Трансформатором називається електромагнітний апарат, призначений для перетворення електричної енергії змінного струму з одними параметрами в електричну енергію з іншими параметрами. У трансформаторі перетворюється напруга, струм, початкова фаза. Частота залишається незмінною.
Трансформатори використовуються при передачі та розподілі електричної енергії. Вони є невід'ємною частиною енергосистеми країни. Без них неможлива передача електро-енергії на значну відстань від електростанції до споживачів; без них неможливий і розподіл електроенергії між споживачами на об'єкті, підключення споживачів із номінальною напругою 127 В, 42В, виконання електрозварювальних робіт. Через транс-форматори, що знижують напругу, підключаються до мережі всі радіоелектронні пристрої, які працюють від напруги в декілька вольт.
Трансформатор вперше був сконструйований у 1876 році знаменитим російським вченим-електротехніком П.Н.Яблочковим. У 1882 р. він був удосконалений іншим російським винахідником П.Ф.Усагіним, а в 1890 році російський інженер М.О.Доливо-Добровольський сконструював трифазний трансформатор. Сучасні трансформатори мають різноманітну конструкцію і призначення.
Як і будь-які інші електротехнічні вироби, трансформатори утворюють значну пожежну небезпеку.
Класифікація трансформаторів. Трансформатори бувають: однофазні, трифазні та багатофазні.
Трансформатор називається силовим, якщо він засто-совується для перетворення електричної енергії в електричних мережах і в установках, призначених для приймання і викори-стання електричної енергії. До силових відносяться транс-форматори трифазні і багатофазні потужністю 6,3 кВА і більше, однофазні потужністю 5кВА та більше. За менших потужностей трансформатори називаються трансформаторами малої потужності.
Вимірювальний трансформатор використовується для включення вимірювальних приладів.
Автотрансформатором називається трансформатор, дві або більше обмоток якого гальванічно пов'язані так, що вони мають загальну частину. Обмотки автотрансформатора пов'язані електрично і магнітно, і передача енергії з первинного кола у вторинне відбувається як за допомогою магнітного поля, так і електричним шляхом.
Номінальними параметрами називаються зазначені виготовлювачем параметри трансформатора (частота, потужність, напруга, струм), що забезпечують його роботу в умовах, установлених нормативним документом, і які є підставою для визначення умов виготовлення, випробувань, експлуатації. Номінальною потужністю обмотки трансформатора називається зазначене на паспортній табличці значення повної потужності на основному відгалуженні обмотки, гарантоване виготовлювачем у номінальних умовах місця установки й охолоджувального середовища за номінальної частоти і номінальної напруги обмотки. Номінальною потужністю двохобмоткового трансформатора є номінальна потужність кожної із його обмоток, у трьохобмотковому трансформаторі - найбільша з номінальних потужностей трьох його обмоток. Номінальний струм обмотки трансформатора визначається за його номінальною потужністю і напругою.
Основні частини трансформатора. Основними частинами трансформатора є:
- магнітна система (магнітопровід або осердя);
- обмотки;
- система охолодження.
Магнітна система трансформатора являє собою комплект пластин або інших елементів, виготовлених з електротехнічної сталі або іншого феромагнітного матеріалу і зібраних у якійсь геометричній формі, призначений для локалізації у ньому основного магнітного поля трансформатора. Магнітна система в цілком зібраному виді спільно з усіма вузлами і деталями, призначеними для скріплення її окремих частин у єдину конструкцію, називається остовом трансформатора. За видом осердя відрізняють трансформатори стержньові, броньові, тороїдні.
Обмоткою називається сукупність витків, що утворюють електричне коло, у якому додаються ЕРС, наведені у витках. Основним елементом обмотки є виток, тобто деталь з електричного провідника, або ряд паралельно з’єднаних таких деталей, які однократно охоплюють частину магнітної системи трансформатора, електричний струм якого разом із струмами інших таких деталей та інших частин трансформатора створює магнітне поле трансформатора й у якому під дією цього магнітного поля виникає електро-рушійна сила. Обмотки, як правило, виконуються з мідного або алюмінієвого емальпроводу у виді кругових циліндрів. У двохобмотковому трансформаторі відрізняють обмотку вищої напруги, що приєднується до мережі більш високої напруги, і обмотку нижчої напруги, приєднаної до мережі більш низької напруги. У трьохобмотковому трансформаторі розрізняють обмотки вищої, середньої і нижчої напруг.
Трансформатори з природним повітряним охолодженням (сухі трансформатори) не мають спеціальної системи охолодження. У масляних трансформаторах у систему охолодження входить бак трансформатора, що заливається мастилом, а у потужних трансформаторах є також і охолоджувачі, вентилятори, мастильні насоси, теплообмінники й інш.
Реальний трансформатор має обмотки, розташовані на осерді. Обмотки мають як активний опір, так і опір розсіяння (крім основного магнітного потоку, є потоки розсіяння первинної та вторинної обмоток).
Ідеалізований трансформатор це трансформатор, у котрого відсутні магнітні потоки розсіяння, а активні опори обмоток дорівнюють нулю.
