною Л1-Л2, що проходить через магнітопровід трансформатора, а вторинна намотана витками навколо нього і підключена на навантаження.

Принцип створення багатовиткового ТТ з двома сердечниками показаний праворуч. Тут береться два одновиткові трансформатори зі своїми вторинними ланцюгами і через їх магнітопроводи пропускається певна кількість витків силових обмоток. Таким способом не тільки посилюється потужність, але додатково збільшується кількість вихідних ланцюжків, що підключаються.

Три ці принципи можуть бути модифіковані різними способами. Наприклад, застосування кількох однакових обмоток навколо одного магнітопроводу широко поширене створення окремих, незалежних друг від друга вторинних ланцюгів, які працюють у автономному режимі. Їх заведено називати кернами. У такий спосіб підключають різні за призначенням захисту вимикачів або ліній (трансформаторів) до струмових ланцюгів одного трансформатора струму.

У пристроях енергетичного обладнання працюють комбіновані трансформатори струму з потужним магнітопроводом, що використовується при аварійних режимах на устаткуванні, і звичайним, призначеним для вимірювання при номінальних параметрах мережі. Обмотки, навиті навколо посиленого заліза, використовують для роботи захисних пристроїв, а звичайні - для вимірювання струму або потужності/ опору.

Їх так і називають:

захисними обмотками, що маркуються індексом «Р» (релейні);

вимірювальними цифрами, що позначаються метрологічного класу точності ТТ, наприклад, «0,5».

Захисні обмотки за нормального режиму роботи трансформатора струму забезпечують вимірювання вектора первинного струму з точністю 10%. Їх за цією величиною так і називають – «десятивідсотковими».

Похибки вимірів

Принцип визначення точності роботи трансформатора дозволяє оцінити його схема заміщення, показану на зображенні. У ній усі значення первинних величин умовно приведено до дії у вторинних витках.

Схема заміщення визначає всі процеси, які у обмотках з урахуванням енергії, що витрачається на намагнічування сердечника струмом I.

Побудована на її основі векторна діаграма (трикутник СБ0) свідчить, що струм I2 відрізняється від значень I на величину I нам (намагнічування).

Чим вищі ці відхилення, тим нижча точність роботи трансформатора струму. Щоб врахувати помилки вимірювання ТТ, введені поняття:

відносної струмової похибки, що виражається у відсотках;

кутової похибки, що обчислюється довжиною дуги АБ у радіанах.

Абсолютну величину відхилення векторів первинного та вторинного струму визначає відрізок АС.

Загальнопромислові конструкції трансформаторів струму випускаються до роботи у класах точності, визначених характеристиками 0,2; 0,5; 1,0; 3 та 10%.

Практичне застосування трансформаторів струму

Різноманітну кількість їх моделей можна зустріти як у маленьких електронних приладах, розміщених у невеликому корпусі, так і в енергетичних пристроях, що займають значні габарити у кілька метрів.Вони поділяються за експлуатаційними ознаками.

Класифікація трансформаторів струму

За призначенням їх поділяють на:

• вимірювальні, що здійснюють передачу струмів на вимірювальні прилади;
• захисні, що підключаються до струмових ланцюгів захисту;
• лабораторні, що мають високий клас точності;
• проміжні, які використовуються для повторного перетворення.

При експлуатації об'єктів використовують ТТ:

зовнішнього монтажу на свіжому повітрі;

для закритих установок;

вбудовані в обладнання;

накладні - надягаються на прохідний ізолятор;

переносні, що дозволяють робити виміри у різних місцях.

За величиною робочої напруги обладнання ТТ бувають:

високовольтними (понад 1000 вольт);

значення номінальної напруги до 1 кіловольта.

Також трансформатори струму класифікують за способом ізоляційних матеріалів, кількістю ступенів трансформації та іншими ознаками.

Завдання, що виконуються

Для роботи ланцюгів обліку електричної енергії, вимірювання та захисту ліній або силових автотрансформаторів використовуються виносні вимірювальні трансформатори струму.

На фото нижче показано їх розміщення для кожної фази лінії та монтаж вторинних ланцюгів у клемній скриньці на ОРУ-110 кВ для силового автотрансформатора.

Ці завдання виконують трансформатори струму на ОРУ-330 кВ, але, враховуючи складність більш високовольтного обладнання, вони мають значно більші габарити.

На енергетичному устаткуванні часто застосовують убудовані конструкції трансформаторів струму, які розміщують прямо на корпусі силового об'єкта.

