Типы трансформаторов и их применение

Внешний вид, конструктивные особенности и компоновка основных элементов представлены на рис. 8.6.

1. магнитопровод 2. обмотка 3. обмотка 4. бак 5. расширитель

 

Рис. 8.6 Трехфазный силовой трансформатор

 

Трехфазныйтрансформатор. Обмотки трансформаторов соединяют звездой () или треугольником (Δ). Магнитопровод трехфазного трансформатора имеет три стержня, на каждом из которых размещаются две обмотки одной фазы.

Применяют в линиях электропередачи.

Многообмоточныетрансформаторы.

Имеет один сердечник и количество обмоток больше двух (на одну фазу). Применяют в энергетических установках, в бытовых электроприборах, аппаратуре радио и автоматики.

В электрической сети трехобмоточный трансформатор с экономической выгодой заменит два двухобмоточных, если имеется необходимость получить на вторичной стороне два различных номинальных напряжения.

 

Измерительныетрансформаторы.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока используют для включения измерительных приборов, аппаратуры автоматического регулирования и защиты в высоковольтные цепи. Они позволяют уменьшить размеры и массу измерительных устройств, повысить безопасность обслуживающего персонала, расширить пределы измерения приборов переменного тока.

Измерительные трансформаторы напряжения служат для включения вольтметров и обмоток напряжения измерительных приборов (рис. 8.7). Так как эти обмотки имеют большое сопротивление и потребляют маленькую мощность, то можно считать, что трансформаторы напряжения работают в режиме холостого хода.

 

 

Рис. 8.7 Рис. 8.8

 

Измерительные трансформаторы тока используют для включения амперметров и токовых катушек измерительных приборов (рис. 8.8). Эти катушки имеют очень маленькое сопротивление, поэтому трансформаторы тока практически работают в режиме короткого замыкания.

Один из выводов и кожух измерительного трансформатора (напряжения и тока) заземляют для повышения безопасности обслуживания приборов.

 

Автотрансформаторы.

Автотрансформатор представляет собой такой трансформатор, на сердечнике которого имеется только одна обмотка на фазу. К различным точкам этой обмотки присоединены одновременно и первичная и вторичная цепи (рис.8.9).

 

 

 

Рис. 8.9

 

Автотрансформаторы бывают однофазные и трехфазные, понижающие и повышающие.

Преимущества: меньший расход меди для выполнения обмотки, меньший расход электротехнической стали для изготовления сердечников, меньший вес, меньшая стоимость.

Коэффициент трансформации автотрансформатора 1,25 - 2.

Недостатки: большие токи короткого замыкания и электрическая связь между первичной и вторичной цепями.

Применяются для пуска двигателей переменного тока, для питания ртутных выпрямителей регулирования силы света (театры) и в лабораторной практике (ЛАТР - лабораторный автотрансформатор) для плавной регулировки выходного (вторичного) напряжения от 0 до 1,1 U₁.

 

 

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ R

1. Процентное изменение напряжения трансформатора: Δ U % = ּ 100 %.   2. Номинальные токи: для однофазного трансформатора I1 = Sном / U 1 I2 = Sном / U 2     для трехфазного трансформатора I1 = Sном / U 1 I2 = Sном / U 2     3. Коэффициент трансформации: К = = = .   4. КПД трансформатора: η = = .

 

 

Обозначения

Единицы измерения

U2 – напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора при нагрузке U2х – при холостом ходе Sном – номинальная мощность трансформатора U1 – номинальное первичное напряжение U2 – номинальное вторичное напряжение N1 – число витков первичной обмотки N2 – число витков вторичной обмотки U1 – напряжение на зажимах первичной обмотки I1 – первичный ток I2 – вторичный ток Р1 – мощность на входе трансформатора Р2 – мощность на выходе трансформатора Рм – мощность магнитных потерь Рэ – мощность электрических потерь

1В 1В 1 ВА 1В   1В     1В 1А 1А 1 Вт 1 Вт 1Вт 1 Вт

Примеры решения задач Ë

 

1. Дан однофазный понижающий трансформатор, предназначенный для питания местного освещения с заданными параметрами. Определить следующие величины U_ном , I_ном , I_ном , коэффициент нагрузки k_н.

 

Дано:   S ном = 250 ВА Uном = 12 В Рл = 25 Вт nл = 8 шт к = 31,7	Решение   1) Из формулы полной номинальной мощности: Sном = Iном = ×Uном выразим номинальный ток вторичной обмотки Iном = . 2) Из формулы коэффициента трансформации: к = Þ Uном = к× Uном = 31,7 × 12 = 380 В.
Uном, Iном , Iном , kн –?
3) Из формулы полной номинальной мощности: S ном = Iном ×Uном Þ Iном = . 4) Коэффициент нагрузки: kн = .   Ответ: 380 В; 0,6А; 21А; 0,8.

