Конструкция и принцип действия трансформатора. Принцип действия трансформатора: устройство, работа и основные соотношения

Как устроен трансформатор и на чем основан принцип его работы. Какие основные элементы входят в конструкцию трансформатора. Как происходит преобразование напряжения в трансформаторе. Какие основные соотношения связывают параметры первичной и вторичной обмоток.

Устройство трансформатора

Трансформатор состоит из следующих основных элементов:

• Магнитопровод (сердечник) — замкнутый магнитный контур, собранный из тонких листов электротехнической стали
• Две или более обмотки, намотанные на магнитопровод
• Первичная обмотка — подключается к источнику переменного тока
• Вторичная обмотка — на ней формируется выходное напряжение

Обмотки изготавливаются из медного или алюминиевого провода. Магнитопровод служит для усиления магнитной связи между обмотками.

Принцип действия трансформатора

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции и включает следующие этапы:

1. При подаче переменного напряжения на первичную обмотку в ней возникает переменный ток
2. Переменный ток создает в магнитопроводе переменный магнитный поток
3. Переменный магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней ЭДС
4. Величина индуцированной ЭДС зависит от числа витков обмотки

Таким образом, энергия от первичной обмотки передается во вторичную посредством магнитного поля, без непосредственной электрической связи между обмотками.

Основные соотношения в трансформаторе

Между параметрами первичной и вторичной обмоток трансформатора существуют следующие важные соотношения:

• Коэффициент трансформации: K = U1 / U2 = w1 / w2 где U1, U2 — напряжения, w1, w2 — числа витков обмоток
• Соотношение токов обратно пропорционально числу витков: I1 / I2 = w2 / w1
• Мощности в первичной и вторичной цепях равны (без учета потерь): P1 = P2

Эти соотношения позволяют рассчитывать параметры трансформатора и проектировать устройства с нужным коэффициентом преобразования напряжения.

Потери энергии в трансформаторе

В реальном трансформаторе возникают следующие виды потерь энергии:

• Электрические потери в обмотках из-за их активного сопротивления
• Магнитные потери в сердечнике на гистерезис и вихревые токи
• Потери от потоков рассеяния
• Диэлектрические потери в изоляции (незначительны)

КПД современных силовых трансформаторов достигает 98-99%. Потери учитываются при проектировании с помощью эквивалентных схем замещения трансформатора.

Режимы работы трансформатора

Основными режимами работы трансформатора являются:

1. Режим холостого хода — вторичная обмотка разомкнута, ток в ней отсутствует
2. Режим короткого замыкания — вторичная обмотка замкнута накоротко
3. Режим нагрузки — вторичная обмотка подключена к потребителю

В режиме холостого хода определяют коэффициент трансформации. Режим короткого замыкания позволяет найти параметры короткого замыкания. Режим нагрузки является основным рабочим режимом трансформатора.

Конструктивные особенности трансформаторов

По конструкции магнитопровода различают:

• Стержневые трансформаторы — обмотки расположены на стержнях магнитопровода
• Броневые трансформаторы — магнитопровод охватывает обмотки

Выбор типа конструкции зависит от мощности и напряжения трансформатора. Для увеличения охлаждения применяют масляное или воздушное охлаждение обмоток и сердечника.

Типы и применение трансформаторов

По назначению различают следующие основные типы трансформаторов:

• Силовые — для передачи и распределения электроэнергии
• Измерительные — трансформаторы тока и напряжения
• Специальные — сварочные, печные и др.

Трансформаторы широко применяются в энергетике, электронике, системах связи и автоматики. Они позволяют передавать электроэнергию на большие расстояния с минимальными потерями.

Трехфазные трансформаторы

Для работы в трехфазных сетях применяют трехфазные трансформаторы, которые имеют следующие особенности:

• Три стержня магнитопровода
• Три первичных и три вторичных обмотки
• Возможны схемы соединения обмоток звездой, треугольником, зигзагом
• Более экономичны по сравнению с группой однофазных трансформаторов

Трехфазные трансформаторы широко используются в системах передачи и распределения электроэнергии для преобразования высокого напряжения в низкое и наоборот.

