Мот трансформатор: Трансформатор МОТ из СВЧ-печи .Почему он мощный и для чего магнитные шунты. | Электронные схемы

Трансформатор МОТ из СВЧ-печи .Почему он мощный и для чего магнитные шунты. | Электронные схемы

трансформатор от микроволновки МОТ

В СВЧ печи,для питания магнетрона высоким напряжением,есть трансформатор МОТ(microwave oven transformer)-трансформатор для микроволновой печи.Это силовой трансформатор весом около 4кг,мощностью до 1500Вт.Его отличие от других силовых транс. в том,что он работает на пределе,в режиме близком к насыщению.Чтобы передать большую мощность,его сетевая обмотка имеет ток холостого хода 2-4А,поэтому магнитопровод МОТа нагревается через несколько десятков минут,для отвода тепла применяют обдув вентилятором.Такой трансформатор не предназначен для длительной работы,поэтому использовать МОТ с имеющейся сетевой обмоткой для блока питания и др.самоделок нежелательно.

выпрямитель свч печи

Напряжение на высоковольтной(анодной) обмотке составляет примерно 2000В и ток 500-850мА,один вывод подсоединен с магнитопроводом,а другой вывод с обратной стороны отходит от обмотки . Для питания магнетрона используется удвоитель напряжения,позволяющий повысить напряжение до примерно 4000В.Между сетевой и анодной обмотки,находится обмотка накала магнетрона.Ее напряжение около 3.6В а ток до 20А.

трансформатор мот обмотки распиновка какие выводы

Сам магнитопровод проварен четырьмя сварочными швами.Для чего так делают,точного ответа не нашел,но такие швы соединяют магнитопровод электрически,чего вроде и не должно быть из-за вихревых токов.

сварочный шов на магнитопроводе трансформатора

Такой трансформатор с переделкой,применяют для точечной сварки и других самоделок.Удаляют высоковольтную обмотку и вместо нее наматывают несколько витков провода большого диаметра.Ток достигает сотни А,он способен раскалять и плавить гвозди,болты и т.д.

трансформатор мот высоковольтная обмотка

Между двумя обмотками,есть два набора прямоугольных пластин,это-магнитные шунты.Предназначены для замыкания на себя часть магнитного потока(магнитный поток рассеяния) и тем самым ограничить ток в высоковольтной обмотке,типа стабилизатора тока. Находятся перпендикулярно магнитопроводу.Если убрать шунты,магнетрон начнет работать на «полную катушку» и выйдет из строя или трансформатор «накроется».Магнитными шунтами иногда регулируют ток в трансформаторе для сварки.

На нескольких таких трансформаторах,делают сварочник для дуговой ручной сварки.Вот здесь ролик 2012 года,на английском, но все и так понятно.

А здесь мой ролик про этот трансформатор МОТ.

MOT: трансформатор из микроволновки | Катушки Тесла и все-все-все

МОТ. Microwave Oven Tranformer. Большой Железный Трансформатор от Микроволновой Печи. Пожалуй, наиболее известный в среде любителей высоких напряжений источник этих самых напряжений. Являет собой железный параллелепипед размерами примерно 8х10х10 сантиметров (размеры меняются от модели к модели). Примерное выходное напряжение — 2000-2200 вольт. Мощность — порядка 500-800 ватт. Обитает внутри старых мёртвых микроволновок, на рынках, в сервисах по починке микроволновок и много где ещё. Часто является предметом вожделения начинающих ХВшников (было бы о чём тут вожделеть, однако). Пригоден для массы развлечений, от пускания дуг (ололо! электрическая дуга! смотрите, смотрите!) до запитывания небольших катушек, особенно если взять парочку или даже три, или зарядки импульсных конденсаторных батарей.

Типичный представитель семейства мотовых мало на что годен в одиночку (исключение составляют советские моты из микроволновок отечественного производства — большие, суровые штуковины со слегка округлым железом, которые гораздо мощнее и надёжнее китайской дряни). Учитывая, что он, будучи схвачен обеими лапками как положено, легко может отправить хватуна на тот свет (дури в нём на это хватит), это не самая лучшая игрушка для новичков. Но при соблюдении элементарных правил безопасности становится простой и приятной пугалкой гостей. На всякий случай напомню: у нормального китайского мота три вывода в виде клеммочек и два толстых красных провода. Красные провода (их обмотка расположена посередине, между первичной и вторичной) смело откусываем: это накал магнетрона и для наших целей он ни к чему. Те из выводов, что расположены рядом друг с дружкой в нижней части — сетевая обмотка, тот, что торчит в гордом одиночестве (иногда в него может быть впаян провод, как на верхнем снимке) — горячий конец. Второй конец высоковольтной обмотки посажен на железо, поэтому корпуса мота во время работы тоже лучше не касаться. Для пускания дуг лучше всего иметь некую палку из диэлектрика, с шурупом в дальнем конце, провод от которого соединён с горячим выводом мота.

Короче, втыкаем мот в розетку и тот начинает радостно гудеть. Потребление на холостом ходу у них обычно чрезмерное, и бывает аж до трёх ампер. А если потянуть с него дугу, то ток может спокойно зашкалить за 10А, то есть пятисотваттный по габаритам трансформатор жрёт аж на два киловатта. Естественно, с таким количеством бездарно уходящей в тепло мощности мот очень быстро и резво нагревается, поэтому в дугопускании необходимо делать значительные перерывы.

Ещё у мота есть шунты — железные пластиночки сечением примерно 0.5х1.8 см, расположенные между обмотками по всей толще трансформатора. Они ограничивают ток в обмотках, не давая трансформатору перегреваться выше меры. Если их аккуратно, отвёрткой, выковырять (придётся поработать молотком — не повредите обмотки!), мощность мота ощутимо возрастёт, но возрастёт и нагрев.

От мота можно запитать небольшую лестницу Якова. Правда, из-за низкого напряжения работы начальный промежуток придётся делать очень маленьким, а потому рекомендую увеличить его до хотя бы шести-восьми миллиметров и поджигать лестницу при помощи пламени свечки, стоящей снизу.

  Плазма дуги превосходно окрашивается за счёт солей соответствующих элементов: бор-барий — зелень, стронций — красный, натрий — жёлтый. К тому же присутствие ионов того же натрия в дуге значительно увеличивает её предельную длину. В этом легко убедиться, попробовав потянуть дугу с обильно смоченной солью тряпочки.

В фотогалерее присутствует подборка кадров дуг с мотов и плазмы от них.

MOT — мощный трансформатор из микроволновой печи — libixur — Мой блог

.

Как то случайно в интернете попал на видео где демонстрировали работу перемотанного трансформатора от микроволновки, вот решил и себе попробовать сделать такой. Так как под рукой не было у меня печки, заказал сам MOT(Microwave Oven Tranformer) в интернете. Вот в таком виде он ко мне приехал:

Вес у него не плохой, если не ошибаюсь 4.5кг. Видим предостерегающую надпись:

По умолчанию вторичная обмотка трансформатора вырабатывает высокое напряжение (~2000 Вольт), поэтому я даже не стал его включать для проверки и Вам так сказать не советую 🙂

Суть в том что бы заменить эту обмотку на другую, с более низким напряжением, но с огромным током. Приступаем к переделке. Для начала аккуратно что-бы не задеть первичную обмотку, срезаем вторичку. Желательно с обоих сторон если хотите меньше мучений:

Дальше я просверлил обмотку с обеих сторон и отколупал ее от стенок:

После этих операций она отлично достается. Иначе ее оттуда не достать, разве что распиливать трансформатор, чего мне не хотелось делать. Вот что у меня получилось:

Токоограничивающие шунты которые так же достал, ставлю на место:

Поскольку я планирую использовать его в качестве точечного сварочного, мне нужен большой ток. Нашел дома вот такую алюминиевую шину:

«Наматываю» 2 таких шины по 2 витка. Учите если будете мотать так же параллельно, делайте это в одном направлении что бы не вышло противофазы. Это было нелегко:

Обрабатываю концы выводов и вперед к испытаниям 🙂

Видео:

—
—

Сжечь большой гвоздь так и не получилось, или СССР или просто старый.

В итоге получился трансформатор на 2 вольта и примерно 400-500А, замерять ток пока что нечем.

VN:F [1.9.20_1166]

Rating: 9.3/10 (80 votes cast)

MOT — мощный трансформатор из микроволновой печи, 9.

3 out of 10 based on 80 ratings

Поделиться ссылкой с друзьями:

Трансформатор микроволновки МОТ | Строим дом сами

Для питания магнетрона микроволновой печи традиционно применяется выпрямленное высокое напряжение, получаемое из сетевого при помощи повышающего трансформатора, который так и называется «МОТ» (аббревиатура от английского «Microwave Oven Tranformer» — трансформатор микроволновой печи).

На выходе МОТа (а точнее – на его анодной обмотке) переменное напряжение в районе 2200 вольт складывается с напряжением на проходном конденсаторе удвоителя (емкостью 1 мкф), и подается на анод магнетрона уже в форме пульсирующего напряжения частотой 50 Гц, величиной порядка 4000-4500 вольт — этого как раз достаточно для нормальной работы магнетрона, который является весьма мощным электронным прибором.

Магнетрон здесь включен параллельно высоковольтному диоду, который служит в качестве клапана в схеме удвоителя напряжения.

Накал магнетрона также обеспечивается МОТом, для этой цели здесь имеется дополнительная вторичная обмотка (накальная), состоящая из 3 витков, и выдающая от 2,5 до 4,6 вольт при токе до 20 ампер. Для каждого магнетрона МОТ подбирается индивидуально, в связи с чем и параметры обмоток МОТов от разных микроволновок будут немного отличаться от модели к модели, в большую или в меньшую сторону. Так или иначе, именно МОТ остается наиболее тяжелым элементом любой микроволновой печи, и именно от него зависит то, какую мощность сможет обеспечить магнетрон в данной микроволновке.

Многие из тех, кому довелось видеть МОТ или даже посчастливилось держать его в руках, наверняка обратили внимание на особенность, заключающуюся в том, что габариты МОТа очень скромны, несмотря на мощность микроволновки, в которой он был установлен.

Например, если исходить из обычных ориентиров касательно габаритной мощности сетевого трансформатора, то окажется, что МОТ имеет в 2 раза меньший по объему Ш-образный магнитопровод, чем следовало бы применить при столь существенной рабочей мощности микроволновки. Это значит, что под своей обычной нагрузкой трансформатор данного вида работает в не совсем обычном режиме.

Давайте же разберемся, что отличает МОТ от других сетевых трансформаторов.

Действительно, трансформатор микроволновки не работает все время на чисто активную нагрузку. Цепь магнетрона для переменного тока является по большому счету нагрузкой емкостной. Именно по этой причине между обмотками трансформатора микроволновки установлены дополнительные конструктивные элементы магнитопровда – шунты.

