Применение трансформатора кратко: Применение трансформаторов в технике

Содержание

Применение трансформаторов в технике

Мы предполагаем, что вам понравилась эта презентация. Чтобы скачать ее, порекомендуйте, пожалуйста, эту презентацию своим друзьям в любой соц. Кнопочки находятся чуть ниже. Презентация была опубликована 5 лет назад пользователем Владлена Полуешкина. Наиболее Трансформатор от лат. Наиболее распространены трансформаторы электрические и гидротрансформаторы представляющие собой устройства для изменения физических величин, характеризующих соответственно электрическую и механическую энергию напр.


Поиск данных по Вашему запросу:

Применение трансформаторов в технике

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Принцип работы трансформатора

Трансформатор


Электричество, впервые этот термин ввел Уильям Гилберт. В одном из своих трудов он описал опыты с наэлектризованным телом.

С тех пор прошло много лет, в течении которых не прекращались исследования в этой отрасли. В них принимали участие лучшие ученые умы различных эпох. В итоге появились электрические станции, все населенные пункты опутывает сеть линий электропередач.

И сложно представить себе, что еще относительно недавно человек обходился без электроэнергии. Ведь сегодня она является необходимым условием для жизни и деятельности людей. Но чтобы все современное оборудование обеспечить электроэнергией необходимо осуществлять ее передачу на дальние расстояния.

Сделать это можно, используя трансформатор напряжения. Этот прибор позволил уменьшить потери в проводах, а также адаптировать параметры сети под конкретного потребителя. Чтобы понять, как небольшое устройство сумело справиться со столь сложными задачами, рассмотрим его конструктивные особенности.

Функция электрических сетей заключается как в выработке энергии, так и ее передаче на большие расстояния, а затем и распределении между потребителями. Вот для чего нужен специальный электромагнитный аппарат или трансформатор напряжения. Такие приборы находят широкое применение на электрических станциях. Они способны повышать или понижать напряжение. Смотрим видео, немного о трансформаторах и их действии:. Применяется такое оборудование как в закрытых помещениях, так и уличных условиях.

Благодаря использованию повышающих трансформаторов на таких объектах стало возможным передавать энергию на дальние расстояния с минимальными потерями в проводах. Это обеспечивается за счет уменьшения пощади сечения кабелей линий электропередачи. Но так как поступающее со станции высокое напряжение не может использоваться потребителями, то на входе обычно устанавливаются понижающие трансформаторы. Они позволяют получить сравнительно небольшие значения, при которых возможна работа оборудования и бытовой техники.

Одна из них называется первичной, так как на нее подается ток. Обмотка, к которой подключаются потребители называется вторичной. Принцип работы трансформатора напряжения заключается в следующем. Подключение его к сети приводит к поступлению тока на первичную обмотку. Переменный поток, образованный им, проходит по магнитопроводу.

При этом в витках обмоток индуцируются переменные ЭДС. Величина этой силы зависит от скорости изменения магнитного потока и того, как быстро он изменяется. А так как эти параметры являются постоянными для каждого прибора, то можно сделать вывод, что одинаковыми будут и индуцируемые в каждой обмотке ЭДС. Все они относятся к одной большой группе трансформаторов — силовым.

Есть еще одна разновидность такого оборудования. Это устройства, используемые для подключения к цепям высокого напряжения различных электроизмерительных приборов.

Они получили название измерительных трансформаторов напряжения. Также эти приборы находят широкое применение при электросварке. Имеют отличия и в конструктивном исполнении.

В зависимости от этого различают двух и многообмоточные измерительные трансформаторы тока и напряжения. Такие приборы используются для проведения измерений и питания цепей автоматики, релейной защиты. Они могут быть одно- или трехфазные с масляным или воздушным охлаждением. Смотрим видео классификация трансформаторов:. Еще одним параметром, влияющим на специфику применения измерительных трансформаторов тока и напряжения, является способ установки.

В зависимости от него изделия бывают следующих типов:. Обычно приобретая оборудование ориентируются не его основные параметры. Для трансформатора таковыми являются:. Необходимо также ориентироваться на условия эксплуатации. Поэтому самыми важными параметрами при выборе оказываются нагрузка, сфера применения и напряжение короткого замыкания трансформатора. На первом этапе необходимо убедиться в том, что мощности модели будет достаточно для того чтобы справиться не только с поставленной задачей, но и возможными перегрузками.

Неплохо иметь прибор, параметры которого могут быть изменены в процессе эксплуатации. Но ориентироваться только на эти характеристики недопустимо. Так как для эффективной работы трансформатора напряжения кВ важны и его технические характеристики:. Кроме этого нужно определить подходит ли вам цена устройства, а также стоимость его дальнейшего обслуживания. Соответствуют ли они ожидаемым цифрам? Но даже выбрав модель в соответствии со всеми перечисленными требованиями стоит учитывать возможность ее подключения к цепи измерительных приборов для трансформаторов соответствующего типа.

Если предполагается использовать устройство в качестве защитного, то можно ограничиться изделием со средними показателями точности. В случае проведения измерений с минимальными погрешностями выбирают лабораторные трансформаторы напряжения 10 кВ. Приобретая приборы для бытового обслуживания стоит воспользоваться услугами профессиональных консультантов.

Они, имея необходимые знания и опыт помогут выбрать оптимальную модель. Смотрим видео, диагностика и обслуживание:. Но чтобы оборудование работало эффективно необходимо еще и правильно его эксплуатировать. Установка и использование трансформаторов выполняются в соответствии с нормативными документами. В них же оговаривается и порядок обслуживания приборов. Согласно этим документам после монтажа устройства необходимо проверить схемы включения и все элементы во вторичных цепях.

Исходя из полученных результатов оценивают возможность включения трансформатора в работу. Уровень масла в трансформаторах должен поддерживаться в пределах шкалы в зависимости от температуры окружающей среды.

Также периодически устройство проверяют на предмет отсутствия протекания масла и чистоту изоляции. Для этого используют специальный индикатор — силикагель. При насыщении влагой он приобретает розовый окрас, в то время как в нормальном состоянии он голубого цвета. В процессе обслуживания прибора необходимо соблюдать меры безопасности. Они регламентируются нормативными документами. Осмотр трансформатора под напряжением допускается выполнять, находясь на безопасном расстоянии от токоведущих частей.

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

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

Классификация приборов напряжения. Оценка статьи:. Нет голосов, будьте первым.


Трансформаторы в быту и на производстве

Реферат на тему. Ученица 11А класса. Берёзовский г. Трансформатор может состоять из одной автотрансформатор или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток катушек , охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод сердечник из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

Назначение и сфера применения трансформаторов. Функция небольшие значения, при которых возможна работа оборудования и бытовой техники.

Трансформаторы. Передача электрической энергии

Каждое из преобразований обычно осуществляется вместе с передачей энергии электромагнитным путем из одной электрической цепи в другую. В основу классификации трансформаторов положены различные признаки, определяемые их схемным назначением, электрическими параметрами, конструкцией и т. Согласующие трансформаторы предназначены для согласования сопротивлений между звеньями каскадами в радиоприемной, радиопередающей, усилительной и иной аппаратуре. Эти трансформаторы можно подразделить на входные, промежуточные и выходные. Они работают на фиксированной частоте или в полосе частот. Они широко используются в импульсной технике и в устройствах управления тиратронами и тиристорами. Однообмоточныйтрансформатор — автотрансформатор, в котором между первичной входной и вторичной выходной стороной существует не только магнитная, но и прямая электрическая связь.

Применение трансформаторов в быту

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

Трансформаторы — электромагнитные статические преобразователи электрической энергии.

Применение трансформаторов сегодня

Широкое применение в различных схемах радиоэлектроники находят трансформаторы малой мощности от нескольких ВА до тысячных долей ВА. К таким трансформаторам предъявляются особые требования, которые могут быть удовлетворены только при применении специальных ферромагнитных материалов и специального устройства их обмоток и сердечника. В современной электронной аппаратуре, применяемой в разнообразных отраслях техники, используются трансформаторы, преобразующие ток или напряжение электрических сигналов в широком спектре звуковых и сверхзвуковых частот. Они, как и усилители, рассчитанные на этот диапазон частот, условно называются трансформаторами и усилителями низких частот. Указанные трансформаторы должны быть устроены таким образом, чтобы искажения, вносимые ими, были как можно меньше, т. При этом приходится брать малые насыщения сердечника трансформатора и учитывать не только активные и индуктивные сопротивления обмоток, но и их емкостные связи, так как при высокой частоте преобразуемого тока токи, протекающие через емкости между обмотками, соизмеримы с токами, непосредственно протекающими по обмоткам.

Трансформаторы: их назначение и классификация

Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы. Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная рис. В режиме холостого хода , то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность. Другой важный вывод состоит в том, что ток J 1 в первичной обмотке в режиме нагрузки значительно больше тока холостого хода. Это напряжение равно ЭДС источника e 1 переменного тока.

Перевозка негабаритной строительной техники» во избежание сгорания электрооборудования применяются преобразователи.

Виды трансформаторов

Применение трансформаторов в технике

Конструктивно трансформатор может состоять из одной автотрансформатор или нескольких изолированных проволочных либо ленточных обмоток катушек , охватываемых общим магнитным потоком , намотанных, как правило, на магнитопровод сердечник из ферромагнитного магнитомягкого материала. Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории [3]. В году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции , лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества. При подключении к зажимам одной обмотки батареи гальванических элементов начинал отклоняться гальванометр на зажимах другой обмотки.

Применение трансформаторов

Электрический трансформатор — это устройство, предназначенное для изменения величины напряжения в сети переменного тока. Принцип действия трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока, в обмотках генерируется магнитное поле, которые взывает ЭДМ во вторичных обмотках. Основными элементами конструкции трансформатора являются первичные и вторичные обмотки и ферромагнитный магнитопровод обычно замкнутого типа. Обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны друг с другом.

Сегодня мы не представляем нашу жизнь без электричества. Оно вошло в наш быт, и мы даже не замечаем его, не задумываемся, что для обеспечения нашего комфорта необходима слаженная работа огромного количества электрооборудования.

Реферат: Виды и применение трансформаторов

Приборы для измерения электрического тока нашли широкое применение в технике. Особое внимание было выделено для трансформаторов. Их принцип действия основан на электромагнитной индукции, что служит для повышения или понижения напряжения переменного тока. Строение простейшего трансформатора включает в себя сердечник из магнитномягкого материала, на которые наматываются две обмотки: первичная и вторичная, изображенные на рисунке 2. Рисунок 2.

​ Применение трансформаторов

Трансформатор может состоять из одной автотрансформатор или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток катушек , охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод сердечник из ферромагнитного магнито-мягкого материала. Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории. Столетов Александр Григорьевич профессор МУ сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика е. Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.


Трансформатор

Что такое трансформатор

Определение 1

Трансформатор — это устройство для преобразования напряжения и силы тока в электрической цепи. С помощью трансформатора можно преобразовывать переменный ток и напряжение без изменения частоты.

Трансформатор состоит из обычно, замкнутого сердечника, который изготавливают из мягкого ферромагнетика и двух обмоток (первичной и вторичной). Обычно в электрической цепи первичную обмотку (вход трансформатора) подключают к сети питания (источнику) переменного тока, а вторичная обмотка (выход) подключается к потребителям электричества. ЭДС электромагнитной индукции (${{\mathcal E}}_i$), которая появляется во вторичной обмотке, пропорциональна количеству витков в ней. При изменении количества витков во вторичной обмотке можно существенно изменять напряжение на выходе прибора.

Принцип действия трансформатора

Рассмотрим, как связаны напряжение на входе ($U_1$) и напряжение ($U_2$) на выходе. При этом считаем, что $Ф$ — магнитный поток в сердечнике (магнитопроводе), допустим, что он описывается гармоническим законом:

$Ф=Ф_m{sin \left(\omega t\right)\ }\left(1\right) $, где:

  • $\omega \ $ — угловая частота переменного тока (число периодов за 2$\pi \ секунд$),
  • $Ф_m$ — амплитуда магнитного потока.

В реальных трансформаторах некоторая часть линий индукции, которая создана первичной обмоткой, покидает сердечник и замыкается вне вторичной обмотки. Так образуется магнитный поток рассеяния, влекущий за собой потери электроэнергии и, соответственно, общая мощность за счёт этих потерь уменьшается.

В качественных трансформаторах потоком рассеяния можно пренебречь в сравнении с потоком внутри сердечника, следовательно, можно считать, что потоки через обмотки равны ($Ф$). Если ${{\mathcal E}}_1$ — ЭДС самоиндукции, то она равна:

${{\mathcal E}}_1={-N}_1\frac{dФ}{dt}\left(2\right) $

Готовые работы на аналогичную тему

ЭДС во второй обмотке (${{\mathcal E}}_2$) равна:

${{\mathcal E}}_2=-N_2\frac{dФ}{dt}\left(3\right)$, где:

  • $N_1 — $количество витков в первичной обмотке,
  • $N_2$ — число витков во вторичной обмотке.

Используем закон Ома, тогда напряжение на входе трансформатора ($U_1$) равно:

$U_1=R_1I_1-{{\mathcal E}}_1=R_1I_1+N_1\frac{dФ}{dt}\left(4\right)$

Напряжение на выходе ($U_2$) равно:

$U_2=R_2I_2-{{\mathcal E}}_2=R_2I_2+N_2\frac{dФ}{dt}\left(5\right)$, где:

  • $R_1\ и\ R_2$ — сопротивления обмоток,
  • $I_1\ и\ I_2$ — силы тока в соответствующих обмотках.

Допустим, что вторичная обмотка является разомкнутой ($I_2=0$). Кроме того для практически всех технических трансформаторов $R_1I_1\ll {{\mathcal E}}_1$. Разделим почленно уравнение (5) на (4), получим:

$\frac{U_2}{U_1}=\frac{N_2}{N_1}\left(6\right)$,

где отношение $\frac{N_2}{N_1}=K$ называется коэффициентом трансформации.

Этот коэффициент показывает, во сколько раз вторичное напряжение больше первичного в режиме холостого хода. В том случае, если трансформатор имеет нагрузку, то падением напряжения пренебречь нельзя, вместо формулы (6) получается более сложное выражение. Формула (6) описывает закон преобразования амплитуд напряжений в трансформаторе.

Габаритную мощность трансформатора, определяемую габаритами сердечника и его материалом, можно вычислить по следующей формуле:

$P_{gab}=\frac{U_1 \cdot I_1 + U_12\cdot I_2}{2}\left(7\right)$

В том случае, если вторичной обмоткой трансформатора является часть первичной обмотки (или наоборот, часть вторичной обмотки является первичной обмоткой), трансформатор является автотрансформатором. Часто один из контактов автотрансформатора делают подвижным. Это дает возможность плавно менять выходное напряжение.

Трансформатор — пример применения вихревого электрического поля. Вихревое поле вызывает перемещение электронов во вторичной обмотке, таким образом, оно является причиной появления ЭДС.

Замечание 1

Первые трансформаторы были созданы П.Н. Яблочковым в 1877 г. и Ф.Н. Усагиным в 1882 г., а производить силовые трансформаторы в СССР стали с 1928 года.

Применение трансформаторов

Трансформаторы выполняют важные функции в электротехнике. Так в линиях электропередач применяются высокие напряжения (порядка десятков тысяч вольт). Благодаря их использованию можно уменьшить силу тока в линиях, что ведет к существенному уменьшению стоимости строительства линий электропередачи. При этом создавать генераторы и приборы — потребители электрической энергии, которые рассчитаны на высокие напряжения сложно, так как это требует высококачественной изоляции обмоток. В результате, генераторы производят низкое напряжение, а потом это напряжение увеличивают, используя повышающие трансформаторы. Там, где электрическая энергия потребляется, ток высокого напряжения изменяют, используя понижающие трансформаторы.

Замечание 2

Трансформаторы имеют высокий КПД, доходящий до $99\%$. Они не содержат движущихся частей.

Трансформаторы можно использовать для согласования источника мощности с нагрузкой для получения максимальной отдачи мощности, это применимо для многих устройств. Так, с помощью трансформатора согласовывается большое внутреннее сопротивление усилителя с малым сопротивлением громкоговорителя.

Задание № 1: Изобразите векторную диаграмму холостого хода в трансформаторе.

Решение:

Холостым ходом трансформатора называют его работу при разомкнутой вторичной обмотке ($I_2=0$). Пренебрежем запаздыванием фазы потока магнитной индукции в сравнении с фазой силы тока в первичной обмотке из-за некоторой инерции, которая возникает при перемагничивании материала сердечника. Если потерями и рассеянием потока пренебречь, то можно записать:

$U_{1i}={-N}_1\frac{dФ}{dt}\left(1.1\right)$

$U_{2i}={-N}_2\frac{dФ}{dt}\left(1.2\right)$

Так как сила тока холостого хода очень мала, как и сопротивление первичной обмотки в сравнении с ее индуктивным сопротивлением, следовательно:

$U_1\approx -U_{1i}$

$U_{1i}$ отстает на $\frac{\pi }{2}$ от магнитного потока.

Напомним, что $U_1-\ $ — внешнее напряжение, которое приложено к первичной обмотке, $U_{1i}$ — напряжение в первичной обмотке в результате самоиндукции, $U_{2i}$ — напряжение на вторичной обмотке в результате взаимной индукции, $I_m$ — сила тока холостого хода, $Ф_m$ — поток холостого хода, который охватывается каждым витком обмоток.

Рисунок 1. Векторная диаграмма холостого хода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Задание № 2: Объясните, в чем эксплуатационные особенности автотрансформатора?

Решение:

Эксплуатационное отличие автотрансформатора состоит в том, что первичная и вторичная обмотки автотрансформатора находятся между собой в электрическом контакте, а обмотки трансформатора изолированы. Поэтому статические заряды из первичной обмотки автотрансформатора могут перейти во вторичную обмотку, что в трансформаторе исключено. Это явление следует учитывать. Автотрансформатор является экономичной конструкцией трансформатора, так как помогает экономить на обмоточных проводах. При этом автотрансформатор сохраняет все физические принципы работы трансформатора.

Лекция «Назначение, области применения, классификация трансформаторов»

МДК 01.01 Электрические машины — 4

 

Задание для обучающихся с применением дистанционных образовательных технологий и электронного обучения

 

Дата 19.01

Группа Э-19

Междисциплинарный курс: МДК.01.01 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Тема занятия:      Назначение, области применения, классификация трансформаторов

Форма: лекция

 

Задание:

— Просмотреть видеоролик «Трансформаторы, принцип действия, конструкция, классификация»

— Проработать материал лекции и составить краткий конспект лекции

— Расшифровать обозначения трансформаторов (любой столбец на с. 5)

— — Готовое практическое задание сфотографировать и прикрепить все фотографии в разделе «Моя работа» в Google Классе и нажать кнопку «Сдать»

 

ПЛАН

1 Назначение, области применения, классификация трансформаторов

2 Физические явления, лежащие в основе работы трансформаторов

3 Устройство и рабочий процесс однофазного трансформатора

4 Приведение параметров вторичной обмотки трансформатора к первичной. Схема замещения и векторная диаграмма приведенного трансформатора

 

ЛЕКЦИЯ

 

1 Назначение, области применения, классификация трансформаторов

 

1.1 Назначение трансформаторов

 

Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии одного напряжения и одной частоты в электрическую энергию другого напряжения той же частоты.