Электротехника

Электротехника

Евсюков А. А. Электротехника: Учеб. пособие для студентов физ. спец. пед. ин-тов.— М.: Просвещение, 1979.— 248 с. В пособии описаны линейные цепи переменного тока, трехфазные цепи, электрические измерения и приборы, трансформаторы, электрические машины переменного и постоянного токов, элементы автоматики, а также техника безопасности. Приведены основные правила работы в учебной электротехнической лаборатории. Оглавление ПРЕДИСЛОВИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА I. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1. ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ § 1.2. ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ЭДС § 1.3. ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЗНАЧЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ § 1.4. СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 1. 5. МЕТОД ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАММ § 1.6. СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 1.7. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ § 1.8. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИНДУКТИВНОСТЬЮ § 1.9. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ § 1.10. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЕМКОСТЬЮ § 1.11. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКОЙ § 1.12. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ R, L И С. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ § 1.13. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ § 1.14. РЕЗОНАНС ТОКОВ § 1.15. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ § 1.16. ПРОВОДИМОСТЬ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ § 1.17. СИМВОЛИЧЕСКИЙ МЕТОД 2. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ § 1.19. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 1.20. СОЕДИНЕНИЕ ЗВЕЗДОЙ § 1.21. СОЕДИНЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКОМ § 1.22. МОЩНОСТЬ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ГЛАВА II. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ § 2.3. ПОГРЕШНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ § 2.4. ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ § 2.5. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2. 6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.7. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.8. ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.9. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ВАТТМЕТРЫ § 2.10. ОДНОФАЗНЫЙ ФАЗОМЕТР § 2.11. ОДНОФАЗНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ § 2.12. ОММЕТРЫ § 2.13. ЛОГОМЕТРЫ § 2.14. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.15. ДЕТЕКТОРНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.16. ШКОЛЬНЫЕ ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.17. ПОНЯТИЕ О ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ § 2.18. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 2.19. ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 2.20. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ § 2.21. ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ГЛАВА III. ТРАНСФОРМАТОРЫ § 3.2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.3. ХОЛОСТОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.4. РАБОЧИЙ РЕЖИМ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.5. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.6. ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ § 3.7. КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ § 3. 8. АВТОТРАНСФОРМАТОР § 3.9. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ Глава IV. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. ВЫПРЯМИТЕЛИ 4.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ЭЛЕМЕНТОВ § 4.2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ § 4.3. ТИРИСТОРЫ § 4.4. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 4.5. ПРИМЕНЕНИЕ ТИРИСТОРОВ ДЛЯ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА § 4.6. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ § 4.7. ПОНЯТИЕ ОБ ИНВЕРТОРАХ § 4.8. ФЕРРОРЕЗОНАНС В НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ § 4.9. ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ § 4.10. ШКОЛЬНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ГЛАВА V. МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 5.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.3. СОЗДАНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМОЙ § 5.4. СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. ТИПЫ ОБМОТОК СТАТОРА § 5.5. СКОЛЬЖЕНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 1.6. МАГНИТНЫЙ ПОТОК ЭДС И ТОКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.7. ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5. 8. АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОНТАКТНЫМИ КОЛЬЦАМИ § 5.9. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.10. ПУСК В ХОД АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.11. РЕВЕРСИРОВАНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.12. ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ § 5.13. ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.14. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.15. ЭДС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.16. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ § 5.17. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.18. УПРОЩЕННАЯ ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.19. РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНО С СЕТЬЮ § 5.20. ОБРАТИМОСТЬ СИНХРОННЫХ МАШИН. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.21. ПУСК И ОСТАНОВКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.22. ВЛИЯНИЕ ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ НА РАБОТУ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ. СИНХРОННЫЙ КОМПЕНСАТОР § 5.23. РЕАКТИВНЫЕ СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ § 5.24. ПРИМЕНЕНИЕ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ГЛАВА VI. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6. 2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА. ТИПЫ ОБМОТОК ЯКОРЯ § 6.3. ЭДС И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.4. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ § 6.5. КОММУТАЦИЯ § 6.6. СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.7. ОБРАТИМОСТЬ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА. ДВИГАТЕЛИ § 6.8. ДВИГАТЕЛЬ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО И НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.9. ДВИГАТЕЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.10. ДВИГАТЕЛЬ СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.11. КОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ГЛАВА VII. ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ § 7.2. РЕЛЕ § 7.3. ДАТЧИКИ § 7.4. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ § 7.5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ § 7.6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ § 7.7. ТЕЛЕМЕХАНИКА § 7.8. КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ГЛАВА VIII. ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ § 8.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ § 8.2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ § 8.3. ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ § 8.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ ГЛАВА IX. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ ГЛАВА X. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ § 10.1. ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА § 10.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА § 10.3. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ § 10.4. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЗАЗЕМЛЕНИЕ НА НЕЙТРАЛЬ (ЗАНУЛЕНИЕ) § 10.5. ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА И КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК § 10.6. ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПОРАЖЕННОМУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ § 10.7. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ В УЧЕБНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ ЛИТЕРАТУРА