Благодаря наличию шунтов, рабочий магнитный поток имеет возможность частично замыкаться вне вторичной обмотки, что равноценно включению в рабочую цепь балластного дросселя. По этой причине, именно данный конкретный МОТ, именно с этим конкретным магнетроном в паре будет работать идеально, и не выйдет из строя. Однако работать МОТ будет все равно на пределе своих возможностей, хотя и не влетая в опасное насыщение. Статистика свидетельствует, что чаще всего из строя выходят магнетроны, но не МОТы.

Любители катушек Николы Тесла на искровом промежутке часто используют МОТы в качестве высоковольтных сетевых трансформаторов. Для этого несколько МОТов соединяют анодными обмотками последовательно, а первичные обмотки включают параллельно. Часто для получения большей мощности от МОТов, тесластроители выбивают из МОТов шунты, и даже погружают трансформаторы в масло.

Конечно, и без шунтов МОТ способен работать даже на мощную активную нагрузку, но такая работа продлится не более нескольких минут, и сильный перегрев не заставит себя долго ждать. Поэтому, если МОТ используется не по прямому назначению, да еще и без шунтов, – имеет смысл применять принудительное его охлаждение.

Внимание! Напряжение вторичной обмотки МОТа смертельно опасно и работать с ним нужно предельно аккуратно.

Тематические статьи

Страничка эмбеддера » Как работает трансформатор Тесла. Часть 3. Повышающий трансформатор.

В этой статье речь пойдет об одном из главных компонентов SGTC – повышающем трансформаторе.

ВНИМАНИЕ! Компоненты, описываемые в этой статье, чрезвычайно опасны. Неправильное обращение с ними может привести к серьезной травме или летальному исходу. Используя их, вы делаете это на свой страх и риск. Автор статьи не несет и не может нести никакой ответственности за ваши действия.

 

МОТ

В качестве повышающего трансформатора для SGTC чаще всего используется трансформатор от микроволновки, но-же Microwave Oven Transformer (MOT), на русском его тоже назыают “мот”.

 

Действующее выходное напряжение MOTа составляет 2кВ (а пиковое 2. 8кВ). Такие трансформаторы выпускаются на мощность от 500 до 2000Вт. Кроме первичной и высоковольтной вторичной обмотки, в моте присутствует накальная обмотка. Эта обмотка обычно выдает напряжение 3В и ток до 15А.

Оба контакта первичной обмотки (которая подключается к сети) выведены как лепестки, а высоковольтная вторичная обмотка одним концом соединена с сердечником, а другим выведена на лепесток.

Для того, чтобы трансформатор эффективно работал на емкостную нагрузку (в микроволновке он именно на такую и нагружен), в него вставляют магнитные шунты. За счет замыкания части магнитного потока в обход вторичной обмотки, шунты вносят эквивалентную последовательную индуктивность, аналогичную включению балластного дросселя. Но ввиду малого сечения шунтов, использовать мот без дополнительного балласта нельзя. Для применений, где нужна большая активная мощность шунты выбивают.

Производители делают все, чтобы удешевить производство МОТов, поэтому эти трансформаторы работают на пределе. Сечение меди мало для такой мощности (иногда вместо меди вообще использую алюминий), а сердечник работает с насыщением. Из-за этого МОТы сильно греются и требуют принудительного воздушного охлаждения при запусках больше чем на пару минут.

 

От этих недостатков свободен так называемый совмот (Советский МОТ). Как следует из названия, это -трансформатор из микроволновок Советского (или Российского) производства. Совмоты рассчитаны на работу без принудительного охлаждения.

Часто, несколько МОТов включают вместе для увеличения выходного напряжения. Два мота включить относительно легко —

Такая конструкция будет хорошо работать на воздухе так-как напряжение между первичной и вторичной обмоткой у обоих трансформаторах не превышает напряжения при обычном включении. Обратите внимание на фазировку обмоток – в данном случае она очень важна!

Для охлаждения, МОТы можно заливать маслом, это может оказаться эффективнее, чем воздушный обдув.

Более двух МОТов включать не рекомендуется в любой конфигурации. Распространен миф о том, что 4 и более МОТа могут работать, если залить их маслом. Возможно, работать они и будут, но о надежности такой конструкции не может быть и речи. Напряжение между сердечником и первичной обмоткой крайних МОТов в таком включении будет сильно превышать напряжение на которое рассчитана изоляция (к примеру, для конструкции из четырех МОТов, напряжение между сердечником и первичной обмоткой крайних составит 220+2000В, а изоляция рассчитана только на 220).

МОТы нельзя считать трансформаторами, пригодными для работы в SGTC. Мот работает на пределе во всех отношениях, но на безрыбье и рак-рыба.

NST

Более подходящим, по моему мнению, повышающим трансформатором для начинающих является NST (Neon Sign Transformer) или трансформатор для неоновых вывесок. Несмотря на то, что выходное напряжение этого типа трансформаторов выше, чем у МОТа, выходной ток у них ограничен и, поэтому, они слегка безопаснее.

В конструкции NST также как и в конструкции МОТа имеются шунты. Эквивалентная последовательная индуктивность, созданная этими шунтами, достаточна для того, чтобы применять NST в SGTC без балласта.

Изоляция высоковольтной обмотки NST рассчитана лишь на номинальное рабочее напряжение и практически не имеет запаса электрической прочности. Поэтому, при использовании такого трансформатора для питания трансформатора Тесла, следует обязательно применять хорошие низкочастотные фильтры и предусмотреть защитные разрядники на землю.

NST выпускаются на напряжения от 1кВ до 15кВ, и могут выдавать ток от 20мА до 120мА.

 

Отечественный NST ТГ1020К – 10кВ 20мА

 

Трансформаторы для неона не нуждаются в принудительном охлаждении. Допускается параллельное соединение одинаковых NST.

В последнее время все чаще NST стали делать “электронными” – внутри вместо железа и меди стоит электронная схема. Такие трансформаторы для SGTC не подходят. Отличить электронный NST от железного можно по весу и по документации. Правило такое – чем NST тяжелее, тем лучше он подходит для теслы.

 

Свиньи

“свиньи” получили свое название получили от английского “Polepig”

Свиньи – это трансформаторы, монтируемые непосредственно на опорные столбы линий электропередач. Они предназначены для питания малых потребителей электроэнергии типа частных домов или железнодорожного оборудования. Напряжение высоковольтной обмотки таких трансформаторов составляет 6, 10 или 27.5кВ. Низковольтная обмотка рассчитана на 230В.  “Свиньи” изготавливаются в различном исполнении — масляные и сухие герметизированные, однофазные и трехфазные. Однофазные, как правило, рассчитаны на сравнительно небольшие мощности — 0.63, 1, 1.25, 1.6, 2.5, 4, 10кВА. Трехфазные — обычно имеют мощность порядка 16кВА и выше.

Кроме силовых “свинов”, существуют измерительные —  у них нормирован  коэффициент трансформации. Такие трансформаторы предназначены для измерения, защиты и учета электроэнергии в высоковольтных сетях. Номинальные напряжения высоковольтной обмотки измерительных трансформаторов бывают такими:  3, 3.15, 4.5, 6, 6.3, 10, 10.5, 12, 13.5, 15, 18, 20, 24, 27.5, 31.5, 35, 63, 110кВ. Номинальная мощность измерительных трансформаторов лежит в диапазоне 0.3-2.5кВА. Низковольтные обмотки  измерительных трансформаторов зачастую бывает рассчитаны на  100В (хотя выпускаются и варианты, рассчитанные на другие напряжения).

Общение со “свиньей” может закончится очень плачевно. Кроме опасности поражения током, в “свиньях” так-же присутствует горючее и, иногда, ядовитое (совтол и ПХБ) масло.

 

Экзотические системы питания

Тесластроители (особенно начинающие) пытаются придумать разные альтернативные источники питания. Цель – сэкономить финансы и использовать то, что есть под рукой. Типичные примеры — строчник с выпрямителем, или умножителем, катушка Румкорфа, эбонитовая палочка с тряпочкой, электрофорная машина итп. К сожалению, большинство попыток придумать что-то оригинальное оказывается совершенно неработоспособными, а те, что работают, показывают очень плохие результаты. Поэтому я настоятельно советую не изобретать чепуху, а делать катушки с использованием NST, или MOTов. Запомните – собрать хороший импульсный источник питания, способный работать в тесле во много раз сложнее, чем собрать саму теслу!

 

Общие сведения

Повторюсь – высоковольтные трансформаторы очень опасны! Для того, чтобы получить смертельный удар не обязательно прикасаться к выводу трансформатора – между вами может пробиться воздух. Не стоит полагаться на влажные изоляторы даже если они очень длинные. Перед тем, как касаться трансформатора, нужно быть совершенно уверенным в том, что он отключен от сети. Для этого можно повесить параллельно первичной обмотке трансформатора лампочку, а лучше две – одна может сгореть.

Корпус трансформатора и его сердечник должны быть заземлены. Это касается и МОТов и NST и “свинов”. Перед повышающим трансформатором должен стоять автомат, рассчитанный на максимальный потребляемый ток. Если его не поставить — можно сжечь проводку и трансформатор, а также устроить пожар.

Минимальная длинна штанги для “пускания дуг” – 1метр, но дуги лучше не пускать – такие эксперименты могут уменьшить продолжительность жизни трансформатора (и вашей) до нуля.

 

Благодарности

Electricman – за фотографию совмота — спасибо!
Anton_111 – за рецензию, правку моих глупостей и информацию о свиньях.

Перегорел силовой трансформатор микроволновой печи

Сложно представить себе современный быт без микроволновой печи. Это одно из немногих устройств, при поломке которого никто не желает ждать и дня, а сразу обращается в ремонт или идет и покупает новое устройство. Такая привязанность к этой помощнице обусловлена множеством преимуществ, которые она способна дать пользователю. Наверно, многие уже не помнят, как это — разогревать холодные блюда на плите или размораживать замороженные продукты в течение суток.

В сегодняшних реалиях время является самым ценным ресурсом, который невозможно восполнить и микроволновка — один из тех приборов, которые позволяют нам его экономить и не тратить понапрасну. Производители современных микроволновых печей оснащают их множеством полезных опций, чтобы придать своей продукции как внешней, так и функциональной привлекательности. Среди ряда возможностей, которыми оборудованы современные модели, есть функции гриля, конвекции, сенсорного управления и другие полезные инновации.

Но иногда может произойти так, что, собираясь разогреть блюдо и включив микроволновку, пользователь не видит начала ее работы. Что же могло стать причиной такого поведения печи? Скорее всего вышел из строя силовой трансформатор.

На что обратить внимание, если микроволновка не запускается

Первое и единственное что можно проверить, не разбирая печь, это конечно наличие электричества в сети. Нужно попробовать подключить в эту же розетку другой прибор, а если подключение реализовано через удлинитель, то необходимо проверить и его. Если с напряжением все в порядке и есть желание самостоятельно заняться ремонтом, то можно приступать к снятию корпуса с устройства, обязательно предварительно отключив его от сети. Микроволновка — довольно простое устройство, как правило, не содержащее много элементов. Все запчасти печи расположены под корпусом, за панелью управления. Сняв корпус, нужно найти предохранитель. Он, как правило, стеклянный и расположен в месте входа электрического кабеля. Далее можно проверить термопредохранитель, расположенный сверху магнетрона.

