Трансформаторы и их конструкция. Расширитель, выхлопная труба, выводы.

Трансформаторы и их конструкция. Расширитель, выхлопная труба, выводы.

 

Трансформатор - электромагнитное статическое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии пере­менного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения посредством электромагнитной индукции. Состоит из замкнутого сердечника и двух более обмоток. Сердечник служит для усиления магнитной связи между обмотками. Обмотка, подключае­мая к сети, называется первичной, к загрузке - вторичной. Обмотки высшего (ВЫ) и низшего (НИ) напряжения. Повышающие и пони­жающие трансформаторы. Трансформаторы однофазные, трехфаз­ные, много фазные. Мощность всех трансформаторов в 7-8 раз пре­вышает мощность генераторов электростанций. Широкий диапазон мощностей от нескольких кВ-А до сотен MB-А. Приборные транс­форматоры малой мощности. Специальные трансформаторы: сва­рочные, для электродуговых печей, измерительные и т.п.

Принцип действия трансформатора основан на явлении взаим­ной электромагнитной индукции. Электромагнитный ток первичной обмотки создаст переменный магнитный поток Ф, который сцеплен с обоими обмотками. При изменении магнитный поток индуцирует в обоих обмотках ЭДС. Величина ЭДС зависит от числа витков, час­тоты и магнитного потока:

ЭДС первичной обмотки Е₁ ≈ U₁ и полностью уравновешивает приложенное напряжение.

При подключении нагрузки во вторичной обмотке течет ток I₂, на выводах устанавливается напряжение U₂. При этом I₂ ≠ I₁и U₂≠U₁. Таким образом, в трансформаторе происходит изменение параметров энергии. Подведенная от сети к первичной обмотке электрическая энергия напряжением U₁ и током I₁ посредством маг­нитного поля передается во вторичную обмотку напряжением U₂ и током I₂. При этом выполняется равенство:

U₁ ∙ I₁ = U₂ ∙ I₂

Конструкция трансформаторов

 

Основные узы трансформатора: магнитопровод и обмотки. Трансформаторы в зависимости от магнитного провода и располо­жения обмоток.

Стержневой

 

Броневой

 

В магнитопроводе различают стержни и ярма: стержни - это та часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, ярмо - часть, не несущая обмоток и служащая для замы­кания магнитной цепи.

В стержневых магнитопроводах ярма прилегаю к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей.

 

 

В броневых магнитороводах ярма охватывают не только тор­цевые, но и боковые поверхности обмоток. Трехфазные трансформаторы:

1) трехфазная группа однофазных трансформаторов;

2) стержневой трехфазный трансформатор;

3) броневой трехфазный трансформатор.

 

 

Однофазный

 

 

Трехфазный

 

Рисунок 2.1 Бронестержневые трансформаторы

Расширитель представляет собой цилиндрический резервуар, располагаемый выше крышки бака масляного трансформатора и со­единяемый с баком трубкой и патрубком на крышке: объем расши­рителя ≈ 10% от объема бака поэтому при любых температурах мас­ло полностью заполняет бак, открытая поверхность масла соприка­сающаяся с воздухом уменьшается и в следствии этого уменьшается его окисление и увлажнение - этим достигается защита масла и изо­ляция трансформатора. Между расширителем и баком (Р>1000 кВ-А) устанавливают газовое реле -для определение повреждений приводящих к нагреву отдельных частей - что сказывается на раз­ложении масла и изоляции.

Выхлопная труба - представляет собой стальной, обычно на­клонный полый цилиндр d>150 мм, приклепляется к крышке, сверху закрывается стеклянной мембраной и предназначение для предохра­нения бака от деформаций в следствии резкого повышения давления из-за интенсивного образования газов (короткое замыкание).

