Устройство и принцип действия трансформатора. Типы трансформаторов. Уравнения эдс и мдс.

Устройство и принцип действия трансформатора. Типы трансформаторов. Уравнения ЭДС и МДС.

 

Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат с двумя (или больше) обмотками, имеющими между собой магнитную связь, осуществляемую переменным магнитным полем, и служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при сохранении частоты тока неизменной.

Для усиления магнитной связи между обмотками они помещаются на стальном сердечнике Трансформаторы, не имеющие стального сердечника, называются воздушными. Они применяются в специальных случаях при преобразовании переменных токов высокой частоты

Трансформатор имеет не меньше двух обмоток; из них первичной обмоткой 1 называется обмотка, которая получает энергию преобразуемого переменного тока, вторичными обмотками 2 — обмотки, которые отдают энергию преобразованного переменного тока. Передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется с помощью электромагнитной индукции.

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. Использование магнитопровода позволяет саккумулировать большую часть магнитного поля внутри трансформатора, что повышает КПД устройства. Магнитопровод обычно состоит из набора металлических пластин, покрытых изоляцией.

Принцип действия - при подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i1, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е1 и е2. Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием э. д. с. е2 по ее цепи проходит ток i2.

Классификация трансформаторов:

1. По назначению: измерительные трансформаторы тока, напряжения, защитные, лабораторные, промежуточные.

2. По способу установки: наружные, внутренние, шинные, опорные, стационарные, переносные.

3. По числу ступеней: одноступенчатные, многоступенчатые (каскадные).

4. По номинальному напряжения: низковольтные, высоковольтные.

5. По типу изоляции обмоток: c сухой изоляцией, компаундной, бумажно-маслянной.

6. По способу охлаждения: естественное воздушное, естественное масляное, масляное с дутьем, масляное с дутьем и с принудительной циркуляцией масла, масляно-водяное с естественной циркуляцией масла, масляно-водяное с принудительной циркуляцией масла, масляно-водяное с принудительной циркуляцией воды и масла с направленным потоком масла

Основные типы трансформаторов:

Силовые трансформаторы - наиболее распространенный тип трансформаторов. Они предназначены для изменения энергии переменного тока в электросетях энергосистем, в сетях освещения или питания электрооборудования. Классифицируются по количеству фаз и номинальному напряжения.

Измерительные трансформаторы - электротехнические устройства, предназначенные для изменения уровня напряжения с высокой точностью трансформации.

Автотрансформаторы – устройства, обмотки которого соеденены гальванически между собой. Благодыря малым коэффициентам трансформации, автотрансформаторы имеют меньшие габариты и стоимость оп сравнению с многообмоточными. Из недостатков необходимо отметить невозможность гальванической изоляции цепей.

Импульсный трансформатор - это устройство с ферромагнитным сердечником, используемый для изменения импульсов тока или напряжения.

Пик-трансформатор - устройство, изменяющее напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Уравнения ЭДС и МДС

На основании Т-образной схемы замещения можно записать следующие уравнения равновесия напряжений (ЭДС) трансформатора:

U1 = –E1+I1(R1+jX1)= –E1+I1Z1,

U2’= E2’ – I2’ (R2’+jX2’)= E2’ – I2’Z2’.

Полный первичный ток I1 состоит из намагничивающей Ix и нагрузочной (–I2’) составляющих:

I1 = Ix+ (–I2’)

Равенство называется уравнением равновесия МДС обмоток приведенного трансформатора. Умножив равенство на число витков первичной обмотки W1, после несложных преобразований, запишем:

W1I1 + W2I2 = W1Ix.

 

 

РПН.

Более мощные тра-ры снабжаются устройством РПН(регулирование под нагрузкой). Эти тра-ры обеспечивают 5-7 ступеней переключения без откл нагрузки. Переключения в РПН осуществляется без разрыва эл цепи главного тока.

П1-П2-Контактные пластины переключателя.

К1, К2 - Контакты контакторов

Х - выходной зажим обмотки.

В нормальном режиме контакты К1 и К2 замкнуты. ток от Конт пластины П1 протекает по двум ветвям переключателя и в катушках реакторов Р1 и Р2 токи направлены навстречу друг другу, реактор ненасыщен и его сопротивление равно 0. при необходимости переключения выполняют след операции:

1) Размыкают контакт контактора К2 - теперь весь ток протекает по цепи Х1-К1-Р1-Х; 2) перемещаем подвижный контакт К2 на пластину П2; 3) замыкаем контакт контактора К2, возникает режим кз вмткаХ1Х2. Токи при этом направлены в одну сторону, реактор насыщен и его сопротивление велико, он ограничивает этот ток. 4) затем размыкается контакт контактора К1, главный ток не прерван. Переносится контакт К1 на пластину П2. После этого вкл контакт К1.