Если оба эти элемента целы, то значит, что ток поступает к основным рабочим деталям устройства и проблема скрывается где-то глубже. Проверить работоспособность более сложных элементов самостоятельно не получится, не имея определенных навыков и знаний. Единственное, что можно сделать — это произвести визуальный осмотр элементов на предмет возгораний или оплавлений. Если самостоятельная диагностика не дала результата — то потребуется везти печь в мастерскую или вызывать специалиста на дом.

Мастер выявил неисправность силового трансформатора

Магнетрон в микроволновке является основным элементом, для подключения которого требуется очень высокое напряжение (около 2200 В). Для того, чтобы преобразовать входное напряжение сети (220В) в необходимое для работы устройства, в нем установлен специальный трансформатор МОТ (Microwave Oven Transformer). Этот элемент может выйти из строя крайне редко, а его замена может обойтись в половину стоимости самого устройства.

При работе трансформатор нагревается. Для его охлаждения устанавливается специальный вентилятор, остановка которого и может послужить причиной перегрева и выхода из строя преобразователя. Микроволновая печь довольно простое и относительно недорогое устройство, поэтому при поломке таких основных элементов как магнетрон или трансформатор, стоит задуматься о приобретении новой печи. Большинство мастеров, обслуживающих эту технику, ставят некачественные или бывшее в употреблении трансформаторы, что может привести не только к дальнейшим поломкам, но и к возгоранию электропроводки.

Надежные микроволновые печи от Korting

Компания Korting производит качественные микроволновые печи, которые могут встраиваться в кухонные гарнитуры или устанавливаться отдельно. Встраиваемые модели обладают элегантным дизайном и отлично вписываются в большинство современных и классических интерьеров. Пользователи могут выбрать модели с объемом внутренней камеры от 20 до 44 литров, что позволяет готовить даже крупногабаритные блюда. Некоторые модели оснащаются грилем и системой конвекции, которые дают возможность задавать блюдам хрустящую корочку. Покупка модели с грилем превращает микроволновку в полноценный духовой шкаф, который может использоваться для приготовления самых разнообразных блюд. Доступны модели с сенсорным управлением, а также такие, которые управляются при помощи кнопок и переключателей.

Лучшее место для покупки оригинальной техники Korting — это фирменный магазин. В нашем каталоге вы можете найти качественную бытовую технику, на которую распространяется гарантия в 12 месяцев. Доступна доставка товара по Москве и Санкт-Петербургу при помощи курьерской службы. Доставка в другие регионы России осуществляется при содействии независимых транспортных компаний.

Использование трансформатора микроволновой печи в качестве балласта путем замыкания вторичной обмотки

Трансформатор микроволновой печи (MOT) не является (несмотря на название) обычным трансформатором, это специально разработанный неидеальный трансформатор.

Идеальные трансформаторы изготавливаются как «совершенные», насколько это возможно с экономической точки зрения, поэтому возможна максимальная индуктивность обмотки, максимальная проницаемость сердечника и минимальная индуктивность рассеяния. Неидеальные трансформаторы имеют одну или несколько из этих конечных целей, предназначенных для определенной цели.

MOT спроектирован так, чтобы иметь относительно большую индуктивность рассеяния, чтобы резонировать и уменьшать полное сопротивление сдвоенного конденсатора, который он возбуждает. Это достигается за счет использования магнитных шунтов между первичной и вторичной обмотками. Вы увидите это в статьях, на которые вы ссылаетесь. Другой способ описать конечную индуктивность рассеяния состоит в том, что связь между обмотками слабая, а не плотная.

Когда вы закорачиваете вторичную часть MOT, первичная представляет, по существу, индуктивность рассеяния. Это ограничит потребляемый ток в 2 или 3 раза по сравнению с нормальным рабочим током, правым ориентиром для «развлечения с MOT» и, как правило, достаточно низким, чтобы не повредить предохранители / прерыватели. Если вы оставите вторичную обмотку открытой, она представляет первичную индуктивность, слишком высокую, чтобы ее можно было использовать в качестве балласта. Это то, что вы получите, если уберете вторичное устройство из MOT.

Если вы выберете идеальный трансформатор и одну короткую обмотку, то другая обмотка также будет эффективно «закорочена», так как индуктивность рассеяния очень мала. Это не будет работать как балласт.

Имейте в виду, что MOT — это наихудший из возможных источников, с точки зрения безопасности, для начала обучения в области электричества или высокого напряжения . Если вас укусила катушка автоматического зажигания, вы будете жить. Если вас укусила неоновая вывеска, вы вполне можете жить. Если вас укусила ТО, вы, вероятно, умрете. У него достаточно напряжения, чтобы прыгать через сухую одежду, и достаточно тока в 10 раз, чтобы остановить ваше сердце. Не будь случайным вокруг ТО.

Стоит отметить, что ваша диаграмма не соответствует вашему описанию. Диаграмма показывает балласт последовательно с вторичным, а не первичным. Правильное место для использования балласта с «закороченным вторичным MOT» находится последовательно с первичным, где правильно показан резистивный балласт. Снимите резистор и замените его первичным балластом с «короткозамкнутым вторичным током».

Если вы хотите жить более опасно, вы можете использовать балласт MOT во вторичной обмотке, как показано в (a), с помощью его вторичной обмотки с короткозамкнутой первичной обмоткой. Хотя это электрически более или менее эквивалентно в том, что касается дуги, это означает, что случай, когда балласт находится под напряжением, и что любые другие разряды, полученные из вторичного контура MOT, не являются балластными. Балласт первичной стороны, как в (b), безусловно, лучший режим работы.

Разница между трансформатором и асинхронным двигателем

Асинхронный двигатель — это, по сути, трансформатор — в чем разница?

Асинхронный двигатель — это, по сути, трансформатор , в котором статор является первичным, а ротор — короткозамкнутым вторичным. Это очевидно, особенно когда ротор неподвижен. Ток ротора создает поток, который противодействует и, следовательно, имеет тенденцию ослаблять поток статора. Это приводит к протеканию большего тока в обмотке статора, так же как увеличение вторичного тока в трансформаторе вызывает соответствующее увеличение первичного тока.Очень часто анализ асинхронного двигателя выполняется на тех же принципах, что и трансформатор, с модификацией, в которой короткозамкнутая вторичная обмотка рассматривается как вращающаяся.

Обратите внимание, что принцип работы как трансформатора, так и асинхронного двигателя одинаков, то есть по закону Фарадея электромагнитной индукции или взаимной индукции.

Итак, в чем разница между трансформатором и асинхронным двигателем, если принцип действия одинаков для обеих машин?

Разница между асинхронным двигателем и трансформатором

1. Трансформатор — это статическое устройство , тогда как двигатель — это династическая машина. содержит движущиеся части.
2. Трансформатор передает электрическую мощность из одной цепи в другую без изменения частоты питания, то есть он только повышает или понижает уровень напряжения и тока, тогда как асинхронный двигатель преобразует электрическую мощность в механическую энергию .
3. В трансформаторе частота наведенной ЭДС и тока во вторичной обмотке равна частоте питания, то есть первичная и вторичная частота постоянны, в то время как в асинхронном двигателе частота тока и ЭДС на статоре остаются такими же, в то время как частота ротора является переменной , которая зависит от скольжения, а скольжение дополнительно зависит от нагрузки двигателя.Частота наведенной ЭДС на роторе равна скольжению, умноженному на частоту статора.
4. В трансформаторе входная и выходная энергия (первичная и вторичная) имеет вид электрической энергии , тогда как в двигателе энергия питания в роторе имеет электрическую форму, а энергия статора преобразуется в механическую энергию . форма энергии .
5. Трансформатор — это машина с переменным магнитным потоком , а асинхронный двигатель — это машина с вращающимся магнитным потоком .
6. В трансформаторе в основном ферромагнитный железный сердечник используется в качестве среды для прохождения потока от первичной обмотки ко вторичной, тогда как в асинхронном двигателе воздушный зазор используется между ротором и статором .
7. Трансформатор может работать с любым коэффициентом мощности в зависимости от нагрузки, в то время как асинхронный двигатель работает с отстающим коэффициентом мощности , потому что он потребляет отстающий ток для намагничивания ротора, подаваемого при запуске и работе из-за воздушного зазора.
8. КПД трансформатора всегда на выше КПД асинхронного двигателя, потому что в трансформаторе нет движущихся частей, тогда как в асинхронном двигателе возникают механические потери, поскольку он не является статической машиной, такой как трансформатор.

Похожие сообщения:

Выбор трансформатора

Выбор трансформатора

Руководство по определению размеров одно- или трехфазного трансформатора.

---

Однофазный

Однофазный трансформатор предназначен для преобразования однофазного или трехфазного входного (источника) напряжения в однофазное выходное (нагрузочное) напряжение, необходимое для вашего оборудования. Чтобы выбрать правильный однофазный трансформатор, вы должны сначала определить:

1) Устанавливаемое оборудование работает от однофазного источника питания (см. Паспортную табличку оборудования или руководство по установке). 2) Первичное напряжение трансформатора. Это то же самое, что и линейное входное (или исходное) напряжение, обычно 480 или 600 вольт переменного тока. 3) Вторичное напряжение трансформатора. Устанавливаемое оборудование будет иметь указанное напряжение питания (см. Паспортную табличку оборудования или руководство по установке).Выбранный трансформатор должен иметь вторичное напряжение, равное требуемому напряжению питания оборудования, обычно 120/240 В переменного тока.

4) Частота в герцах (циклах в секунду) входного (источника) напряжения должна совпадать с рабочей частотой поставляемого оборудования. Выбранный трансформатор должен работать на той же частоте. Типичная рабочая частота 60 Гц. 5) Общая ВА нагрузки определяется как произведение напряжения, подаваемого на нагрузку, и тока, проходящего через нее.Обычно это выражается в ВА (вольт-амперы) или кВА (киловольт-амперы) на паспортной табличке оборудования. Общая нагрузка часто представляет собой комбинацию различных нагрузок (например, освещение, обогреватели, двигатели). Вы должны рассчитать эти отдельные нагрузки и сложить их, чтобы получить общую нагрузку трансформатора. Выбранный трансформатор должен иметь номинальную мощность в кВА, равную или превышающую нагрузку на трансформатор.

