Слайд 2§1. Принцип действия и устройство однофазного трансформатора
ТРАНСФОРМАТОРЫ - электротехнические
устройства, в которых электрическая энергия переменного тока от одной неподвижной
катушки ПЕРЕДАЕТСЯ другой неподвижной же катушке, НЕ связанной с первой электрически.
Звеном, передающим энергию от одной катушки другой, является магнитный поток,
сцепляющийся с обеими катушками и
непрерывно меняющийся по величине и по направлению.
Слайд 3Трансформатор –
это электромагнитный аппарат, который преобразует электрическую энергию переменного тока,
имеющую одни величины, в электрическую энергию с другими величинами.
В трансформаторе
ПРЕОБРАЗУЮТСЯ:
напряжение,
ток,
начальная фаза.
НЕИЗМЕННОЙ остается частота тока.
Слайд 4Простейший трансформатор имеет
магнитопровод (сердечник),
и обмотки.
По количеству обмоток РАЗЛИЧАЮТ
трансформаторы двухобмоточные и многообмоточные.
Обмотка, к зажимам которой подводится напряжение, называется
ПЕРВИЧНОЙ.
На зажимы ВТОРИЧНОЙ обмотки включается потребитель Zн.
Слайд 51.1. Работа вхолостую
Простейший трансформатор, состоит из двух катушек I и
II, одна над другой.
К катушке I (первичная обмотка) -
переменный ток от генератора.
С катушкою II (вторичная обмотка) соединяется цепь приемниками электрической энергии.
Слайд 6Принцип действия трансформатора
Ток в первичной катушке I => создается магнитное
поле => силовые линии пронизывают катушки I и II. Примерная
картина распределения силовых линий
Таким образом катушка II является магнито связанной с катушкою I при посредстве магнитных силовых линий.
По закону электромагнитной индукции при изменении пронизывающего катушку магнитного потока (за счет переменного тока) в катушке индуктируется переменная ЭДС.
В катушке I индуктируется ЭДС самоиндукции,
В катушке II индуктируется ЭДС взаимоиндукции.
Если к катушке II подсоединить приемники электроэнергии => в цепи появится ток => приемники получат электроэнергию.
Слайд 7ДЛЯ увеличения магнитной связи I => II и уменьшения магнитного
сопротивления (прохождению магнитного потока) обмотки технических трансформаторов располагают на замкнутых
железных сердечниках.
А)СТЕРЖНЕВОГО типа
Первичные и вторичные катушки c1 и с2 расположены на железных стержнях а-а, соединены с торцов железными накладками b-b, (ЯРМО).
Два стержня а-а и два ярма b-b образуют замкнутое железное кольцо - сердечник трансформатора. =>
В нем проходит магнитный поток, сцепляющийся с первичной и вторичной обмотками.
Слайд 8Б)БРОНЕВОГО типа
Первичные и вторичные обмотки «с», состоящие (каждая) из ряда
плоских катушек, расположены на сердечнике из двух железных колец а
и б.
Кольца а и б, окружая обмотки, покрывают их почти целиком как бы бронею – БРОНЕВОГО типа.
Магнитный поток, проходящий внутри обмоток «с», разбивается на 2 равные части, замыкающиеся каждое в своем железном кольце
Применение железных замкнутых магнитных цепей => значительное снижение потока рассеяния.
У таких трансформаторов потоки, сцепляющиеся с первичною и вторичною обмотками, почти РАВНЫ друг другу.
Исходя из этого
Слайд 9По общему закону индукции мгновенные значения ЭДС обмоток:
W1, W2 —
числа витков обмоток,
dФt - изменения магнитного потока за dt,
=> скорость изменения магнитного потока
ЭДС в первичной и вторичной катушках относятся друг к другу так же, как числа ВИТКОВ катушек.
Приложив к одной катушке некоторое напряжение =>
на концах другой катушки получить любое напряжение <= подходящее отношение между числами витков этих катушек.
Основное свойство трансформатора
Коэффициент трансформации Кт
Слайд 10КОЭФФИЦИЕНТ ТРАНСФОРМАЦИИ в обычном случае определяется как ОТНОШЕНИЕ высшего напряжения
к низшему в режиме холостого хода.
Коэффициент трансформации для понижающего трансформатора:
Из
этого следует, что трансформатор снижает напряжение и во столько же раз повышает ток
(и наоборот)
Слайд 11Трансформатор, у которого коэффициент трансформации МЕНЬШЕ ЕДИНИЦЫ, называется повышающим трансформатором.