Такое преобразование необходимо во всех отраслях промышленности. В частности, в энергетике применение трансформаторов обеспечивает основное преимущество электрической энергии – возможность передачи ее на большие расстояния с минимальными потерями.

При передаче электроэнергии в линии электропередачи возникают потери энергии. Эти потери определяются по формуле

 

                                              (4.1)

 

где  — ток в линии передачи;

 — сопротивление проводов линии передачи

 

Мощность, передаваемая в линии передачи, определяется током и напряжением в ЛЭП

 

                                                 (4.2)

 

При относительно низком напряжении  ток в линии может быть весьма большим. Большой ток в проводах линии электропередачи в соответствии с (4.1) обусловливает значительные потери. Для уменьшении этих потерь при той же передаваемой мощности необходимо уменьшить ток в линии электропередачи. Для этого напряжение в ЛЭП должно быть повышено. Эта задача решается с помощью трансформатора (рис.4.2). Поэтому силовые трансформаторы являются необходимым элементом промышленных электрических сетей. В начале линии передачи со стороны генератора устанавливается повышающий трансформатор, который увеличивает напряжение в десятки раз, а в конце ЛЭП со стороны потребителей устанавливается понижающий трансформатор, который уменьшает напряжение до номинального напряжения потребителя.

Основное назначение трансформаторов — изменять напряжение переменного тока.

 

Рисунок 4.2 – Передача и использование электрической энергии

 

1.2 Области применения трансформаторов

 

В электротехнологии используются сварочные и печные трансформаторы.

Печные трансформаторы обеспечивают напряжение, необходимое для питания электродуговых и индукционных печей; сварочный трансформатор создает напряжение, необходимое для горения электрической дуги в процессе электрической сварки.

Кроме того, трансформаторы разных типов широко применяются в различных областях электротехники, электроники, электротехнологии, в устройствах измерения и контроля, автоматического управления и др.

Трансформаторы разных типов имеет разные особенности конструкции и обладают разными характеристиками. Однако в основе работы всех трансформаторов лежит один принцип – индукционное действие магнитного поля (явление электромагнитной индукции).

Трансформаторы применяются также для преобразования числа фаз и частоты. Силовые трансформаторы в выпускаются в основном на частоту 50 Гц.

 

1.3 Классификация трансформаторов

 

Трансформаторы классифицируют по нескольким признакам:

-· по назначению: силовые общего и специального назначения, импульсные, для преобразования частоты и т. д.

-· по числу трансформируемых фаз: однофазные и трехфазные;

-· по виду охлаждения: с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным (масляные трансформаторы) охлаждением;

-· по форме магнитопровода- стержневые, броневые, бронестержневые, тороидальные;

-· по числу обмоток на фазу: двухобмоточные, многообмоточные

 

Классификация трансформаторов может быть представлена схематично

 

 

В соответствии с нормативными документами особенности конструкции трансформатора отражаются в обозначении его типа и систем охлаждения.

Тип трансформатора:

— Автотрансформатор (для однофазных О, для трехфазных Т) — А

— Расщепленная обмотка низшего напряжения — Р

— Защита жидкого диэлектрика с помощью азотной подушки без расширителя — З

— Исполнение с литой изоляцией — Л

— Трех обмоточный трансформатор — Т

— Трансформатор с РПН — Н

— Сухой трансформатор с естественным воздушным охлаждением (обычно вторая буква в обозначении типа), либо исполнение для собственных нужд электростанций (обычно последняя буква в обозначении типа) — С

— Кабельный ввод — К

— Фланцевый ввод (для комплектных ТП) – Ф

 

Системы охлаждения сухих трансформаторов:

— Естественное воздушное при открытом исполнении — С

— Естественное воздушное при защищенном исполнении — СЗ

— Естественное воздушное при герметичном исполнении — СГ

— Воздушное с принудительной циркуляцией воздуха — СД

 

Системы охлаждения масляных трансформаторов:

— Естественная циркуляция воздуха и масла — М

— Принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла — Д

— Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с ненаправленным потоком масла — МЦ

— Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с направленным потоком масла — НМЦ

— Принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла — ДЦ

— Принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла — НДЦ

— Принудительная циркуляция воды и масла с ненаправленным потоком масла — Ц

— Принудительная циркуляция воды и масла с направленным потоком масла — НЦ

 

Рисунок 4.1 — Силовой масляный трансформатор ТМ-160 (250) кВА

 

Системы охлаждения трансформаторов с негорючим жидким диэлектриком:

— Охлаждение жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха — НД

— Охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха и с направленным потоком жидкого диэлектрика — ННД

 

Буквы и цифры в обозначениях типа трансформатора

 

I — А – автотрансформатор (трансформатор не имеет обозначения)

II — Т – трехфазный; О – однофазный; Р – наличие расщепленной обмотки НН

III — С – естественное воздушное при открытом исполнении; СЗ – естественное воздушное при защищенном исполнении; М – естественная циркуляция масла и воздуха и т.д.

IV — Т – трехобмоточный

V — Н – выполнение одной из обмоток с устройством РПН.

VI — В числителе дроби после буквенного обозначения типа указывается номинальная мощность трансформатора в кВА.

VII — В знаменателе указывается  номинальное напряжения обмотки ВН в кВ.

 

Расшифруйте тип трансформатора:

 

 ТМ – 250/10;                                        ТД – 10 000/35;

 ТДЦ – 80 000/35;                                 ТМТН – 6 300/35;

 ТДТН – 100 000/35;                            ТМН – 2 500/110;

 ТДН – 10 000/110;                              ТРДН – 25 000/110;

 ТРДЦН – 630 000/110                        ТЦ — 630 000/220;

ОРДЦ – 333 000/500;                          ОРЦ – 53 300/500;

АТДТН – 32 000/220;                         АТДЦТН – 125 000/220;

АОДЦТН – 167 000/500;                    ТСЗ – 10/0,66

 

2 Физические явления, лежащие в основе работы трансформаторов

 

Однофазный трансформатор работает на определённом законе, ввиду которого идущее в витке переменное электромагнитное поле наводит электродвижущую силу в расположенном рядом проводнике. Действие названо законом электромагнитной индукции, которое было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. В результате обоснования закона учёный создал общую теорию, используемую в работе огромного числа современных электрических приборов.

Иными словами, работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

·                     Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)

·                     Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Форма напряжения во вторичной обмотке связана с формой напряжения в первичной обмотке довольно сложным образом. Благодаря этой сложности удалось создать целый ряд специальных трансформаторов, которые могут выполнять роль усилителей тока, умножителей частоты, генераторов сигналов и т.д.

Исключение — силовой трансформатор. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

В случае силового трансформатора, работающего в схеме Преобразователя Мотовилова, он преобразует постоянный силовой ток первичной обмотки в постоянный силовой ток вторичной обмотки при прямоугольном переменном напряжении на обеих обмотках. Последнее выпрямляется в постоянное напряжение так, что на входе и выходе схемы Мотовилова действуют постоянные токи при постоянном напряжении.

 

3 Устройство и рабочий процесс однофазного трансформатора

 

3.1 Конструкция однофазного трансформатора

 

Любой однофазный трансформатор может работать только в цепях переменного тока. За счёт него полученное электрическое напряжение изменяется в нужную величину. Ток, полученный таким способом, повышается, в результате того, что мощность отдаётся в действительности без потерь. С этого и следует вывод, что основное использование такого прибора – вывести необходимое для решения задачи напряжение, после чего можно применять в определённых целях.

Вникнуть в работу прибора поможет детальный разбор конструкции трансформатора. Состоит он из следующих основных частей:

  • Сердечник, состоящий из материалов с ферромагнитными свойствами;
  • Две катушки, вторая находится на отдельном каркасе;
  • Защитный чехол (имеется не у всех моделей).

Конструкция однофазного трансформатора представлена на рисунке 4.3

Рисунок 4.3 — Конструкция однофазного трансформатора

 

3.2 Рабочий процесс однофазного трансформатора

 

Электромагнитная схема простейшего идеального трансформатора показана на рис. 4.4. В таком трансформаторе магнитопроводом может быть прямоугольный ферромагнитный сердечник, на котором размещены две электрические обмотки. Каждая из обмоток имеет определенное количество витков ( и ), охватывающих стержни магнитопровода.

Рисунок 4.4 — Электромагнитная схема простейшего идеального трансформатора

Обмотка с числом витков  называется первичной обмоткой и подключается к зажимам фаза А – ноль N источника электроэнергии переменного напряжения .

Обмотка с числом витков w2 называется вторичной. К зажимам вторичной обмотки подключается приемник электроэнергии с сопротивлением .

Под действием переменного напряжения  источника в первичной обмотке возникает первичный ток  . Этот ток, замыкаясь по виткам первичной обмотки, создает переменную магнитодвижущую силу (МДС) в магнитной цепи трансформатора. Под действием МДС возникает переменное магнитное поле.

При этом магнитный поток , замыкаясь по ферромагнитному сердечнику, пронизывает все витки обеих обмоток. Согласно закону электромагнитной индукции переменный магнитный поток  , пронизывая витки обмоток, индуктирует в каждом из них ЭДС индукции е. Положительное направление ЭДС одного витка е соотносится с направлением магнитного потока как обозначено на рис. 4.4 . При этом ее величина определяется скоростью изменения магнитного потока

 

Тогда в первичной обмотке с числом витков w1 создается ЭДС индукции , пропорциональная числу витков :

 

                                                 (4.4)

 

а во вторичной обмотке с числом витков w2 создается ЭДС , пропорциональная числу витков :

 

                                                     (4.5)

 

Вторичная ЭДС  определяет напряжение на зажимах вторичной обмотки , к которой подключен приемник, и ток приемника (вторичный ток)  .

Таким образом, приемник потребляет от трансформатора электрическую энергию.

Соотношение по величине между первичным и вторичным напряжениями называется коэффициентом трансформации:

 

 

Для того, чтобы определить это соотношение запишем уравнения по II закону Кирхгофа для электрических контуров первичной и вторичной цепей.

 

                                                             (4.7)

                                                             (4.8)

 

Уравнения (4.7), (4.8) называют уравнениями электрического состояния идеального трансформатора. Исходя из этих уравнений и с учетом (4.4), (4.5), коэффициент трансформации

 

 

т.е. коэффициент трансформации определяется соотношением числа витков первичной и вторичной обмоток.

Если число витков вторичной обмотки меньше, чем в первичной (< ), вторичное напряжение меньше первичного ( < ) , коэффициент трансформации  > 1, и такой трансформатор называют понижающим трансформатором.

Если число витков вторичной обмотки больше, чем в первичной ( > ), вторичное напряжение больше первичного ( > ) , коэффициент трансформации  < 1, и такой трансформатор называют повышающим трансформатором.

Трансформатор с одинаковым числом витков в обеих обмотках обладает коэффициентом трансформации . Такой трансформатор называют разделительным.

Таким образом, трансформатор посредством магнитной связи двух обмоток в магнитной цепи преобразует электрическую энергию источника с напряжением  в электрическую энергию, отдаваемую приемнику с напряжением . При этом вторичное напряжение

 

                                                       (4.10)

 

Например, трансформатор, имеющий номинальное первичное напряжение , число витков первичной обмотки  витков и число витков вторичной обмотки  витков, обладает коэффициентом трансформации

 

 

(понижающий трансформатор) и создает вторичное напряжение

 

 

Для обозначения трансформатора в электрических схемах используют его условное графическое обозначение, показанное на рис. 4.5 .

Рисунок 4.5 — Условное графическое обозначение трансформатора в схемах электрических цепей (а – развернутое, б – упрощенное)

 

4 Приведение параметров вторичной обмотки трансформатора к первичной. Схема замещения и векторная диаграмма приведенного трансформатора

 

В общем случае параметры первичной обмотки трансформатора отличаются от параметров вторичной обмотки. Эта разница наиболее ощутима при больших коэффициентах трансформации, что затрудняет расчеты и построение векторных диаграмм, так как в этом случае векторы электрических величин первичной обмотки значительно отличаются по своей длине от одноименных векторов вторичной обмотки. Указанные затруднения устраняются приведением всех параметров трансформатора к одинаковому числу витков, обычно к числу витков первичной обмотки w1. С этой целью все величины, характеризующие вторичную цепь трансформатора, — ЭДС, напряжение, ток и сопротивления — пересчитывают на число витков w1 первичной обмотки.

Таким образом, вместо реального трансформатора с коэффициентом трансформации k = w1/w2 получают эквивалентный трансформатор с k=w1/w’2=1, где w’2=w1Такой трансформатор называют приведенным. Однако приведение вторичных параметров трансформатора не должно отразиться на его энергетических показателях: все мощности и фазовые сдвиги во вторичной обмотке приведенного трансформатора должны остаться такими, как и в реальном трансформаторе.

Так, электромагнитная мощность вторичной обмотки реального трансформатора Е2I2 должна быть равна электромагнитной мощности вторичной обмотки приведенного трансформатора

 

                                           (4.11)

 

Подставив значение приведенного тока вторичной обмотки I2I2(w2/w1,) в (4.11), получим формулу приведенной вторичной ЭДС:

 

                     (4.12)

 

Так как , то приведенное напряжение вторичной обмотки

 

 

Из условия равенства потерь в активном сопротивлении вторичной обмотки имеем  . Определим приведенное активное сопротивление:

 

                                                   (4.14)

 

Приведенное индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки определяют из условия равенства реактивных мощностей ,откуда

 

                                               (4.15)

 

Приведенное полное сопротивление вторичной обмотки трансформатора

 

                 (4.16)

 

Приведенное полное сопротивление нагрузки, подключенной на выводы вторичной обмотки, определим по аналогии с (4.16):

 

                                              (4.17)

Уравнения напряжений и токов для приведенного трансформатора имеют вид

 

 

 

                                           (4.18)

 

Эти уравнения устанавливают аналитическую связь между параметрами трансформатора во всем диапазоне нагрузок от режима х.х. до номинальной.

Еще одним средством, облегчающим исследование электромагнитных процессов и расчет трансформаторов, является применение электрической схемы замещения приведенного трансформатора. На рис. 4.6,а представлена эквивалентная схема приведенного трансформатора, на которой сопротивления и х условно вынесены из соответствующих обмоток и включены последовательно им. Как было установлено ранее, в приведенном трансформаторе k = 1, а поэтому В результате точки А и а, а также точки и х на схеме имеют одинаковые потенциалы, что позволяет электрически соединить указанные точки, получив Т–образную схему замещения приведенного трансформатора (рис. 4.6, б). В электрической схеме замещения трансформатора магнитная связь между цепями заменена электрической.

 

Рисунок 4.6 — Эквивалентная схема (а) и схема замещения (б) приведенного трансформатора

 

Схема замещения приведенного трансформатора удовлетворяет всем уравнениям ЭДС и токов приведенного трансформатора (4.16) и представляет собой совокупность трех ветвей: первичной — сопротивлением Z1 = r1 + jxи током ; намагничивающей — сопротивлением Zm=rm+jxm и током ; вторичной — с двумя сопротивлениями: сопротивлением собственно вторичной ветви Z’2 r’2 + jx’2 и сопротивлением нагрузки Z’H = rн‘ ± jx’H и током Изменением сопротивления нагрузки Z’H на схеме замещения могут быть воспроизведены все режимы работы трансформатора.

Параметры ветви намагничивания Zm = rm + jxm определяются током х.х. Наличие в этой ветви активной составляющей rm обусловлено магнитными потерями в трансформаторе.

Все параметры схемы замещения, за исключением Z’Hявляются постоянными для данного трансформатора и могут быть определены из опыта х.х. и опыта к.з.

 

Форма отчета: фото выполненной работы

 

Срок выполнения задания 19.01

 

Получатель отчета: Код курса y4k6gc2

 

 

Реферат: Трансформаторы


Федеральное агентство по образованию

Рязанский Государственный Радиотехнический Университет

Контрольная работа

по предмету

«Электротехника»

на тему

«Трансформаторы»

Выполнил:

Ст. гр. 8046

Большаков М.Б.

Проверил:

Рязань, 2009

План

Введение

Общее устройство трансформаторов

Классификация трансформаторов

Конструктивные особенности некоторых видов трансформаторов

Виды трансформаторов

Расчет сетевого (силового) трансформатора

Практическое применение трансформатора

Список используемой литературы

Введение

Одним из главных положительных особенностей переменного тока является легкость преобразования переменного тока одного напряжение в переменный ток другого. Этот процесс осуществляется при помощи устройства под названием трансформатор .

Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Изобретателем трансформатора является русский ученый П.Н.Яблочков. В 1876г. Яблочков использовал индукционную катушку с двумя обмотками в качестве трансформатора для питания изобретенных им электрических свечей. Трансформатор Яблочкова имел незамкнутый сердечник. Трансформаторы с замкнутым сердечником, подобные применяемым в настоящее время, появились значительно позднее, в 1884г. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого времени не применялся.

Трансформаторы широко применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.

Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформатор представляет собой сердечник из тонких стальных изолированных одна от другой пластин, на котором помещаются две, а иногда и больше обмоток из изолированного провода. Обмотка, к которой присоединяется источник электрической энергии переменного тока, называется первичной обмоткой, остальные обмотки – вторичными.

Если во вторичной обмотке трансформатора намотано в три раза больше витков, чем в первичной, то магнитное поле, созданное в сердечнике первичной обмоткой, пересекая витки вторичной обмотки, создаст в ней в три раза больше напряжение.

Применив трансформатор с обратным соотношением витков, можно так же легко и просто получить пониженное напряжение.

С допустимой для практики точностью можно считать, что отношение числа витков первичной обмотки к вторичной равно отношению приложенного напряжения к выходному.

Это отношение, называемое коэффициентом трансформации , обычно сокращают на меньшее из чисел, и тогда коэффициент трансформации получают в виде отношения единицы к некоторому числу (1:4; 1:50) или, наоборот, некоторого числа к единице (4:1; 50:1).

В радиоаппаратуре трансформаторы используются в первую очередь в питающих устройствах, позволяющих питать приемники от осветительной сети переменного тока. Такие трансформаторы называются силовыми. Кроме того, трансформаторы используются для понижения и повышения напряжения различной частоты в усилителях и радиоприемниках. Для низких (звуковых) частот эти трансформаторы изготовляются с сердечниками из листовой стали. Для токов сравнительно высокой частоты трансформаторы, как и катушки индуктивности, делаются или совсем без стальных сердечников или с сердечниками из магнетита, альсифера, карбонильного железа и других специальных металлов.

Общее устройство трансформаторов

Общее устройство трансформатора видно из представленного рисунка – это магнитопровод, набранный из отдельных пластин; обмотки, выполненные проводом; каркас из изоляционного материала, на котором намотаны обмотки.