Как найти кВА по таблице полной нагрузки A) Определите вторичное напряжение вашего трансформатора. B) Суммируйте общие значения в амперах, требуемых нагрузкой. C) Из приведенной ниже таблицы тока полной нагрузки выберите трансформатор с соответствующим вторичным напряжением, со стандартной мощностью в кВА и силой тока, равной или превышающей сумму, требуемую нагрузкой. Таблица тока полной нагрузки (однофазный трансформатор) кВА Ток в амперах 120 В 240 В 416V 480 В 600 В 2400В 4160V 0.25 2,08 1.04 0,6 0,52 0,41 – – 0,5 4,16 2,08 1,2 1.04 0,83 – – 0,75 6,25 3,13 1,8 1,56 1.25 – – 1 8,33 4,17 2,4 2,08 1,67 – – 1,5 12,5 6,25 3,6 3,13 2,5 – – 2 16,7 8. 33 4,81 4,17 3,33 – – 3 25 12,5 7,21 6,25 5 1,25 0,72 5 41,6 20,8 12 10,4 8,33 2,08 1.2 7,5 62,5 31,2 18 15,6 12,5 3,12 1,8 10 83,3 41,6 24 20,8 16,6 4,16 2,4 15 125 62,5 36 31.2 25 6,25 3,6 25 208 104 60 52 41,6 10,4 6 37,5 312 156 90,1 78,1 62,5 15,6 9,01 50 416 208 120 104 83. 3 20,8 12 75 625 312 180 156 125 31,2 18 100 833 416 240 208 166 41,6 24 150 1250 625 360 312 250 62.5 36 167 1391 695 401 347 278 69,5 40,1 250 2083 1041 600 520 416 104 60 333 2775 1387 800 693 555 138 80

Однофазный двигатель переменного тока Рабочие токи при полной нагрузке в амперах и рекомендуемые характеристики трансформатора Мощность Ток полной нагрузки (А) Минимальный трансформатор, кВА 110–120 В 208В 220-240 В * 0. 5 9,8 5,4 4,9 1,5 0,75 13,8 7,6 6,9 2 1 16 8,8 8 3 1,5 20 11 10 3 2 24 13.2 12 5 3 34 18,7 17 5 5 56 30,8 28 7,5 7,5 80 44 40 15 10 100 55 50 15 15 135 74.8 68 25 20 – – 88 25 25 – – 110 37,5 30 – – 136 37,5 40 – – 176 50 50 – – 216 75 Номинальные значения кВА включают 10% избыточной мощности для частых запусков двигателя. * Для двигателей на 200 В увеличьте номинальное напряжение 220–240 В на 15%.

---

Трехфазный

Трехфазный трансформатор предназначен для преобразования трехфазного входного (источника) напряжения в однофазное и трехфазное выходное (нагрузочное) напряжения, необходимые для вашего оборудования. Чтобы выбрать правильный трехфазный трансформатор, вы должны сначала определить: 1) Устанавливаемое оборудование работает от трехфазного источника питания .Примечание. Если нагрузку составляют как однофазное, так и трехфазное оборудование, а однофазное и трехфазное оборудование составляет нагрузку, однофазное оборудование подключается только к одной фазе трансформатора. 2) Первичное напряжение трансформатора. Это то же самое, что и линейное входное (или исходное) напряжение, обычно 480 или 600 вольт переменного тока. 3) Вторичное напряжение трансформатора. Это выходное напряжение трансформатора, которое должно быть таким же, как напряжение, требуемое для устанавливаемого оборудования (см. Паспортную табличку оборудования, обычно 208Y / 120 В). 4) Частота в герцах (циклах в секунду) входного (источника) напряжения должна совпадать с рабочей частотой поставляемого оборудования. Выбранный трансформатор должен работать на той же частоте. Типичная рабочая частота 60 Гц. 5) Общая ВА нагрузки определяется как произведение напряжения, подаваемого на нагрузку, и тока, проходящего через нее. Обычно это выражается в ВА (вольт-амперах) или кВА (киловольт-амперах) на паспортной табличке оборудования. Общая нагрузка часто представляет собой комбинацию различных нагрузок (например, освещение, обогреватели, двигатели). Вы должны рассчитать эти отдельные нагрузки и сложить их, чтобы получить общую нагрузку трансформатора. Выбранный трансформатор должен иметь номинальную мощность в кВА, равную или превышающую требуемую нагрузку. Примечание: трехфазный трансформатор необходимо выбирать так, чтобы ни одна из фаз не перегружалась. Если вы подключаете однофазную нагрузку к одной фазе трехфазного трансформатора, вы должны рассчитывать нагрузку, как если бы она нагружала все три фазы. Таблица тока полной нагрузки — 3-х фазный трансформатор? кВА Ток в амперах 208В 240 В 380В 416V 480 В 600 В 2400В 4160V 2 5.55 4,81 3,03 2,77 2,4 1,92 0,48 0,27 3 8,32 7,21 4,55 4,16 3,6 2,88 0,72 0,41 6 16,6 14,4 9,11 8. 32 7,21 5,77 1,44 0,83 9 24,9 21,6 13,6 12,4 10,8 8,66 2,16 1,24 15 41,6 36 22,7 20,8 18 14,4 3.6 2,08 30 83,2 72,1 45,5 41,6 36 28,8 7,21 4,16 45 124 108 68,3 62,4 54,1 43,3 10,8 6,24 75 208 180 113 104 90.2 72,1 18 10,4 112,5 312 270 170 156 135 108 27 15,6 150 416 360 227 208 180 144 36 20. 8 225 624 541 341 312 270 216 54,1 31,2 300 832 721 455 416 360 288 72,1 41,6 450 1249 1082 683 624 541 433 108 62.4 500 1387 1202 759 693 601 481 120 69,3 600 1665 1443 911 832 721 577 144 83,2 750 2081 1804 1139 1040 902 721 180 104

Трехфазный электродвигатель переменного тока Рабочие токи при полной нагрузке в амперах и рекомендуемые характеристики трансформатора Мощность Ток полной нагрузки (А) Минимум Трансформатор кВА 110–120 В 208В 220-240 В * 440–480В 550-600В 0. 5 4 2,2 2 1 0,8 3 0,75 5,6 3,1 2,8 1,4 1,1 3 1 7,2 4 3,6 1,8 1,4 3 1.5 10,4 5,7 5,2 2,6 2,1 3 2 13,6 7,5 6,8 3,4 2,7 6 3 19,2 10,7 9,6 4,8 3,9 6 5 30.4 16,7 15,2 7,6 6,1 9 7,5 44 24 22 11 9 15 10 56 31 28 14 11 15 15 84 46 42 21 17 30 20 108 59 54 27 22 30 25 136 75 68 34 27 45 30 160 88 80 40 32 45 40 208 114 104 52 41 75 50 260 143 130 65 52 75 60 – 170 154 77 62 75 75 – 211 192 96 77 112. 5 100 – 273 248 124 99 150 Номинальные значения кВА включают 10% избыточной мощности для частых запусков двигателя. * Для двигателей на 200 В увеличьте номинальное напряжение 220–240 В на 15%.

20.2 Двигатели, генераторы и трансформаторы — физика

Электродвигатели, генераторы и трансформаторы

Как мы узнали ранее, на провод с током в магнитном поле действует сила — вспомните, F = IℓBsinθF = IℓBsinθ.Электродвигатели, которые преобразуют электрическую энергию в механическую, являются наиболее распространенным приложением магнитной силы к токоведущим проводам. Двигатели состоят из витков провода в магнитном поле. Когда ток проходит через петли, магнитное поле оказывает на петли крутящий момент, который вращает вал. При этом электрическая энергия преобразуется в механическую работу. На рисунке 20.23 показан схематический чертеж электродвигателя.

Рисунок 20.23 Крутящий момент в токовой петле.Вертикальная петля из проволоки в горизонтальном магнитном поле прикреплена к вертикальному валу. Когда ток проходит через проволочную петлю, на нее действует крутящий момент, заставляя ее вращать вал.

Давайте исследуем силу на каждом сегменте контура на рисунке 20.23, чтобы найти крутящие моменты, возникающие вокруг оси вертикального вала — это приведет к полезному уравнению для крутящего момента на контуре. Мы предполагаем, что магнитное поле однородно по прямоугольной петле, которая имеет ширину w и высоту, ℓ, как показано на рисунке.Сначала рассмотрим силу, действующую на верхний сегмент петли. Чтобы определить направление силы, мы используем правило правой руки. Ток идет на страницу слева направо, а магнитное поле идет слева направо в плоскости страницы. Согните пальцы правой руки от вектора тока к вектору магнитного поля, а большой палец правой руки направлен вниз. Таким образом, сила на верхнем сегменте направлена ​​вниз, что не создает крутящего момента на валу. Повторение этого анализа для нижнего сегмента — пренебрегая небольшим зазором, где выходят подводящие провода — показывает, что сила на нижнем сегменте направлена ​​вверх, снова не создавая крутящего момента на валу.

Рассмотрим теперь левый вертикальный сегмент петли. Снова используя правило правой руки, мы обнаруживаем, что сила, действующая на этот сегмент, перпендикулярна магнитному полю, как показано на рисунке 20.23. Эта сила создает крутящий момент на валу. Повторение этого анализа на правом вертикальном сегменте петли показывает, что сила на этом сегменте направлена ​​в направлении, противоположном направлению силы на левом сегменте, таким образом создавая равный крутящий момент на валу. Таким образом, общий крутящий момент на валу вдвое превышает крутящий момент на одном из вертикальных сегментов петли.

Чтобы определить величину крутящего момента при вращении проволочной петли, рассмотрите рисунок 20. 24, на котором показан вид проволочной петли сверху. Напомним, что крутящий момент определяется как τ = rFsinθ, τ = rFsinθ, где F — приложенная сила, r — расстояние от оси до места приложения силы, а θ — угол между r и F . Обратите внимание, что при вращении петли ток в вертикальных сегментах петли всегда перпендикулярен магнитному полю.Таким образом, уравнение F = IℓBsinθF = IℓBsinθ дает величину силы на каждом вертикальном сегменте как F = IℓB.F = IℓB. Расстояние × от вала до места приложения этой силы составляет × /2, поэтому крутящий момент, создаваемый этой силой, равен

τsegment = rFsinθ = w / 2IℓBsinθ = (w / 2) IℓBsinθ.τsegment = rFsinθ = w / 2IℓBsinθ = (w / 2) IℓBsinθ.

20,10

Поскольку имеется два вертикальных сегмента, общий крутящий момент в два раза больше, или

τ = wIℓBsinθ. τ = wIℓBsinθ.

20,11

Если у нас есть многократный контур с Н витков, мы получим Н, раз больше крутящего момента одиночного контура.Используя тот факт, что площадь петли равна A = wℓ; A = wℓ; выражение для крутящего момента становится

τ = NIABsinθ. τ = NIABsinθ.

20.12

Это крутящий момент на токоведущей петле в однородном магнитном поле. Можно показать, что это уравнение справедливо для петли любой формы.

Рисунок 20.24 Вид сверху на проволочную петлю с рисунка 20.23. Магнитное поле создает силу F на каждом вертикальном сегменте проволочной петли, которая создает крутящий момент на валу.Обратите внимание, что токи Iin, IoutIin и Iout имеют одинаковую величину, потому что они оба представляют ток, протекающий в проводной петле, но IinIin течет на страницу, а IoutIout вытекает из страницы.