Принцип действия трансформатора | Основы судовой электротехники

Подробности

Категория: Разное-архив

• трансформатор
• потребитель
• расчеты
• судовое

Содержание материала

• Основы судовой электротехники
• Электрические линейные цепи постоянного тока
• Магнитные свойства ферромагнитных материалов
• Расчет магнитных цепей
• Эффект Кюри—Нееля, магнитострикция
• Принцип действия трансформатора
• Режим холостого хода трансформатора
• Работа трансформатора под нагрузкой
• Трехфазные трансформаторы
• Основные положения метрологии, классификация электроизмерительных приборов
• Приборы магнитоэлектрической системы
• Приборы электромагнитной системы
• Приборы ферродинамической системы
• Требования Правил Регистра
• Технический надзор Регистра и специальные испытания
• Технический надзор Регистра в период швартовных и ходовых испытаний

Страница 6 из 16

ГЛАВА V
ТРАНСФОРМАТОРЫ
§ 28. Принцип действия трансформатора, основные соотношения
В судовых электроэнергетических установках и системах автоматики широкое применение находят электромагнитные статические (без движущихся частей) аппараты — трансформаторы. Действие трансформаторов, предназначенных для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого по величине напряжения, основано на законе электромагнитной индукции Фарадея. Наибольшее распространение на транспортных судах получили однофазные и трехфазные трансформаторы с ферромагнитным сердечником из электротехнической стали.

Однофазный трансформатор (рис. 80) состоит из замкнутого сердечника, собранного при относительно низких частотах из тонких листов электротехнической стали (0,5 мм), на котором расположены две обмотки; одна из них — первичная — получает питание от сети переменного тока. Переменный ток i первичной обмотки создает переменный магнитный поток, который по закону электромагнитной индукции индуцирует в первичной и вторичной обмотках ЭДС, равные:
(170)
В данном случае выражение для мгновенных значений ЭДС может быть записано в виде
(171)
На основании формул (170) и (171) имеем

Переходя к действующим значениям ЭДС, получим:
откуда
(174)
где w — число витков; ω= 2πf — круговая частота питающей сети; A=0 — постоянная интегрирования, равная нулю в случае установившегося синусоидального режима.
Переменный магнитный поток изменяется от —Фт до +Фт, тогда 1

(175)
(176)
(177)
Уравнение (177) устанавливает зависимость между действующими значениями ЭДС и амплитудными значениями магнитного потока трансформатора.

На основании выражения (177) действующее значение ЭДС в первичной обмотке
(178)
во вторичной обмотке
(179)
где f — частота питающей сети, Гц; w1 и w2 — число витков соответственно первичной и вторичной обмоток; Фт—амплитудное значение синусоидально изменяющегося магнитного потока, замыкающегося по ферромагнитному сердечнику; √2xπ4,44 — постоянный коэффициент.
Составив математическое отношение выражений (178) и (179), получим:
(180)

Величина Кп называется коэффициентом трансформации. Учитывая, что в трансформаторах при разомкнутой вторичной обмотке ЭДС незначительно отличается по величине от напряжения, коэффициент К12 с некоторой погрешностью можно выразить через напряжения:
(181)
Под действием возбужденной во вторичной обмотке ЭДС в ней, при замыкании зажимов на некоторую нагрузку, будет протекать переменный ток, величина напряжения которого будет зависеть от коэффициента трансформации.