Вони мають вторинні обмотки з висновками, які розміщуються навколо високовольтного введення в герметичному корпусі. Кабелі від затискачів ТТ прокладені до прикріплених тут же клемних ящиків.

Усередині високовольтних трансформаторів струму найчастіше як ізолятор використовується спеціальна трансформаторна олія. Приклад такої конструкції показаний на картинці трансформаторів струму серії ТФЗМ, розрахованої на роботу при 35 кВ.

До 10 кВ включно використовують тверді діелектричні матеріали для ізоляції між обмотками при виготовленні корпусу.

Прикладом може бути трансформатор струму марки ТПЛ-10, що використовується в КРУН, ЗРУ та інших видах розподільчих пристроїв.

Приклад підключення вторинного струмового ланцюга одного з кернів захисту REL 511 для вимикача лінії 110 кВ демонструє спрощена схема.

Несправності трансформатора струму та способи їх відшукання

У включеного під навантаження трансформатора струму може порушитись електричний опір ізоляції обмоток або їх провідність під дією теплового перегріву, випадкових механічних впливів або через неякісний монтаж.

У діючому обладнанні найчастіше ушкоджуються ізоляція, що призводить до міжвиткових замикань обмоток (зниження потужності, що передається) або виникнення струмів витоків через випадково створені ланцюги аж до КЗ.

З метою виявлення місць неякісного монтажу силової схеми періодично проводяться огляди схеми, що працює тепловизорами. На основі своєчасно усуваються дефекти порушених контактів, зменшується перегрів устаткування.

Перевірку відсутності міжвиткових замикань здійснюють спеціалісти лабораторій РЗА:

зняттям вольтамперної характеристики;


провантаження трансформатора від стороннього джерела;

вимірами основних параметрів у робочій схемі.

Вони ж аналізують величину коефіцієнта трансформації.

При всіх роботах оцінюється співвідношення між векторами первинних та вторинних струмів за величиною. Відхилення їх по куту не здійснюється через відсутність високоточних фазовимірювальних пристроїв, які застосовуються при перевірках трансформаторів струму в метрологічних лабораторіях.

Високовольтні випробування діелектричних властивостей покладено на спеціалістів лабораторії служби ізоляції.

Серед загальнопромислових, що використовуються обліку продукції і на сировини, поширені товарні, автомобільні, вагонні, вагонеточные та інших. Технологічні служать для зважування продукції під час виробництва за технологічно безперервних і періодичних процесах. Лабораторні застосовують визначення вологості матеріалів і напівфабрикатів, проведення фізикохімічного аналізу сировини та інших цілей. Розрізняють технічні, зразкові, аналітичні та мікроаналітичні.

Можна поділити на ряд типів залежно від фізичних явищ, на яких ґрунтується принцип їх дії. Найбільш поширені прилади магнітоелектричної, електромагнітної, електродинамічної, феродинамічної та індукційної систем.

Схема приладу магнітоелектричної системи показано на рис. 1.

Нерухлива частина складається з магніту 6 і магнітопроводу 4 з полюсними наконечниками 11 і 15, між якими встановлений строго центрований сталевий циліндр 13. У зазорі між циліндром і полюсними наконечниками, де зосереджено рівномірне радіально спрямоване , розміщується рамка 12 з тонкої і

Рамка укріплена на двох осях з кернами 10 і 14, що упираються в підп'ятники 1 і 8. Протидіючі пружини 9 і 17 служать струмопідведення, що з'єднують обмотку рамки з електричною схемою і вхідними затискачами приладу. На осі 4 укріплена стрілка 3 з балансними грузиками 16 і пружина, що протидіє 17, з'єднана з важелем коректора 2.

01.04.2019

1. Принцип активної радіолокації.
2.Імпульсна РЛС. Принцип роботи.
3.Основні часові співвідношення роботи імпульсної РЛС.
4. Види орієнтації РЛС.
5. Формування розгортки на ІКО РЛС.
6. Принцип функціонування індукційного лага.
7. Види абсолютних лагів. Гідроакустичний доплерівський лаг.
8.Реєстратор даних рейсу. Опис роботи.
9.Призначення та принцип роботи АІС.
10.Передається та прийнята інформація АІС.
11. Організація радіозв'язку в АІС.
12.Склад суднової апаратури АІС.
13. Структурна схема судновий АІС.
14. Принцип дії СНР GPS.
15. Сутність диференціального режиму GPS.
16. Джерела помилок у ДПСС.
17. Структурна схема приймача GPS.
18. Поняття про ECDIS.
19.Класифікація ЕНК.
20.Призначення та властивості гіроскопа.
21. Принцип роботи гірокомпасу.
22. Принцип роботи магнітного компасу.