Трансформатор, у которого коэффициент трансформации БОЛЬШЕ ЕДИНИЦЫ, называется понижающим трансформатором.
Слайд 12В режиме холостого хода:
Магнитный поток равен номинальному
Потери на перемагничивание равны
номинальным
Электрические потери малы
Мощность, потребляемая от источника тратится только на создание
магнитного поля (реактивная) и нагрев сердечника при перемагничивании (активная).
Режим ХХ характеризует магнитную цепь трансформатора!
Слайд 131.2. Работа под нагрузкой
Нагрузка на вторичную обмотку => в
ней ток => магнитодвижущая сила => против первичной (закон Ленца).
Магнитный поток должен БЫ уменьшаться
НО! если к первичной обмотке - постоянное ПО ВЕЛИЧИНЕ напряжение => уменьшения магнитного потока почти НЕТ.
ЭДС в первичной обмотке, почти = приложенному напряжению (и при нагрузке) => Если первичное напряжение постоянно по величине => ЭДС при нагрузке почти ТА ЖЕ (как при холостой работе) => Эта ЭДС пропорциональна магнитному потоку => полное постоянство магнитного потока при любой нагрузке.
ПОЯВЛЕНИЕ во вторичной обмотке размагничивающей магнитодвижущей силы сопровождается УВЕЛИЧЕНИЕМ магнитодвижущей силы первичной обмотки
Слайд 141.3. Режим короткого замыкания
Это аварийный режим работы трансформатора.
В режиме
короткого замыкания:
НАПРЯЖЕНИЕ первичной обмотки равно НОМИНАЛЬНОМУ,
сопротивление нагрузки равно
нулю.
В аварийном режиме короткого замыкания устанавливаются большие токи короткого замыкания в обмотках. => Эти значения так велики, что приводят к ВЫХОДУ ИЗ СТРОЯ обмотки трансформатора.
Слайд 15В режиме короткого замыкания:
Магнитный поток мал по сравнению с номинальным
Потери
на перемагничивание равны нулю
Электрические потери равны номинальным
Мощность, потребляемая от источника
тратится только на нагрев обмоток трансформатора.
Режим КЗ характеризует электрические параметры обмоток трансформатора!
Слайд 16Номинальное входное напряжение
Номинальное выходное напряжение
Номинальная полная мощность
Частота
Масса и габариты
Ток холостого
хода (в % от номинального)
Напряжение короткого замыкания (в % от
номинального)
Потребляемая в режиме ХХ активная мощность
Потребляемая в режиме КЗ активная мощность
1.4. Основные параметры трансформатора
Слайд 17§2.Общие положения
2.1. Реальный, идеализированный и приведенный трансформаторы
РЕАЛЬНЫЙ - обмотки расположены
на сердечнике, имеют как активное сопротивление, так и сопротивление рассеяния.
Основной магнитный поток, пронизывающий обе обмотки ПЛЮС потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток
ИДЕАЛИЗИРОВАННЫЙ – отсутствуют потоки рассеяния, а активные сопротивления обмоток равны нулю.
ПРИВЕДЕННЫЙ – эквивалентный реальному, коэффициент трансформации 1 (количество витков вторичной обмотки равно количеству витков первичной обмотки).
Слайд 182.2. Изображение трансформаторов на электрических схемах
Стандартом предусмотрены три способа
условных графических обозначений трансформаторов:
Слайд 192.3. Схема двухобмоточного трансформатора без магнитопровода
Слайд 202.4. Уравнения трансформатора
Уравнения трансформатора в комплексной форме
Слайд 212.5. Режимы работы трансформатора
Режим холостого хода:
ZH = ∞, U2
=0.
Режим короткого замыкания:
ZH = О, U2 = 0.
Режим нагрузки.
Слайд 222.5.1. Режим холостого хода
Вторичная обмотка не оказывает влияния на физические
процессы в первичной обмотке, при этом первичная обмотка эквивалентна цепи,
состоящей из последовательно включенных R1 и L1.
Уравнения трансформатора в режиме холостого хода
Слайд 232.5.2. Режим короткого замыкания
Так как ток I2к во вторичной обмотке
велик, то даже при малом входном напряжении U1k ток в
первичной обмотке I1k достигает больших значений.
Это может привести к перегреву или даже перегоранию одной из обмоток трансформатора.