Из уравнения τ = NIABsinθ, τ = NIABsinθ, мы видим, что крутящий момент равен нулю, когда θ = 0. θ = 0. По мере вращения проволочной петли крутящий момент увеличивается до максимального положительного крутящего момента wℓBwℓB, когда θ = 90 ° .θ = 90 °. Затем крутящий момент уменьшается до нуля, когда проволочная петля поворачивается на θ = 180 ° .θ = 180 °.От θ = 180 ° θ = 180 ° до θ = 360 °, θ = 360 ° крутящий момент отрицательный. Таким образом, крутящий момент меняет знак каждые пол-оборота, поэтому проволочная петля будет колебаться вперед и назад.

Чтобы катушка продолжала вращаться в том же направлении, ток меняется на противоположный, когда катушка проходит через θ = 0 и θ = 180 ° θ = 0 и θ = 180 ° с использованием автоматических переключателей, называемых щетками , как показано на рисунке 20.25.

Рисунок 20.25 (a) Поскольку угловой момент катушки переносит ее через θ = 0, θ = 0, щетки меняют направление тока, и крутящий момент остается по часовой стрелке.(b) Катушка непрерывно вращается по часовой стрелке, при этом ток меняет направление на каждую половину оборота для поддержания крутящего момента по часовой стрелке.

А теперь подумайте, что произойдет, если запустить двигатель в обратном направлении; то есть мы прикрепляем ручку к валу и механически заставляем катушку вращаться в магнитном поле, как показано на рисунке 20.26. Согласно уравнению F = qvBsinθF = qvBsinθ — где θθ — угол между векторами v → v → и B → -chargesB → — заряды в проводах петли испытывают магнитную силу, потому что они движутся в магнитном поле.Снова используя правило правой руки, когда мы сгибаем пальцы от вектора v → v → к вектору B → B →, мы обнаруживаем, что заряды в верхнем и нижнем сегментах ощущают силу, перпендикулярную проводу, которая не вызывает тока. . Однако заряды в вертикальных проводах испытывают силы, параллельные проводу, заставляя ток течь через провод и через внешнюю цепь, если она подключена. Такое устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую, называется генератором.

Рисунок 20.26 Когда эта катушка вращается на одну четверть оборота, магнитный поток Φ изменяется от максимального до нуля, вызывая ЭДС, которая пропускает ток через внешнюю цепь.

Поскольку ток индуцируется только в боковых проводах, мы можем определить наведенную ЭДС, рассматривая только эти провода. Как объясняется в разделе «Наведенный ток в проводе», ЭДС движения в прямом проводе, движущемся со скоростью v через магнитное поле B , равна E = Bℓv, E = Bℓv, где скорость перпендикулярна магнитному полю.В генераторе скорость составляет угол θθ с B (см. Рисунок 20.27), поэтому составляющая скорости, перпендикулярная B , равна vsinθ.vsinθ. Таким образом, в этом случае ЭДС, наведенная на каждом вертикальном сегменте провода, равна E = Bℓvsinθ, E = Bℓvsinθ, и они направлены в одном направлении. Полная ЭДС вокруг контура тогда составляет

E = 2Bℓvsinθ.E = 2Bℓvsinθ.

20,13

Хотя это выражение действительно, оно не дает ЭДС как функцию времени. Чтобы узнать, как ЭДС изменяется во времени, предположим, что катушка вращается с постоянной угловой скоростью ω. ω. Угол θθ связан с угловой скоростью соотношением θ = ωt, θ = ωt, так что

E = 2Bℓvsinωt.E = 2Bℓvsinωt.

20,14

Напомним, что тангенциальная скорость v связана с угловой скоростью ωω соотношением v = rω.v = rω. Здесь r = w / 2r = w / 2, так что v = (w / 2) ωv = (w / 2) ω и

E = 2Bℓ (w2ω) sinωt = Bℓwωsinωt. E = 2Bℓ (w2ω) sinωt = Bℓwωsinωt.

20,15

Заметив, что площадь петли A = ℓwA = andw и учитывая N витков, мы находим, что

E = NABωsinωtE = NABωsinωt

20.16

— ЭДС, индуцированная в катушке генератора из N витков и площади A, , вращающейся с постоянной угловой скоростью ωω в однородном магнитном поле B . Это также можно выразить как

E = E0sinωtE = E0sinωt

20,17

где

— максимальная (пиковая) ЭДС.

Рис. 20.27. Мгновенная скорость вертикальных отрезков провода составляет угол θθ с магнитным полем. Скорость показана на рисунке зеленой стрелкой, и указан угол θθ.

На рис. 20.28 показан генератор, подключенный к лампочке, и график зависимости ЭДС от времени. Обратите внимание, что ЭДС колеблется от положительного максимума E0E0 до отрицательного максимума −E0. − E0. Между тем, ЭДС проходит через ноль, что означает, что в это время через лампочку протекает нулевой ток. Таким образом, лампочка на самом деле мигает с частотой 2 f , потому что за период происходит два перехода через ноль. Поскольку такой переменный ток используется в домах по всему миру, почему мы не замечаем мерцания света? В Соединенных Штатах частота переменного тока составляет 60 Гц, поэтому свет мигает с частотой 120 Гц.Это быстрее, чем частота обновления человеческого глаза, поэтому вы не заметите мерцания огней. Кроме того, другие факторы препятствуют такому быстрому включению и выключению различных типов лампочек, поэтому светоотдача немного сглаживается .

Рис. 20.28 ЭДС генератора направляется на лампочку с показанной системой колец и щеток. График показывает зависимость ЭДС генератора от времени. E0E0 — пиковая ЭДС. Период равен T = 1 / f = 2π / ω, T = 1 / f = 2π / ω, где f — частота, с которой катушка вращается в магнитном поле.

Виртуальная физика

Генератор

Используйте это моделирование, чтобы узнать, как работает электрический генератор. Управляйте подачей воды, которая заставляет водяное колесо вращать магнит. Это вызывает ЭДС в ближайшей катушке провода, которая используется для зажигания лампочки. Вы также можете заменить лампочку вольтметром, который позволяет увидеть полярность напряжения, которая меняется с положительной на отрицательную.

Проверка захвата

Установите количество проволочных петель равным трем, силу стержневого магнита примерно на 50 процентов и площадь петли на 100 процентов. Обратите внимание на максимальное напряжение на вольтметре. Предполагая, что одно из основных делений вольтметра составляет 5 В, какое максимальное напряжение при использовании только однопроводной петли вместо трехпроводной петли?

1. 5 В
2. 15 В
3. 125 В
4. 53 В

В реальной жизни электрические генераторы сильно отличаются от рисунков в этом разделе, но принципы те же. Источником механической энергии, вращающей катушку, может быть падающая вода — гидроэнергия — пар, образующийся при сжигании ископаемого топлива, или кинетическая энергия ветра.Рисунок 20.29 показывает паровую турбину в разрезе; пар движется по лопастям, соединенным с валом, который вращает катушку внутри генератора.

Рисунок 20.29 Паротурбинный генератор. Пар, образующийся при сжигании угля, ударяет по лопаткам турбины, вращая вал, соединенный с генератором. (Источник: Nabonaco, Wikimedia Commons)

Еще одно очень полезное и распространенное устройство, использующее магнитную индукцию, называется трансформатором. Трансформаторы делают то, что подразумевает их название — они преобразуют напряжение из одного значения в другое; термин напряжение используется, а не ЭДС, потому что трансформаторы имеют внутреннее сопротивление.Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшая бытовая техника имеют встроенный в подключаемый модуль трансформатор, который преобразует 120 В или 240 В переменного тока в любое напряжение, используемое устройством. На рисунке 20.30 показаны два разных трансформатора. Обратите внимание на катушки проводов, которые видны на каждом устройстве. Назначение этих катушек поясняется ниже.

Рисунок 20.30 Слева — обычный трансформатор с многослойным сердечником, который широко используется в передаче электроэнергии и в электрических приборах.Справа — тороидальный трансформатор, который меньше трансформатора с многослойным сердечником для той же мощности, но более дорогой в изготовлении из-за оборудования, необходимого для наматывания проводов в форме пончика.

На рис. 20.31 показан трансформатор с многослойной обмоткой, который основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на устройство Фарадея, которое использовалось для демонстрации того, что магнитные поля могут генерировать электрические токи. Две катушки с проволокой называются первичной и вторичной катушками.При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную катушку, а вторичная обмотка создает преобразованное выходное напряжение. Железный сердечник не только улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, но также его намагниченность увеличивает напряженность поля, что аналогично тому, как диэлектрик увеличивает напряженность электрического поля в конденсаторе. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток проходит через вторичную катушку, вызывая выходное напряжение переменного тока.

Рисунок 20.31 Типичная конструкция простого трансформатора имеет две катушки, намотанные на ферромагнитный сердечник. Магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, в основном ограничивается и увеличивается сердечником, который передает его на вторичную катушку. Любое изменение тока в первичной катушке вызывает ток во вторичной катушке.

Ссылки на физику

Магнитная веревочная память

Чтобы отправить людей на Луну, программе Apollo нужно было спроектировать бортовую компьютерную систему, которая была бы прочной, потребляла мало энергии и была достаточно маленькой, чтобы поместиться на борту космического корабля.В 1960-х годах, когда была запущена программа Apollo, целые здания регулярно выделялись для размещения компьютеров, вычислительная мощность которых была бы легко превзойдена самыми простыми современными портативными калькуляторами.

Чтобы решить эту проблему, инженеры Массачусетского технологического института и крупного оборонного подрядчика обратились к памяти с магнитным тросом , которая была ответвлением аналогичной технологии, использовавшейся до того времени для создания запоминающих устройств с произвольным доступом. В отличие от памяти с произвольным доступом, память с магнитным тросом была постоянным запоминающим устройством, которое содержало не только данные, но и инструкции.Таким образом, на самом деле это было больше, чем память: это была компьютерная программа, зашитая зашитой.

Компонентами магнитной веревочной памяти были проволока и железные кольца, которые были названы сердечниками . Железные сердечники служили трансформаторами, как показано на предыдущем рисунке. Однако вместо того, чтобы наматывать провода несколько раз вокруг сердечника, отдельные провода пропускали только один раз через сердечники, создавая эти одновитковые трансформаторы. До 63 проводов word может проходить через одну жилу вместе с одним проводом bit .Если словарный провод проходит через данный сердечник, импульс напряжения на этом проводе вызывает в разрядном проводе ЭДС, которая интерпретируется как , . Если бы провод слова не проходил через сердечник, на разрядном проводе не наведалась бы ЭДС, что было бы интерпретировано как ноль .

Инженеры будут создавать программы, которые будут жестко встраиваться в эти магнитные тросы. Процесс подключения мог занять до месяца, так как рабочие кропотливо протягивали провода через одни жилы и вокруг других.Если были допущены какие-либо ошибки в программировании или подключении, отладка была бы чрезвычайно трудной, если не невозможной.

Эти модули неплохо справились со своей задачей. Им приписывают исправление ошибки астронавта в процедуре посадки на Луну, что позволило Аполлону-11 совершить посадку на Луну. Сомнительно, чтобы Майкл Фарадей когда-либо мог представить себе такое применение магнитной индукции, когда открыл ее.