З'єднання кабелів- технологічний процес отримання електричного з'єднання двох відрізків кабелю з відновленням у місці з'єднання всіх захисних та ізоляційних оболонок кабелю та екранних обплетень.

Перед з'єднанням кабелів вимірюють опір ізоляції. У неекранованих кабелів для зручності вимірювань один висновок мегаомметра по черзі підключають до кожної жили, а другий - до з'єднаних між собою інших жил. Опір ізоляції кожної екранованої жили вимірюють при підключенні висновків до жили та її екрану. отримане в результаті вимірювань повинно бути не менше нормованого значення, встановленого для даної марки кабелю.

Вимірявши опір ізоляції, переходять до встановлення чи нумерації жил, чи напрямків повива, які вказують стрілками на тимчасово закріплених бирках (рис. 1).

Закінчивши підготовчі роботи, можна розпочинати обробку кабелів. Геометрію обробки з'єднань кінців кабелів видозмінюють з метою забезпечення зручності відновлення ізоляції жил і оболонки, а для багатожильних кабелів також для отримання прийнятних розмірів місця з'єднання кабелів.

МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК ДО ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ: «ЕКСПЛУАТАЦІЯ СИСТЕМ ОХОЛОДЖЕННЯ СЕУ»

З ДИСЦИПЛІНИ: " ЕКСПЛУАТАЦІЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК І БЕЗПЕЧНЕ НЕСІННЯ ВАХТИ У МАШИННОМУ ВІДДІЛЕННІ»

ЕКСПЛУАТАЦІЯ СИСТЕМИ ОХОЛОДЖЕННЯ

Призначення системи охолодження:

• відведення теплоти від ГД;
• відведення теплоти від допоміжного обладнання;
• підведення теплоти до ОУ та іншого обладнання (ГД перед пуском, ВДГ підтримка у "гарячому" резерві тощо);
• прийом та фільтрація забортної води;
• продування кінгстонних ящиків влітку від забивання медузами, водоростями, брудом, взимку - від льоду;
• забезпечення роботи льодових ящиків та ін.

У електротехніці часто виникає необхідність виміру величин з великими значеннями. Для вирішення цього завдання застосовуються трансформатори струму, призначення та принцип дії яких уможливлює проведення будь-яких вимірювань. З цією метою виконується послідовне включення первинної обмотки пристрою у ланцюг зі змінним струмом, значення якого необхідно виміряти. Вторинна обмотка підключається до вимірювальних приладів. Між струмами у первинній та вторинній обмотці існує певна пропорція. Усі трансформатори цього відрізняються високою точністю. У їхню конструкцію входить дві і більше вторинних обмоток, до яких підключаються захисні пристрої, вимірювальні засоби та прилади обліку.

Що таке трансформатор струму?

До трансформаторів струму відносяться пристрої, в яких вторинний струм, що застосовується для вимірювань, знаходиться у пропорційному співвідношенні з первинним струмом, що надходить з електричної мережі.

Включення в ланцюг первинної обмотки здійснюється послідовно з струмопроводом. Підключення вторинної обмотки виконується на будь-яке навантаження у вигляді вимірювальних приладів та . Між струмами обох обмоток виникає пропорційна залежність, що відповідає кількості витків. У трансформаторних пристроях високої напруги виконується ізоляція між обмотками з розрахунку повну робочу напругу. Як правило, проводиться заземлення одного з кінців вторинної обмотки, тому потенціали обмотки і землі будуть приблизно однаковими.

Всі трансформатори струму призначені для виконання двох основних функцій: вимірювання та захисту. У деяких пристроях обидві функції можуть поєднуватися.