Вводы представляют собой изоляторы, внутри которых рас­полагаются токоведущие медные стержни. Внутри бака к стержню подсоединены концы обмотки трансформатора, а вне бака - токове­дущие части сети. Контроль температуры масла в верхней части ба­ка производится с помощью термометров различного типа (стеклян­ные, ртутные, дистанционные манометрические, термоэлектриче­ские) (t_{mахмасла}= 95 °С)

 

Номинальные величины.

Номинальные величины, соответствуют длительному режиму работы, для которого он предназначен заводом изготовителем.

Величины соответствующие режиму работы трансформатора, для которого он предназначен заводом изготовителем, называют номинальными (указываются на каталогах и на табличках).

Номинальная мощность: S_ном = U_ном • Iном

Номинальной мощностью трансформатора является полная мощность: или S_ном = U_лном • I_лном (для трех фазного)

КПД трансформа гора η_ном, так как КПД η трансформатора очень велик, то принимают что мощность обоих обмоток равны S₂=S₁=S_ном

Под номинальными напряжениями понимают линейные на­пряжения каждой из обмоток. При U_1ном = const, напряжение вто­ричной обмотки при S_ном, будет завесить от характера нагрузки, по­этому за U_2ном, принимают напряжение при холостом ходе когда I₂=0.

Напряжения: первичной обмотки U_1ном вторичной обмотки U_2ном при I₂=0.

Номинальными токами трансформатора- первичным I_1ном и вторичным I_2ном - называются линейные токи (указываются на щите и вычисляются по номинальным значениям мощности напряжения).

Кроме мощности, токов и напряжения указываются токи пер­вичной обмотки I_1ном и I_2ном токи линейные.

Частота питающей сети f.

Группа соединений обмоток У/У - 0.

Напряжение короткого замыкания U_K.

Режим работы (продолжительный, кратковременный)

Полная масса

Опыт короткого замыкания.

Вторая обмотка замыкается накоротко, к первичной подводит­ся напряжение, при котором токи равны номинальным. Короткое замыкание при номинальном первичном напряжении является аварийным режимом, при котором токи в обмотках в несколько десят­ков раз превышают номинальные и опасны для работы трансформа­торов. В опыте К.З. к трансформатору подводится пониженное на­пряжение U₁, которое выбирается так, чтобы токи в обмотках были равны, или близки к номинальным, (обычно 3-15% от номинального U_1н). Опыт К.З. имеет важное практическое значение К.З., и некото­рые параметры схемы замещения. (Обычно оно составляет 3... 15% от U_1н). При пониженном напряжении поток Ф мал, поэтому I₁₂ ≈ 0.

Уравнение трансформатора при КЗ: = 0

Из уравнения (10.3) следует, что при К.З. токи в обмотках при­веденного трансформатора равны по значению и противоположны по направлению

Из уравнения (10.2) определим ЭДС ()

 

Подставим (10.4) в (10.1), получим

где - сопротивление К.З.

Так как , то из сопоставления (10.5) и (10.4) следует, что при К.З. в первичной обмотке трансформатора наводится ЭДС Е_1к ≈ 0,5 U_1к

 

Рисунок 10.1 - Схема замещения трансформатора при К.З. (из уравнения (10.5))

 

 

где U_1ка- напряжение К.З.

Рисунок 10.2 - Векторная диаграмма

 

 

Нормированное значение U_к, при котором I₁ = I_1ном и I₂ = I_2ном

выражается в процентах:

 

 

U_к имеет активную и реактивную составляющую:
Активная составляющая U_кa = U_к ∙ cos φ_1к (10.7)

Реактивная составляющая U_кp = U₁ ∙ sin φ_1к (10.8)

Обычно U_к = 4... 15% (для силовых трансформаторов)

 

В опытах К.З. из сети потребляется энергия, которая идет на покрытие внутренних потерь в трансформаторе (в обмотках и доба­вочные потери, которые составляют 0, 05... 0,15 от общих потерь).