Проверка захвата

Если бы разрядный провод был дважды обмотан вокруг каждой жилы, как это повлияло бы на напряжение, индуцированное в разрядном проводе?

1. Если количество витков вокруг провода удвоится, ЭДС уменьшится вдвое.
2. Если количество витков вокруг провода удвоится, ЭДС не изменится.
3. Если количество витков вокруг провода удваивается, то удваивается и ЭДС.
4. Если количество витков вокруг провода удвоено, ЭДС в четыре раза превышает начальное значение.

Для трансформатора, показанного на рисунке 20.31, выходное напряжение VSVS от вторичной обмотки почти полностью зависит от входного напряжения VPVP на первичной обмотке и количества петель в первичной и вторичной обмотках.Закон индукции Фарадея для вторичной обмотки дает наведенное выходное напряжение VSVS, равное

. VS = −NSΔΦΔt, VS = −NSΔΦΔt,

20,19

где NSNS — количество витков во вторичной катушке, а ΔΦ / ΔtΔΦ / Δt — скорость изменения магнитного потока. Выходное напряжение равно индуцированной ЭДС (VS = ES), (VS = ES) при небольшом сопротивлении катушки — разумное предположение для трансформаторов. Площадь поперечного сечения катушек одинакова с каждой стороны, как и напряженность магнитного поля, поэтому ΔΦ / ΔtΔΦ / Δt одинаковы с каждой стороны. Входное первичное напряжение VPVP также связано с изменением магнитного потока на

VP = −NPΔΦΔt.VP = −NPΔΦΔt.

20,20

Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение

VSVP = NSNP (3,07) .VSVP = NSNP (3,07).

20,21

Это известно как уравнение трансформатора. Он просто заявляет, что отношение вторичного напряжения к первичному напряжению в трансформаторе равно отношению количества контуров вторичной катушки к количеству контуров в первичной катушке.

Передача электроэнергии

Трансформаторы

широко используются в электроэнергетике для повышения напряжения — так называемые повышающие трансформаторы — перед передачей на большие расстояния по высоковольтным проводам. Они также используются для снижения напряжения — так называемые понижающие трансформаторы — для подачи питания в дома и на предприятия. Подавляющее большинство электроэнергии вырабатывается с помощью магнитной индукции, когда катушка из проволоки или медный диск вращается в магнитном поле. Первичная энергия, необходимая для вращения катушек или диска, может быть получена различными способами. Гидроэлектростанции используют кинетическую энергию воды для привода электрогенераторов. Угольные или атомные электростанции создают пар для привода паровых турбин, вращающих змеевики. Другие источники первичной энергии включают ветер, приливы или волны на воде.

После выработки энергии ее необходимо передать потребителю, что часто означает передачу мощности на сотни километров. Для этого напряжение силовой установки повышается повышающим трансформатором, который повышается, и ток уменьшается пропорционально, потому что

Ptransmitted = ItransmittedVtransmitted⋅Ptransmitted = ItransmittedVtransmitted⋅

20.22

Более низкий ток ItransmittedItransmitted в передающих проводах снижает потери Джоуля , которые представляют собой нагрев провода из-за протекания тока. Этот нагрев вызван небольшим, но ненулевым сопротивлением RwireRwire проводов передачи. Потери энергии в окружающую среду из-за этого тепла составляют

Plost = Itransmitted2Rwire, Plost = Itransmitted2Rwire,

20,23

, который пропорционален текущему в квадрате в проводе передачи.Вот почему передаваемый ток ItransmittedItransmitted должен быть как можно меньше, и, следовательно, напряжение должно быть большим для передачи мощности Ptransmitted⋅Ptransmitted⋅

Для передачи мощности на большие расстояния используются напряжения от 120 до 700 кВ. Напряжение повышается на выходе из электростанции повышающим трансформатором, как показано на рисунке 20.32.

Рисунок 20.32 Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии.Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжениях от 120 до 700 кВ для ограничения потерь энергии. Распределение электроэнергии по районам или промышленным предприятиям осуществляется через подстанцию ​​и передается на короткие расстояния с напряжением от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для безопасности на месте отдельного пользователя.

После подачи электроэнергии в населенный пункт или промышленный центр напряжение на подстанции понижается до 5–30 кВ.Наконец, в частных домах или на предприятиях мощность снова понижается до 120, 240 или 480 В. Каждое повышающее и понижающее преобразование выполняется с помощью трансформатора, разработанного на основе закона индукции Фарадея. Мы прошли долгий путь с тех пор, как королева Елизавета спросила Фарадея, как можно использовать электричество.

Расчет размера трансформатора и напряжения при запуске двигателя большого размера

Расчет размера трансформатора и напряжения при запуске двигателя большого размера (таблица MS Excel)

Простой способ расчета параметров трансформатора и двигателя

Сведения о трансформаторе:

1. Размер трансформатора
2. Вторичное напряжение трансформатора (v2)
3. % Импеданс (z)
4. Допустимое падение напряжения в системе

Характеристики двигателя для одного или нескольких двигателей:

1. Ток полной нагрузки двигателя (ILM)
2. Умножитель тока заторможенного ротора (Мин. )
3. Умножитель тока заторможенного ротора (Макс)
4. Ток заторможенного ротора (L1) (Мин.)
5. Ток заторможенного ротора (L2) (Макс)
6. Пуск двигателя, кВА при пуске (IrsM)
7. Сколько раз двигатель запускается в час

и расчеты :

1. Ток полной нагрузки трансформатора (ILX)
2. Ток короткого замыкания на вторичной обмотке трансформатора (Isc)
3. Максимальный кВА трансформатора при Isc (Q1)
4. Пуск двигателя, кВА При запуске (IrsM )
5. Падение напряжения на вторичной обмотке трансформатора из-за пуска двигателя (Вд)
6. Напряжение вторичной обмотки трансформатора

Результат:

• Ток полной нагрузки двигателя
• Падение напряжения на вторичной обмотке трансформатора из-за броска двигателя
• Размер трансформатора: (20% добавлено из-за того, что двигатель запускается более одного раза в час)

Используемые формулы расчета:

• ILX = кВА / (1.732 x v2)
• ILM = (кВт x 1000) / (1,732 x Vm x PF)
• Isc = ILx / z
• Q1 = (v2 x ISC x ILM x 1,732) / 1000
• IrsM = (Vm x L2 x 1,732) / 1000
• Vd = IrsM / Q1

Кодовая буква (кВА на л.с.) -Ток заблокированного ротора

Соответствующее содержание EEP с рекламными ссылками

Оценка двигателя и Пусковые токи трансформатора

Пусковые токи, связанные с запуском двигателя и включением трансформатора, могут вызвать проблемы взаимодействия с другими нагрузками на объекте или в энергосистеме, особенно провалы, которые приводят к отключению нагрузки.Устройства защиты могут ошибочно интерпретировать эти события как токи короткого замыкания, если устройства не скоординированы должным образом. В сочетании с тенденцией других устройств постоянной мощности к увеличению тока для компенсации пониженного напряжения, пусковой ток может вызвать срабатывание защитных устройств. При включении трансформатора возникает дополнительная проблема в виде гармоник в пусковом токе, которые могут вызвать резонансы системы и вызвать динамические перенапряжения.

Для оценки этих проблем требуется измерительное оборудование, которое может регистрировать формы сигналов в течение всей продолжительности события, такого как запуск двигателя или включение трансформатора, что может занять несколько секунд.Это измерительное оборудование может включать экспертные системы, которые просматривают значительные объемы данных мониторинга и идентифицируют определенные события и условия. Искать аномальные условия можно только после того, как эти экспертные системы охарактеризовали формы сигналов, связанных с нормальной работой объектов и оборудования. Давайте посмотрим на некоторые из этих событий, влияющих на напряжение, и на то, как с ними бороться.

Пусковые характеристики двигателя. Двигатели имеют нежелательную характеристику — при запуске потребляется ток в несколько раз больше, чем при полной нагрузке.Проходя через полное сопротивление системы, этот большой ток вызовет провалы напряжения, которые затемняют свет, вызывают выпадение контакторов и нарушают работу чувствительного оборудования. Эти провалы также влияют на сам запуск, так как достаточно большие провалы помешают успешному запуску. Даже двигатели малой и средней мощности могут иметь пусковые токи, которые в 6-10 раз превышают уровни нормального установившегося тока. У высокоэффективных двигателей могут быть даже более высокие пусковые токи.

Для определения характеристик пусковых токов и их эффектов требуется монитор, способный фиксировать формы волны в течение длительного времени. На рисунках 1a и 1b показан бросок тока в двигатель, который привел к значительному провалу, продолжающемуся более 1 секунды.

Законы Ома и Кирхгофа могут помочь вам проанализировать, что произошло. По закону Ома, напряжение = ток × импеданс. Согласно закону Кирхгофа сумма напряжений в замкнутом контуре должна равняться нулю. Если предположить, что импеданс источника 0,5 Ом и номинальный ток 10 А в системе 480 В, пусковой ток может привести к падению с 30 В до 50 В. Следовательно, напряжение на нагрузке упадет до 430 В по сравнению с номинальным уровнем 475 В.Этот провал возникает из-за того, что изначально полное сопротивление двигателя (когда ротор неподвижен) очень похоже на короткое замыкание. Как только ротор начинает вращаться, ток уменьшается и в конечном итоге становится гораздо более низким, устойчивым значением. Однако, если изменение нагрузки приводит к тому, что двигатель приближается к остановке или остается в состоянии заблокированного ротора, по тем же причинам может возникнуть еще один провисание.

Пусковые характеристики трансформатора. Трансформаторы также проявляют пусковые токи при первоначальном включении.Здесь большие токи возбуждают сердечник трансформатора. Установившийся ток намагничивания трансформатора очень низкий, но мгновенный ток при первом включении может быть довольно высоким.

Проблемы обычно те же, что и при запуске двигателя, за исключением одного важного различия — помимо большой величины тока, ток включения трансформатора полон гармоник. Как четные, так и нечетные гармонические составляющие возникают, когда трансформатор находится под напряжением, и они могут вызывать резонансы системы, что приводит к динамическим перенапряжениям.

Эти динамические напряжения могут вызвать перегрев ограничителей перенапряжения, перегорание предохранителей конденсаторов, выход из строя конденсаторов или неправильную работу электронного оборудования. Опять же, оборудование для мониторинга, которое может характеризовать формы сигналов в течение всей продолжительности события, позволит вам увидеть, что происходит в системе. На рис. 2а показана типичная форма волны тока включения трансформатора. На рис. 2b показаны гармонические составляющие тока низкого порядка.

Устранение проблем с пусковым током. Как обсуждалось ранее, наиболее серьезной проблемой, связанной с пусковыми токами, является результирующий провал напряжения. ANSI C50.41-2000, «Американский национальный стандарт для многофазных асинхронных двигателей для электростанций», гласит, что двигатели должны иметь возможность запускаться, если напряжение составляет не менее 85% от номинального напряжения.