В процессе преобразования переменного тока в трансформаторе возникают потери мощности: электрические в проводниках обмоток при протекании в них тока; магнитные, обусловленные перемагничиванием сердечника (потери на гистерезис и вихревые токи), и диэлектрические в изоляции при воздействии на нее переменного электрического поля. Наибольшие значения имеют электрические и магнитные потери; диэлектрические потери невелики, и их необходимо практически учитывать только при высоких напряжениях и частотах.
Активные и реактивные мощности первичной и вторичной обмоток связаны следующим равенством:
(182)
где Р1 — активная мощность, подводимая к первичной обмотке; Рэ, Рм, Рд — электрические, магнитные и диэлектрические потери; Р2 — активная мощность, отдаваемая вторичной обмоткой нагрузке; Q1 — реактивная мощность, подводимая к первичной обмотке; Q’— реактивная мощность, расходуемая на создание магнитного поля трансформатора; Q2 — реактивная мощность, отдаваемая вторичной обмоткой нагрузке.
Для судовых трансформаторов характерны следующие режимы работы: холостой ход и под нагрузкой.

• Назад
• Вперёд

• Назад
• Вперёд

• Вы здесь:  
• Главная
• Архив
• Разное архив
• Техника высоких напряжений

Еще по теме:

• Расчет основных электрических величин и главной изоляции обмоток трансформатора
• Аварии и неисправности в судовых электроустановках
• Порядок обследования точки расчетного учета рейдовой бригадой у бытового потребителя
• Технологическая карта обследования точки расчетного учета рейдовой бригадой у бытового потребителя
• Оптимизация с-х энергетических установок

Принцип работы трансформатора

Трансформатор является одним из наиболее важных устройств в электротехнике, который изменяет величину и фазовый угол входного переменного тока. Фактически трансформатор представляет собой статическую электрическую машину, поскольку в трансформаторе нет вращающихся частей. Более того, трансформатор является пассивным компонентом, передающим энергию с одной стороны на другую. Как упоминалось ранее, это устройство работает с входом переменного тока, а передача постоянного тока с помощью трансформатора невозможна. В этой статье Принцип работы трансформатора полностью обсуждается, включая теорию магнитного преобразования, эквивалентные схемы, различные типы магнитных сердечников и применение трансформаторов.

 

 

Трансформатор состоит из двух основных частей, включая магнитопровод и две или более обмоток. Источник переменного тока подается на одну обмотку в качестве входа, а выходное напряжение получается от другой, как показано на рисунке 1. Обмотки в основном изготавливаются из меди или алюминия из-за их приемлемой проводимости. Фактически, проводники намотаны на магнитный сердечник для создания магнитного поля в сердечнике трансформатора. В большинстве случаев магнитопровод также изготавливается из ферромагнитных материалов, т. е. из железа. Однако диамагнитные или немагнитные материалы, такие как воздух, дерево и пластик, используются для некоторых специальных целей.

 

Рис. 1. Различные части образца двухобмоточного трансформатора, включая магнитопровод и обмотки.

 

Когда катушка трансформатора подключена к источнику переменного напряжения, вокруг катушки создается переменное магнитное поле, как показано на рис. 2. Это магнитное поле создает магнитный поток, который проходит через сердечник, замыкая свой путь. Однако часть магнитного потока имеет тенденцию замыкать свой путь на более коротком пути, что означает путь вблизи катушки, а именно поток рассеяния. Величина генерируемого потока пропорциональна величине тока, протекающего через катушку, а направление потока основано на направлении тока в обмотке, которое можно получить по правилу правой руки. Это правило выражается в том, что когда пальцы сгибаются в полукруг вокруг провода в направлении тока, большой палец показывает направление магнитного потока. В идеальных условиях поток рассеяния равен нулю, и все генерируемые потоки проходят через магнитопровод. Когда магнитный поток проходит через катушку, на клеммах катушки генерируется напряжение, что является наиболее важной концепцией трансформатора. Следовательно, когда поток сердечника проходит через вторичную обмотку на следующем рисунке, на ее выводах будет генерироваться напряжение. Таким образом, входная мощность передается от первичной обмотки к вторичной обмотке без какого-либо электрического соединения. На самом деле мощность передается магнитным путем и магнитным сердечником. Таким образом, говорят, что напряжение индуцируется во вторичной обмотке. Величина индуцированного напряжения во вторичной обмотке напрямую связана с числом витков обмотки, которое может быть определено на этапе проектирования.