Потери, возникающие в трансформаторе при таком режиме, называются потерями короткого замыкания, практическое значение имеют эти потери при номинальных токах в обмотках. Добавочные потери обусловлены ~ магнитными полями рассеяния - и зависят от размеров проводников, их формы, устройства обмотки, для их уменьшения применяют транспозицию проводников. Потоки рас­сеяния частично замыкаются 2/3 стенки бака и другие стальные де­тали и индуцируют в них вихревые токи - которые вызывают конст­руктивные потери и так же относятся к потерям К.З. Главную часть К.З. составляют основные потери в обмотках, добавочные потери включают в основные потери в обмотках, добавочные потери вклю­чают в основные путем увеличения сопротивлений обмоток. Эквивалентные активные сопротивления первичной r₁ и вторичной r₂ об­моток обычно в 1,05 - 1,15 раза больше, чем сопротивление тех же обмоток при постоянном токе. Г.О. потери короткого замыкания при номинальных токах в обмотках:

 

Магнитные потери малы и ими пренебрегают

 

Рисунок 10.3

 

 

Характеристики К.З.

Зависимость I_1к = f(U_1к) линейная, а соsφ_1к = const

 

Опыт короткого замыкания проводят по схемам

 

 

а) Однофазный

 

б) трех фазный

 

 

Рисунок 10.4 - Схемы короткого замыкания

 

Напряжение подводимое к первичной обмотке, плавно повы­шают от нуля до значения, при котором токи в обмотках будут рав­ны номинальным и записывают показания их приборов. Для того чтобы в процессе опыта не менялось сопротивление г_к, опыт прово­дят быстро, так как чтобы нагревание обмоток было незначитель­ным, кроме того опыт следует проводить на длительно не работаю­щем трансформаторе, в этом случае можно считать температуру об­моток равную температуре окружающей среды. По данным измере­ниям строят зависимости I_1к = f(U_1к), Р_1к = f(U_1к) и cosφ_1к = f(U_1к) -характеристики К.З. Для трехфазных трансформаторов зависимости строятся для средних фаз значения тока и напряжения.

 

КПД трансформаторов.

KПД трансформатора называется отношение активной мощно­сти вторичной обмотки к активной мощности первичной обмотки. У силовых трансформаторов небольшой мощности КПД ~ 0,95, а у трансформаторов большой мощности (несколько Мегаволь-ампер) доходит до 0,995.

KПД трансформаторов находится по формуле:

где ΣP - сумма потерь в трансформаторе: а) магнитные потери, вызванные прохождением потока 2/3 сердечник; б) электрические потери, возникающие при протекании тока по обмоткам. Так как Ф=соnst, при U₁ = const и изменении нагрузки от холостого хода до номинальной, то магнитные потери в этом диапазоне постоянны и равны потерям Х.Х.Р. Электрические потери (основные, добавоч­ные) пропорциональны I². Их выражают 2/3 потери К.З. полученные при номинальном токе:

U₂ ≈ U_2ном= const, поэтому

 

 

где S_ном = m ₂ ∙ U_2ном ∙ I_2ном - номинальная мощность трансформатора

т - число фаз.

из (12.1) и (12.2) следует:

 

Максимум КПД можно определить:

 

 

Определение КПД при максимальной нагрузке β _т:

У современных масляных трансформаторов в отношение , что дает β _т = 0,4 ÷ 0,5. Характерной особенностью зависимости η = f(β), является малое изменение их КПД при значи­тельных колебаниях нагрузки в зоне β > β _т. На КПД трансформато­ра оказывает влияние характер нагрузки. С увеличением cosφ₂, КПД возрастает, так как возрастает полезная активная мощность.

Специальные трансформаторы.

1) Трансформаторы для дуговых электрических печей

2) Дуговой электросварки

3) Для преобразования числа фаз переменного тока

4) Преобразования частоты

5) Пик-трансформатор

6) Трансформаторы для вентильных устройств (преобразова­ние ~ тока в постоянный и наоборот)

 

Трансформаторы и их конструкция. Расширитель, выхлопная труба, выводы.