Рисунок 1 . Общее устройство трансформатора

Трансформатор, входящий в состав выпрямителя и предназначенный для питания лампового радиоприёмника, имеет следующие обмотки:

· первичную, включаемую в сеть;

· вторичную повышающую, дающую выпрямляемое напряжение;

· вторичную понижающую, дающую напряжение для накала кенотрона;

· вторичную понижающую, дающую напряжение для накала усилительных ламп радиоприёмника.

Иногда между первичной и вторичной обмотками помещается ещё экранная обмотка , предназначенная для защиты приемника от проникновения в него из сети всевозможных помех. Один конец этой обмотки заземляется, а другой изолирован и никуда не включается.

Первичная обмотка делается из нескольких секций, позволяющих включать трансформатор в сеть с различным напряжением.

Напряжение сети нередко колеблется под влиянием изменения нагрузки. Днем оно бывает нормальным, например 220 В, а вечером падает до 180-190 В, ночью и ранним утром повышается до 230-240 В. В таких случаях первичную обмотку иногда разбивают на ещё более мелкие секции (делают отводы, рассчитанные на напряжение 90, 100, 110, 120, 130, 180, 200, 220 и 240 В). Такая секционированная первичная обмотка позволяет подключать к сети количество витков, соответствующее фактическому напряжению, и таким образом обеспечивает нормальные напряжения для работы приемника.

Если от сети с колеблющимся напряжением питается радиоприемник или какое-либо другое радиоустройство, трансформатор которого не имеет подобных мелкосекционированных обмоток, приходится прибегать к помощи автотрансформатора. Последний специально изготовляется с большим числом отводов, переключая которые можно регулировать напряжение, подводимое к приемнику.

Вторичная повышающая обмотка силового трансформатора при однополупериодном выпрямлении состоит из одной секции без всяких отводов, а при двухполупериодном выпрямлении она рассчитывается на вдвое большее напряжение и имеет отвод от средней точки.

На качество изготовления вторичной обмотки должно быть обращено особое внимание, так как в ней получаются высокие напряжения. Для получения хорошего сглаженного тока при двухполупериодном выпрямлении обе половины повышающей обмотки должны быть совершено одинаковы . Поэтому их лучше наматывать не одну поверх другой, а располагать в соседних секциях каркаса.

Накальные обмотки трансформаторов наматываются из относительно толстого провода (1-2 мм ). Обмотка накала кенотрона в схеме выпрямителя соединена с плюсом высокого напряжения, поэтому она должна быть особенно тщательно изолирована от сердечника трансформатора, других его обмоток и экрана.

Все обмотки трансформатора для лучшего использования его объема и для предохранения от пробоя изоляции проводов следует наматывать аккуратно, виток к витку. Слои обмоток нужно отделить один от другого тонкой пропарафинированной бумагой, а между обмотками прокладывать слой изолировочной ленты, тонкого электрокартона или два-три слоя лакоткани (специально изоляционной ткани, пропитанной лаком).

Чтобы крайние витки сползали в щель между щечкой каркаса и краем обмотки и верхние витки не касались нижних, находящихся под большим напряжением один относительно другого, прокладки следует делать на 6-8 мм шире длины каркаса, а края этой прокладки надрезаны и загнуты.

Каркас для намотки трансформатора обычно изготовляется из специального электрокартона или обычного плотного картона. Размеры каркаса определяются размерами стального сердечника трансформатора.

Сердечник трансформатора для уменьшения в нем вихревых токов изготовляется из тонких листов (0,35-0,5 мм )специальное трансформаторной стали. Каждая пластина трансформатора с одной стороны оклеивается тонкой папиросной бумагой или покрывается слоем изолирующего лака. Используемые в настоящее время трансформаторные пластины чаще всего имеют Ш-образную форму. Применяются также пластины Г-образной формы.

Рисунок 2. Виды пластин в сердечнике трансформатора

После намотки трансформатора каркас должен быть возможно плотнее заполнен трансформаторной сталью. Набивать силовой трансформатор надо вперекрышку: на то место, где был стык пластин, следующие пластины класть сплошной частью. Все пластины кладутся изолированной поверхностью в одну сторону.

Пластины трансформатора должны быть туго стянуты болтами, проходящими через специальные отверстия. Если пластины не имеют отверстий, они стягиваются при помощи стальных обжимок или деревянных брусочков.

Классификация трансформаторов

Трансформаторы можно классифицировать по признаку функционального назначения как: трансформаторы питания и трансформаторы согласования.

Рассмотрим трансформаторы питания, их можно классифицировать

1. По напряжению:

— низковольтные

— высоковольтные

— высокопотенциальные

2. В зависимости от числа фаз преобразуемого напряжения

— однофазные

— трёхфазные

3. В зависимости от числа обмоток

— двухобмоточные

— многообмоточные

4. В зависимости от конфигурации магнитопровода

— стержневые

— броневые

— тороидальные

5. В зависимости от мощности

— малой мощности

— средней мощности

— большой мощности

6. В зависимости от способа изготовления магнитопровода

— пластинчатые

— ленточные

7. В зависимости от коэффициента трансформации:

— повышающие

— понижающие

8. В зависимости от вида связи между обмотками:

— с электромагнитной связью (с изолированными обмотками)

— с электромагнитной и электрической связью(со связанными обмоками)

9. В зависимости от конструкции обмотки:

— катушечные

— галетные

— тороидальные

10. В зависимости от конструкции всего трансформатора

— открытые

— капсулированные

— закрытые

11. В зависимости от назначения:

— выпрямительные

— накальные

— анодно-накальные и т.д.

12. В зависимости от рабочей частоты трансформаторы делят на трансформаторы:

— пониженной частоты (менее 50 Гц)

— промышленной частоты (50 Гц)

— повышенной промышленной частоты (400, 1000, 2000 Гц)

— повышенной частоты (до 10000 Гц)

— высокой частоты

Конструктивные особенности некоторых видов трансформаторов

Основными частями трансформатора являются магнитопровод и катушка с обмотками.

Материалом для магнитопровода трансформаторов служит листовая электротехническая сталь различных марок и толщины, горячей прокатки и холоднокатаная; от содержания кремния, которое отражено в марке стали, а также от толщины листа зависят потери мощности в магнитопроводе от вихревых токов. Толщину листа применяемой стали выбирают в зависимости от частоты сети, питающей трансформатор: с увеличением частоты толщину листа надо уменьшать. Ленточные (витые) магнитопроводы изготавливают из лент рулонной стали; предварительно лента покрывается изолирующим и склеивающим составом.

Стержневые магнитопроводы собираютизпрямоугольных пластин одинаковой ширины. Части магнитопровода, на которых находятся обмотки, называются стержнями. Часть магнитопровода, соединяющая стержни между собой, называется ярмом.

Сборка частей магнитопровода может производиться встык и вперекрышку, причем в последнем случае увеличивается механическая прочность и уменьшается магнитное сопротивление магнитопровода. При сборке встык пластины собирают в единый пакет и предусматривают изоляционную прокладку между пакетами для предохранения от замыкания между отдельными листами магнитопровода. Сборка встык упрощает монтаж и демонтаж трансформатора. Пластины магнитопровода скрепляют в пакет либо с помощью изолированных от магнитопровода шпилек либо с помощью специальных бандажей из капроновых ниток.

Броневые магнитопроводы собирают из пластин Ш-образной формы и прямоугольных пластин, замыкающих Ш-образную пластину. Эти магнитопроводы имеют один стержень, на котором располагают все обмотки трансформатора. Сборка броневого магнитопровода производится так же, как и магнитопровода стержневого типа, описанного выше.

Поскольку в броневом магнитопроводе обмотка размещается на среднем стержне, магнитный поток разветвляется на правую и левую части и, таким образом, в крайних стержнях его значение будет в 2 раза меньше, чем в центральном; это позволяет уменьшить сечение крайних стержней в 2 раза по сравнению с центральным. собирают из отдельных штампованных колец, покрытых изолирующим лаком; сборка производится с помощью намотки на пакет пластин ленточной лакоткани. Этот магнитопровод обладает наилучшими магнитными свойствами: наименьшее магнитное сопротивление, минимальные индуктивность рассеивания и чувствительность к внешним магнитным полям, однако изготовление обмоток в данном случае может производиться только на специальных станках челночного типа или вручную.

Ленточные магнитопроводы стержневого и броневого типа собираются из отдельных, соединяемых встык, магнитопроводов подковообразной формы, а затем стягиваются специальными накладками (хомутами). Такая конструкция магнитопровода значительно упрощает сборку трансформатора. Ленточные магнитопроводы по сравнению с пластинчатыми допускают магнитную индукцию на 20—30 % выше, потерь в них меньше, заполнение объема магнитопровода и КПД трансформатора выше. По этим причинам ленточные магнитопроводы находят все более широкое применение.

Тороидальные ленточные магнитопроводы изготавливают путем навивки ленты на оправку заданного размера. Обмотки трансформатора производятся на намоточных станках челночного типа.

Рисунок 3 . Конструкция магнитопроводов трансформаторов

Обмотки трансформатора выполняют из медного или алюминиевого изолированного провода. При изготовлении катушки с обмотками предусматриваются изолирующие прокладки: межобмоточная, межслойная и внешняя.

При диаметре провода более 1 мм каркас выполняется из электрокартона, а отдельные слои обмотки перевязываются хлопчатобумажной лентой.

Обмоточные провода маркируются по диаметру, виду изоляции и нагревостойкости.

Для повышения электрической прочности трансформаторы после сборки пропитывают электроизоляционными лаками, а иногда заливают специальными компаундами.

В трансформаторах средней мощности ближе к стержню располагают обмотку низшего напряжения. Это позволяет уменьшить слой изоляции между обмоткой и стержнем, а также создает лучшие условия охлаждения обмотки низшего напряжения, по которой протекает больший ток.

В низковольтных трансформаторах (до 100 В) малой мощности ближе к стержню помещают обмотку высшего напряжения. Эта мера позволяет уменьшить стоимость трансформатора, так как средняя длина витка обмотки высшего напряжения, выполняемой из дорогостоящего провода малого сечения, получается в этом случае меньше.

В высоковольтных трансформаторах (свыше 1000В) применяется раздельное расположение обмоток на стержнях магнитопровода.

В низковольтных трансформаторах обмотки располагаются в соответствии с рис.1.2,б

Рисунок 4. Расположение обмоток на каркасе: а – в высоковольтном трансформаторе; б — в низковольтном; в — в броневом

Достоинство такого расположения обмоток — небольшое значение магнитного потока рассеяния из-за меньшей толщины намотки и небольшой расход обмоточных проводов, так как снижение толщины намотки ведет к уменьшению средней длины витка обмотки.

В трансформаторах с броневыми магнитопроводами обмотки располагаются на одном стержне.

В трехфазном трансформаторе на каждом из стержней располагаются первичная и вторичная обмотки данной фазы.

В тороидальных трансформаторах обмотки располагаются по всей длине магнитопровода.

Стержневые и броневые магнитопроводы с находящимися на них обмотками собирают в узел с помощью шпилек и накладок либо путем запрессовки в скобу.

Тороидальные магнитопроводы с находящимися на них обмотками собирают в узел и крепят к шасси с помощью крепежных шайб и винта с гайкой.

В конструкции трансформатора должна быть предусмотрена панель, к которой припаиваются выводы обмоток. Корпус трансформатора (накладки, обоймы, скобы) электрически соединяется с магнитопроводом и заземляется. Эта мера необходима из соображений техники безопасности на случай пробоя одной из обмоток.

Виды трансформаторов

Выходной трансформатор

Кроме силовых трансформаторов, в ламповых радиоприемниках и усилителях употребляют выходные, междуламповые (или переходные) и входные (в усилителях низкой частоты) трансформаторы.

Выходные трансформаторы применяются для согласования сопротивления громкоговорителя с сопротивлением анодной цепи выходной лампы. Согласование это необходимо для того, чтобы можно было получить от лампы ту мощность, на которую она рассчитана. Отдать же наибольшую мощность лампа может только в том случае, если в анодной цепи ее стоит нагрузка с сопротивлением, являющимся оптимальным для данной лампы. В справочниках эта оптимальная нагрузка обозначается обычно Rа или Rаопт .

Анодная нагрузка выходных низкочастотных ламп составляет обычно несколько тысяч Ом, в то время как сопротивление обмоток современных громкоговорителей равна единицам Ом. Если громкоговоритель с такой низкоомной звуковой катушкой включить прямо в анодную цепь лампы, то только маленькая доля мощности будет расходоваться на громкоговорителе, а вся остальная мощность будет бесполезно тратиться на нагрев лампы. При включение же в анодную цепь лампы понижающего трансформатора, к выходной обмотке которого подключен громкоговоритель, положение резко изменится.

Трансформатор, понижая напряжение, действующее в анодной цепи лампы, в то же время как бы «повышает» сопротивление, подключенное к анодной цепи. Если коэффициент трансформации выходного трансформатора равен 20:1, т.е. во вторичной (выходной) обмотке в 20 раз меньше витков, чем в первичной (анодной), то напряжение, подводимое к громкоговорителю, будет в 20 раз меньше действующего на аноде лампы, а сопротивление, «ощущаемое» лампой, станет в 400 раз больше сопротивления обмотки громкоговорителя, т.е. возрастет в 20*20=202 раз.

Расчет выходного трансформатора сложен для начинающего радиолюбителя, поэтому в таблице приведены данные обмоток выходных трансформаторов для наиболее употребляемых выходных ламп и громкоговорителей.

Входные трансформаторы

Входные трансформаторы служат для согласования входа усилителя звуковой частоты с микрофоном, звукоснимателем или магнитной головкой. Так как максимальная амплитуда переменного напряжения для входных трансформаторов бывает не более 1В, то их изготовляют повышающими. Входные трансформаторы должны иметь повышенную помехозащищенность и слабую чувствительность к воздействию внешних магнитных полей, так как в противном случае в них могут появиться значительные напряжения помех.

Для уменьшения помех входные трансформаторы тщательно экранируют, оси их обмоток располагают перпендикулярно к магнитным силовым линиям источника помех, а также принимают меры по возможно большему удалению входных цепей от выходного трансформатора и трансформатора питания.

Учитывая, что наименьшей чувствительностью к воздействию внешних магнитных полей обладают трансформаторы с магнитопроводами броневого или тороидального типа, входные трансформаторы изготавливаются на штампованных или ленточных сердечниках из пермаллоя. 80НХС или 79НМ, а также из стали. Входные трансформаторы помещают в экран или опрессовывают пластмассой. Их крепят на печатных платах с помощью «лапок» или непосредственно пайкой выводов из луженой проволоки диаметром 1 – 1,5 мм.

Междуламповые и междукаскадные трансформаторы.

Междукаскадные трансформаторы применяются для связи в УЗЧ, получающих питание от автономных источников, так как в этом случае от усилителя необходимо получить максимальный коэффициент усиления при минимальном количестве транзисторов и радиоламп.

Конструктивно междукаскадные трансформаторы не отличаются от входных. Они изготавливаются с коэффициентом трансформации не более чем 1:4, так как больший коэффициент вызывает большие гармонические искажения.

Междуламповые трансформаторы употребляются, когда при ограниченном количестве ламп и небольшом анодном напряжении необходимо получить большое усиление. Такие требования часто предъявляются к батарейным радиоприемникам.

Междуламповые трансформаторы большей частью делают с малым сечением стального сердечника (1,5 – 3 см 2 ). Первичные обмотки, включаемые в анодную цепь лампы, обычно состоят из 3000 – 5000 витков эмалированного провода диаметром 0,08 – 0,1 мм . Вторичные обмотки трансформаторов имеют от 6000 до 20 000 витков того же провода, что и первичная обмотка.

Коэффициент трансформации междуламповых трансформаторов, т.е. отношение количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичной обмотки, берутся в пределах от 1:2 до 1:5.

Казалось бы, что для большего усиления надо иметь большие коэффициенты трансформации. Однако при повышении коэффициента трансформации даже только до 1:4, 1:5 трансформаторы уже дают заметно худшее качество воспроизведения звука, чем трансформаторы с коэффициентом 1:2. Причина в том, что при очень большом количестве витков во вторичной обмотке ее собственная емкость становится настолько большой, что ухудшает трансформацию верхних звуковых частот.

Кроме того, намотанный тонким проводом междуламповый трансформатор является наиболее надежной деталью приемника или усилителя.

Поэтому по возможности междуламповый трансформатор не следует применять.

Применение переходных трансформаторов в сетевых приемниках нежелательно ещё потому, что при использовании междулампового трансформатора очень трудно избавится от прослушивания фона переменного тока. Это явление вызывается тем, что магнитный поток силового трансформатора не весь замыкается по сердечнику. Часть потока проходит в окружающем пространстве, пересекает витки обмотки междулампового трансформатора и наводит в нем переменное напряжение. Наведенное напряжение усиливается и, попадая в громкоговоритель, создает неприятное гудение.

Расчет сетевого (силового) трансформатора

Классический расчет трансформатора достаточно сложен и требует знания почти всех характеристик, которые мы не можем знать, т.к. для использования мы берем всегда случайно попавший к нам сердечник. Поэтому, здесь для расчета трансформатора предлагается эмпирический метод, многократно проверенный радиолюбителями и основанный на практическом применении.

Для расчета сетевого трансформатора необходимо знать исходные данные, а именно напряжения и токи каждой обмотки. Первым шагом является определение суммарной мощности, которая вычисляется как сумма мощностей, потребляемой каждой об-моткой (мощность — это произведение тока на напряжение), поэтому:

, где U1I1, U2I2 и т.д. — произведения напряжений и то-ков вторичных обмоток (здесь ток — это максимальный ток нагрузки). Теперь определяем габаритную мощность, которая получается при делении на КПД:

КПД заранее знать нельзя, но ее можно определить по таблице 1:

Зная габаритную мощность трансформатора, находим сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:

S — получается в квадратных сантиметрах.

Теперь находим ширину рабочего керна сердечника по формуле:

По полученному значению а (см.) выбираем из имеющихся в наличии сердечников данное значение (можно больше), и находим толщину пакета с (см.):

Теперь определяем количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения:

Коэффициент К обычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь он зависит от свойств пластин стали сердечника. Для стали толщиной 0,35 мм, для сердечников С-образной формы, витых из тонкой стали, К=35. Для сердечников О-образной формы, собранный из П- или Г-образных пластин без отверстий по углам, берем К=40. Если применяются пластины типа Ш без отверстий, то К=45, с отверстиями К=50. Для пластин Ш-образной формы с отверстиями, толщиной 0,35 мм, К=60. Т.е. значением К можно варьировать, но учитывать, что уменьшение К облегчает намотку, но ужесточает работу трансформатора. При применении пластин из высококачественной стали этот коэффициент можно немного уменьшить, а при низком качестве нужно увеличить.