• Вимірювальні трансформатори передають отриману інформацію до підключених вимірювальних приладів. Вони встановлюються в ланцюгах з високою напругою, які неможливо включити безпосередньо прилади для вимірювань. Тому тільки у вторинну обмотку трансформатора виконується підключення, лічильників, струмових обмоток ватметрів та інших приладів обліку. В результаті, трансформатор перетворює змінний струм навіть дуже високого значення, змінний струм з показниками, найбільш прийнятними для використання звичайних вимірювальних приладів. Одночасно забезпечується ізоляція вимірювальних приладів від ланцюгів із високою напругою, підвищується електробезпека обслуговуючого персоналу.
• Захисні трансформаторні пристрої передусім передають отриману вимірювальну інформацію на пристрої управління та захисту. За допомогою захисних трансформаторів, змінний струм будь-якого значення перетворюється на змінний струм з найбільш відповідним значенням, що забезпечує живлення пристроїв релейного захисту. Одночасно виконується ізоляція реле, яких є доступ персоналу, від ланцюгів високої напруги.

Призначення трансформаторів

Трансформатори струму відносяться до категорії спеціальних допоміжних приладів, що використовуються спільно з різними вимірювальними пристроями та реле у ланцюгах змінного струму. Головною функцією таких трансформаторів є перетворення будь-якого значення струму до величин, найбільш зручних для проведення вимірювань, забезпечення живлення пристроїв, що відключають, і обмоток реле. За рахунок ізоляції приладів обслуговуючий персонал виявляється надійно захищений від ураження струмом високої напруги.

Вимірювальні трансформатори струму призначені для електричних кіл з високою напругою, коли відсутня можливість прямого підключення вимірювальних приладів. Їхнє основне призначення полягає в передачі отриманих даних про електричний струм на вимірювальні пристрої, що підключаються до вторинної обмотки.

Важливою функцією трансформаторів є контроль за станом електричного струму в ланцюгу, до якого вони підключені. Під час підключення до силового реле виконуються постійні перевірки мереж, наявність та стан заземлення. Коли струм досягає аварійного значення, включається захист, що вимикає все обладнання, що використовується.

Принцип роботи

Принцип роботи трансформаторів струму ґрунтується на . Напруга із зовнішньої мережі надходить на силову первинну обмотку з певною кількістю витків і долає її повний опір. Це призводить до появи навколо котушки магнітного потоку, що уловлюється магнітопроводом. Даний магнітний потік розташовується перпендикулярно до напрямку струму. За рахунок цього втрати електричного струму у процесі перетворення будуть мінімальними.

При перетині витків вторинної обмотки, розташованих перпендикулярно, відбувається активація магнітним потоком електрорушійної сили. Під впливом ЕРС з'являється струм, який змушений долати повний опір котушки та вихідного навантаження. Одночасно на виході вторинної обмотки спостерігається падіння напруги.

Класифікація трансформаторів струму

Усі трансформатори струму можна класифікувати, залежно від їх особливостей та технічних характеристик:

1. За призначенням. Пристрої можуть бути вимірювальними, захисними чи проміжними. Останній варіант використовується при включенні вимірювальних приладів у струмові ланцюги релейного захисту та інших аналогічних схем. Крім того, існують лабораторні трансформатори струму, що відрізняються високою точністю та безліччю.
2. За типом установки. Існують трансформаторні пристрої для зовнішньої та внутрішньої установки, накладні та переносні. Деякі види приладів можуть вбудовуватись у машини, електричні апарати та інше обладнання.
3. Відповідно до конструкції первинної обмотки. Пристрої поділяються на одновиткові або стрижневі, багатовиткові або котушкові, а також шинні, наприклад ТШ-0,66.
4. Внутрішня та зовнішня установка трансформаторів передбачає прохідні та опорні способи монтажу цих пристроїв.
5. Ізоляція трансформаторів буває суха, із застосуванням бакеліту, порцеляни та інших матеріалів. Крім того, застосовується звичайна та конденсаторна паперово-олійна ізоляція. У деяких конструкціях використовується заливка компаундом.
6. За кількістю ступенів трансформації пристрої можуть бути одно- або двоступінчастими, тобто, каскадними.
7. Номінальна робоча напруга трансформаторів може бути до 1000 або більше 1000 В.

Усі характерні класифікаційні ознаки присутні у струмі, складаються з певних .

Параметри та характеристики

Кожен трансформатор струму має індивідуальні параметри і технічні характеристики, що визначають область застосування цих пристроїв.

Номінальний струм. Дозволяє пристрою працювати протягом тривалого часу без перегріву. У таких трансформаторах є значний запас нагрівання, а нормальна робота можлива при перевантаженнях до 20%.

Номінальна напруга. Його значення має забезпечувати нормальну роботу трансформатора. Саме цей показник впливає на якість ізоляції між обмотками, одна з яких під високою напругою, а інша заземлена.