 

Рисунок 2: Различные потоки в однофазном трансформаторе сердечник трансформатора типа, обмотка окружена сердечником, но тип сердечника отличается тем, что сердечник трансформатора окружен обмоткой. Чтобы получить максимальную магнитную связь, в конструкции сердечника обмотки чередуются и концентрируются. Это означает, что обмотка НН в стержневой конструкции расположена рядом с сердечником, а затем вокруг обмотки НН намотана обмотка ВН (обмотка ВН огибает обмотку НН). Есть несколько причин для такой конфигурации обмотки. Первая причина заключается в том, что обмотка НН имеет более низкое напряжение и требуется меньшая изоляция для отделения обмотки НН от заземленного сердечника. Более того, поскольку через обмотку НН протекает более высокий ток, расположение этой обмотки вблизи сердечника приводит к меньшим потерям из-за меньшего сопротивления и средней длины обмотки. Однако конфигурация обмотки в оболочечной конструкции отличается и называется конфигурацией сэндвич-обмоток. В этой конфигурации обмотки ВН и НН расположены друг над другом, что похоже на сэндвич. Схема конфигурации представлена ​​на рис. 3. Таким образом, несмотря на конфигурацию обмоток в сердечниковом исполнении, обмотки как НН, так и ВН намотаны вокруг сердечника с соответствующей изоляцией между обмотками и сердечником трансформатора.

 

При том же напряжении корпусная конструкция требует большей изоляции, поскольку обмотка ВН должна быть изолирована от сердечника. Однако в конструкции с сердечником только обмотка НН должна быть изолирована от сердечника, для которого требуется меньше изоляции. Поэтому для приложений с высоким напряжением и малой мощностью предпочтительнее конструкция с сердечником. И наоборот, корпусная конструкция используется для трансформаторов большой мощности и низкого напряжения. Кроме того, охлаждение более эффективно в конструкции с сердечником. Наконец, как упоминалось ранее, в оболочечной конструкции обмотка окружена сердечником, который может защитить обмотку от механических воздействий.

 

Рисунок 3. Различные типы сердечника трансформатора: с сердечником (слева) и с сердечником (справа) можно записать в виде:

 

(1)

Когда первичная обмотка подключена к изменяющемуся во времени напряжению, в сердечнике устанавливается изменяющийся во времени поток Ф
. Наведенное напряжение будет равно приложенному напряжению, если сопротивлением обмотки пренебречь, и на основании закона Фарадея первичное напряжение (V1) может быть достигнуто за счет:

 

(2)

Аналогично, индуцированное напряжение во вторичной обмотке может быть получено как:

 

(4)

что означает, что первичное и вторичное напряжения пропорциональны соотношению числа витков трансформатора. Кроме того, согласно уравнению 1, первичный и вторичный токи также пропорциональны коэффициенту трансформации трансформатора как:

 

(5)

После понимания напряжений и токов обмоток трансформатора импеданс является еще одним важным параметром, который необходимо исследовать на каждой стороне трансформатора. Когда трансформатор подключен к импедансу, такому как нагрузка, и к первичной стороне приложено напряжение, импеданс нагрузки можно записать как:

 

(6)

:

(7)

Таким образом, входной импеданс можно изменить на основе уравнений 4, 5 и 6 следующим образом:

 

(8) трансформатор для более простых вычислений.

 

 

В идеальном трансформаторе сопротивления трансформатора пренебрежимо малы, потоки рассеяния или рассеяния равны нулю, ток возбуждения для создания потока в сердечнике также пренебрежимо мал. Однако эти предположения неверны для реальных трансформаторов. Следовательно, пренебрегаемые параметры исследуются в следующих разделах. На рисунке 4 показана эквивалентная схема практического трансформатора. Фактически, практический трансформатор состоит из идеального трансформатора, сопротивлений первичной и вторичной обмоток и индуктивностей рассеяния на каждой стороне трансформатора. Коэффициент трансформации равен .