Кроме того, большинство коммунальных предприятий ограничивают допустимое изменение напряжения в точке общего соединения (PCC), вызванное запуском одного двигателя, примерно до 4%.Изменение напряжения в системе распределения определяется сопротивлением источника питания системы распределения по отношению к сопротивлению понижающего трансформатора и вторичной проводки, ведущей к двигателю.

Если запуск двигателя приводит к провалу напряжения, который вызывает отключение оборудования на предприятии или на других объектах заказчика, вы можете использовать один из следующих методов для уменьшения провала напряжения.

1. Держите большие двигатели отдельно от чувствительных нагрузок .Следование этому совету обычно предотвращает проблемы с другим оборудованием. PCC будет на уровне напряжения распределения, где падение напряжения менее значимо, чем на клеммах двигателя.

2. Используйте пускатели сопротивления и реактивного сопротивления . Сначала они вставляют импеданс последовательно с двигателем. После временной задержки пускатель обходит это сопротивление. Пусковые резисторы можно шунтировать за несколько шагов, а пусковые реакторы шунтировать за один шаг. Этот подход требует, чтобы двигатель мог развивать достаточный крутящий момент с добавленным сопротивлением.

3. Использовать пускатели по схеме треугольник-звезда . Они соединяют статор звездой для запуска, а затем, после временной задержки, повторно соединяют обмотки треугольником. Соединение звездой снижает пусковое напряжение до 57% линейного напряжения системы, что приводит к падению пускового момента до 33% от его полного пускового значения. Пониженное напряжение на начальном этапе запуска снижает пусковой ток и, как следствие, провал напряжения.

4. Используйте шунтирующие конденсаторные пускатели .Эти устройства работают путем включения, наряду с двигателем, большой батареи шунтирующих конденсаторов, которая обеспечивает большую часть требований к VAR двигателя во время процесса запуска. Затем конденсаторная батарея автоматически отключается, когда двигатель набирает обороты (обычно на основе реле перенапряжения).

5. Используйте последовательные конденсаторы в распределительных цепях, питающих большие двигатели . Это снизит эффективный импеданс, наблюдаемый двигателем во время пуска, а также результирующий провал напряжения на стороне двигателя последовательного конденсатора.Однако на стороне истока последовательного конденсатора может наблюдаться более серьезный провал напряжения.

6. Изменение частотной характеристики . Это предотвратит потенциальный резонанс системы, вызванный гармониками бросков тока трансформатора. Вы можете сделать это, отключив один или несколько шунтирующих конденсаторов перед подачей питания на трансформатор.

Упреждающий мониторинг ведет к предотвращению. Пуск двигателя и включение трансформатора могут нанести ущерб оборудованию объекта и системе электроснабжения.

Для определения характеристик этих событий требуется выборка форм сигналов напряжения и тока в течение относительно длительного периода времени (секунды), что может быть проблемой для мониторов, которые записывают только несколько циклов информации о возмущении. Но это еще не все. Процесс превращения необработанных данных измерений в знания включает в себя выбор и подготовку данных, извлечение информации из выбранных данных, усвоение информации и представление отчета.

МакГранаган — вице-президент по консультационным услугам в EPRI Solutions в Ноксвилле, штат Теннеси.Киндер — главный инженер Dranetz-BMI в Эдисоне, штат Нью-Джерси,

.

Боковая панель: Определение степени провисания при запуске на полном напряжении

Степень провала напряжения при пуске двигателя полным напряжением описывается следующим уравнением:

V _MIN (pu) = (V (pu) × kVA _SC ) ÷ (kVA _LR + kVA _SC )

, где V (pu) — фактическое напряжение системы на единицу номинального; кВА _LR — двигатель с заторможенным ротором кВА; и кВА _SC — система кВА при коротком замыкании на клеммах двигателя.

Если результат выше минимально допустимого установившегося напряжения для затронутого оборудования, то вы можете использовать запуск при полном напряжении. Если результат ниже допустимого установившегося напряжения, то вы должны сравнить амплитуду провала в зависимости от характеристики длительности с огибающей допуска напряжения задействованного оборудования.

Обратите внимание, что необходимые расчеты довольно сложны, поэтому вам нужно будет использовать компьютерную программу для запуска двигателя или общего анализа переходных процессов или попросить производителя двигателя использовать свои прикладные инженерные возможности для выполнения расчетов и предоставления результирующей информации.

Консультации — Инженер по спецификациям | Как правильно подобрать трансформатор

Зия Салами, доктор философии, CDM Smith, Шарлотта, Северная Каролина; Лилли Ванг, CDM Smith, Роли, Северная Каролина; и Адриан Хендельс, CDM Smith, Бока-Ратон, Флорида. 24 декабря 2019 г.,

Таблица 2: Отдельные нагрузки с соответствующими параметрами системы, такими как номинальная мощность, коэффициент мощности, КПД и коэффициент нагрузки 1, сведены в таблицу для определения размера трансформатора среднего напряжения.Предоставлено: CDM Smith

Цели обучения

• Изучите основные характеристики, применение и параметры трансформатора.
• Понимать основные критерии и подходы к определению правильного размера трансформатора.
• Узнайте, как использовать программное обеспечение системы электроснабжения для выполнения моделирования.

Трансформатор является основным компонентом системы распределения электроэнергии, оказывающим наибольшее влияние на производительность системы во время установившейся (нормальной) работы и во время системных нарушений, таких как неисправность.Следовательно, инженеры должны убедиться, что трансформатор имеет соответствующий размер для конкретного применения и может подавать адекватную мощность на нагрузки при расчетных условиях и стандартных нормативах.

Типичное применение такого основного оборудования — промышленные предприятия, коммерческие здания, больницы, офисные здания, торговые центры, школы, многоквартирные дома и т. Д. В статье рассматриваются сухие трансформаторы, такие как вентилируемые с самоохлаждением, с принудительным воздушным охлаждением, невентилируемые силовые трансформаторы с самоохлаждением и герметичные с самоохлаждением менее 30 МВт и 34.5 киловольт.

В целом трансформаторы сухого типа менее воспламеняемы (т. Е. Не содержат жидкости или масла) и несут меньшую опасность возгорания, что делает их более подходящими для использования в зданиях и рядом с ними. Этот тип трансформатора имеет более высокую рабочую температуру и обычно требует большей площади основания. Поскольку для охлаждения трансформаторов сухого типа требуется воздух, необходимо обеспечить систему вентиляции соответствующего размера для тепла, выделяемого трансформатором.

Общий подход к определению размеров трансформаторов и соответствующему влиянию на систему одинаков для всех типов трансформаторов с разными классами охлаждения.

Рисунок 1: Показаны наиболее типичные соединения обмоток (фаз) силовых трансформаторов, включая угловое смещение между высоким и низким напряжением. Предоставлено: CDM Smith

Расположение площадки трансформатора

При выборе правильного места для трансформатора необходимо внимательно отнестись к нему. Некоторые детали, включая тип трансформатора, размер, вентиляцию, атмосферное давление, высоту, уровень напряжения и зазор, будут иметь решающее значение при выборе идеального места для трансформатора, необходимого для данной установки.

Инженер должен знать об ограничениях, связанных с выбранным расположением трансформатора. Как правило, номинальные значения киловольт-ампер основаны на температуре, не превышающей 40 ° C, температуре окружающей среды (или температуре окружающей среды 30 ° C, усредненной за 24-часовой период, в противном случае произойдет некоторое снижение ожидаемого срока службы), а также установлен ниже 3300 футов на уровне моря.

Если какое-либо из этих условий не выполняется, трансформатор следует снизить. В таком случае киловольт-ампер трансформатора следует снизить на 8% на каждые 10 ° C выше 40 ° C (при воздушном охлаждении для сухих трансформаторов), а также на 0.3% на каждые 330 футов на высоте более 3300 футов). Более подробная информация для рассмотрения на месте обсуждается в NFPA 70: Статьи 450.8, 450.21 и 450.22 Национального электротехнического кодекса.

Рисунок 2: Показана модель трехфазной системы распределения электроэнергии ETAP для типичного промышленного объекта, такого как водоочистная станция. Предоставлено: CDM Smith

Класс напряжения

Класс напряжения обычно выбирается на основе доступного напряжения источника (например, сетевого источника) и требуемого напряжения нагрузки, если нагрузка предназначена для работы в одно- или трехфазной системе.Стандартные номинальные параметры высоковольтных трансформаторов: 2400, 4160, 4800, 6900, 7 200, 12 000, 13 200, 13 800, 23 000 и 34 500 вольт. В низковольтную сторону входят 208, 480, 2400 и 4160.

Рисунок 3: Показан поток мощности (киловольт-ампер) для каждой ветви, включая процентное напряжение (от номинального значения) и ток повреждения для главного распределительного устройства и центра управления двигателями. Предоставлено: CDM Smith

Соединение обмоток трансформатора и импеданс

Стандартные схемы подключения и маркировка клемм включены в стандарты для отдельных типов трансформаторов в соответствии со стандартом IEEE C57.12,70. Наиболее типичные соединения обмоток (фаз) для силовых трансформаторов, включая угловое смещение между высоким и низким напряжением, показано на рисунке 1. На основе этого стандарта угловое смещение трехфазных трансформаторов с треугольником-треугольником или звездой-звездой соединения должны иметь угол 0 градусов, а соединения звезда-треугольник или треугольник-звезда должны быть 30 градусов.

В общем, выбор соединений обмоток в основном основан на общей конструкции системы, требуемом параметре системы (например, способности выдерживать ток короткого замыкания оборудования) и особенно схеме заземления нейтрали системы.Кроме того, соединение звездой можно настроить как один из типов заземления, таких как разомкнутый (незаземленный), сплошной (сплошное заземление, отсутствие преднамеренного импеданса в цепи заземления нейтрали), резистор (резистор используется в цепи заземления нейтрали), реактор. (реактор используется в цепи заземления нейтрали) и несколько других менее применимых вариантов.

Конфигурация и схема заземления зависят от общей системы заземления нейтрали на объекте. Трансформатор с глухим заземлением звездой (вторичная обмотка) — это типичное применение на объектах низковольтных систем (например.г., 4,16 кВ: 0,480 кВ).

Кроме того, Z (сопротивление, основанное на номинальных киловольт-амперных характеристиках с самоохлаждением трансформатора) обычно указывается на паспортной табличке, которая прикреплена к передней или внутренней части корпуса трансформатора. Это значение сильно влияет на параметры системы распределения электроэнергии, такие как падение напряжения, доступное короткое замыкание и падающая энергия. Например, выбор трансформатора с более высоким сопротивлением (т. Е. От 5,5% до 7,5%) может снизить доступный ток короткого замыкания, позволяя использовать оборудование с более низкими амперными номиналами отключения, если нет проблем с системным напряжением на объекте.