 

Трансформатор - электромагнитное статическое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии пере­менного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения посредством электромагнитной индукции. Состоит из замкнутого сердечника и двух более обмоток. Сердечник служит для усиления магнитной связи между обмотками. Обмотка, подключае­мая к сети, называется первичной, к загрузке - вторичной. Обмотки высшего (ВЫ) и низшего (НИ) напряжения. Повышающие и пони­жающие трансформаторы. Трансформаторы однофазные, трехфаз­ные, много фазные. Мощность всех трансформаторов в 7-8 раз пре­вышает мощность генераторов электростанций. Широкий диапазон мощностей от нескольких кВ-А до сотен MB-А. Приборные транс­форматоры малой мощности. Специальные трансформаторы: сва­рочные, для электродуговых печей, измерительные и т.п.

Принцип действия трансформатора основан на явлении взаим­ной электромагнитной индукции. Электромагнитный ток первичной обмотки создаст переменный магнитный поток Ф, который сцеплен с обоими обмотками. При изменении магнитный поток индуцирует в обоих обмотках ЭДС. Величина ЭДС зависит от числа витков, час­тоты и магнитного потока:

ЭДС первичной обмотки Е₁ ≈ U₁ и полностью уравновешивает приложенное напряжение.

При подключении нагрузки во вторичной обмотке течет ток I₂, на выводах устанавливается напряжение U₂. При этом I₂ ≠ I₁и U₂≠U₁. Таким образом, в трансформаторе происходит изменение параметров энергии. Подведенная от сети к первичной обмотке электрическая энергия напряжением U₁ и током I₁ посредством маг­нитного поля передается во вторичную обмотку напряжением U₂ и током I₂. При этом выполняется равенство:

U₁ ∙ I₁ = U₂ ∙ I₂

Конструкция трансформаторов

 

Основные узы трансформатора: магнитопровод и обмотки. Трансформаторы в зависимости от магнитного провода и располо­жения обмоток.

Стержневой

 

Броневой

 

В магнитопроводе различают стержни и ярма: стержни - это та часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, ярмо - часть, не несущая обмоток и служащая для замы­кания магнитной цепи.

В стержневых магнитопроводах ярма прилегаю к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей.

 

 

В броневых магнитороводах ярма охватывают не только тор­цевые, но и боковые поверхности обмоток. Трехфазные трансформаторы:

1) трехфазная группа однофазных трансформаторов;

2) стержневой трехфазный трансформатор;

3) броневой трехфазный трансформатор.

 

 

Однофазный

 

 

Трехфазный

 

Рисунок 2.1 Бронестержневые трансформаторы

Расширитель представляет собой цилиндрический резервуар, располагаемый выше крышки бака масляного трансформатора и со­единяемый с баком трубкой и патрубком на крышке: объем расши­рителя ≈ 10% от объема бака поэтому при любых температурах мас­ло полностью заполняет бак, открытая поверхность масла соприка­сающаяся с воздухом уменьшается и в следствии этого уменьшается его окисление и увлажнение - этим достигается защита масла и изо­ляция трансформатора. Между расширителем и баком (Р>1000 кВ-А) устанавливают газовое реле -для определение повреждений приводящих к нагреву отдельных частей - что сказывается на раз­ложении масла и изоляции.

Выхлопная труба - представляет собой стальной, обычно на­клонный полый цилиндр d>150 мм, приклепляется к крышке, сверху закрывается стеклянной мембраной и предназначение для предохра­нения бака от деформаций в следствии резкого повышения давления из-за интенсивного образования газов (короткое замыкание).

Вводы представляют собой изоляторы, внутри которых рас­полагаются токоведущие медные стержни. Внутри бака к стержню подсоединены концы обмотки трансформатора, а вне бака - токове­дущие части сети. Контроль температуры масла в верхней части ба­ка производится с помощью термометров различного типа (стеклян­ные, ртутные, дистанционные манометрические, термоэлектриче­ские) (t_{mахмасла}= 95 °С)