Уравнения трансформатора в режиме короткого замыкания
Слайд 242.5.3. Режим нагрузки
ТОК вторичной обмотки I2 оказывает существенное влияние на
ТОК в первичной обмотке I1.
Это обусловлено встречным включением обмоток,
при котором общий магнитный поток в первичной обмотке равен разности магнитных потоков, создаваемых в ней токами первичной и вторичной обмоток:
-Магнитный поток от тока I2 УМЕНЬШАЕТ общий магнитный поток через первичную обмотку =>
-УМЕНЬШАЕТ суммарную, индуцируемую в ней ЭДС, что приводит к УВЕЛИЧЕНИЮ тока I1 в ней до такой его величины, при которой:
ее суммарная ЭДС совместно с падением напряжения на активном сопротивлении,
-уравновесят приложенное к первичной обмотке напряжение U1.
Слайд 25Уравнения для идеального трансформатора
Слайд 262.6. КПД трансформатора
Коэффициент нагрузки трансформатора
Слайд 27§3. Виды трансформаторов
1. Автотрансформаторы
2. Однофазные трансформаторы
3. Трехфазные трансформаторы
4. Измерительные трансформаторы
Слайд 283.1.Автотрансформаторы
Специальный тип трансформатора с одной обмоткой, часть которой принадлежит первичной
и вторичной цепям.
Могут быть повышающие и понижающие, однофазные, трехфазные, регулируемые
и нерегулируемые.
Повышающий и понижающий автотрансформаторы
Слайд 29Особенности и достоинства автотрансформаторов
Ток в общей части обмотки автотрансформатора МЕНЬШЕ,
чем в остальной ее части, т.к. по общей части протекают
почти встречные токи первичной и вторичной цепей.
МОЩНОСТЬ первичной цепи передается во вторичную цепь как электромагнитным (трансформаторным), так и электрическим способами.
ЭКОНОМИЧНОСТЬ — обмоточные материалы расходуются только на одну обмотку;
Меньшие потери в меди и больший КПД <= токи в общей части направлены встречно;
Возможность плавной регулировки напряжения U2 вторичной цепи при непрерывном скольжении контакта по зачищенной поверхности витков.
Слайд 313.4. Измерительные трансформаторы
Измерительные трансформаторы напряжения и тока.
Используются для подключения
измерительных приборов в цепи высокого напряжения и больших токов.
Обычные двухобмоточные
трансформаторы.
3.4.1. Измерительные трансформаторы напряжения
3.4.2. Измерительные трансформаторы тока
Слайд 32§4. Конструкция трансформаторов
Конструкция трансформатора зависит от:
его НАЗНАЧЕНИЯ и
области
ПРИМЕНЕНИЯ.
Главные конструктивные элементы — МАГНИТНАЯ СИСТЕМА и ОБМОТКИ.
Наиболее широко
применяются силовые трансформаторы.
4.1. Плотность тока в ОБМОТКАХ
Плотность тока в обмотках выбирают по условиям нагрева
в сухих (1-2,5)·106А/м2
в масляных (2-4,5)·106 А/м2
Максимальное сечение
круглого проводника - примерно до 20 мм2,
прямоугольного — 80 мм2.
Предельный ток проводника — соответственно 45 и 360 А.
в зависимости от мощности и конструкции трансформатора
Слайд 334.2. Элементы обмотки
Основным элементом обмотки является ВИТОК, который выполняется одним
или группой параллельных проводов.
Ряд витков на цилиндрической поверхности называется
СЛОЕМ.
Витки могут группироваться в КАТУШКИ.
По направлению намотки обмотки делятся на ПРАВЫЕ И ЛЕВЫЕ подобно резьбе винта.
Большинство обмоток трансформаторов выполняются с левой намоткой для удобства изготовления.
Слайд 344.3. Разновидности обмоток
Определяющими для конструкции обмотки являются:
число витков,
сечение
витка,
класс напряжения.
По способу размещения обмоток на стержне различают:
концентрические,
дисковые или
чередующиеся
По конструктивно-технологическим признакам :
цилиндрические,
винтовые,
непрерывные.
Обмотки каждого из этих типов могут подразделяться на:
одно- или многослойные цилиндрические,
одно- или многоходовые винтовые,
дисковые,
переплетенные.