Коефіцієнт трансформації. Є відношенням між струмами в первинній і вторинній обмотці і визначається за спеціальною формулою. Його дійсне значення відрізнятиметься від номінального у зв'язку з певними втратами у процесі трансформації.

Струмкова похибка. Виникає у трансформаторі під впливом струму намагнічування. Абсолютне значення первинного та вторинного струму відрізняється між собою якраз на цю величину. Струм намагнічування призводить до створення в осерді магнітного потоку. При його зростанні струмова похибка трансформатора також збільшується.

Номінальна гранична кратність. Являє собою кратність первинного струму для його номінального значення. Похибка такої кратності може досягати 10%. Під час розрахунків саме навантаження та його коефіцієнти потужності мають бути номінальними.

Максимальна кратність вторинного струму. Подана у вигляді відношення максимального вторинного струму та його номінального значення, коли діюча вторинна навантаження є номінальною. Максимальна кратність пов'язана зі ступенем насичення магнитопровода, у якому первинний струм продовжує збільшуватися, а значення вторинного струму змінюється.

Можливі несправності трансформаторів струму

У трансформатора струму, включеного під навантаження, іноді виникають несправності та навіть аварійні ситуації. Як правило, це пов'язано з порушеннями електричного опору ізоляції обмоток, зниженням їхньої провідності під впливом підвищених температур. Негативний вплив мають випадкові механічні впливи або неякісно виконаний монтаж.

У процесі роботи обладнання найчастіше відбувається пошкодження ізоляції, що викликає міжвиткові замикання обмоток, що істотно знижує потужність, що передається. Струми витоку можуть з'явитися в результаті випадково створених ланцюгів, аж до короткого замикання.

З метою запобігання аварійним ситуаціям, фахівцями за допомогою тепловізорів періодично перевіряється вся діюча схема. Це дозволяє своєчасно усунути дефекти порушення контактів, знижується перегрів обладнання. Найбільш складні випробування та перевірки проводяться у спеціальних лабораторіях.

Запитання 1. З чого складається трансформатор?
Відповідь. Найпростіший трансформатор складається із замкнутого магнітопроводу та двох обмоток у вигляді циліндричних котушок.
Одна з обмоток підключається до джерела змінного синусоїдального струму з напругою u 1і називається первинною обмоткою. До іншого обмотування підключається навантаження трансформатора. Ця обмотка називається вторинною
обмоткою.

Запитання 2. Як здійснюється передача енергії з однієї обмотки в іншу?
Відповідь. Передача енергії з однієї обмотки до іншої здійснюється шляхом електромагнітної індукції. Змінний синусоїдальний струм i 1, що протікає по первинній обмотці трансформатора, збуджує в магнітопроводі змінний магнітний потік Ф с, що пронизує витки обох обмоток і наводить у них ЕРС
і
з амплітудами пропорційними числам витків w 1і w 2. При підключенні до вторинної обмотки навантаження в ній під дією ЕРС e 2виникає змінний синусоїдальний струм i 2і встановлюється деяка напруга u 2.
Електричний зв'язок між первинною та вторинною обмотками трансформатора відсутня і енергія у вторинну обмотку передається за допомогою магнітного поля, що збуджується в осерді.

Питання 3. Чим є вторинна обмотка трансформатора стосовно навантаження?
Відповідь. По відношенню до навантаження вторинна обмотка трансформатора є джерелом електричної енергії з ЕРС e 2. Нехтуючи втратами в обмотках трансформатора можна вважати, що напруга мережі живлення U 1 ≈ E 1, а напруга у навантаженні U 2 ≈ E 2.

Запитання 4. Що таке коефіцієнт трансформації?
Відповідь. Так як ЕРСобмоток пропорційні числам витків, співвідношення напруг живлення трансформатора і навантаження також визначається співвідношенням чисел витків обмоток, тобто.
U 1 /U 2 ≈ E 1 /E 2 ≈ w 1 /w 2 = k.
Величина kназивається коефіцієнтом трансформації.

Питання 5. Який трансформатор називається знижуючим?
Відповідь. Якщо число витків вторинної обмотки менше числа витків первинної w 2< w 1 , то k> 1 і напруга навантаження буде менше напруги на вході трансформатора. Такий трансформатор називається знижуючим.

Питання 6. Який трансформатор називається таким, що підвищує?
Відповідь. Якщо число витків вторинної обмотки більше від числа витків первинної w 2 > w 1, то k < 1 и напряжение в нагрузке будет больше напряжения на входе трансформатора. Такой трансформатор называется повышающим.