Теперь можно найти количество витков первичной обмотки:

Для определения количества витков вторичной обмотки, необходимо вводить дополнительный коэффициент m, учитывающий падение напряжения на ней:

Коэффициент m зависит от силы тока, протекающего по данной обмотке, табл.2:

Диаметр проводов вторичных обмоток можно найти:

где d-диаметр провода по меди, мм; I-сила тока в обмотке, А; p-коэффициент, учитывающий допустимый нагрев, зависящий от марки провода, табл. 3:

Силу тока в первичной обмотке можно определить так:

Пример расчета

Нужно рассчитать трансформатор со следующими данными:

U1=6,3В, I1=1,5А; U2=12В, I2=0,3А; U3=120В, I3=0,059А. Находим суммарную мощность: Рсумм=6,3*1,5+12*0,3+120*0,059=20,13 Вт. С помощью табл.1 определяем габаритную мощность: Рг=20,13/0,85=23,7 Вт. Находим сечение трансформатора:

Находим приближенное значение ширины рабочего керна:

Выбираем пластины трансформатора типа Ш-19, для которых а=1,9 см, и находим толщину пакета:

с=S/a=5,84/1,9=3,1 см.

Фактически полученное сечение рабочего керна сердечника:

S=ac=1,9*3,1=5,89 см2.

Определяем коэффициент К. Допустим, что используются пластины трансформаторной стали типа Ш-19 без отверстий по углам. Тогда К=45.
Находим количество витков на 1 В:

n=K/S=45/5,89=7,64.

Определяем количество витков первичной обмотки при питании от сети напряжением 220 В:

WI=UI*n=220*7,64=1680 витков.

Находим из табл. 3 коэффициент m для каждой из вторичных обмоток:
при I1=1,5A, m1=1,04;

при I2=0,3A, m2=1,02;

при I3=0,059A, m3=1,00.

Определяем количество витков каждой из вторичных обмоток с округлением до ближайшего целого числа:

W1=m1U1n=1,04*6,3*7,64=50 витков;

W2=m2U2n=1,02*12*7,64=94 витков;

W3=m3U3n=1,00*120*7,64=917 витков;

Находим силу тока в первичной обмотке:
I1=Pг/Uсети=23,7/220=0,108 А.

Находим диаметр провода первичной обмотки:

Находим диаметры проводов вторичных обмоток. Для этого составляем таблицу намоточных данных, где диаметры проводов по меди выбраны из ближайших больших стандартных значений, а диаметры проводов в изоляции взяты на 10% больше, чем диаметры проводов по меди, табл. 4.

Практическое применение трансформатора

Трансформаторы широко используются в промышленности и быту для различных целей:

1. Для передачи и распределения электрической энергии.

Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-24 кВ, а передавать электроэнергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500, и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения.

Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населёнными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям, при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех распределительных узлах должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение до величины 220, 380 и 660 В (рис. 6)

Рис. 6. Трансформатор в схеме передачи и распределения энергии

2. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входе преобразователя. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются преобразовательными.

3. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др.

4. Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры, устройств связи и автоматики, электробытовых приборов, для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств, для согласования напряжения и пр.

5. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопастности. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются измерительными.

Список используемой литературы

1. Боровик С.С., Бродский М.А. Ремонт и регулировка бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Вышэйшая школа. Минск, 1989.

2. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины. Т.1. Высшая школа. М., 1987.

3. Сидоров И.Н., Скорняков С.В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры, Москва «Радио и связь», 1994.

4. http://elcs.narod.ru/articles2.html

5. http://model.exponenta.ru/electro/0070.htm

Похожие рефераты:

Электрические аппараты

Синхронные машины. Машины постоянного тока

Оборудование летательных аппаратов

Электронные схемы для дома и быта

Ответы к экзаменационным билетам по физике 11 класс (ответы к 29 билетам)

Полные ответы на билеты по автоделу (экзамен 2002)

Наладка электрооборудования

Виды и применение трансформаторов

Трехфазные электрические цепи, электрические машины, измерения электрической энергии, электрического освещения, выпрямления переменного тока

Электрооборудование автомобилей

Билеты по физике

Трансформаторы

Техническое обслуживание рельсовых цепей

Монтаж и эксплуатация электрооборудования

Электротехнические материалы, применяемые в силовых трансформаторах

Генератор электрических искр – генератор новых идей

Энергосбережение на современном этапе


Трансформатор. Применение трансформатора. | План-конспект урока по физике (10 класс) по теме:

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение
«Вечерняя (сменная) общеобразовательная школа № 4»

Артемовского городского округа

Разработка урока

по физике

«Трансформатор.

Применение трансформатора»

Составитель: учитель физики  МКОУ ВСОШ № 4

Селиванова Татьяна Григорьевна

                       (ф.и.о.)

Артемовский городской округ

Цель урока:

  • познакомить учащихся с устройством трансформатора;
  • рассмотреть на опытах действие трансформатора;
  • познакомить учащихся с применением трансформаторов на производстве и в быту.

   

Повторение:

Так как действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции, следовательно, перед объяснением нового материала необходимо повторить следующие вопросы:

  1. При каких условиях возникает индукционный ток?
  2. Что называется электромагнитной индукцией?
  3. В каких опытах можно получить индукционный ток?
  4. Как возникает ЭДС индукции в неподвижных проводниках?
  5. Что является причиной возникновения ЭДС в движущихся проводниках?

Новая тема:

Впервые   трансформаторы  были  использованы  в  1878 г. русским  учёным  П.Н.  Яблочковым  для питания изобретённых им  »электрических  свечей» – нового  в  то  время  источника  света.  Идея  П.Н. Яблочкова  была  развита  сотрудником  Московского  университета  И.Ф. Усагиным, сконструировавшим усовершенствованный  трансформатор.  (Демонстрация разборного универсального  трансформатора).

С  помощью  разборного универсального  трансформатора рассматриваем устройство трансформатора.

Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одну из обмоток, называемую первичной, подключают к источнику переменного напряжения. Вторую обмотку, к которой присоединяют «нагрузку», то есть приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называют вторичной.

Зарисовать в тетрадь схему устройства трансформатора, его условное обозначение (планшет)

        

Учитель: действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так, что магнитный поток существует только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.

В первичной обмотке, имеющей n1 витков, полная ЭДС индукции е1 равна  n1е.

Во  вторичной обмотке полная ЭДС е2 равна  n2е, следовательно

Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен ЭДС индукции, значит:

Мгновенные значения ЭДС е1 и е2    изменяются синфазно (одновременно достигают максимума и одновременно проходят через нуль.) (Работа со словарём). Поэтому отношение  можно заменить:

Величину k называют коэффициентом трансформации. При  k > 1, — трансформатор – понижающий. При k

Опыт 1. Показать повышение напряжения.         

Опыт 2. Показать понижение напряжения.         

Опыт 3. Демонстрация зависимости числа витков от напряжения в катушках трансформатора.

Сделать вывод о назначении трансформатора

  1. Наиболее важное применение трансформатора — это передача электрической энергии на большое расстояние.
  2. Большое практическое применение трансформатор находит в электросварке.
  3. Образование двух противоположных магнитных потоков в сердечнике полностью нагруженного трансформатора положено в основу устройства современного бытового электрического звонка.
  4. В радиотехнике для понижения напряжения (силовые трансформаторы).

(На дом 2-м учащимся изготовить понижающий трансформатор).

КПД трансформатора

КПД =   * 100%

Р2-мощность вторичной обмотки, Р1-мощность первичной обмотки.

В современных мощных трансформаторах суммарные потери 2-3%. КПД составляет 97-98%

Закрепление:

1. Почему сердечники трансформаторов изготовляют из отдельных листов, изолированных лаком?

2. Почему трансформатор выходит из строя, когда замыкаются накоротко хотя бы два соседних витка?

3. Почему сердечники трансформаторов собирают из пластин электротехнической стали?

1. Дано:

U1=220 B

U2=110 B

n=?

2. Дано:

K=10

n2 > n1?

3. Дано:

n1=1900

U1=600 B

U2=220 B

n2 ?

                        

Дома:

1. Подготовить доклад: передача электрической энергии, и ее использование.

2. Изготовить модель понижающего трансформатора.

3. Доклад: успехи и перспективы электрификации России.

4. Доклад: экономия электроэнергии.

Практические задания

 (учащиеся, работающие на производстве).

1. Приведите примеры и укажите экономическую эффективность применения на вашем производстве ограничителей холостого хода на металлорежущих станках.

2. Приведите примеры экономии электроэнергии при проведении реконструкции энергетических сетей (замена сечения проводников, их материалов и др.)

3. Почему сокращение расхода воды и применения оборотного водоснабжения на производстве экономит электроэнергию?  

Виды силовых трансформаторов

Трансформаторы являются востребованным оборудованием в любой сфере, где требуется преобразование электроэнергии. У нас вы можете купить трансформаторы сухие силовые разных категорий. Для уточнения подробностей звоните нам по телефону 7(343)287-46-42.

Типы силовых трансформаторов представлены многочисленными наименованиями, которые определяют принадлежность устройства к одной из классификаций. Независимо от их категории, главной функцией трансформаторов является передача электроэнергии. Без них невозможна работа любых предприятий или систем, где требуется электроэнергия. Конечно, для каждой сферы деятельности существует своя категория таких устройств.

Виды силовых трансформаторов

Данное оборудование классифицируется по нескольким критериям. Рассмотрим их:

  1. Величина фаз – однофазные трансформаторы или трехфазные;
  2. Тип назначения – для повышения величины напряжения или для снижения коэффициента напряжения;
  3. Число обмоток – бывают с двумя обмотками или с тремя;
  4. Место установки – устройства для наружного монтажа или же для размещения внутри помещения.

Есть и другие распределительные категории, по которым разделяют силовые трансформаторы, но они имеют не такое важное значение, как перечисленные. К ним относятся способы соединения обмоток, методы охлаждения и так далее. Также значимыми классификационным критерием являются климатические условия при проведении монтажных работ.

Любой представитель оборудования может быть как универсальным, так и иметь нестандартные показатели номинальной мощности. Чтобы правильно выбрать конкретную модель, нужно учитывать сферы ее применения.

Особенности применения видов силовых трансформаторов

Трансформаторы, обмотка которых выполнена из меди, могут быть эксплуатированы в самых разных режимах нагрузки, включая быстрый запуск из выключенного состояния устройства сразу же в полную мощность. Трансформаторы устойчивы в коротким замыканиям сети, которые зачастую случаются из-за скачков напряжения.

Также виды силовых трансформаторов имеют высокую степень защиты от суровых климатических воздействий в виде слишком высоких или слишком низких температур, даже если образуются наледи. Они защищены от атмосферных проявлений, механических воздействий, химического влияния и условий повышенной влажности.

Еще одним важным преимуществом является низкий процент расходов на эксплуатацию оборудования. Одним словом – экономичность. Благодаря такому набору характеристик силовых трансформаторов эти устройства можно считать практически универсальными, которые прекрасно справляются со своей приоритетной задачей – трансформацией электричества.

Кратко о конструкции

К числу основных конструктивных элементов, которые наиболее важны для работы силового трансформатора, относятся:

  • Магнитопровод или сердечник;
  • Изолированные друг от друга обмотки;
  • Охладительные системы;
  • Устройство для стабилизации напряжения;
  • Клеммы (болтовое соединение).

Некоторые современные модели также оборудованы дополнительными системами навесных компонентов.

Измерение частичных разрядов в изоляции трансформаторного оборудования

Оценка технического состояния изоляции маслонаполненных трансформаторов, по уровню и распределению частичных разрядов, является одной из наиболее сложных технических задач для рассматриваемого нами метода диагностики. Однако, с другой стороны, этот вопрос является очень важным для службы эксплуатации высоковольтного оборудования. Это приводит к тому, что очень часто не совсем подготовленные специалисты в области анализа измерения и анализа частичных разрядов , по просьбе служб эксплуатации, берутся за решение этой задачи. Большая часть отрицательного отношения практиков к применению метода анализа состояния изоляции по частичным разрядам возникло и возникает по причине таких неподготовленных работ.

Основной проблемой, возникающей при проведении измерений частичных разрядов в изоляции высоковольтных трансформаторов, является очень сложная отстройка от помех.

Причин этому несколько:

Во-первых, мощные силовые трансформаторы, по своему назначению, всегда являются узлами энергосистем, непосредственно вокруг которых устанавливается достаточно много другого, вспомогательного и измерительного высоковольтного оборудования, в котором также могут возникать частичные разряды. Все эти высокочастотные импульсы, в той или иной мере, по соединительным линиям, или путем электромагнитного излучения, наводятся в контролируемом трансформаторе.

Во-вторых, практически к каждому трансформатору подключены одна или несколько воздушных линий электропередачи, «собирающие» с большой территории грозовые и иные высокочастотные импульсы. Эти импульсы часто имеют большую амплитуду, регистрируются измерительными приборами, и существенно затрудняют анализ «внутренних» частичных разрядов, возникающих в изоляции самого трансформатора.

В-третьих, чаще всего, высоковольтные трансформаторы располагаются на открытых подстанциях, поэтому их работу всегда сопровождает большое количество коронных разрядов, интенсивность которых зависит от многих параметров – температуры и влажности воздуха, состояния поверхностей изоляторов и т. д. Чем выше рабочее напряжение трансформатора, тем больше проблем от коронных разрядов возникает при проведении измерений.

В-четвертых, работа трансформаторов часто сопровождается существенными изменениями нагрузочных и тепловых режимов. Кроме того, в трансформаторах присутствуют устройства, изменяющие их параметры в процессе работы, например РПН. В результате частичные разряды в изоляции трансформаторов могут иметь нестационарный характер, увеличиваться и уменьшаться, и даже появляться и исчезать.

Все эти четыре причины приводит к тому, что большое количество практических измерений частичных разрядов в трансформаторах являются некорректными. Чаще всего это происходит из-за низкой избирательной способности применяемой аппаратуры, реже из-за недостаточной квалификации экспертного персонала, который не может использовать все возможности имеющейся аппаратуры.

В результате за «импульсы частичных разрядов в трансформаторе», выдаются любые высокочастотные импульсы помех, от которых диагносту просто не удалось отстроиться. Естественно, что выполненный на основе некорректных замеров анализ распределения частичных разрядов, не имеет практической пользы, если даже не сказать о получении вреда. Следствием этого является все еще широко распространенное мнение о низкой информативности проведения измерений частичных разрядов.

Только правильно собранные измерительные схемы, позволяющие, в максимальной степени, отстроится от помех, могут быть рекомендованы для проведения измерений. Если в результате измерений удается зарегистрировать частичные разряды, то в этом случае, желательно, провести дополнительные измерения и исследования, включая в анализ техническое состояние рядом расположенного высоковольтного оборудования. Только после подтверждения первичных измерений можно будет уверенно говорить о наличии в трансформаторе частичных разрядов.

Резюмируем наши рассуждения кратко. Всем хочется измерять частичные разряды в трансформаторах, но это не простая задача. Если можно, начните набирать свой диагностический опыт на оборудовании другого типа, этим непростым шагом для себя шагом, вы избежите достаточно неприятных ситуаций.

Измерение частичных разрядов при помощи электромагнитных контактных датчиков

Установка «HF» датчиков частичных разрядов

Подключение первичных датчиков к ПИН вводов трансформаторов

В трансформаторном оборудовании наиболее информативным местом для установки датчиков частичных разрядов являются высоковольтные вводы. Это, практически единственное место в баке трансформатора, через которое возможно проведение регистрации электромагнитной информации о техническом состоянии внутренней изоляции, и на котором можно стационарно, или временно, смонтировать датчик частичных разрядов.

Конструктивно, ввод представляет собой проводящий стержень, заключенный в изолирующий корпус из керамики или другого диэлектрика, по которому протекает ток. Внутри корпуса ввода находится изолирующая среда. Во вводах с бумажной изоляцией это масло, а во вводах с твердой изоляцией, чаще всего это RIP изоляция, компаунд. Для снижения напряженности поля внутри ввода, от верха до корпуса бака трансформатора, ее распределяют, «выравнивают» по высоте ввода.

С этой целью вокруг проводящего стержня, располагаются изолированные друг от друга слои фольги, имеющие различную ширину, уменьшающуюся по ширине, по мере удаления от проводящего стержня. В результате этого весь высоковольтный потенциал, приложенный к вводу, равномерно распределяется по высоте, вдоль изоляционной покрышки, и максимальная удельная напряженность электрического поля, по высоте ввода, усредняется.

Последняя, внешняя обкладка остова ввода, наиболее узкая, при помощи специального стержня с пружиной, или иным образом, выводится на внешнюю поверхность ввода, где принудительно замыкается на корпус ввода (бака трансформатора). Этот вывод в нашей литературе называется ПИН, а в зарубежной литературе обозначается термином «Test Tap». Для безопасности вывод ПИН ввода всегда закрывается защитным колпаком. Количество взаимно изолированных обкладок во вводе зависит от величины рабочего напряжения, и может достигать у высоковольтных вводов нескольких десятков. Суммарная емкость ввода измеряется между проводящим стержнем и последней обкладкой, выведенной на ПИН (PIN), является очень важным параметром состояния ввода. Величина этой емкости обозначается как «C1», это нормируемый параметр, значение этой емкости периодически контролируется во время испытаний.

Величина этой емкости, равная для стандартных вводов 500 — 600 pF, вне зависимости от рабочего напряжения ввода, примерно одинакова. Кажущийся парадокс, когда ввод на 110 кВ и на 500 кВ имеют одинаковую емкость, объясняется очень просто. С ростом геометрических размеров ввода, при росте рабочего напряжения, емкость должна расти. Однако при этом растут геометрические размеры ввода, увеличивается расстояние между его крайними обкладками, что приводит к уменьшению емкости. Размеры ввода растут, от этого растет емкость, но при этом растет расстояние между обкладками, что уменьшает емкость «C1». В результате мы имеем некоторое обобщенное значение емкости ввода «C1», примерно одинаковое для всех вводов, если не рассматривать специальные исполнения вводов.

Емкость ввода, от стержня до крайней обкладки, для высокочастотных импульсов является достаточно малым сопротивлением. Чем выше частота импульса, тем лучше его измерять, используя емкость ввода. Для справки отметим, что величина грозовых импульсов через емкость «C1» может достигать 1 кА, в то время как ток проводимости промышленной частоты через емкость ввода не превышает 0,1 А.

Отсюда очень важное следствие – высоковольтный ввод трансформатора, имеющий вывод от крайней обкладки на внешний вывод типа ПИН, является идеальным датчиком, идеальным конденсатором связи, предназначенным для измерения частичных разрядов. Лучшего датчика высокочастотных импульсов в трансформаторе нам не найти. Измерительным ПИН снабжаются все вводы, с рабочим напряжением 110 кВ и выше.

Надо отметить, что на практике встречаются ввода, имеющие по два вывода на внешний разъем, от последней обкладки ввода, и от предпоследней обкладки. В зарубежной литературе они называются «Test Tap», это вывод от последней обкладки, о котором мы уже упоминали, и «Potential Tap», вывод от предпоследней обкладки. Назначение вывода «Test Tap» вполне понятно, с его помощью, обычным образом, контролируется состояние изоляции ввода. Вывод «Potential Tap» предназначается для отбора небольшой мощности от ввода, используемой на цели управления и защиты трансформатора. В стандартных условиях эксплуатации оба эти вывода обычно заземляются, т. к. отбор мощности от ввода, на практике, применяется достаточно редко.