Слайд 35а — концентрические;
б — дисковые или чередующиеся;
НН — обмотки
НИЗКОГО напряжения;
ВН — обмотки ВЫСОКОГО напряжения
4.3.1. Концентрические, дисковые
Слайд 36Дисковая катушка чередующейся обмотки из круглого провода
Слайд 374.3.2. Цилиндрические слоевые обмотки
Цилиндрические слоевые обмотки выполняются из проводов прямоугольного
или круглого сечения.
Слои обмотки составляют витки, наматываемые по винтовой
линии.
При намотке каждый виток слоя укладывают вплотную к предыдущему витку в направлении высоты обмотки.
Переход из слоя в слой осуществляется в процессе намотки без пайки.
Цилиндрическая двухслойная обмотка
Слайд 384.3.3. Винтовые обмотки
Винтовая обмотка состоит из ряда витков, наматываемых по
винтовой линии.
В трансформаторах большой мощности число параллельных проводников может
достигать многих десятков.
Винтовые обмотки бывают одно-, двух- и многоходовыми.
Двухходовые и многоходовые обмотки состоят соответственно из двух или более отдельных винтовых обмоток, вмотанных одна в другую.
а — одноходовая;
б — двухходовая
Слайд 394.3.4. Непрерывные обмотки
На рейки надеваются прокладки, создающие радиальные каналы между
катушками.
Каждый виток обмотки может состоять из одного или нескольких параллельных
проводов.
Непрерывная обмотка состоит из ряда катушек, расположенных в осевом направлении и соединенных между собой последовательно без пайки.
Число катушек в обмотке - от 30 до 150. Витки в катушке наматываются плашмя по спирали в радиальном направлении
Катушки наматываются на рейках, образующих вертикальные каналы.
Слайд 40§5. Конструкции магнитных систем
*Для силовых трансформаторов применяют преимущественно магнитные системы
стержневого типа.
5.1. Однофазные стержневые трансформаторы
Однофазные стержневые трансформаторы имеют два
стержня 2, несущие обмотки 3, 4.
Слайд 415.2. Трехфазные стержневые трансформаторы
Трехфазные стержневые трансформаторы имеют три стержня.
Стержни
соединяются верхним и нижним ярмами.
Слайд 425.3. Однофазный броневой трансформатор
Однофазный броневой трансформатор имеет один стержень 2
и два ярма 1, закрывающие (бронирующие) обмотки.
5.4. Трехфазный броневой трансформатор
получается
из трех однофазных, если их поставить друг на друга.
1, 2, 3 — обмотки НН фаз А, В, С;
1’, 2', 3'— обмотки ВН фаз А, В, С.
Слайд 43 Общий вид трансформатора мощностью 100 кВ-А и напряжением 6
кВ
1 – расширитель;
2 – газовое реле;
3 – выхлопная труба
Слайд 44§6. Схемы и группы соединений
В ОДНОФАЗНЫХ трансформаторах:
Начала обмоток обозначаются
А, а,
Концы обмоток X, х.
Большие буквы относятся к
обмоткам высшего напряжения,
Малые — к обмоткам низшего напряжения.
В ТРЕХФАЗНЫХ трансформаторах:
Начала обмоток высшего напряжения обозначаются А, В, С,
Концы - X, У,Z.
Начала обмоток низшего напряжения — а, в, с,
Концы — х, у,z.
Нулевые точки — О и о.
Слайд 456.1. Группы соединений однофазных трансформаторов
Возможны две группы соединений: НУЛЕВАЯ И
ШЕСТАЯ.
Эти группы обозначаются соответственно I/I-0 и I/I-6
Сдвиг фаз между линейными
напряжениями обмоток характеризуют положением стрелок часов.
ЭДС обмотки высшего напряжения - минутная стрелка устанавливают на 12.
Часовая - напряжение обмотки низшего напряжения.
Слайд 466.2. Схемы и группы соединений в трех и многофазных трансформаторах
Наибольшее применение - в ЗВЕЗДУ и ТРЕУГОЛЬНИК.
ЗИГЗАГ применяется редко,
другие - практически нет.
В звезду обозначается Y, в треугольник — ∆, в зигзаг — Z.
Схемы и векторные диаграммы соединения обмоток Y и ∆
Слайд 47Схема соединения в зигзаг
В соединениях в звезду и зигзаг
можно вывести нулевую точку.
В этом случае получаются соединения в
звезду с нулевой точкой и в зигзаг с нулевой точкой.