Запитання 7. Яка обмотка трансформатора називається обмоткою вищої напруги (ВН)?
Відповідь. Обмотка, що підключається до мережі з вищою напругою, називається обмоткою вищої напруги (ВН). Друга обмотка називається обмоткою нижчої напруги (ПН).

Запитання 8. Які трансформатори називаються «сухими»?
Відповідь. Трансформатори, в яких відведення тепла виробляється потоком повітря, називаються сухими трансформаторами.

Питання 9. Які трансформатори називаються «олійними»?
Відповідь. У тих випадках, коли повітряним потоком неможливо відвести теплову енергію так, щоб забезпечити обмеження
температури ізоляції обмоток на допустимому рівні, для охолодження використовують рідке середовище, занурюючи трансформатор у бак із спеціальним трансформаторним маслом, яке одночасно виконує роль холодоагенту та електричної ізоляції. Такі трансформатори називаються «олійними».

Запитання 10. Як трансформатори позначають на електричних схемах?
Відповідь.


На малюнку показані умовні позначення однофазних двообмотувальних (1, 2, 3) та багатообмотувальних (7, 8) трансформаторів, а також трифазних трансформаторів (12, 13, 14, 15, 16). Тут же показані позначення однофазних (4, 5) та трифазних (9, 10) автотрансформаторів та вимірювальних трансформаторів напруги (6) та струму (11).

Питання 11. Чим визначаються умови роботи та властивості трансформатора?
Відповідь. Умови роботи та властивості трансформатора визначаються системою параметрів, які називаються номінальними, тобто. значеннями величин, що відповідають розрахунковому режиму роботи трансформатора. Вони вказуються в довідкових даних та на табличці, що прикріплюється до виробу.

Питання 12. Як впливає робоча частота трансформатора на його масу та габарити?
Відповідь. Підвищення робочої частоти трансформатора дозволяє за інших рівних умов суттєво зменшити масу та габарити виробу. Дійсно, напруга первинної обмотки приблизно дорівнює ЕРС, що наводиться в ній магнітним потоком у сердечнику Φ cа повна потужність, наприклад, однофазного трансформатора дорівнює

де і - задані номінальні значення індукції в осерді і щільності струму в обмотці, а S c ~ l 2і S i– поперечний переріз сердечника та сумарний переріз w 1витків обмотки. Отже, збільшення частоти живлення fдозволяє пропорційно зменшити переріз сердечника за тієї ж потужності трансформатора, тобто. зменшити у квадраті його лінійні розміри l.

Запитання 13. Для чого служить магнітопровід трансформатора?
Відповідь. Магнітопровід трансформатора служить збільшення взаємної індукції обмоток й у випадку не є необхідним елементом конструкції. Працюючи на високих частотах, коли втрати у феромагнетиці стають неприпустимо великими, і навіть за необхідності отримання лінійних характеристик, застосовуються трансформатори без сердечника, т.зв. повітряні трансформатори. Однак у переважній більшості випадків магнітопровід є одним із трьох основних елементів трансформатора. За конструкцією магнітопроводи трансформаторів поділяються на стрежневі та броньові.

Запитання 14. Яким умовам має задовольняти конструкція обмоток трансформатора?
Відповідь. Конструкція обмоток трансформаторів повинна задовольняти умови високої електричної та механічної міцності, а також термостійкості.
Крім того, технологія їх виготовлення повинна бути якомога простішою, а втрати в обмотках мінімальними.

Запитання 15. З чого виготовляються обмотки трансформатора?
Відповідь. Обмотки виготовляються із мідного або алюмінієвого дроту. Щільність струму в мідних обмотках масляних трансформаторів знаходиться в межах 2...4,5 А/мм2, а в сухих трансформаторах 1,2...3,0 А/мм2. Верхні межі відносяться до потужніших трансформаторів. У алюмінієвих обмотках щільність струму на 40...45% менше. Проводи обмоток можуть бути круглого перерізу площею 0,02...10 мм 2 або прямокутного перерізу площею 6...60 мм 2 . У багатьох випадках котушки обмоток намотуються з кількох паралельних провідників. Обмотувальні дроти покриті емалевою та бавовняною або шовковою ізоляцією. У сухих трансформаторах застосовуються дроти з термостійкою ізоляцією зі скловолокна.