 

Рисунок 4: Эквивалентная схема трансформатора, применяемого на практике . В практическом магнитном сердечнике с конечной магнитной проницаемостью требуется ток намагничивания, чтобы установить магнитный поток в сердечнике. Этот эффект может быть представлен намагничивающей индуктивностью. Кроме того, потери в сердечнике в магнитном материале могут быть представлены сопротивлением .

 

Интересно, что хорошо спроектированный трансформатор имеет КПД около 99 процентов. Эффективность можно рассчитать как:

 

(9)

, где входная мощность представляет собой комбинацию выходной мощности и потерь. Следовательно, различные типы потерь трансформатора определяются как потери в обмотке и в сердечнике. Следовательно, эффективность можно переписать следующим образом:

 

(10)

Потери в обмотке обусловлены сопротивлением обмотки. Потери в сердечнике включают вихревые и гистерезисные потери.

 

 

В трансформаторе обмотки электрически изолированы, а обмотки связаны магнитно. Однако существует особое соединение трансформатора, которое называется автотрансформатором. В этом типе трансформатора переменное напряжение переменного тока может быть получено на вторичной обмотке. В отличие от двухобмоточного трансформатора, рассмотренного ранее, первичная и вторичная обмотки автотрансформатора физически соединены. Однако основной принцип работы такой же, как и у двухобмоточного трансформатора.

 

 

Как видно на рисунке 6, автотрансформатор аналогичен трансформатору, а коэффициент напряжения равен коэффициенту трансформации, что означает, что уравнение 4 справедливо для автотрансформатора. Кроме того, уравнение 5 также может быть использовано для автотрансформаторов. Единственное отличие состоит в том, что вторичное напряжение составляет часть первичной обмотки понижающего автотрансформатора, а клемма вторичной обмотки может охватывать первичную обмотку для создания переменного напряжения. Преимуществами автотрансформаторного подключения являются более низкие реактивные сопротивления рассеяния, меньшие потери, меньший ток возбуждения, повышенная номинальная мощность в кВА и переменное выходное напряжение, когда для вторичной обмотки используется скользящий контакт. Недостатком является прямое соединение между первичной и вторичной сторонами.

 

Рисунок 6: Образец понижающего автотрансформатора

 

 

Можно сказать, что трансформатор используется во всех устройствах и имеет широкий спектр применения. Например, силовой трансформатор является одним из наиболее важных устройств в энергосистеме, который изменяет уровни напряжения. Другое применение находится в электронике, такой как выпрямители, инверторы и другие преобразователи. Еще одним применением трансформатора является изоляция. В этом приложении коэффициент трансформации трансформатора в основном равен единице, потому что единственной задачей этого типа трансформатора является электрическое разделение первичной и вторичной цепей. Трансформатор также используется для измерения переменного тока и напряжения, которые называются трансформаторами тока (ТТ) и трансформаторами напряжения (ТН) соответственно. Помимо упомянутых применений, высокочастотные трансформаторы могут использоваться для питания рентгеновского излучения. В общем, трансформатор доступен везде, где есть переменное напряжение.

Принципы проектирования трансформатора, третье издание-3-е издание

1 Введение

1.1 Исторический фон

1,2 Использование в энергетических системах

1,3 Ядра и Трансформеры формы

1.4 1.5 Охлаждение трансформатора

1.6 Типы обмоток

1.7 Изоляционные конструкции

1.8 Конструктивные элементы

1.9 Современные тенденции

2 МАГНИТИЗМ И СВЯЗАННЫЕ 9 ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ0005

2.1 Введение

2.2 Основной магнитизм

2,3 Гистерезис

2,4 Магнитные цепи

2,5 ИНРУШКИ. CORE

3.1 Введение

3.2 Модель схемы сердечника

3.3 Модель схемы двухобмоточного трансформатора с сердечником

3.4 Приблизительная модель схемы двухобмоточного трансформатора без сердечника

3.5 Vector Diagram of a Loaded Transformer with Core

3.6 Per Unit System

3. 7 Voltage Regulation

4 REACTANCE AND LEAKAGE REACTANCE CALCULATIONS

4.1 Introduction

4.2 General Method for Determining Inductances and Mutual Inductances

4.3 Two Формула реактивного сопротивления обмотки

4.4 Идеальные двух-, трех- и многообмоточные трансформаторы

4.5 Реактивное сопротивление рассеяния для двухобмоточных трансформаторов на основе параметров цепи