По этой причине на полной схеме замещения ввода на рисунке показаны три конденсатора – «C1», «C2» и «C3». Физический смысл этих емкостей понятен из рисунка. Реально, когда вывод «PT» у ввода отсутствует, то емкость «C2» автоматически суммируется с емкостью «C1». Именно по этой причине в литературе используется понятие емкости «C3», а не используется обозначение «C2». Просто обычно мы используем схему замещения ввода с одним выводом, т. е. упрощенную схему замещения ввода.

Для регистрации импульсов частичных разрядов, протекающих через ввод из трансформатора (эти сигналы и интересуют нас), и в трансформатор (это сигналы помех), а также возникающих непосредственно в изоляции самого ввода, необходимо датчик частичных разрядов включить в электрическую цепь заземления ПИН. Скажем сейчас, а потом еще несколько раз повторим ниже, что цепь заземления ПИН ввода, во время работы трансформатора, размыкать нельзя! В эту цепь можно вставить активное сопротивление, или емкостное, но полного разрыва цепи заземления ПИН быть не должно.

На рисунке приведена схема ввода, и схемы замещения при подключении к ПИН различных датчиков частичных разрядов. На схема «а» показан ввод с одним выводом, который отключен от земли. Мы видим, что схема замещения представляет собой обычный емкостный делитель, величина напряжения, на выходе которого, определяется соотношением величин емкостей. Если принять, что соотношение величин емкостей ввода «C1» и «С3», обычно равняется 1 к 10, то напряжение на выходе, обозначенное на рисунке «U2», составит в таком режиме 10% от общего напряжения «U1», приложенного к вводу. Это напряжение опасно не только для отключенного от земли вывода ПИН, оно особенно опасно для изоляции между последней обкладкой ввода и заземленным корпусом ввода. Как правило, в таком режиме в изоляции возникают опасные нарушения.

Для исключения такого режима работы все выводы ПИН ввода должны всегда быть заземлены, или подключены к земле через «небольшое сопротивление». Попробуем определиться с величиной, и типом этого «небольшого сопротивления».

С точки зрения теории электрических цепей, относительно внешнего добавочного сопротивления, ввод трансформатора является источником тока, а не источником напряжения. Для примера рассмотрим источник тока, работающий с точностью 0,1%. Не углубляясь в теорию, и не стремясь к полной точности изложения материала, скажем, что у такого источника внутреннее сопротивление должно в 1000 раз превышать сопротивление подключенной нагрузки. В результате выходной ток с ПИН, обычно называемый током проводимости ввода, не будет зависеть от величины нагрузочного сопротивления.

Дальше все будет также просто. Если мы подключаем наше внешнее нагрузочное сопротивление к выводу ПИН, то это обозначает, что мы подключаем его, на первом этапе, последовательно с емкостью «C1». Таким образом, можно говорить, что допустимая величина внешнего «небольшого сопротивления», должна быть в тысячу раз меньше, чем величина реактивного сопротивления емкости «C1», естественно на частоте 50 Гц.

Проведя простые расчеты, мы получим, что величина внешнего (активного) сопротивления, подключаемого к ПИН ввода, не должна быть больше 5 кОм. В этом случае такое «небольшое сопротивление» не окажет заметного влияния (точность 0,1%) на величину тока проводимости ввода. Следуя простой логике, мы также определим напряжение промышленной частоты, которое будет выделяться на таком сопротивлении. Поскольку мы имеем делитель напряжения, в котором все определяется соотношением сопротивлений делителя, то выходное напряжение составит одну тысячную часть от напряжения, приложенного к вводу. Например, для ввода 500 кВ оно составит величину в несколько вольт. Все эти выкладки иллюстрируются  схемой «b».

Но это только оценочный анализ влияния внешнего сопротивления на работу ввода, выполненный для нормального режима работы ввода. Как всегда бывает на практике, выход оборудования из строя происходит в переходных режимах работы. Попробуем разобраться, что произойдет с влиянием этого внешнего сопротивления при воздействии на ввод грозовых или коммутационных высокочастотных импульсов.

Представим, что по ЛЭП к вводу трансформатора пришел грозовой импульс с амплитудой, равной амплитуде рабочего напряжения. Частота этого импульса существенно выше промышленной частоты, и составит, например, 100 кГц. Т. е. частота этого импульса больше промышленной частоты в 2000 раз. Что произойдет при этом?

Величина емкостного сопротивления «C1», для этой частоты уменьшится в такой же пропорции, т. е. в две тысячи раз. При этом величина внешнего сопротивления «RD» останется неизменной, поскольку величина активного сопротивления с частотой не связана.

В результате такого, очень большого изменения соотношения сопротивлений в плечах делителя, на ПИН ввода будет поступать 66% от величины напряжения грозового импульса. Для напряжения 500 кВ, если все анализировать прикидочно, напряжение на ПИН, при приходе грозового импульса, составит около 300 кВ. Понятно, что это аварийный режим.

Необходимо хорошо понимать, что такой результат мы получаем в том случае, когда не учитываем емкость ввода «C3». Если ее учесть, эта схема показана на рисунке «c», то напряжение на ПИН, при воздействии грозовых и коммутационных перенапряжениях, будет находиться на существенно более низком уровне. Оно будет равняться тем же 10%, как мы и определяли выше, для «нормального режима работы» при незаземленном выводе ПИН. Но и это напряжение является опасным для состояния изоляции ввода. По этой причине величина внешнего сопротивления не должна быть больше, чем 1 кОм. Идеальным вариантом является использование в качестве нагрузочного сопротивления внешней емкости, имеющей стабильные параметры.

Очень важным вопросом, требующим отдельного рассмотрения, является вопрос оценки влияния активного сопротивления на емкостный делитель, в плане анализа угловой погрешности измерения, возникающей при измерении тока проводимости ввода, т. е. точности измерения тангенса угла диэлектрических потерь. Поскольку в данной работе мы рассматриваем только вопросы измерения частичных разрядов, анализ этого вопроса мы опустим, предложив читателям самостоятельно анализировать эту проблему, или обратится к работам других авторов.

Подключение датчиков частичных разрядов к ПИН вводов трансформатора производится только на отключенном оборудовании. Различных конструкций ПИН, способа его заземления и типа крепления защитного колпачка у разных фирм – изготовителей вводов существует достаточно много, не менее 10 модификаций. При всем внешнем конструктивном многообразии назначение у всех ПИН одно – обеспечить надежное замыкание на землю токов проводимости ввода, и защиту от воздействия окружающей среды. Наиболее важное для нас отличие заключается в том, как производится замыкание ПИН на землю – при помощи заземляющего провода, или контактным путем.

Наиболее эффективным и безопасным способом установки датчиков и регистрации частичных разрядов на ПИН вводов силовых трансформаторов является использование датчиков стационарной конструкции.

Фирма «DIMRUS» серийно выпускает более 10 модификаций датчиков марки «DB-2», монтируемых на ПИН вводов. Краткое описание этих датчиков приведено в разделе 10. Эти датчики, по принципу своего действия, являются комплексными, позволяющими измерять как токи проводимости вводов, так и частичные разряды во вводе и в самом трансформаторе. Датчики стационарной конструкции предварительно, во время планового вывода трансформатора из работы, монтируются на вводах, выводы датчиков находятся в защитном шкафу, устанавливаемом рядом с трансформатором. Это дает возможность проводить измерения в любой момент времени, не связывая это с необходимостью отключения трансформатора. Переносной измерительный прибор подключается к разъемам на коммутационной плате, расположенной в шкафу, и проводятся измерения.

Установка датчиков марки «RFCT» в нейтрали силовых трансформаторов

Нейтраль трехфазной обмотки трансформатора — это второе место, куда чаще всего монтируют высокочастотные датчики, когда планируется проведение регистрации частичных разрядов в трансформаторах. Причина этого вполне понятна – это второй вывод от всех фазных, высоковольтных обмоток трансформатора. Другого «прямого» доступа к обмоткам трансформатора, кроме уже выше описанного измерительного вывода высоковольтного ввода, ПИН, у трансформатора нет.

Датчик марки «RFCT-4» специально разрабатывался фирмой «DIMRUS» для монтажа в нейтрали первичной обмотки силового трансформатора. Он имеет разъемную конструкцию и внутреннее отверстие большого диаметра. Благодаря такому исполнению он может быть легко смонтирован на нейтрали трансформатора (трубе, шине, проводе), имеющей большой диаметр, без демонтажа элементов цепи заземления нейтрали высоковольтной обмотки трансформатора.

Существуют две особенности монтажа датчика марки «RFCT-4» на проводниках заземления нейтрали, по которым достаточно часто протекает ток промышленной частоты, имеющий большую величину, в сотни и более ампер. Мы не будем обсуждать причины возникновения этого тока, лишь отметим, что это является свойством трехфазной линии, имеющей изолированную нейтраль. Рассмотрим только особенности монтажа датчика.

Во-первых, при протекании тока промышленной частоты через датчик марки «RFCT-4», являющийся высокочастотным трансформатором тока, происходит насыщение ферромагнитного сердечника датчика, в результате чего падает его чувствительность к высокочастотным сигналам. Поскольку мы не можем повлиять на величину промышленного тока, протекающего в нейтрали, то единственным способом уменьшения насыщения сердечника датчика является его размыкание.

С этой целью в зазор датчика, между половинами сердечника, устанавливается немагнитная прокладка из изолирующего материала. Оптимальная толщина прокладки должна составлять 3 – 5 мм. Меньшее значение толщины прокладки соответствует току промышленной частоты до 500 А, большее соответствует току до 1000 А. При этом чувствительность датчика ухудшается не более, чем на 20%. Во-вторых, в реальных условиях эксплуатации трехфазных трансформаторов возможны два режима работы, с изолированной нейтралью, или с заземленной. Это связано с компенсацией емкостных токов замыкания одной из фаз линии на землю. Важным является то, что режим работы нейтрали может изменяться даже в процессе работы трансформатора.

На рисунке приведена схема включения обмоток и нейтрали трансформатора 110 kV. На рисунке показано, что датчик частичных разрядов марки RFCT-4 может быть установлен в двух точках, до заземляющего рубильника, и после него. На практике, чаще всего, датчик удобнее монтировать между рубильником и землей (на рисунке это слева). Это сделать так удобнее потому, что обычно сам рубильник монтируется на отдельной опоре, стоящей рядом с контролируемым трансформатором, и подключается проводом.

Внимание! Установка датчика частичных разрядов слева от рубильника (на рисунке) категорически запрещена. Это объясняется тем, что при разомкнутом рубильнике, в цепи нейтрали трансформатора, возможно, обычно во время коммутации, появление кратковременных, импульсных напряжений большой величины. Они могут достигать фазного значения, и даже быть больше. В основном это бывает при включении трансформатора, и при различных коммутационных процессах внутри энергосистемы. К нашему сожалению, случаи разрушения измерительного оборудования, из-за неправильного монтажа датчика частичных разрядов в нейтрали трансформатора, не так уж редки.

Следует всегда помнить, что внутренняя изоляция датчика «RFCT-4», как и всех остальных датчиков из этой серии, рассчитана на безопасную работу в цепях с рабочим напряжением до 1000 V. Наилучшим вариантом является установка этого датчика на заземленных элементах контролируемого объекта. При возникновении больших перенапряжений происходит пробой внутренней изоляции, выход датчика из строя, повреждение измерительного прибора, и даже возможно поражение обслуживающего персонала!

Датчик частичных разрядов марки «RFCT-4» может устанавливаться в цепи нейтрали трехфазного трансформатора только на заземленной части цепи, после рубильника, как это показано на схеме рисунка. Все другие варианты неприемлемы по условиям соблюдения правил безопасности, действующих при проведении измерительных работ на высоковольтном оборудовании.

Использование датчика частичных разрядов «RFCT-4» в нейтрали трехфазного трансформатора позволяет лучше отстраиваться от помех, приходящих в контролируемый трансформатор по питающей сети. Ниже мы покажем, как для этого можно использовать датчик «RFCT-4» в нейтрали обмотки.

Способы отстройки от влияния коронных разрядов при регистрации частичных разрядов в трансформаторах

Вопросам отстройки от влияния коронных разрядов, при измерении частичных разрядов в трансформаторах, мы посвятим отдельный раздел. В высоковольтных силовых трансформаторах, в зависимости от класса рабочего напряжения, уровень коронных разрядов может в десятки раз превышать допустимые предельные уровни частичных разрядов, возникающих от самых опасных дефектов в изоляции трансформаторов. Если не проводить эффективной отстройки от коронных разрядов, то возможность «пропуска» частичных разрядов при проведении измерений очень велика.

По этой же причине мы не рекомендуем использовать для измерения частичных разрядов в трансформаторах простую одноканальную аппаратуру, а тем более обычные осциллографы, пусть даже цифровые. Применение такой аппаратуры для измерений, а тем более анализ полученной ими информации, с вероятностью в 90% приведут к получению ложных диагностических заключений.

Это является важнейшим вопросом, определяющим достоверность оценки технического состояния изоляции трансформаторов – имеете ли вы необходимый объем методических, технических и алгоритмических наработок для того, чтобы исключить из рассмотрения импульсы коронных разрядов? Если да, то вы в состоянии заниматься измерением частичных разрядов в трансформаторах. Если нет, или вы сомневаетесь, то от контроля состояния изоляции трансформаторов по частичным разрядам лучше уклониться под любым предлогом. Потому что достоверность ваших измерений, а, следовательно, и ваших диагностических заключений, будет неприемлемо мала. Пострадает не только ваш профессиональный имидж, но и вообще отношение эксплуатационного персонала к методу регистрации и анализа частичных разрядов в трансформаторах.

Рассмотрим четыре, наиболее часто используемых при измерении частичных разрядов в трансформаторах, способа отстройки от влияния коронных разрядов. Естественно, таких способов на практике может быть использовано существенно больше, но эти являются наиболее эффективными, и часто встречающимися.

Отстройка от импульсов коронных разрядов по фазе питающего напряжения

Этот метод отстройки от коронных разрядов, хотя и приводится во всей литературе по анализу частичных разрядов в трансформаторах, имеет малое практическое применение. Знание этого метода является, в большей мере, методологическим, чем практическим. Оно помогает лучше понимать особенности проявления коронных разрядов в трансформаторном оборудовании. Реальной пользы от использования этого метода отстройки от импульсов коронных разрядов очень мало. Общий смысл этой отстройки по фазе питающего напряжения достаточно прост и понятен. Известно, что импульсы коронных разрядов возникают, и имеют максимальную амплитуду, на положительной полуволне питающего напряжения, на участке роста напряжения, и вблизи этого максимума синусоиды, и почти отсутствуют на отрицательной полуволне питающего напряжения. Эту особенность возникновения коронных разрядов мы уже объясняли выше.

Поэтому, для устранения влияния коронных разрядов, в положительной фазовой зоне синусоиды питающей сети, регистрацию частичных разрядов производить не следует. Это все наглядно иллюстрируется рисунком, где приведено распределение импульсов частичных разрядов на PRPD плоскости для однофазного, и трехфазного трансформаторов.

Как хорошо видно из первой части рисунка, соответствующей однофазному трансформатору, мы имеем такую картину распределения частичных разрядов, когда при разных полярностях питающего напряжения интенсивность частичных разрядов будет значительно различаться.

На диаграмме амплитудно-фазового распределения импульсов, которая всегда строится для «полной» синусоиды питающей сети, включающей обе полуволны, это хорошо видно. Такое распределение высокочастотных импульсов является важным признаком наличия коронных разрядов, которые являются помехой. Эти разряды необходимо убирать из рассмотрения возможных проблем в изоляции трансформатора.

На отрицательной полуволне питающего напряжения импульсы коронных разрядов также присутствуют, только интенсивность их существенно ниже.

При всей кажущейся простоте и эффективности такого подхода, сразу же возникает простой вопрос, а если и импульсы от возникшего дефекта в изоляции трансформатора будут проявляться именно в этой угловой зоне, когда мы не будем регистрировать частичные разряды? Понятно, что мы их не зарегистрируем, т. е. ряд возможных дефектов нами будет принудительно исключен из рассмотрения. Можно упрощенно считать, что не менее 50% возможных дефектов в изоляции трансформатора, мы автоматически исключаем из рассмотрения, а реально эта цифра составляет около 70%.

Это первый, и самый важный недостаток данного метода отстройки от влияния импульсов коронных разрядов. Есть и другие, не менее важные, недостатки этого способа отстройки от влияния импульсов коронных разрядов.

Во-вторых, и на отрицательной полуволне питающего напряжения присутствуют импульсы коронных разрядов, просто их интенсивность меньше. Следовательно, мы не избавляемся от всех импульсов коронных разрядов, а только от их части, правда от самой большой и опасной.

В-третьих, в трехфазном трансформаторе всегда происходит наложение коронных разрядов одной фазы на другую, особенно под воздействием линейного напряжения, а не фазного. В результате этого эта «классическая отстройка» от импульсов коронных разрядов существенно затрудняется, если не сказать, что становится невозможной. Это иллюстрируется второй частью рисунка. На этом рисунке на импульсы коронных разрядов в измеряемой фазе трансформатора накладываются импульсы от других фаз.

Именно этими тремя основными недостатками и объясняется тот реальный факт, что практического применения этот метод отстройки от коронных разрядов не имеет. Его используют только те диагносты, измерительная аппаратура которых несовершенна, или же они работают с обычными осциллографами.

Отстройка от «внешних» импульсов по времени прихода импульсов от нескольких датчиков

Этот способ отстройки от коронных разрядов в трансформаторах базируется на использовании стандартного метода разборки импульсов типа «time of arrival». Он позволяет отстраиваться от импульсов коронных разрядов, а также от всех импульсов помех, возникающих вне контролируемого трансформатора.

Поясним использование этого метода снижения влияния помех для трансформаторов при помощи двух частей рисунка. На рисунке показана двухканальная синхронная схема регистрации частичных разрядов в трансформаторе. В этой схеме один измерительный датчик, марки «DB-2» , монтируется на ПИН высоковольтного ввода, а второй датчик, марки «RFCT-4», монтируется в цепи заземления нейтрали высоковольтной обмотки. Данная измерительная схема, например, реализована в системе мониторинга марки «TIM-3», и в ряде других приборов нескольких фирм – производителей диагностического оборудования для измерения частичных разрядов. Поскольку данная измерительная конфигурация предполагает сравнение времени прихода импульсов с нескольких датчиков, то мы напомним очень важную особенность, которая должна быть соблюдена при монтаже измерительного оборудования. Длины соединительных кабелей от первичных датчиков до измерительного прибора должны быть одинаковы, с точностью до десятка сантиметров. Это делается для того, чтобы время движения импульсов по этим кабелям, от датчиков к прибору, было одинаковым, и не мешало применению метода «time of arrival». В приведенной измерительной схеме длины соединительных кабелей подбираются еще более сложным образом, что мы поясним ниже.