Зведений трансформатор - еквівалентний реальному трансформатор, у якого коефіцієнт трансформації дорівнює одиниці. Для заміщення реального трансформатора зведеним треба витримати принципи еквівалентності енергетичного стану. Зведені електричні величини у цьому випадку позначаються штрихами.
Режим холостого ходу однофазного трансформатора. Холостим ходом називають режим роботи трансформатора, коли його первинна обмотка приєднана до кола змінного струму, а вторинна розімкнута. Особливість трансформатора полягає в тому, що за відсутності струму в колі вторинної обмотки струм у його первинній обмотці (струм холостого ходу) дуже малий. Розмір струму холостого ходу в 15-20 разів менше за величину струму первинної обмотки трансформатора при його повному навантаженні.
Невеличкий струм холостого ходу створює мале падіння напруги (I10×r1) в опорі r1 первинної обмотки (його величина не перевищує 0,5% від величині прикладеної напруги U1). Основна частина прикладеної напруги урівноважена ЕРС е1 первинної обмотки. Тому, нехтуючи незначним падінням напруги в первинній обмотці при холостому ході трансформатора, можна вважати
Якщо напруга, прикладена до первинної обмотки, змінюється в часі за синусоїдальним законом, то урівноважуюча його ЕРС первинної обмотки також буде змінюватися за синусої-дальним законом:
Режим навантаження однофазного трансформатора. При підключенні навантаження до затискачів вторинної обмотки збудженого трансформатора створюється електричне коло, у якому під дією ЕРС е2 вторинної обмотки створюється змінний струм i2. Величина струму залежить від опору навантаження. Вторинну обмотку трансформатора можна розглядати як нове джерело змінного струму, що не має електричного зв'язку з зовнішнім джерелом живлення. При передачі електричної енергії з первинного кола трансформатора у вторинне неминуче виникають втрати. Частина енергії джерела живлення марно використовується на нагрів обмоток і осердя. Втрати електричної енергії характеризуються потужністю втрат DР, які, у свою чергу, зручно подати у вигляді складових: потужність електричних втрат DРЕ і потужність магнітних втрат DРМ.
Коротке замикання однофазного трансформатора. "Коротким замиканням" називається режим роботи трансформатора, при котрому U2®0 і Z®0.
Режим короткого замикання, що виник випадково в процесі експлуатації за номінальної напруги на первинній обмотці, є аварійним процесом, що супроводжується значними струмами в обох обмотках. Перевищення фактичних струмів над номінальними в 10-20 разів може призвести до руйнації або загоряння ізоляції обмоток під дією високої температури і механічних зусиль між обмотками. Таким чином це пожежонебезпечний режимі роботи трансформатора.
Трифазний трансформатор. Якщо три однофазних трансформатори з'єднати в один тристрижневий, то матимемо трифазний трансформатор
На стрижнях розташовані первинна і вторинна обмотки окремих фаз. Затискачі обмоток вищої напруги позначаються великими літерами: А, В, С - початки обмоток, Х, Y, Z - кінці. Затискачі обмоток нижчої напруги позначені малими літерами: a, b, c - початки обмоток, x, y, z - кінці. Затискач нульової точки позначений знаком 0. Обмотки трифазного трансформатора з'єднують "зіркою" і "трикутником". В умовних позначеннях схем трифазних трансформаторів за позначенням ставлять цифри 12 або 11. Ці цифри позначають кут зсуву вторинної лінійної напруги відносно первинної лінійної напруги, що необхідно знати при вмиканні трансформаторів у паралельну роботу.
Коефіцієнт трансформації трифазного трансформатора при однакових з'єднаннях обмоток (Y/Y або D/D) визначається відношенням лінійних напруг, а при різних (D/Y або Y/D) - як відношення фазних напруг.
|
Пожежна небезпека трансформаторів. Пожежна небезпека трансформаторів обумовлена наявністю горючого середовища (трансформаторне мастило, ізоляція обмоток, кабелів, проводів, горючі будівельні конструкції і матеріали) та джерел запалювання (струми короткого замикання, перевантаження, великі перехідні опори, вихрові струми).
При нормальному режимі роботи теплове нагрівання обмоток і осердя веде до нагрівання трансформатора. Для відводу цього тепла в трансформаторах невеликої потужності застосовується природне повітряне охолодження (сухі трансформатори). У трансформаторах великої потужності осердя і обмотка занурюються в бак, заповнений трансформаторним мастилом. Масляні баки охолоджуються як природним шляхом, так і примусовим - обдув повітрям. Для збільшення поверхні охолодження часто влаштовують трубчастий радіатор. Трансформатори великої потужності обладнуються розширювальним баком для мастила.
Трансформаторне мастило - гарний діелектричний матеріал, але це горюча рідина з температурою спалаху порядку 130-140°С. Випускаються також трансформатори, заповнені важкогорючим рідким діелектриком - совтолом. Продукти розкладання совтола отруйні, тому такі трансформатори обладнані газовбирачами.
Комментариев нет:
Отправить комментарий