ANSI C57.12.10 определяет типичные значения импеданса для трансформаторов более 500 кВ. Это значение зависит от номинального тока в киловольт-амперах, а также от номинальных значений напряжения трансформатора со стороны высокого и низкого уровня. Например,% Z для трансформатора с высоковольтной стороной менее 34,5 кВ составляет от 5,5% до 7,5%. Обратите внимание, что типичный% Z для 13,8 киловольт (или меньше) на высокой стороне и 2,4 киловольта (или меньше) на нижней стороне составляет 5,75%.

Большинство промышленных силовых трансформаторов входят в этот диапазон уровней напряжения.Для трансформатора менее или равного 500 кВ типичный импеданс% Z может варьироваться от 2,3% до 5,2% в зависимости от уровня напряжения. Например, трансформатор на 100 киловольт-ампер с 8,32 киловольт (или меньше) на стороне высокого напряжения имеет типичное значение импеданса 2,6%.

Рис. 4: Поток мощности и результаты короткого замыкания для системы на основе фактических операций системы были рассчитаны с использованием ETAP. Предоставлено: CDM Smith

Размер трансформатора для новых систем

Из-за критической роли трансформаторов в электрических распределительных системах важно, чтобы трансформатор был правильно подобран по размеру, чтобы он мог соответствовать всем применимым условиям нагрузки.Если он меньше размера, это может создать проблемы в системах распределения электроэнергии, включая потерю нагрузки. В общем, расчет трансформатора можно выполнить двумя способами:

• Подключенная нагрузка.
• Рабочая нагрузка.

В обоих случаях следует учитывать рост нагрузки и будущую модификацию оборудования и факторы снижения номинальных характеристик, такие как температура окружающей среды и высота над уровнем моря. Фактор роста обычно зависит от конструкции каждой системы и может варьироваться; От 110% до 130% — разумный диапазон.В обоих методах определение размеров выполняется от системы, расположенной ниже по потоку, до главного трансформатора (т. Е. Снизу вверх).

Разница между этими двумя методами заключается в определении суммарного количества подключенных киловольт-амперных нагрузок. Существует несколько факторов, которые определят, какой метод использовать, например, требуемый расчетный запас, спецификация проекта, стоимость, доступность места и влияние на падение напряжения и доступный ток короткого замыкания.

Электрическая распределительная система типичного промышленного объекта, такого как водоочистные сооружения, показана на рисунке 2.Задача состоит в том, чтобы оценить размер нового вентилируемого трансформатора с самоохлаждением (или оценить размер существующего), исходя из его требуемых нагрузок, используя два ранее упомянутых метода.

Таблица 1: Отдельные нагрузки с соответствующими параметрами системы, такими как номинальная мощность, коэффициент мощности, КПД и коэффициент нагрузки 1, сведены в таблицу для определения типоразмера низковольтного трансформатора. Предоставлено: CDM Smith

При выборе размеров на основе всех подключенных нагрузок , консервативный метод, все подключенные нагрузки учитываются независимо от их рабочего состояния и функции системы.Подбор параметров выполняется от трансформатора, расположенного ниже по потоку, к основному. Как показано на рисунке 3, нижестоящий трансформатор (LV XFMR) является трехфазным на напряжение от 4,16 до 0,480 кВ, а главный трансформатор (служебный XFMR) — трехфазным напряжением от 13,8 до 4,16 кВ для питания различных типов нагрузок (например, нагрузки двигателя, частотно-регулируемые приводы, статические нагрузки, распределительный щит).

Отдельные нагрузки с соответствующими параметрами системы, такими как номинальная мощность, коэффициент мощности, КПД и коэффициент нагрузки, приведены в таблицах 1 и 2.Рассчитывается общий киловольт-ампер подключенной системы, включая расчетный запас, и затем выбирается следующий доступный типоразмер.

Типичный киловольт-ампер стандартного размера для трехфазного трансформатора на основе ANSI C57.12.00 обычно находится в диапазоне от 15 до 100 000 кВА, в зависимости от выходной мощности трансформатора. Ожидается, что входной киловольт-ампер будет выше на 1–5% (т. Е. Относится к КПД трансформатора) из-за потерь трансформатора в его сердечнике и обмотках, рассеиваемых в виде тепла.Эти потоки для каждого трансформатора показаны на рисунках 3 и 4.

В целом, если не указано иное, трансформаторы не должны подвергаться перегрузке и должны быть одобрены производителем для любых кратковременных перегрузок из-за более низкой температуры окружающей среды.

Оценка данных и выбранного типоразмера киловольт-амперного трансформатора, приведенная в таблицах, подтверждена и проанализирована путем выполнения анализа потока нагрузки с использованием электрического программного обеспечения ETAP. Поток мощности (киловольт-ампер) для каждой ветви, включая процентное напряжение (от номинального значения) и ток короткого замыкания для главного распределительного устройства и центра управления двигателями, показан на рисунке 3.

Таблица 2: Отдельные нагрузки с соответствующими параметрами системы, такими как номинальная мощность, коэффициент мощности, КПД и коэффициент нагрузки 1, сведены в таблицу для определения размера трансформатора среднего напряжения. Предоставлено: CDM Smith

Для определения размеров на основе фактических операций системы, все подключенные нагрузки будут учитываться в зависимости от их рабочих условий (т. Е. Коэффициентов нагрузки). Как и в случае подключенных нагрузок, определение размеров выполняется от трансформатора, расположенного ниже по потоку, к основной в том же процессе.Общее количество киловольт-ампер, включая расчетный запас, коэффициенты нагрузки и выбранный размер трансформатора, рассчитано и показано в таблицах 3 и 4.

Оценка той же системы с трансформаторами разных размеров показана на рисунке 4. Поток мощности для каждой ветви, включая процентное напряжение и ток повреждения, также показаны для главного распределительного устройства и MCC.

Кроме того, есть несколько результатов, которые следует отметить при сравнении рисунков 3 и 4. Во-первых, метод подключенных нагрузок является более консервативным подходом при определении размеров трансформатора и обеспечивает лучший профиль напряжения системы на вторичной стороне, но он генерирует и вводит больше тока короткого замыкания.В основном это происходит из-за более высокого номинала трансформатора в киловольт-амперах и, как следствие, более высокой инжекции короткого замыкания в систему.

Таблица 3: Отдельные нагрузки с соответствующими параметрами системы, такими как номинальная мощность, коэффициент мощности, КПД с различными коэффициентами нагрузки, сведены в таблицу для определения типоразмера низковольтного трансформатора. Предоставлено: CDM Smith

Во-вторых, типичные силовые трансформаторы оснащены фиксированными ответвлениями (т. Е. Двумя ответвлениями на 2,5% выше номинального напряжения и двумя 2.Отводы на 5% ниже номинального напряжения), которые предназначены для регулировки напряжения трансформатора на первичной или вторичной стороне. Поэтому рекомендуется использовать эту возможность для увеличения (или уменьшения) напряжения системы, если это необходимо.

Например, при желании напряжение на шине MCC на Рисунке 4 может быть увеличено на 2,5% или 5%. Тем не менее, разработчик системы должен быть осторожен, чтобы не решить одну проблему (например, профиль напряжения системы) и одновременно создать другую проблему (например, увеличить ток короткого замыкания за счет увеличения напряжения системы).В дополнение к фиксированным ответвлениям трансформатор может быть оснащен автоматическим переключателем ответвлений, который обеспечивает более широкий диапазон, обычно от -10% до + 10% киловольт обмотки с меньшим шагом (0,625%) для регулировки и управления напряжением на шине в зависимости от желаемого значения напряжения. .

Таблица 4: Отдельные нагрузки с соответствующими параметрами системы, такими как номинальная мощность, коэффициент мощности, КПД с различными коэффициентами нагрузки, сведены в таблицу для определения размера трансформатора среднего напряжения. Предоставлено: CDM Smith

Также важно отметить, что трансформатор с номинальным коэффициентом К рекомендуется для определения размера трансформатора из-за тепловыделения, если объект содержит источники, генерирующие высокие гармоники, обычно более 15% общего гармонического искажения.K-фактор определяет, насколько трансформатор должен быть уменьшен или увеличен для работы в такой системе. Обратитесь к ANSI / IEEE C57.110 для получения более подробной информации.

Трансформаторы играют решающую роль в обеспечении надлежащей работы энергосистемы. Они должны быть тщательно подобраны и выбраны при проектировании и анализе системы распределения электроэнергии, чтобы обеспечить надежную и безопасную работу системы электроснабжения. При выборе правильного размера трансформатора следует учитывать применимые факторы снижения номинальных характеристик, такие как температура окружающей среды и высота над уровнем моря, а также влияние на напряжение системы распределения электроэнергии и ток короткого замыкания.

Испытания трансформаторов — Мотор-генераторные установки

Испытания без нагрузки

Для испытаний на потери холостого хода и нагревание эти наборы обеспечивают чистую мощность с точным регулированием и контролем напряжения. Доступно несколько конфигураций:

1500 или 1800 об / мин 50–50 Гц или 60–60
Гц : Когда не требуется преобразование частоты или регулировка. Часто является частью набора с несколькими выходами в сочетании с генератором на 150 или 180 Гц.

600 об / мин 50-60 Гц или 60-50 Гц : При испытании трансформаторов на номинальной частоте, отличной от местной частоты.

Переменная частота : Используя частотно-регулируемый привод и двигатель для питания этих наборов, можно выбрать любую выходную частоту в диапазоне от 50 Гц до 60 Гц. Этот набор наиболее полезен, когда для тестирования можно использовать любую частоту.

MGG : Для требований большего диапазона, например от 50 до 180 или от 50 до 200 Гц, наиболее экономично использовать два генератора: один от 50 до 60 Гц, а другой от 100 до 200 Гц.Эти генераторы могут приводиться в действие одним и тем же двигателем.

Испытание наведенным напряжением от 90 до 400 Гц

Эти наборы используются для подачи питания на трансформатор при напряжениях, превышающих его нормальные номинальные значения, с целью проверки его способности выдерживать высокие напряжения. Обычно им требуются низкие искажения и низкий уровень частичного разряда, чтобы можно было обнаружить утечку в испытуемом трансформаторе.

Специальное применение и несколько комплектов

Для более компактной или экономичной установки обычно комбинируют генератор номинальной частоты и высокочастотный генератор с общим двигателем на одной базе.Kato Engineering также поставляет специальные наборы M-G для тестирования другого оборудования на частотах от 25 до 1200 Гц, однофазных или многофазных (в зависимости от номинальных значений).

• Генератор может быть спроектирован для работы с опережающим или запаздывающим коэффициентом мощности, оставаясь стабильным даже при полной мощности.
• Диапазон частот / переменная частота: Нормальные частоты составляют 50 и 60 Гц для испытаний без нагрузки и 150 или 180 Гц для испытаний наведенным напряжением. Меньшие наборы доступны на 200 или 240 Гц, 300 или 360 Гц и 400 Гц.
• Используя частотно-регулируемый привод на входе, можно создать набор с широким частотным диапазоном, например 100-200 Гц, что может быть полезно для настройки испытательной системы на резонансную частоту.