Питання 16. Як поділяються обмотки трансформатора за способом розташування на стрижнях?
Відповідь. За способом розташування на стрижнях обмотки поділяються на концентричні та чергуються. Концентричні обмотки виконуються як циліндрів, геометричні осі яких збігаються з віссю стрижнів. Ближче до стрижня зазвичай знаходиться обмотка нижчої напруги, т.к. це дозволяє зменшити ізоляційний проміжок між обмоткою та стрижнем. У обмотках котушки ВН і ПН, що чергуються, по черзі розташовують уздовж стрижня по висоті. Така конструкція дозволяє збільшити електромагнітний зв'язок між обмотками, але значно ускладнює ізоляцію і технологію виготовлення обмоток, тому в силових трансформаторах обмотки, що чергуються, не використовуються.

Запитання 17. Як виконується ізоляція обмоток трансформатора?
Відповідь. Одним з найважливіших елементів конструкції обмоток трансформатора є ізоляція.
Розрізняють головну та поздовжню ізоляцію.
Головною називається ізоляція обмотки від стрижня, бака та інших обмоток. Її виконують у вигляді ізоляційних проміжків, електроізоляційних каркасів та шайб. При малих потужностях та низьких напругах функцію головної ізоляції виконує каркас із пластику або електрокартону, на який намотуються обмотки, а також кілька шарів лакоткані або картону, що ізолюють одну обмотку від іншої.
Поздовжньою називається ізоляція між різними точками однієї обмотки, тобто. між витками, шарами та котушками. Міжвиткова ізоляція забезпечується власною ізоляцією обмотувального дроту. Для міжшарової ізоляції використовуються кілька шарів кабельного паперу, а міжкотушкова ізоляція здійснюється або ізоляційними проміжками, або каркасом або шайбами ​​ізоляційними.
Конструкція ізоляції ускладнюється зі зростанням напруги обмотки ВН і в трансформаторів, що працюють при напругах 200...500 кВ, вартість ізоляції досягає 25% вартості трансформатора.

Література: Усольцев Олександр Анатолійович. Електричні машини. Навчальний посібник. 2013 р.

Оновлено: Вересень 7, 2016 автором: admin

У електротехніці завжди потрібно перетворення струму з одного стану на інший. У цих процесах беруть активну участь різні віди трансформаторів, що являють собою електромагнітні статичні пристрої, без рухомих частин. В основі їх дії лежить , за допомогою якої змінний струм однієї напруги перетворюється на змінний струм іншої напруги. У цьому частота залишається постійної, а втрати потужності дуже незначні.

Загальний пристрій та принцип роботи

Кожен трансформатор обладнується двома або більше обмотками, пов'язаними індуктивно між собою. Вони можуть бути дротяними або стрічковими, покритими ізоляційним шаром. Обмотки намотуються на сердечник, він магнітопровід, виконаний з м'яких феромагнітних матеріалів. За наявності однієї обмотки такий пристрій називається автотрансформатором.

Принцип дії трансформатора є досить простим і зрозумілим. На первинну обмотку пристрою подається змінна напруга, що призводить до течії в ній. Цей змінний струм, своєю чергою, викликає створення магнитопроводе змінного магнітного потоку. Під його впливом у первинній та вторинній обмотках відбувається наведення змінної електрорушійної сили (ЕРС). Коли вторинна обмотка замикається на навантаження, нею також починає текти змінний струм. Цей струм у вторинній системі відрізняється власними параметрами. У нього індивідуальні показники струму та напруги, кількість фаз, частота та форма кривої напруги.

Енергетичні системи, що здійснюють передачу та розподілення електроенергії, користуються силовими трансформаторами. За допомогою цих пристроїв змінюються величини змінного струму та напруги. Однак частота, кількість фаз, крива струму або напруги залишаються в незмінному вигляді.

У конструкцію найпростішого силового трансформатора входить магнітопровід, що виготовляється з феромагнітних матеріалів, переважно листової електротехнічної сталі. На стрижнях магнітопроводу - сердечника розташовуються первинна та вторинна обмотки. Первинна обмотка з'єднується із джерелом змінного струму, а вторинна підключається до споживача.

У силових трансформаторах при протіканні через витки обмотки створюється змінний магнітний потік, що виникає в магнітопроводі. Під його впливом обох обмотках індуктується ЕРС. Вихідна напруга може бути вищою або нижчою за початкову, залежно від того, який тип трансформатора використовується - що підвищує або знижує. Значення ЕРС у кожній обмотці відрізняється відповідно до кількості витків. Таким чином, якщо створити певне співвідношення витків в обмотках, можна створити трансформатор з необхідним відношенням вхідної та вихідної напруги.