При помощи рисунка иллюстрируются две ситуации, которые обычно возникают в процессе регистрации частичных разрядов в трансформаторе. В одном случае частичный разряд возникает внутри трансформатора, и электромагнитный импульс идет «из трансформатора» в питающую сеть. В другом случае электромагнитный импульс является внешним, наведенным извне, идущим через ввод «в контролируемый трансформатор». Рассмотрим эти два случая более подробно.

В первом случае будем рассматривать регистрацию импульса от частичного (вероятнее всего коронного) разряда, возникшего в верхней части ввода фазы «С» трансформатора. На рисунке, пунктиром показаны два пути, по которым электромагнитный импульс может передвигаться, и быть зарегистрирован нашим измерительным прибором. В качестве такого прибора на рисунке показана система мониторинга трансформатора TIM-3, в которой этот метод реализован.

В первом случае сигнал от внешнего коронного разряда проходит через емкость высоковольтного ввода в датчик «DB-2», а от него по соединительному кабелю в измерительный прибор системы мониторинга.

Во втором случае электромагнитный импульс попадает также через ввод внутрь трансформатора, электромагнитным путем «проходит» через трансформатор, и регистрируется датчиком марки RFCT, смонтированным в цепи нейтрали первичной обмотки. Далее импульс по соединительному кабелю поступает в прибор и регистрируется.

В нижней части рисунка показаны две условные временные диаграммы, иллюстрирующие взаимный временной сдвиг этих двух синхронно зарегистрированных сигналов, поступивших от двух датчиков. На этих диаграммах время прихода обоих импульсов в измерительный прибор показано одинаковое.

Выше мы уже говорили, что длины сигнальных кабелей для такой конфигурации измерительной схемы регистрации частичных разрядов подбираются особым образом. Эта особенность заключается в том, чтобы импульс от внешнего электромагнитного импульса, пришедшего в трансформатор через ввод, должен поступить на два измерительных входа системы мониторинга одновременно.

Это обозначает следующее — время прохождения импульса от датчика «DB-2» к прибору по соединительному кабелю, должно равняться времени «пролета» импульса через трансформатор от ввода к датчику RFCT в нейтрали обмотки, плюс время движения импульса по соединительному кабелю от датчика к прибору. Точка разветвления пути импульса – ввод в месте установки датчика «DB-2». Точка соединения путей этих импульсов – измерительный прибор, переносной или стационарный.

Особенность подборки длин соединительных кабелей в системе мониторинга марки «TIM-3», от датчиков к прибору, заключается в том, что подстройка времени прихода импульсов в прибор осуществляется не использованием кабелей одинаковой длины. Подбор заключается в том, что один измерительный кабель (от датчика марки RFCT) короче другого (от датчика марки «DB-2») на длину «полета» импульса внутри трансформатора. Как подбирать эту разницу в длинах мы скажем чуть ниже.

Если теперь высокочастотный импульс возникнет внутри трансформатора, как показано на правом рисунке, то на вход прибора, к которому подключен датчик в нейтрали, импульс придет раньше, чем на вход, к которому подключен датчик на ПИН ввода. На рисунке сделана попытка графически показать это. На нем видно, что импульсу, регистрируемому датчиком «DB-2», придется немного «вернуться назад», и он несколько запоздает по времени прихода в измерительный прибор. Время запаздывания зависит от места возникновения частичного разряда, и возрастает по мере удаления зоны дефекта от ввода. Это время будет максимальным в том случае, когда импульс частичного разряда возникнет в нейтрали первичной обмотки трансформатора.

Суммируя наши рассуждения о данном методе отстройки от коронных разрядов, можно сказать следующее. В правильно смонтированной измерительной схеме импульс от частичного разряда, возникшего внутри трансформатора, поступает в измерительный прибор с датчика, установленного в нейтрали трансформатора, раньше, чем с датчика, смонтированного на ПИН ввода.

Кажущаяся проблема сложной подгонки длин сигнальных кабелей, необходимая в данном методе, которую необходимо выполнить с точностью до 10-20 см, на практике не вызывает сложностей. На самом деле ее даже не приходится проводить, т. к. в современных приборах есть функции программной подгонки времени прихода импульсов. При проведении первичной калибровки измерительной схемы современные приборы сами выбирают необходимые временные сдвиги по входным каналам, что эквивалентно процедуре подгонки длин сигнальных кабелей.

Данная конфигурация измерительного прибора, предназначенная для отстройки от влияния коронных разрядов, очень эффективная на первый взгляд, не лишена некоторых существенных, кстати, очень очевидных недостатков. Их два.

Во-первых, верхняя часть высоковольтного ввода трансформатора, в данном методе отстройки от коронных разрядов, исключена из системы мониторинга и защиты. Импульсы, частичных разрядов, возникшие в изоляции верхней части ввода трансформатора, выше первичного датчика, установленного на ПИН ввода, будут измерительной схемой браковаться. Они будут считаться импульсами помехи, так как на оба измерительных входа прибора они придут одновременно. Этот недостаток не является критическим, т. к. в верхней части вводов дефекты в изоляции возникают кране редко. Влага и все опасные осадки и налеты обычно оседают в нижней части ввода.

Второй недостаток данного метода связан с условиями эксплуатации трансформаторов в энергосистемах. По условиям защиты ЛЭП от однофазных замыканий на землю, мы уже писали выше об этом, нейтраль трансформатора не всегда бывает подключена к земле, все зависит от заданного режима работы линии. При работе трансформатора в режиме, когда нейтраль, отключена от земли, данный метод отстройки от внешних помех, в основном от коронных разрядов, не работает.

Тем не менее, данный метод отстройки от коронных разрядов, несмотря на указанные недостатки, достаточно часто используется в системах мониторинга, особенно там, где нет проблем с подключением нейтрали обмотки к земле. Он прост, требует использования минимального количества дополнительных датчиков.

Отстройка от импульсов коронных разрядов при помощи сравнения полярности высокочастотных импульсов

Данный метод, применительно к использованию для отстройки от коронных разрядов в трансформаторах, имеет совершенно оригинальное приложение. Ни в каком другом типе высоковольтного оборудования, этот метод, с использованием такой интерпретации связи полярности импульса с местом его возникновения, не применяется.

Рассмотрение этого метода отстройки от коронных разрядов, с использованием полярности, начнем с напоминания о том, что импульс от одного и того же частичного разряда, возникший в изоляции высоковольтного оборудования, может иметь, при регистрации, различную полярность. Это может явиться следствием нескольких причин.

Во-первых, полярность регистрируемого импульса зависит, при всех прочих равных условиях, от электромагнитных свойств среды, окружающей зону дефекта. Под средой здесь мы понимаем электромагнитные свойства изоляции и рядом расположенных конструктивных элементов контролируемого оборудования.

Во-вторых, полярность импульса будет зависеть от электромагнитных свойств элементов оборудования, расположенных между зоной возникшего дефекта и местом установки датчика частичных разрядов.

В-третьих, полярность регистрируемого высокочастотного импульса частичного разряда зависит от типа используемого первичного датчика, места, и способа его установки на контролируемом оборудовании.

Первая причина, влияющая на полярность импульса высокочастотного разряда, а именно свойства среды, где возникает разряд, определяется внутренними параметрами контролируемого оборудования, и воздействовать на нее мы не в состоянии. Вторая и третья причины допускают некоторое модифицирующее воздействие на полярность регистрируемого импульса, которым может воспользоваться опытный диагност, проводящий измерения частичных разрядов.

Мы не имеем столько места в данной работе, чтобы более или менее подробно описать, как, качественно и количественно, влияют электромагнитные параметры среды, расположенной между зоной дефекта и измерительным датчиком, на полярность регистрируемого импульса. Причин к этому несколько.

  • К сожалению это невозможно сделать без применения сложного математического аппарата, описывающего процессы в зонах, обладающих различными свойствами и сложной геометрией.
  • Математические выкладки потребуют неоправданно много места, для того чтобы, доходчиво и корректно все описать.
  • Самое главное, это не принесет большой практической пользы, это достаточно «узкий» теоретический вопрос, смысл которого, для практических диагностов, достаточно просто можно только продекларировать.

Процедура сравнения полярностей двух импульсов, как элемент системы диагностики, широко используется в практических измерениях. Этот метод применяется в диагностических измерениях в кабельных линиях, шинопроводах, КРУ, но везде он имеет свои специфические особенности.

Рассмотрим применение этого метода разборки по полярности импульсов для отстройки измерительной схемы от импульсов коронных разрядов. Как мы уже указывали не раз, это имеет очень большое значение при измерениях частичных разрядов в силовых трансформаторах. Как уже говорилось, это наиболее сложный случай измерения частичных разрядов в высоковольтном оборудовании. На рисунке показана наиболее часто встречающаяся схема установки первичных датчиков частичных разрядов на трансформаторе, включающая три датчика типа «DB-2», установленных на ПИН вводов (на рисунке показано только два датчика), и одного датчика типа «RFCT-4», установленного в цепи нейтрали (заземления) трансформатора. Такая схема, если максимально использовать ее потенциальные возможности, может обеспечить высокую достоверность получаемых результатов при использовании минимального количества первичных датчиков.

Представим, что коронный разряд возник на вводе фазы «С» (на рисунке она условно показана справа), в которой мы производим регистрацию частичных разрядов. В соответствии с классической теорией на выходе датчика «DB-2» ввода фазы «С» импульсный сигнал будет иметь отрицательную полярность. Это связано с компенсацией изменения распределения потенциалов внутри трансформатора, обусловленное частичным разрядом.

Очевидно, что большую часть энергии на компенсацию регистрируемого частичного разряда будет поступать из энергосистемы, но эта часть энергии нас не очень интересует, так как мы ее даже просто измерить не можем, у нас на схеме нет датчиков, позволяющих это сделать. Еще раз повторим, что этот импульс будет иметь отрицательную полярность.

Энергия на компенсацию регистрируемого коронного разряда в фазе «С» будет «выходить», частично, из трансформатора, т. е. мы будем регистрировать импульс, который будет двигаться вверх по трубе ввода, только этот импульс мы можем зарегистрировать. Почему нам интересен этот импульс, понятна, эта энергии также пойдет на компенсацию неравновесного состояния зарядов вокруг верхней части ввода трансформатора, возникшего после коронного разряда.

Самое интересное будет заключаться в том, что на выходе датчика «DB-2» фазы «В» выходной сигнал, наведенный от того же самого коронного разряда, будет иметь положительную полярность! Этот факт, заключающийся в смене полярности импульсов от коронного разряда, регистрируемых на других фазах трансформатора, многократно подтверждался экспериментальными данными, и имеет определенное физическое и математическое обоснование и объяснение.

Достаточно примитивно этот факт можно объяснить следующим образом. Если часть энергии коронного разряда, пусть и небольшая (но ведь именно ее мы и регистрируем своими датчиками и приборами), компенсируется «изнутри трансформатора», то эта часть энергии может поступить «внутрь трансформатора» только по вводам других фаз. Эта часть компенсируемой энергии должна «войти» в трансформатор по вводам фаз «А» и «В». Эта энергия является конечной (или начальной?) частью цепочки, по которой идет компенсация воздействия коронного разряда.

Если вспомнить временную диаграмму трехфазных напряжений, то становится понятным, почему при положительном напряжении на контролируемой фазе трансформатора, вблизи максимума, напряжения на фазах «В» и «С» будут иметь противоположный, отрицательный знак. Поэтому и высокочастотные импульсы в этих фазах трансформатора будут иметь другой знак, положительный.

Далее все немного понятнее. Принцип работы метода отстройки от помех по полярности сигналов в трансформаторе звучит следующим образом: Если направление движение импульсов во вводах фаз «А» и «В» будет противоположным направлению движению импульса в фазе «С», при отрицательной полярности напряжения на фазе «С», то и полярность высокочастотных импульсов, на выходе соответствующих датчиков в этих двух фазах, будет иметь полярность, которая противоположна полярности высокочастотных импульсов в фазе «С».

Завершим все эти рассуждения формулированием простого диагностического правила, отражающего суть данного метода отстройки от помех. Эта суть отражается двумя простыми предложениями:

  • Если высокочастотный импульс (от частичного разряда) возник внутри трансформатора, то полярность импульсов на ПИН всех трех фаз трансформатора будет иметь одинаковый знак, неважно какой, но одинаковый.
  • Если высокочастотный импульс (например, от коронного разряда) возник вне трансформатора, то сигналы с ПИН вводов фаз будут иметь различный знак. Если коронный разряд возник на фазном напряжении (потенциал фаза – земля), то две другие фазы (импульсы на них) будут иметь, чаще всего, положительную полярность. Если же импульс возникнет на линейном напряжении (потенциал между двумя фазами), то здесь тоже два импульса по полярности будут отличаться от третьего, хотя теоретически объяснить все это будет несколько сложнее. Предоставим нашему читателю возможность самому разобраться в этом интересном вопросе.

Для практической реализации этого метода «отстройки от короны» по полярности импульсов, необходимо воспользоваться многоканальной регистрирующей аппаратурой. Это объясняется тем, что сравнение полярности импульсов обязательно должно производиться в режиме реального времени, на аппаратном уровне.

Теоретически, метод можно реализовать на основе многоканального синхронного осциллографа, но с трудом можно представить пользователя, который «в ручном режиме», сравнивает полярность импульсов по каналам, которых может быть несколько тысяч (какой же объем внутренней памяти в осциллографе нужен для этого?). В случае же применения для регистрации импульсов одноканального осциллографа, даже самого совершенного, данный метод отстройки от коронных разрядов не может быть реализован вообще.

Отстройка от коронных разрядов при помощи алгоритмических и программных средств

Программные средства, которые тоже можно использовать для борьбы с помехами, при регистрации частичных разрядов в трансформаторном оборудовании, являются, образно говоря, последним рубежом защиты от влияния коронных разрядов. Они применяются в том случае, когда уже были использованы все возможные технические средства отстройки от влияния коронных разрядов, но требуемого эффекта они не дали. Отдельно взятые алгоритмические средства защиты от помех не могут обеспечить должной помехозащищенности процедуры измерения и диагностики состояния изоляции.

В связи с тем, что эти методы отстройки от высокочастотных помех работают на «алгоритмическом уровне», т. е. с уже зарегистрированными данными, применение этих методов возможно практически всегда. С их помощью можно попытаться максимально очистить от помех любые высокочастотные сигналы. Назначение этих методов — улучшение общей помехоустойчивости системы регистрации и анализа частичных разрядов в высоковольтной изоляции трансформаторов, и другого высоковольтного оборудования.

Все используемые на практике алгоритмические средства разделения импульсов частичных разрядов от импульсов коронного разряда базируются на анализе частотных и временных параметров и свойств импульсов. Мы их достаточно подробно описывали выше, поэтому здесь только просто перечислим их.

Во-первых, это общий анализ формы импульса, при котором производится сравнение каждого регистрируемого высокочастотного сигнала с некоторым «образом», усредненной формой, характерного импульса от коронного разряда. Данный анализ обычно выполняется только подготовленными пользователями, «вручную», или же при помощи специальных аналитических программ, написанных на основании знаний экспертов. «Ручной» анализ формы сигналов является достаточно сложным вопросом, трудно поддающимся алгоритмической формализации. Несмотря на то, что мы описываем помехи такого типа общим термином «коронный разряд», существует огромное разнообразие таких импульсов. Форма их зависит от величины рабочего напряжения, места возникновения разрядов, типа контролируемого оборудования, удаления от измерительного датчика и т. д. Каждый конкретный случай анализа требует специального описания «шаблона формы» возникающих импульсов коронных разрядов, что под силу только специалистам.

Во-вторых, это использование TTI-Map распределения импульсов для разборки их на группы, используя время – частотные параметры каждого импульса. Эта процедура акцентирует внимание на двух параметрах формы высокочастотного импульса. Это:

  • Частота первого пика в сигнале (что эквивалентно длительности первого пика).
  • Полная длительность высокочастотного сигнала частичного разряда (время затухания до уровня 0,05 от максимального значения).

Вполне очевидно, что второй подход к разделению импульсов на различные типы, теоретически, имеет меньшую эффективность, т. к. рассматривает только два параметра формы импульса. На самом деле это не так. В силу универсальности использования TFM плоскости этот метод является универсальным, в меньшей мере зависящим от «базы данных конкретного эксперта». В результате этот метод чаще используется на практике и дает больший практический эффект.

Метод отстройки от коронных разрядов с использованием TFM распределения импульсов является не только универсальным, но и адаптивным. Он позволяет проверять все выявленные на TTI-Map плоскости группы импульсов, уже при помощи PRPD распределения импульсов. Проверка каждой группы импульсов производится на PRPD плоскости, когда рассматривается связь импульсов группы с фазой питающего напряжения, выявляются соответствующие признаки коронного разряда, Это дает возможность любому пользователю, в каждом конкретном случае измерения и диагностики, более точно описывать параметры формы коронного разряда.

Как мы уже писали выше, в анализ формы сигнала частичного разряда может быть включено оценка частотных свойств «внутри» импульса. Для этих целей удобнее всего использовать вейвлет – преобразование.

Проблема с его использованием очень проста, поскольку на практике он используется редко, у многих существует предубеждение, что это сложно. На самом деле ничего сложного там нет, это просто анализ частотных свойств импульса в каждой временной точке. Для этого существуют стандартные процедуры и программы преобразования сигналов. Главное заключается в другом, это вспомогательный метод, и не надо ждать от него большой помощи. Различить между собой два, и более импульсов, которые на TTI-Map плоскости находятся в одной группе, он поможет. Это, пожалуй, все, больше ничего нового и интересного вейвлет анализ не может.

Измерение частичных разрядов в изоляции трансформаторов понижающих подстанций в режиме «on-line»

Конфигурация измерительного прибора (переносного, или системы мониторинга), ориентированная на отстройку от максимального количества помех уже «на аппаратном уровне», приведена на рисунке. Конфигурация датчиков и измерительных каналов соответствует режиму регистрации частичных разрядов в обмотке и вводе фазы «А», стороны ВН трансформатора.

В приведенной на рисунке конфигурации схемы измерения частичных разрядов задействованы 4 канала прибора системы мониторинга, имеющих различное методическое назначение.

  • Измерительный канал «SCh-1» предназначен для регистрации импульсов частичных разрядов в изоляции фазы трансформатора, это основной канал в регистрации.
  • Референсные (опорные) измерительные каналы «RCh-2» и «RCh-3» предназначены для сравнения параметров импульсов в основном измерительном канале с импульсами от датчиков, установленных в двух других фазах одноименной обмотки трансформатора.
  • Шумовой канал «NCh-4» позволяет проводить амплитудное сравнение импульсов, регистрируемых со всех других первичных датчиков, подключенных не к ПИН вводов первичной обмотки трансформатора. В рамках данной конфигурации к этому каналу подключаются все датчики, смонтированные на стороне НН. Если бы измерения частичных разрядов проводились на стороне НН, то к этому каналу были бы подключены все датчики, установленные на первичной обмотке. Предлагаемая конфигурация измерительной схемы внешне выглядит чрезмерно загруженной функциями, но на самом деле в ней все продуманно, и логично. Кратко рассмотрим функциональные возможности такой конфигурации. Это мы сделаем для того, чтобы показать, что все, вышеописанные способы отстройки от помех, реализованы в данном измерительном приборе.