 

 

2. Для питания пониженным напряжением цепей управления электродвигателем установили однофазный понижающий трансформатор, у которого полезная мощность, отдаваемая со вторичной обмотки Р₂ = 2,5 кВт, КПД трансформатора h = 0,75, первичное напряжение U₁ = 220 В, вторичное напряжение U₂ = 90 В, коэффициент мощности потребителя cos j₂ = 0,94.

Определить: активную мощность, потребляемую трансформатором из сети Р₁, суммарные потери å Р, первичный I₁ и вторичный I₂ токи.

 

Дано:   Р2 = 2,5 кВт h = 0,75 U1 = 220 В U2 = 90 В соs j2 = 0,94	Решение 1) КПД трансформатора h = Þ Р1 = = = 3,3 кВт. 2) Суммарные потери: ∑ Р = Р1 – Р2 = 3,3 – 2,5 = 0,8 кВт. 5) Полная мощность трансформатора: S =
Р1, å Р, I1, I2 –?

6) Первичный ток: I₁ =

7) Вторичный ток: I₂ =

 

Ответ: 3,3 кВт; 0,8 кВт; 15,9 А; 38,9 А.

3. Для питания переносных ламп ремонтного освещения установили однофазный двух обмоточный трансформатор, у которого полная номинальная мощность 3,2 кВА, первичный номинальный ток 6,4 А, коэффициент трансформации 13,8, кратность токов = 0,44. Ко вторичной обмотке присоединили лампы накаливания, имеющие эквивалентное сопротивление R_н. Числа витков обмоток равны N₁, N₂. Трансформатор работает в номинальном режиме.

Определить вторичный номинальный ток, ток холостого хода, эквивалентное сопротивление ламп, вторичное номинальное напряжение.

 

Дано:   Sном = 3,2 кВт Iном = 6,4 А К = 13,8 = 0,44	Решение   1) Ток холостого хода: I1x = 0,44 Iном = 0,44 × 6,4 = 2,82 А. 2) Эквивалентное сопротивление ламп: Rн = = = 0,4 Ом, где вторичное номинальное напряжение: Uном = = = 36 В.
Iном , I1x, Rн, Uном -?

3) Вторичный номинальный ток: I_ном = К I_ном = 13,8 × 6,4 = 88,3 А,

первичное номинальное напряжение: U_ном = = = 500 В.

4) Вторичное номинальное напряжение: U_ном = = = 36 В.

Ответ: 88,3 А; 2,82 А; 0,4 Ом; 36В.

 

 

Контрольные вопросы 4

 

1. Коэффициент трансформации может иметь величину: К>1; К< 1; К = 1. Какая из них соответствует повышающему и понижающему трансформаторам?

 

2. Сколько стержней должен иметь сердечник трехфазного трансформатора?

 

3. Описать устройство трансформатора.

 

4. Для чего нужны трансформаторы?

 

5. Как соединяются обмотки трехфазных трансформаторов?

 

6. Для чего служат автотрансформаторы?

 

Задачи для самостоятельного решения?

 

1. Чему равен коэффициент трансформации трансформатора, если число витков вторичной обмотки: а) в 10 раз меньше первичной; б) в 5 раз больше первичной?

(Ответ: а) 10; б) 1/5)

 

2. Измерительный трансформатор напряжения имеет обмотки с числом витков N₁ = 10000 и N₂ = 200. К вторичной обмотке присоединен вольтметр с номинальным напряжением 150В. Определить коэффициент трансформации и предельное напряжение, которое можно измерить.

(Ответ: 50; 7,5 кВ)

 

3. U₁ = 200 В; Р = 1 кВт; I₂ = 0,5А. Определить приближенное значение коэффициента трансформации.

(Ответ: к» 10)

 

4. Номинальная мощность на выходе трансформатора Р₂ = 0,97 кВТ. В опыте холостого хода ваттметр показывает 10 Вт, в опыте короткого замыкания 20 Вт.

Определить КПД трансформатора при номинальной нагрузке, %.

(Ответ: 97 %)

 

5. Измерена мощность на входе и выходе трансформатора: Р₁ = 10 кВт; Р₂ = 9,8 кВт. Определить КПД трансформатора, %.

(Ответ: 98 %)

 

6. Трансформатор с номинальной мощностью 20 кВА имеет номинальное напряжение на первичной обмотке 380 В. КПД трансформатора при коэффициенте мощности вторичной цепи, равном 0,8, составляет 97%. Определить номинальный ток вторичной обмотки трансформатора, активную мощность нагрузки и потери в трансформаторе в номинальном режиме.

(Ответ: 53 А; 16 кВт; 495 Вт)