Типи трансформаторів

Відповідно до своїх параметрів і характеристик, всі трансформатори поділяються на такі види:

• За кількістю фаз можуть бути одно- чи трифазними.
• Відповідно до числа обмоток, трансформатори бувають дво- або триобмотувальні, а також дво-або триобмотувальні з розщепленою обмоткою.
• За типом ізоляції - сухі (С) та масляні (М) або з негорючим заповненням (Н).
• За видами охолодження - з природним охолодженням масляним (М), з масляним охолодженням і повітряним дуванням (Д), примусова циркуляція масляного охолодження (Ц), сухі трансформатори з повітряним охолодженням (С). Крім того, є пристрої без розширювачів, для захисту яких використовується азотна подушка.

Умовні позначення трансформаторів

Кожен трансформатор має власні, що розшифровують основні технічні характеристики та параметри пристрою.

Літерні символи позначають таке:

• А – конструкція автотрансформатора.
• Про - однофазна модифікація.
• Т - трифазний пристрій, з наявністю або відсутністю розщеплення обмоток.

Відповідно до системи охолодження, трансформатори маркуються таким чином:

• Сухого типу: "С" - з природним повітряним охолодженням, відкритого виконання; «СЗ» - те саме, захищеного виконання; «СГ» - те саме, герметичного виконання; «СД» – повітряне охолодження з дмухом.
• Олійне охолодження: «М» - природне; «МОЗ» - природне, із захисною азотною подушкою без розширювача; «Д» - дуття та природна циркуляція олії; «ДЦ» - дуття та примусова циркуляція олії; «Ц» - масляно-водяне охолодження та примусова циркуляція олії.
• З використанням негорючого рідкого діелектрика: «Н» та «НД» - природне охолодження та із застосуванням дуття.

Існує безліч інших літерних та цифрових позначень. Правильно розшифрувати їх допоможуть спеціальні довідники та таблиці.

Масляні трансформатори

Цей тип трансформаторів вважається найбільш економічним. Вони найкраще підходять для зовнішньої установки. Усередині приміщень вони можуть встановлюватися на рівні першого поверху, у спеціальних камерах із двома зовнішніми дверима.

Експлуатація масляних трансформаторів вирізняється специфічними особливостями. Вони повинні обов'язково обладнатися маслоприйомними пристроями у вигляді ям або приямків, здатних до збирання приблизно 20-30% загальної кількості олії, залитої в трансформатор. Глибина таких ям має бути не менше 1 м. Слід пам'ятати, що масляні установки забороняється розміщувати у підвалах та на других поверхах будівель.

Пристрої з негорючим діелектриком

Потужність таких установок складає до 2500 кВА. Трансформатори цього типу застосовуються у випадках, коли технічні умови не допускають використання інших пристроїв. Найчастіше це пов'язано з умовами навколишнього середовища та неприпустимістю відкритої установки масляних трансформаторів.

Застосування пристроїв з негорючим діелектриком має серйозні обмеження через високу токсичність совтола, що використовується для охолодження. Дана рідина, володіючи протипожежними та вибухобезпечними властивостями, може завдати серйозної шкоди людському організму, призвести до подразнення носових та очних слизових оболонок.

Основна перевага цих пристроїв полягає у можливості їх введення в експлуатацію без проведення попередньої ревізії. У процесі подальшої роботи вони не вимагають обслуговування та ремонту.

Сухі трансформатори

Максимальна потужність цих пристроїв знаходиться в межах 2500 кВА. Вони застосовуються в тих місцях, де умови середовища роблять масляні трансформатори пожежонебезпечними, а трансформатори з негорючою рідиною – токсичними. Установка сухих трансформаторів проводиться в адміністративні, громадські та інші будівлі, де можливе значне скупчення людей.

Розглядаючи основні види трансформаторів, слід зазначити, що пристрої сухого типу з невеликою потужністю можуть розміщуватись усередині приміщень та інших закритих місцях. Це пов'язано з тим, що їм не потрібні маслозбірники та рідина, що охолоджує. Серйозним недоліком сухих трансформаторів є наявність підвищеного шуму під час роботи. Цей фактор необхідно обов'язково брати до уваги при виборі місця встановлення даних пристроїв.