Предлагаемая конфигурация измерительного прибора системы мониторинга частичных разрядов в трансформаторе позволяет оперативно, в режиме реального времени, реализовывать следующие функции:

  • Сравнение импульсов с датчиков трех фаз первичной обмотки по времени прихода «dt», выполняется синхронно по трем каналам, сигнальному и двум опорным. Это позволяет определить, какой фазы обмотки импульс достигает раньше всех. Если импульс сначала достигает фаза «А», то этот импульс принадлежит контролируемой фазе и должен быть включен в регистрацию. Если он раньше придет на фазы «В» или «С», то этот импульс принадлежит этим фазам, и к фазе «А» не имеет отношения. Из текущей регистрации, по фазе «А», его необходимо исключить.
  • Сравнение импульсов с трех фаз обмотки трансформатора по амплитуде. Если импульс будет наводиться с одной фазы на другую, то амплитуда наведенного импульса всегда будет меньше, чем амплитуда первичного импульса. Это позволяет исключать из рассмотрения импульсы, возникшие в других фазах. В данном случае это будут импульсы, возникшие в фазах «В» и «С».
  • Сравнение высокочастотных импульсов с вводов трех фаз, или с трех фаз вторичной обмотки, по полярности. Приведенная схема измерения позволяет одновременно контролировать полярность высокочастотных импульсов, проходящих по вводам обмотки ВН. В том случае, если полярность трех импульсов будет различаться, то это будет говорить о том, что данный импульс «пришел в трансформатор извне», и вероятнее всего это импульс коронного разряда. Такой «помеховый» импульс необходимо исключать из текущей регистрации.
  • Сравнение импульса в измеряемой фазе первичной обмотки трансформатора, по амплитуде, с импульсами во вторичной обмотке трансформатора. Это позволяет исключать из рассмотрения импульсы, пришедшие в трансформатор по цепям вторичной обмотки, и не относящиеся к контролируемой фазе обмотки.

Регистрация частичных разрядов в других фазах трансформатора производится аналогично. Для перехода к таким измерениям производится, при помощи встроенного в прибор коммутатора, переключение первичных датчиков к различным измерительным каналам, т. е. изменяется конфигурация измерительной схемы. Например, для измерения частичных разрядов в фазе «В», данный датчик на ПИН подключается к измерительному каналу. Фазы «А» и «С» подключаются к референсным каналам. Идеология работы всех каналов прибора, и измерительного, и двух опорных и шумового канала, к которому подключены датчики вторичной обмотки, при этом полностью сохраняется.

Это статья взята из книги Русова В.А. «Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования»

Похожие материалы:

 

Применение, конструкция и эффективность |Library.AutomationDirect

Первая часть серии из двух частей

Хотя большинство из нас сталкивались с трансформаторами в своей профессиональной жизни, удивительно, как мало о них знает средний дизайнер или технический специалист. Основная функция трансформатора состоит в том, чтобы «преобразовать» переменный ток из нежелательного напряжения в напряжение, подходящее для данной цепи. Хорошим примером такого применения является использование управляющих трансформаторов для снижения высокого линейного напряжения до более низкого и более безопасного управляющего напряжения.Более низкое управляющее напряжение можно безопасно использовать в шкафу управления и в различных компонентах оборудования.

Трансформаторы

выполняют эту задачу за счет индуктивной связи первичной и вторичной катушек. Когда напряжение в первичной обмотке возрастает и падает, оно создает соответствующее магнитное поле, которое индуцирует симпатическое напряжение во вторичной обмотке. Чтобы управлять входным и выходным напряжениями, количество витков в каждой катушке регулируется для получения «соотношения» между первичной и вторичной обмотками трансформатора.Таким образом, если трансформатор имеет 100 витков на первичной обмотке и 50 витков на вторичной обмотке, то он имеет отношение 2 к 1. Следовательно, когда на первичную обмотку подается 120 В переменного тока, вторичная производит 60 В переменного тока. Если роли катушек поменять местами и 120 В переменного тока подаются на вторичную обмотку, то первичная будет производить 240 В переменного тока. Во время этого процесса задействованные токи претерпевают обратное преобразование, т. е. если для вторичного выхода требуется 60 В переменного тока при 5 А, то на первичный выход должно подаваться 120 В переменного тока при минимальном токе 2.5 ампер. На рис. 1 показаны коэффициенты трансформации и преобразование напряжения в ток трансформатора.

В основном на рынке широко доступны трансформаторы двух типов: изолирующие и автоматические. Большинство трансформаторов представляют собой изолирующие устройства, в которых первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга. Изолирующий трансформатор обладает двумя отличительными особенностями, которые очень нужны для большинства приложений. Во-первых, вторичная цепь электрически изолирована от более высокого и более опасного входного напряжения.Это обеспечивает уровень безопасности, необходимый для большинства цепей. Вторая особенность заключается в том, что изолирующий трансформатор естественным образом отфильтровывает переходные процессы высокого напряжения и высокочастотный шум. В грязной электрической среде эта функция может сыграть важную роль в защите чувствительной электроники. В некоторых случаях изолирующий трансформатор может означать разницу между надежным оборудованием и полностью нефункциональным хламом.

На рис. 2 показан вид в разобранном виде типичного изолирующего трансформатора с C-образным сердечником.Обратите внимание, что две катушки полностью отделены друг от друга как физически, так и электрически. Единственная связь между двумя катушками — магнитная через сердечник.

На рис. 3 показан типичный трансформатор с сердечником типа «E». В этом случае первичная и вторичная обмотки располагаются вокруг общей стойки в центре сердечника. Такая компоновка позволяет получить более компактную установку с более высоким КПД. По этим причинам конструкции сердечника «E» являются предпочтительными для управляющих трансформаторов и трансформаторов общего назначения.

Для приложений, где изоляция нежелательна или не нужна, может быть указан автотрансформатор. Эти трансформаторы обычно используются для согласования напряжения. В тех случаях, когда часть оборудования может быть сконфигурирована для стандарта напряжения, отличного от имеющегося на месте установки, автотрансформатор, согласующий напряжение, обеспечивает экономичное решение проблемы. Типичным примером является оборудование, подключенное к сети 240 В переменного тока, которое размещается в здании с сетью 208 В переменного тока. В этом случае достаточно скромный автотрансформатор может повысить сервис и проблема быстро решается.

На рис. 4 схематически представлен автотрансформатор, согласующий напряжение. В этом случае линейное напряжение подключается к соответствующим входным клеммам, а отрегулированные напряжения доступны на различных выходных клеммах.

Несмотря на то, что существуют буквально тысячи применений трансформаторов, основная часть этих применений подпадает под четыре основные категории. Наиболее наглядным применением является распределение электроэнергии через национальную сеть. Стоит только взглянуть на телефонные столбы, которые заполонили наш ландшафт, и вы, скорее всего, увидите столбовой трансформатор.

Вторая категория трансформаторов предназначена для распределения электроэнергии в зданиях. В этих случаях высокое стандартное напряжение из сети подключается к зданию и направляется на центральный распределительный трансформатор. Выходы этих трансформаторов предназначены для обеспечения почти всех стандартных напряжений, существующих в стране. На рис. 5 показано схематическое изображение трехфазного распределительного трансформатора. Обратите внимание, что трансформатор представляет собой изолирующую конструкцию, которая помогает защитить здание от переходных процессов высокого напряжения и помех, которые могут передаваться по сети.

Часть вторая, продолжение которой будет опубликовано в выпуске 16, будет включать в себя встраивание трансформаторов в элемент машины, приложения для управления трансформаторами и многое другое. Прочтите его здесь: http://library.automationdirect.com/transformers-application-construction-and-efficiencies-issue-16-2010/

.

Брайан С. Эллиотт

Первоначально опубликовано: 1 сентября 2009 г.

Краткая история трансформатора и его современного применения!

Наука является одним из ключевых элементов мира, и каждый аспект, каждый процесс и каждое изобретение имеют свои фундаментальные принципы, уходящие своими корнями в науку.Никакое изобретение невозможно без понимания концепций науки.

Существует множество прорывных изобретений, которые имеют множество преимуществ. Прогресс в науке неизбежен, и эволюция новых технологий является неизбежным аспектом. Но среди различных изобретений трансформатор является одним из величайших изобретений мира, и он делает так много фундаментальной работы современной цивилизации.

Что такое трансформатор?

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое передает электричество из одной цепи в другую при изменении напряжения.Трансформатор работает на ключевом принципе электромагнитной индукции, и его концепция и теоретическое открытие произошли в начале 1830-х годов. Майкл Фарадей и Джозеф Генри — люди, открывшие электромагнитную индукцию, которая является основным принципом работы трансформаторов.

Электромагнитная индукция объясняет, что изменение магнитного поля может индуцировать ток более низкого напряжения, который известен как понижающее напряжение. Точно так же изменение магнитных полей может также вызвать более высокое напряжение, известное как повышающее напряжение.

После открытия электромагнитной индукции потребовалось почти полвека, чтобы открыть первый полезный прототип трансформатора. После этого трансформер прошел несколько трансформаций. В 1881 году Люсьен Голар и Джон Диксон из Парижа изобрели первый коммерчески успешный трансформатор. А в 1886 году Уильям Стэнли построил трансформатор, который обеспечил электрификацию магазинов и офисных помещений.

Работа трансформатора

Трансформатор имеет дело с переменным током, который течет по электрическим проводам, создавая колеблющееся магнитное поле.Если число витков первичной обмотки больше, чем число витков вторичной обмотки, индуцированный ток будет иметь низкое напряжение. Трансформатор низкого напряжения используется в жилых районах, для бытового электроснабжения.

Если количество витков на первичной обмотке меньше, чем на вторичной, это вызовет высокое напряжение. Высокое напряжение очень полезно при передаче электроэнергии на большие расстояния. Вероятность потери электроэнергии будет очень меньше, а передача также станет очень легкой.

Применение трансформатора

С момента изобретения трансформатора его применение расширяется. Сегодня, в этом современном и цифровом мире, трансформаторы имеют широкий спектр применения. Трансформатор регулирует входное напряжение, чтобы обеспечить соответствующее напряжение для лучшей работы электрического устройства.

В зависимости от типа обмотки и количества витков обмотки на первичной и вторичной обмотках на рынке доступно много типов трансформаторов.В зависимости от требований можно выбрать любой тип трансформатора. Некоторыми из популярных типов трансформаторов являются силовой трансформатор, распределительный трансформатор, изолирующий трансформатор и т. д. 

Vajra Transpower Pvt. Ltd. является одним из ведущих производителей трансформаторов в Хайдарабаде , и у нас есть многолетний опыт в производстве широкого спектра трансформаторов. Мы используем сырье самого высокого качества и уделяем особое внимание каждому аспекту производства высококачественных и долговечных трансформаторов.

Применение трансформаторов

Трансформаторы

претерпели множество модификаций в соответствии с изменяющимися требованиями. Сегодня трансформаторы используются во многих сферах и отраслях, и у них множество применений. Давайте посмотрим на некоторые из популярных применений трансформаторов.

Регулирование потока электроэнергии

Трансформаторы используются для отключения электрического тока. Трансформаторы также присутствуют в автоматических выключателях, которые автоматически прерывают или останавливают подачу электроэнергии, чтобы предотвратить повреждение электрических устройств из-за высоких колебаний напряжения.

Регулирование переменного тока

Основная и наиболее полезная функция каждого трансформатора — увеличивать или уменьшать поток электрического тока. Регулируя поток электроэнергии, электричество может работать с полной эффективностью, а также повышается производительность.

Промышленное применение

Трансформатор

имеет очень важное применение в промышленности, так как большинство устройств работают на электричестве. Многие механические операции в промышленности, такие как производство, резка металлов, сварка, процессы нагрева и охлаждения и т. д.нужен источник высокого напряжения. Итак, в промышленности трансформаторы находят множество применений.

Это три основных области применения трансформаторов, и помимо них существует множество других областей применения. Таким образом, очень важно выбрать подходящий трансформатор в соответствии с требованиями и приложениями.

Итак, если вы ищете лучшего продавца трансформаторов электроэнергии в Хайдарабаде , где вы можете купить высококачественные трансформаторы, то вы можете выбрать Vajra Transpower Pvt.ООО Мы производим широкий спектр трансформаторов и Vajra Transpower также является одним из ведущих трейдеров электрических трансформаторов в Хайдарабаде .

Мы используем лучшие технологии и материалы для производства высококачественных трансформаторов. Наши трансформаторы очень эффективны и долговечны. Они могут безопасно работать с высокой эффективностью в течение длительного периода времени. Итак, если вы планируете приобрести трансформаторы, то можете выбрать Vajra Transpower Pvt. ООО Хайдарабад.

Подробнее

Глобальный рынок трансформаторов с ферритовым сердечником в 2022 г. Статус развития, анализ конкуренции, тип и применение в 2028 г. – Blackswan Real Estate

Рынки и исследования.biz записывает информацию о Глобальном рынке трансформаторов с ферритовым сердечником , чтобы предоставить отчет о деятельности и результатах расследования за 2022-2028 годы. Он включает в себя долю рынка, оценку доходов и объем продукта, исторический год и эффект пандемии на рынке. Рынок был тщательно проанализирован, чтобы дать заинтересованным сторонам и достичь цели.

Отчет включает в себя политический, экономический, социальный, технологический и юридический анализ PESTEL, используемый для сканирования окружающей среды и формулирования стратегического управления, а также кратко и ясно излагает рыночный сценарий трансформаторов с ферритовыми сердечниками.Рассчитывается совокупный годовой темп роста CAGR, который представляет собой наиболее точный способ определения отдельных активов, инвестиционных портфелей и показывает рост и падение стоимости за период.

СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО ОБРАЗЕЦ ОТЧЕТА: https://www.marketsandresearch.biz/sample-request/264614

Достоверность данных была проверена, и источники являются надежными, начиная от информационных баз в Интернете, записей, годовых отчетов, сайтов, онлайн-журналов и заканчивая личным общением, телефонными обсуждениями, экспертами / обученными специалистами.поведение потребителей также используется на рынке, поскольку потребитель является королем рынка, поэтому потребитель, прежде чем запускать продукт, должен знать об окружающей среде и ее возможностях, а также о вариантах развития в зависимости от культуры, географии, долговечности, необходимости, доходов людей. и спрос на продукт, уровень инфляции и стратегии конкурентов, используемые на рынке трансформаторов с ферритовым сердечником

Для исследования этого рынка трансформаторов с ферритовым сердечником в отчете использовались следующие подразделения:

На основе типа

  • Марганец-цинк
  • Никель-цинк
  • Магний-цинк
  • Другое

В зависимости от использования

  • Бытовая электроника
  • Связь
  • Бытовая техника
  • Автомобилестроение
  • Другие

На основе данных конкурентов

  • Мурата
  • ТДК
  • Тайё Юдэн
  • Чилишин
  • Санлорд
  • Сумида
  • Вишай
  • Самсунг Электромеханика
  • AVX
  • Койлкрафт
  • ДЕЛЬТА (СИНТЕК)
  • ИТОН
  • Импульс
  • Пэйтон

ДОСТУП К ПОЛНОМУ ОТЧЕТУ: https://www.marketandresearch.biz/report/264614/global-ferrite-core-transformer-market-2022-by-manufacturers-regions-type-and-application-procast-to-2028

Районы также были подняты в образ.

  • Северная Америка (США, Канада и Мексика)
  • Европа (Германия, Франция, Великобритания, Россия, Италия и остальные страны Европы)
  • Азиатско-Тихоокеанский регион (Китай, Япония, Корея, Индия, Юго-Восточная Азия и Австралия)
  • Южная Америка (Бразилия, Аргентина, Колумбия и остальная часть Южной Америки)
  • Ближний Восток и Африка (Саудовская Аравия, ОАЭ, Египет, Южная Африка и остальная часть Ближнего Востока и Африки)

Настройка отчета:

Этот отчет можно настроить в соответствии с требованиями клиента.Пожалуйста, свяжитесь с нашим отделом продаж ([email protected]), который позаботится о том, чтобы вы получили отчет, соответствующий вашим потребностям. Вы также можете связаться с нашими руководителями по телефону +1-201-465-4211, чтобы поделиться своими требованиями к исследованиям.

Свяжитесь с нами
Марк Стоун
Руководитель отдела развития бизнеса
Телефон: +1-201-465-4211
Электронная почта: [email protected]

Ядро электрического трансформатора: краткая история

В 1878 году будапештская компания Ganz Works превратилась из постройки океанских лайнеров в конструирование систем освещения (конкурируя с Westinghouse & Edison Company за первое место на европейском рынке электрического освещения). основал кафедру электротехники, которую возглавил венгерский инженер Карой Циперновски.Под его руководством компания Ganz Works установила по всей Европе системы освещения, в которых использовался грубый тип трансформатора на основе двух медных проводов, намотанных на железное кольцо. Дамы и господа, первый в мире сердечник электрического трансформатора находился в процессе изготовления.

Входит Отто Блати, выдающийся молодой инженер-механик без формального образования в области электротехники, но страстно читающий электромагнитную теорию и труды Джеймса Максвелла. Летом 1884 года он и еще один молодой инженер из Сербии по имени Микса Дери решили усовершенствовать конструкцию Циперновского и начали с этой целью проводить эксперименты.

Вместе три инженера Ganz Works разработали новый тип системы распределения электроэнергии переменного тока на основе использования первого устройства, названного «трансформатором». Это устройство состояло из двух катушек, равномерно расположенных вокруг железного кольца, и предназначалось для понижения мощности переменного тока высокого напряжения для использования в системах освещения с лампами накаливания. Инженеры впервые представили свою систему, которая стала известна как трансформатор ZBD, на Национальной выставке в Будапеште в 1885 году.

Это делает Ganz Works изобретателем первого высокоэффективного трансформатора с шунтирующим соединением с замкнутым сердечником.После этого изобретения «Команда ZBD Transformer Team» продолжила разработку современной системы распределения электроэнергии: вместо прежнего последовательного соединения они подключают трансформаторы, питающие приборы, параллельно основной линии. Блати изобрел ваттметр переменного тока, а также генератор постоянного напряжения. Интересно отметить, что компания Ganz Works построила первые трансформаторы, используя железную оболочку из эмалированной проволоки из мягкого железа, и начала использовать современные многослойные электрические сердечники — еще в 1885 году.

Базовое применение третичной обмотки трансформатора – основы PAC

Третичная обмотка в трансформаторах широко используется при передаче и распределении электроэнергии – от силовых трансформаторов до распределительных трансформаторов. В большинстве случаев роль третичной составляющей заключается в обеспечении стабильности напряжения и подавлении третьих гармоник напряжения. Обсуждение начнется с краткого ознакомления с трансформаторами типа «звезда-звезда», их преимуществами и потенциальными проблемами, связанными с их эксплуатацией.

Трансформатор звезда-звезда

Трансформаторы

, соединенные звездой-звездой, очень распространены и используются в электроэнергетике по нескольким причинам. Ниже приведены наиболее важные причины использования трансформаторов «звезда-звезда».

  • Сдвиг 0° между первичным и вторичным напряжениями
  • Наличие точки вторичной нейтрали для заземления
  • Один конец обмотки может быть размещен на низком потенциале относительно земли (кроме незаземленной нейтрали)

Если вас интересует изучение векторных групп трансформаторов, нажмите здесь.

Стабильность напряжения

Удобства, предлагаемые трансформатором «звезда-звезда», связаны с проблемой стабильности фазного напряжения, которое может стать нестабильным, когда

  • Несимметричные нагрузки фаза-нейтраль с неэффективно заземленной первичной обмоткой
  • Токи третьей гармоники не могут протекать через первичную или вторичную обмотки
Несимметричные нагрузки и изолированная первичная нейтраль

Несимметричные нагрузки на трансформаторе «звезда-звезда» с изолированной первичной нейтралью представляют собой проблему стабильности напряжения, как показано на рисунке выше.Ток нагрузки, протекающий через нейтраль вторичной стороны, создает падение напряжения нулевой последовательности, которое сдвигает напряжение вторичной клеммы к нейтральному. Однако увеличение фазного напряжения ограничено 1,4 о.е., если вторичная обмотка эффективно заземлена.

  • Изолированная первичная нейтраль имеет высокий импеданс нулевой последовательности
  • Как правило, сложно подключить первичную нейтраль через цепь с низким импедансом

На приведенном выше рисунке показана упрощенная сеть с генератором, линией электропередачи и соединенным звездой-звездой трансформатором с изолированной первичной нейтралью, а также эквивалентная сеть нулевой последовательности.Изоляция первичной нейтрали трансформатора предотвращает протекание токов нулевой последовательности.

Гармонические искажения

Отсутствие пути нулевой последовательности для протекания токов третьей гармоники приводит к напряжениям искажения, как показано на рисунке выше.

Применение стабилизирующей обмотки: третичная обмотка

Отсутствие пути для протекания токов нулевой последовательности представляет собой потенциальную проблему при работе трансформаторов, соединенных звездой-звездой с изолированной первичной нейтралью.

Это также относится к трансформаторам типа «звезда-звезда», обе нейтрали которых соединены с землей, но расположены очень далеко от источника, т. е. линии передачи имеют высокое полное сопротивление нулевой последовательности.

Введение третичной обмотки, соединенной треугольником, в качестве стабилизирующей обмотки решает эти проблемы, обеспечивая путь для протекания токов нулевой последовательности. В результате

  • обеспечивает устойчивость к напряжению в нейтральной точке,
  • подавляет третьи гармоники напряжения, а
  • минимизирует телефонные помехи.

    Путь нулевой последовательности, обеспечиваемый стабилизирующей обмоткой

    Стабильность напряжения нейтральной точки

    Напряжение нейтральной точки может быть выражено как функция тока нагрузки и импеданса нулевой последовательности согласно следующему уравнению.

    Со стабилизирующей обмоткой эквивалентное полное сопротивление нулевой последовательности значительно снижается и, таким образом, ограничивается напряжение в нейтральной точке.

    Подавление напряжения третьей гармоники

    Гармоническое искажение напряжения возникает из-за отсутствия пути нулевой последовательности или высокого импеданса нулевой последовательности.Как правило, гармонические токи протекают через нейтральную линию, обмотку треугольника и емкость между линией и землей. В трансформаторах, соединенных звездой-звездой, обе стороны которых подключены к нейтрали, нейтральная линия представляет собой путь для протекания токов нулевой последовательности. Поскольку нейтральные линии проходят вдоль телефонных линий, на цепи связи воздействуют третьи гармоники.

    Наличие стабилизирующей обмотки представляет собой альтернативный путь со значительно более низким импедансом нулевой последовательности для протекания гармонических токов.

    Влияние замыканий на землю вверх по течению

    Среди различных конфигураций трехобмоточных трансформаторов есть конфигурация, подверженная замыканиям на землю в восходящем направлении – трансформаторы, соединенные звездой-звездой, с обеими сторонами эффективно заземленными и с третичной обмоткой, соединенной треугольником.

    Эквивалентная схема трехобмоточного трансформатора

    На этом рисунке показано замыкание линии на землю в упрощенной сети с источником, линией передачи и трехобмоточным трансформатором.На рисунке также показана эквивалентная схема последовательности замыкания на землю. Обратите внимание, как стабилизирующая обмотка обеспечивает параллельный путь для протекания токов нулевой последовательности.

    Для силовых трансформаторов это не представляет проблемы, поскольку имеется защита от замыкания на землю. Однако для распределительных трансформаторов, которые имеют только плавкие предохранители для защиты, трансформатор может оставаться незащищенным при замыканиях на землю в восходящем направлении.

    Токи короткого замыкания, проходящие через предохранитель, могут иметь меньшую величину, особенно для высокоимпедансных замыканий, и могут перегружать стабилизирующую обмотку в течение более длительных периодов времени.Это особенно верно при использовании каналов связи ANSI/NEMA типа T и K, так как эти типы ссылок имеют рейтинг 150%. С другой стороны, высокоимпедансные замыкания на землю могут не обнаруживаться вышестоящими устройствами защиты от перегрузки по току или могут требовать больше времени для срабатывания из-за малых токов замыкания.

    В следующей галерее показаны фотографии сгоревшего трехобмоточного трансформатора из-за замыкания на землю на входе.

    Ссылки

    «Руководство IEEE по применению третичных и стабилизирующих обмоток в силовых трансформаторах», в IEEE Std C57.158-2017, том, №, стр. 1-80, 27 апреля 2018 г., doi: 10.1109/IEEEESTD.2018.8352755

    «Применение первичных предохранителей», Hubbell Power Systems, Inc., 2000, Централия, Миссури.

    Нравится:

    Нравится Загрузка…

    Урок Видео: Электромагнитная индукция в трансформаторах

    Стенограмма видео

    В этом видео мы узнаем о электромагнитная индукция в трансформаторах.Узнаем, что такое трансформеры, как они работают, и как они используют это явление электромагнитной индукции.

    Начнем с того, что давайте вспомним, что электромагнитная индукция стоит на первом месте. Идея такова. Если мы возьмем петлю проводки материала, то если мы изменим магнитное поле, испытываемое поперечным сечением области этой петли, то мы индуцируем в ней ток.

    Один из способов изменить магнитное поле, которое испытывает участок петли, состоит в том, чтобы пропустить магнит через петля.Другой способ — держать магнит стационарно, но измените размер петли, скажем, сделав ее больше или меньше или даже сохраняя тот же общий размер, но поворачивая его так, чтобы общая открытая площадь к изменениям магнитного поля. Любой и все эти методы будут имеют общее влияние изменения магнитного поля, испытываемого петлей, и следовательно, индуцируя ток в нем. И этот процесс известен как электромагнитная индукция.

    Одно из самых полезных приложений электромагнитной индукции преобразует электрическую энергию. Теперь основная идея позади преобразование электроэнергии это. Когда электричество вырабатывается на электростанции, это при напряжении, разности потенциалов, которая намного выше, чем у нас может безопасно или разумно использовать в жилом контексте. Но для электричества чтобы добраться от места его создания до места его использования, наиболее эффективным способом является держите его на очень высокой разности потенциалов.Таким образом, наименьшая мощность возможно теряется в процессе передачи. Это означает, что незадолго до того, как мы использовать его, мы хотели бы иметь возможность преобразовывать электричество, которое мы получаем от энергии растение. Это преобразование, как мы увидим, зависит от электромагнитной индукции.

    Внешний вид трансформатора электрического как это. Есть три основные части, чтобы Это. Во-первых, известна катушка провода в качестве первичной катушки.Это провод, по которому электричество подается на трансформатор. Затем, напротив первичной катушки это так называемая вторичная катушка. Это катушка провода, которая будет на нем индуцируется напряжение и, следовательно, в нем индуцируется ток. А потом, соединив эти два катушки — это то, что называется сердечником. Как видим, тип материала ядро сделано из оказывает значительное влияние на производительность трансформер в целом.

    Вот как происходит трансформация процесс работает. Во-первых, ток течет через первичная катушка. Мы назовем этот текущий 𝐼 sub p to показать, что он находится в первичной катушке. Этот ток проходит вокруг каждого один из витков первичной обмотки, намотанной на сердечник. И вот, наконец, он возвращается другая сторона. Теперь, если это все, что произошло в трансформере это было бы довольно скучно.И это действительно не сработает много. Но в этот момент мы можем вспомнить что проволочная петля, когда по ней течет ток, создает магнитное поле. И, в частности, если у нас есть петля провода, по которой ток течет в этом направлении, как показано, затем на основе по так называемому правилу правой руки, магнитное поле, создаваемое этой петлей в центр петли указывает прямо вверх.

    Зная, что если мы вернемся к наша первичная катушка, которую мы видим, несколько раз обернута вокруг сердечника, мы осознать, что каждая из этих отдельных петель, этих обмоток сама по себе является петля тока.И это создает магнитное поле что указывает вверх. Комбинированное воздействие магнитного поле от всех этих отдельных петель довольно сильное. И в целом у нас достаточно мощное магнитное поле, направленное снизу вверх. Теперь вот где ядро поступает материал. Одна из основных целей сердечник трансформатора должен направлять силовые линии магнитного поля вокруг сердечника, как хотя они движутся по кругу.

    Это означает, что поле произвело в обмотках первичной катушки, затем проходит по всей остальной части сердечник и также проходит через обмотки вторичной катушки. И это мы можем видеть, где электромагнитная индукция. Давайте на мгновение взглянем на одно один из этих контуров во вторичной обмотке. И мы посмотрим на это, как если бы мы смотрим прямо сверху на эту петлю.В этом случае цикл будет выглядеть для нашего глаза вот так, как круг. И что бы мы увидели, если бы могли видите их, эта линия магнитного поля проходит через экран, с нашей точки зрения, через центр петли. Так, а раньше не было магнитное поле, движущееся по этой петле, теперь есть поле.

    Другими словами, есть изменение в магнитное поле, испытываемое областью этой петли.Вот именно такой эффект что за счет электромагнитной индукции будет индуцироваться ток в этом петля. По причинам, в которые мы не будем вдаваться в этом уроке ток течет в этом направлении с нашей точки зрения, против часовой стрелки. Конечно, что мы смотрим здесь всего одна петля из множества петель вторичной обмотки. Так это происходит у всех эти отдельные петли.Итак, наконец, это вызвало ток выводится через вторичную катушку. И это продолжается во что бы то ни стало Применение может быть, возможно, в жилом районе.

    Вернемся к 𝐼 p, текущему через первичную катушку, на мгновение. Если бы этот ток был постоянным в время, то еще магнитное поле будет формироваться через петли катушки. И это поле будет нести через ядро.Но после петель вторичная катушка изначально подверглась этому изменению, после этого будет больше никаких изменений. Линии поля останутся такой же. И если больше нет изменений в суммарное магнитное поле через эти петли, то тока больше не будет индуцируется в них. Чтобы трансформатор работал правильно, ток в первичной обмотке должен быть переменным током, AC.

    В таком случае это означает, что силовые линии магнитного поля в ядре постоянно меняются по величине. И когда это происходит, это означает что каждая из обмоток во вторичной катушке всегда видит различные магнитные поля движутся через него. То есть происходит постоянное изменение в магнитном поле через обмотки вторичной катушки и, следовательно, будет постоянно индуцировать напряжение и, следовательно, ток в этой катушке.Все, что сказать, для трансформатора, очень важно работать на переменном токе.

    Мы сказали, что текущий через первичную катушку 𝐼 подп. А давайте представим дальше, что мы знать напряжение этого тока. Мы назовем это напряжение 𝑉 sub п. Допустим, это 500 вольт. И тогда, если мы перейдем к вторичная катушка, мы можем сказать, что ток на выходе есть 𝐼 sub s и что напряжение вывод есть 𝑉 sub s.Но вопрос в том, что это Напряжение? Какова разность потенциалов индуцированная во вторичной обмотке? Хотите верьте, хотите нет, но мы можем решить для 𝑉 sub s, зная 𝑉 sub p, а также зная количество оборотов, которые каждый из две катушки, первичная и вторичная, образуют вокруг сердечника.

    В общем, если мы позвоним на номер обмоток первичной катушки 𝑁 sub p и называем количество обмоток или витков вокруг сердечника вторичной катушки 𝑁 sub s, тогда мы можем написать это очень аккуратно уравнение.𝑉 sub s разделить на 𝑉 sub p равно равно 𝑁 sub s, деленному на 𝑁 sub p. Другими словами, отношение разность потенциалов равна отношению витков. В каком-то смысле это довольно очаровательный. Но, как мы думаем об этом, это делает смысл. Чем больше витков делает катушка вокруг ядра, тем больший вклад он будет вносить в напряженность магнитного поля в основной. И чем больше это магнитное поле на сердечник изменяется, тем большее напряжение будет индуцироваться во вторичной обмотке.

    Это соотношение говорит нам, что поскольку мы знаем 𝑉 sub p, если бы мы подсчитали 𝑁 sub p и 𝑁 sub s, то мы могли бы используйте всю эту информацию, чтобы найти 𝑉 sub s. Давайте сделаем это; давайте посчитаем 𝑁 sub p и 𝑁 sub s. Начиная с 𝑁 sub p, мы можем считайте эти обороты как один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, общее. Таким образом, применяя это уравнение, мы имеем 𝑉 sub s, то, что мы хотим решить, разделить на 𝑉 sub p, 500 вольт, равно 𝑁 sub s, что мы сейчас узнаем, делим на девять количество витков в первичная катушка.

    Переходим к подсчету 𝑁 sub s, это один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, 10, 11, 12 оборотов. Таким образом, мы заполняем 12 для 𝑁 sub s в наше уравнение. Тогда, если мы умножим обе части на 500 вольт, находим, что напряжение во вторичной обмотке равно 12 деленному на девять раз по 500 вольт. Это то же самое, что четыре трети умножить на 500 вольт, что составляет примерно 667 вольт. Это изменение с 𝑉 sub p на 𝑉 sub Вот почему это называется трансформатором.

    Теперь мы можем задаться вопросом, а как насчет токи 𝐼 sub p и 𝐼 sub s? Можем ли мы решить для тех, кто основан на число витков каждой катушки? Ответ заключается в том, что мы можем, но соотношение перевернуто от отношения для напряжения. Под этим мы подразумеваем, что если мы возьмем отношение числа витков во вторичной обмотке к числу витков в первичной, это равно первичному току, деленному на вторичный ток.Поэтому мы должны быть осторожны с нашими нижние индексы здесь, ss и ps, и чтобы они были прямыми.

    Возвращаясь к нашему обсуждению напряжения, мы видим, что первичное напряжение меньше, чем вторичное напряжение. Когда это происходит, это означает, что Функция трансформатора заключается в повышении напряжения с первичной на вторичная катушка. Когда это происходит, когда 𝑉 sub s больше, чем 𝑉 sub p, трансформатор описывается как повышающий трансформатор.А может случиться и наоборот хорошо. Когда вторичное напряжение меньше чем первичное напряжение, трансформатор называется понижающим трансформатором.

    Прежде чем мы немного потренируемся на примере поговорим о сердечнике трансформатора. С точки зрения эффективности, ядро очень важно. В частности, материал, который мы выбор сделать ядро ​​из повлияет на то, насколько хорошо энергия передается от первичной на вторичную катушку.Из всех материалов, которые мы могли выбрать сделать ядро ​​из, мы хотели бы выбрать материал, который намагничиваемый. То есть тот, который становится магнитом при воздействии магнитного поля. И мы также хотели бы материал, который может быстро реагировать на быстро меняющиеся магнитные поля в обмотках этих катушки.

    Ведущий материал для этого железо. И очень часто делают сердечники трансформаторов из этого металла.Это материал, который помогает канала, а также усиливать магнитное поле внутри сердечника. Теперь, когда мы немного знаем о Трансформеры, давайте попрактикуемся в решении вопроса об одном из них.

    Понижающий трансформатор изменяет разность потенциалов переменного тока от 10000 вольт до 250 вольт. Если на вторичной обмотке 25 витков. катушка, сколько витков на первичной обмотке?

    Ладно, допустим, это наш трансформатор.Это наша первичная катушка и здесь наша вторичная катушка. Нам говорят, что потенциал разница в первичной катушке, которую мы будем называть 𝑉 sub p, равна 10000 вольт. А разность потенциалов в вторичная катушка, которую мы назовем 𝑉 sub s, составляет 250 вольт. Нам также говорят, что вторичное катушка нашего трансформатора имеет 25 витков. Мы назовем этот номер 𝑁 саб с. И если мы назовем количество оборотов в первичной катушке 𝑁 sub p это то значение, которое мы хотим найти.Для этого мы можем вспомнить соотношение между первичным и вторичным напряжением и числом витков. Это отношение говорит о том, что отношение витков первичной обмотки к вторичной равно отношению потенциалов отличия первичного от вторичного.

    В этих отношениях мы хотим найдите 𝑁 sub p, количество витков в первичной обмотке. Итак, чтобы сделать это, мы можем умножить оба стороны уравнения на число витков во вторичной обмотке.Это означает, что этот термин, 𝑁 sub s, сокращается в левой части нашего уравнения. Мы находим, что 𝑁 sub p равно 𝑉 sub p разделить на 𝑉 sub s все умножить на 𝑁 sub s. А так как мы знаем 𝑁 sub s, 𝑉 sub p и 𝑉 sub s, теперь мы можем подставить эти значения в это уравнение. 𝑉 sub p 10000 вольт, 𝑉 sub s равно 250 вольт, а 𝑁 sub s равно 25. Вычисляя этот результат, находим ответ 1000. Это количество витков, которые в первичной обмотке этого трансформатора.

    Давайте на минутку обобщить то, что мы узнали об электромагнитной индукции в трансформаторах.

    В этом уроке мы видели, что трансформаторы изменяют напряжение и ток в процессе электромагнитного индукция. Мы видели, что в целом, трансформаторы состоят из трех основных компонентов. Есть первичная катушка с током вводится через. есть вторичная катушка ток выводится из.И есть ядро, обычно твердый металлический материал, который соединяет эти две катушки.

    Мы видели, что когда дело доходит до влияние трансформатора на напряжение, отношение первичного напряжения к вторичное напряжение равно отношению числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке. Кроме того, мы увидели, что трансформатор влияет на ток, что отношение вторичного тока катушки к первичному ток катушки равен отношению числа витков в первичной к вторичной катушка.Наконец, мы узнали, что повышение трансформатор увеличивает напряжение на трансформаторе, а понижающий трансформатор уменьшает его.

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.