4.6 Реактивное сопротивление утечки для трех трансформаторов обмотки

5 фазор, трехфазные соединения и симметричные компоненты

5.1 Phasors

5,2 Y и дельта Трифазные соединения

5.3 Zig-Zag Connection

5.4 Scott Connections

5.3 Zig-Zag Connection

5,4 Скотт. Симметричные компоненты

6 АНАЛИЗ ТОКОВ КОРОБКИ

6.1 Введение

6.2 Анализ токов КЗ в трехфазных системах

6.3 Токи КЗ для трансформаторов с двумя клеммами на фазу

6.4 Токи разлома для трансформаторов с тремя терминалами на фазу

6. 5 Фактор асимметрии

7 Фазовый сдвиг и Zig-Zag Transformers

7.1 ВВЕДЕНИЕ

7,2 Основные принципы

7.3 Squashed Delta Fase Shifting Cransformsting

7.4 7.4

7.3 Squashed Delta Fase Cransferm Фазосдвигающий трансформатор

7.5 Двухъядерный фазосдвигающий трансформатор

7.6 Эффекты регулирования

7.7 Анализ тока повреждения

7,8 Zig-Zag Transformer

8 Многоцелевая трехфазная модель трансформатора

8.1 ВВЕДЕНИЕ

8.2 Теория

8.3 Трансформаторы с обмотками в рамках фазы

8.4. 8.6 Стабилизация и импедансы на клеммах

8.7 Модель многополюсного трансформатора для симметричной и несимметричной нагрузки

8.8 Анализ двух сердечников

9 Метод Рабинса для расчета полей утечки, индуктивности и сил в трансформаторах ядра железа, включая методы воздушного ядра

9.1 Введение

9.2 Теория

9,3 Рабинс Формула для реакции на утечку

9,4.

Индуктивность и взаимная индукция между секциями катушки

9.5 Определение B-поля

9.6 Определение сил обмотки

9.7 Численные расчеты

9,8 Индуктивность воздушного ядра

10 Механическая конструкция

10.1 Введение

10.2 Расчеты силы

10.3 Анализ напряжений

10.4 Радиальная прочность на строй

10.5. Соображения

11 РАСЧЕТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

11.1 Простые геометрические фигуры

11.2 Расчеты электрического поля с использованием конформного отображения

11,3 Расчеты электрического поля с конечным элементом

12 Расчеты емкости

12.1 Введение

12.2 Распределительная емкость вдоль обмотки или диска

12,3 Capacitance Capacitance

. с заземленными цилиндрами с обеих сторон

12.6 Статическое кольцо на одной стороне диска

12.7 Терминальный диск без статического кольца

12,8 МАТРИКСКИЙ СОЕДИНЕНИЯ

12,9 Два конечных статических кольца

12. 10 Статическое кольцо между первыми двумя дисками

12.11 Емкость намотка диска с раной в сцеплениях

12.12 Многоразмерная емкость ветра

13.12. Пропагандистская ветроэнергетика

13.12. ПРАКТИКА

13.1 Введение

13.2 Принципы пробоя напряжения

13.3 Геометрическая зависимость пробоя трансформаторного масла

13.4 Координация изоляции

13,5 Модель континуума обмотки, используемая для получения распределения импульсного напряжения

14 Анализ Импульса высокого напряжения

14,1 Введение

14.2 Модель сваженного параметра для распределения напряжения. Достижение формы волны, близкой к идеальной

15 ПОТЕРИ БЕЗ НАГРУЗКИ И НАГРУЗКИ

15.1 Введение

15.2 Потери холостого хода или потери в сердечнике

15,3 Потери нагрузки

15,4 Потери танка и щита из -за близлежащих шин

15,5 Потери резервуара, связанные с втулками

16 Потеря бездом 16.