Устройство ПБВ

При данном способе регулирования переключение осуществляется не просто при отсутствии тока в коммутируемой цепи, но и при полном отсутствии напряжения на всех обмотках трансформатора, вследствие чего этот способ и именуется переключением без возбуждения (ПБВ). Устройство ПБВ состоит из избирателя (переключателя ответвлений) и привода.

Ясно, что такое переключение не может осуществляться часто. Его применяют в следующих случаях:

а) Установка ответвления, обеспечивающею средний уровень напряжения, более высокий в тот период, когда нагрузки выше, и более низкий — при меньших нагрузках (сезонное регулирование).

б) В тех случаях, когда необходимо установить коэффициент трансформации таким образом, чтобы получить заданный средний уровень вторичного напряжения, при первичном напряжении, характерном для данного места установки трансформатора.

Примеры схем регулирования ПБВ для трансформаторов общего назначения приведены на рисунке. В схемах на рис. 1, а и 1, б одиночный подвижный контакт, перемещается по неподвижным контактам, присоединенным к отводам обмотки, а в схеме на рис. 1, в подвижная контактная система выполнена в виде «мостика», соединяющего ответвления частей обмотки.

Включение и расположение регулировочных ответвлений должно быть таким, чтобы при отключении части витков обмотки, не происходило значительного возрастания поперечного магнитного поля, вызывающего снижение электродинамической прочности обмотки.

 

 

Мв1, Мв2 – входные моменты.

 

Устройство и принцип действия трансформатора. Типы трансформаторов. Уравнения ЭДС и МДС.

 

Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат с двумя (или больше) обмотками, имеющими между собой магнитную связь, осуществляемую переменным магнитным полем, и служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при сохранении частоты тока неизменной.

Для усиления магнитной связи между обмотками они помещаются на стальном сердечнике Трансформаторы, не имеющие стального сердечника, называются воздушными. Они применяются в специальных случаях при преобразовании переменных токов высокой частоты

Трансформатор имеет не меньше двух обмоток; из них первичной обмоткой 1 называется обмотка, которая получает энергию преобразуемого переменного тока, вторичными обмотками 2 — обмотки, которые отдают энергию преобразованного переменного тока. Передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется с помощью электромагнитной индукции.

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. Использование магнитопровода позволяет саккумулировать большую часть магнитного поля внутри трансформатора, что повышает КПД устройства. Магнитопровод обычно состоит из набора металлических пластин, покрытых изоляцией.

Принцип действия - при подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i1, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е1 и е2. Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием э. д. с. е2 по ее цепи проходит ток i2.

Классификация трансформаторов:

1. По назначению: измерительные трансформаторы тока, напряжения, защитные, лабораторные, промежуточные.

2. По способу установки: наружные, внутренние, шинные, опорные, стационарные, переносные.

3. По числу ступеней: одноступенчатные, многоступенчатые (каскадные).

4. По номинальному напряжения: низковольтные, высоковольтные.

5. По типу изоляции обмоток: c сухой изоляцией, компаундной, бумажно-маслянной.

6. По способу охлаждения: естественное воздушное, естественное масляное, масляное с дутьем, масляное с дутьем и с принудительной циркуляцией масла, масляно-водяное с естественной циркуляцией масла, масляно-водяное с принудительной циркуляцией масла, масляно-водяное с принудительной циркуляцией воды и масла с направленным потоком масла

Основные типы трансформаторов:

Силовые трансформаторы - наиболее распространенный тип трансформаторов. Они предназначены для изменения энергии переменного тока в электросетях энергосистем, в сетях освещения или питания электрооборудования. Классифицируются по количеству фаз и номинальному напряжения.

Измерительные трансформаторы - электротехнические устройства, предназначенные для изменения уровня напряжения с высокой точностью трансформации.

Автотрансформаторы – устройства, обмотки которого соеденены гальванически между собой. Благодыря малым коэффициентам трансформации, автотрансформаторы имеют меньшие габариты и стоимость оп сравнению с многообмоточными. Из недостатков необходимо отметить невозможность гальванической изоляции цепей.

Импульсный трансформатор - это устройство с ферромагнитным сердечником, используемый для изменения импульсов тока или напряжения.

Пик-трансформатор - устройство, изменяющее напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Уравнения ЭДС и МДС

На основании Т-образной схемы замещения можно записать следующие уравнения равновесия напряжений (ЭДС) трансформатора:

U1 = –E1+I1(R1+jX1)= –E1+I1Z1,

U2’= E2’ – I2’ (R2’+jX2’)= E2’ – I2’Z2’.

Полный первичный ток I1 состоит из намагничивающей Ix и нагрузочной (–I2’) составляющих:

I1 = Ix+ (–I2’)

Равенство называется уравнением равновесия МДС обмоток приведенного трансформатора. Умножив равенство на число витков первичной обмотки W1, после несложных преобразований, запишем:

W1I1 + W2I2 = W1Ix.