Слайд 486.3. Принципы соединения обмоток для многофазных трансформаторов
Например, для пятифазной системы
схемами соединения будут пятифазная звезда и пятиугольник (рисунок а, б),
для m-фазной системы — m-фазная звезда и m-угольник.
Слайд 49§7. Силовой трансформатор
Силовой трансформатор - устройство, предназначенное для преобразования переменного
тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же
частоты
Силовой трансформатор 220 кВ
Слайд 527.1. Виды силовых трансформаторов
По назначению:
Понижающий
Повышающий
силовой масляный 35 кВ трехфазный
силовой
масляный
110 кВ трехфазный
По числу фаз:
Однофазный
Трехфазный
По мощности:
От 0,4 кВ
До 500 кВ
Слайд 53По способу охлаждения:
Масляный
Сухой
Силовой
сухой 0,4 кВ трехфазный
Силовой масляный 0,4 кВ
трехфазный
Слайд 547.2. Измерительный трансформатор тока
Преобразует ток для ИЗМЕРЕНИЯ стандартными приборами
Изолирует измерительные
приборы от цепи высокого напряжения
Трансформатор тока – устройство предназначенное для
передачи информации измерительным приборам
ТТ элегазовый, 110 кВ
Слайд 55Виды трансформаторов тока
По роду установки:
Для работы на открытом воздухе
Для работы
в закрытых помещениях
Для встраивания в полости электрооборудования
Для специальных установок
ТТ для
работы на открытом воздухе
Слайд 56По роду изоляции между первичной и вторичной обмотками ТТ:
С твердой
изоляцией (фарфор, литая изоляция, прессованная изоляция);
С вязкой изоляцией (заливочные компаунды);
С
комбинированной изоляцией (бумажно – масляная, конденсаторного типа);
С газообразной изоляцией (воздух, элегаз).
ТТ с твердой изоляцией
ТТ с газовой изоляцией
Слайд 577.3. Измерительный трансформатор напряжения
Трансформатор напряжения – устройство, предназначенное для понижения
высокого напряжения.
Позволяет использовать стандартные измерительные приборы для измерений на
высоком напряжении
Слайд 58Устройство однофазного трансформатора напряжения
а - общий вид трансформатора напряжения; б
- выемная часть; 1,5 - проходные изоляторы; 2 - болт
для заземления; 3 - сливная пробка; 4 - бак; 6 - обмотка; 7 - сердечник; 8 - винтовая пробка; 9 - контакт высоковольтного ввода
Слайд 59Виды трансформаторов напряжения
по числу фаз:
однофазные
трехфазные
по числу обмоток:
двухобмоточные
трехобмоточные
по способу охлаждения:
с масляным
охлаждением
с естественным воздушным (сухие)
по роду установки:
внутренней
наружной
ТН однофазный
ТН трехфазный
ТН масляный
110 кВ
Слайд 60
7.4. Обозначение трансформаторов
Буквенные обозначения отражают следующую информацию:
– число фаз (для
однофазных – О; для трехфазных – Т);
– вид охлаждения (С;
М; Д; ДЦ; Ц);
– число обмоток (для трехобмоточных – Т);
– наличие устройства РПН (Н);
– обозначение автотрансформатора (А), ставится на первом месте (перед числом фаз);
– расщепление обмоток (Р), ставится после числа фаз.
После буквенных обозначений трансформатора указывается его номинальная мощность (кВА) и номинальные напряжения (кВ).
Слайд 61Трансформатор типа ТДТГ-16000/110
Слайд 62Трехобмоточный (Т)
ТДТГ-16000/110
Трехфазный трансформатор (Т)
С принудительной циркуляцией воздуха в системе
охлаждения
(Д)
Герметизированная конструкция бака, позволяющая исключить контакт внутреннего объема трансформатора
с окружающей средой (Г)
Слайд 637.5. Дроссель
Дроссель – катушка с ферромагнитным сердечником, имеющим зазор для
линеаризации ВАХ.
Дроссель должен иметь, по возможности, большую индуктивность при минимальных
массе и потерях
Конструкция дросселя
Слайд 64Вебер-амперные характеристики дросселя и катушки с ФМ сердечником без зазора
Слайд 65Зазор в сердечнике дросселя спрямляет ВАХ, делая ее более линейной.
Величина линейного участка зависит от зазора.
На линейном участке ВАХ индуктивность
дросселя постоянна.
При заданном напряжении на катушке увеличение зазора приводит к росту тока намагничивания.
Выводы:
