ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.12.2023
Просмотров: 199
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ГЛАВА VIII ТРАНСФОРМАТОРЫ
§ 8.1. Принцип действия трансформаторов
Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат переменного тока, посредством которого электрическая энергия одного напряжения преобразуется в электрическую энергию другого напряжения.
Трансформаторы имеют огромное значение для передачи и распределения электрической энергии, так как передача этой энергии на большие расстояния возможна лишь при достаточно высоком напряжении и соответственно меньшем токе. В противном случае потери мощности на нагревание проводов (
) были бы слишком большими.
Трансформаторы, у которых напряжение на выходе выше напряжения на входе, называются повышающими, а трансформаторы, у которых напряжение на выходе ниже напряжения на входе,—понижающими. Принцип действия трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции.
Простейший трансформатор (рис. 8.1) представляет собой замкнутый стальной сердечник, на котором размещаются две или несколько обмоток с различным числом витков, сделанных из медной проволоки.
Обмотка, к которой подводится ток из сети, называется первичной, а обмотка, в которой наводится э. д. с. взаимоиндукции, — вторичной. Если трансформатор повышающий, то его первичная обмотка
является обмоткой низшего напряжения (НН), а вторичная обмотка — обмоткой высшего напряжения (ВН). У понижающего трансформатора, наоборот, первичная обмотка — высшего напряжения, а вторичная — низшего напряжения.
При прохождении по первичной обмотке переменного тока
создается магнитный поток, который почти полностью замыкается в сердечнике трансформатора; лишь незначительная его часть замыкается вокруг первичной обмотки, главным образом в воздухе (это так называемый поток рассеяния). Ввиду его незначительности потоком рассеяния при дальнейших рассуждениях можно прене
бречь.
Основной (намагничивающий) магнитный поток Ф, сцепляющийся с витками обеих обмоток, наводит в них э. д. с, мгновенные значения которых:
в первичной обмотке
во вторичной обмотке
Так как переменное напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора, синусоидально, то и магнитный поток Ф, и наводимые им э.д.с. также являются синусоидальной функцией времени, т. е. Ф=ФМ
. Подставляя в (8.1) и (8.2) значения магнитного потока, получаем
Но так как то мгновенные значения э.д.с.
Из уравнений (8.3) и (8.4) следует, что э. д. с. е1 и е2 отстают по фазе от намагничивающего потока Ф на угол п/г, Максимальное значение э. д. с. ЕМ=
. Соответственно действующие значения э. д. с, наводимых в первичной и вторичной обмотках трансформатора,
Разделив первое выражение на второе, получаем (8.7)
Это отношение называется коэффициентом трансформации.
Э. д. с, наводимые в первичной и вторичной обмотках трансформатора, прямо пропорциональны количеству витков обмоток.
§ 8.2. Устройство трансформаторов
Т
рансформатор (рис. 8.2, а, б) состоит из следующих основных частей: магнитолровода, обмоток (первичной и вторичной), выводного устройства и кожуха или бака с расширителем.
Рис. 8.2. Силовой трансформатор:
а) — внешний вид: б) —выемная часть: 1 — термометр; 2—ВН выводы; З — НН выводы;
4 — расширитель б — бак с трубчатыми радиаторами: в —катки; 7 —обмотки трансформатора
В целях уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод собирается в пакеты из отдельных листов трансформаторной стали толщиной 0,35 — 0,50 мм, изолированных друг от друга лаком или бумагой. Магнитопровод состоит из сердечников, верхнего и нижнего ярма, замыкающих магнитную цепь (рис. 8.3, а и б). Листы пакета ярма и сердечника обычно собираются внахлестку, что снижает магнитное сопротивление магнитопровода. Листы спрессовываются и стягиваются стяжными шпильками.
Различают магнитопроводы двух типов: стержневые и броневые. В стержневом магнитолроводе (рис. 8.4, а) имеются два стержня и два ярма, замыкающие эти стержни. Обмотки располагаются на обоих стержнях. В броневом магнитопроводе один стержень (рис. 8.4, б). Стержневые магнитопроводы получили наибольшее распространение. Броневые магнитопроводы применяются преимущественно в трансформаторах малой мощности.
Обмотки трансформаторов могут быть концентрические (рис. 8.5, а) или чередующиеся (рис. 8.5, б). Для уменьшения потоков рассеяния первичные и вторичные обмотки трансформаторов по возможности должны быть расположены ближе друг к другу.
Рис. 8.5. Обмотка трансформатора:
а) — концентрическая; б) чередующаяся
При концентрических обмотках одна обмотка располагается
внутри другой, причем снаружи помещается обмотка высшего напряжения, так как обмотку низшего напряжения легче изолировать от заземленного сердечника.
При чередующейся обмотке первичная и вторичная обмотки разбиваются на ряд плоских секций, которые, чередуясь между собой, насаживаются на сердечник. Концентрические обмотки высшего и низшего напряжения отделяются друг от друга изолирующими цилиндрами, а при чередующейся обмотке — изолирующими дисками.
Обмотки изготовляются из медного провода прямоугольного или круглого сечения, большей частью с хлопчатобумажной изоляцией, пропитанной специальными изоляционными лаками.
Выводное устройство предназначается для присоединения обмоток трансформатора к внешним (первичной и вторичной) цепям. Для этого на крышке трансформатора монтируются специальные выводы высокого и низкого напряжения, находящиеся в проходных фарфоровых изоляторах.
По способу охлаждения трансформаторы разделяются на сухие и масляные. Сухие трансформаторы имеют воздушное охлаждение и обычно помещаются в кожух, изготовленный из тонкой листовой стали, который предохраняет трансформатор от механических повреждений.
Трансформаторы значительной мощности, а также трансформаторы, включаемые в сети высокого напряжения, делаются с масляным охлаждением. В этом случае магнитопровод с обмотками помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом. Это способствует более интенсивному охлаждению трансформатора и в то же время повышает электрическую прочность изоляции обмоток. Обычно стенки бака делают ребристыми или снабжают радиаторами (см. рис. 8.2). Это увеличивает поверхность охлаждения бака.
Трансформаторы можно классифицировать:
по числу фаз сети переменного тока — однофазные, трехфазные и многофазные;
по числу обмоток — двухобмоточные, трехобмоточные и многообмоточные;
по действию — повышающие и понижающие;
по назначению — силовые, измерительные и специального назначения;
по месту установки — для внутренней и наружной установок;
по способу охлаждения — с естественным воздушным и с масляным охлаждениями. В свою очередь трансформаторы с масляным охлаждением могут быть с искусственным воздушным охлаждением
и с принудительной циркуляцией масла.
Силовые трансформаторы применяются для преобразования напряжения в силовых и осветительных сетях.
Измерительные трансформаторы применяются в контрольно измерительных цепях для включения в сеть измерительных приборов.
Они подразделяются на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.
Специальные трансформаторы представляют собой обширную группу разных по назначению трансформаторов, используемых в различных целях. Сюда относятся: автотрансформаторы, сварочные трансформаторы и трансформаторы для электрических печей, трансформаторы для ртутных выпрямителей и т. д.
Трансформаторы характеризуются следующими номинальными величинами: первичным и вторичным напряжениями (в или /ев), мощностью (ква), токами первичной и вторичной обмоток (а), частотой переменного тока (гц).
При работе трансформатора масло циркулирует от нагретых частей обмоток к радиаторам и стенкам бака и, соприкасаясь с ними, охлаждается. В нижней части бака имеется кран для выпуска масла. В крышке трансформатора есть отверстие для заливки трансформаторного масла. На крышке трансформатора устанавливается расширитель, соединенный с баком трубкой. Расширитель значительно уменьшает поверхность соприкосновения масла с воздухом, вследствие чего уменьшается и количество влаги, попадающей в масло из воздуха. При изменении температуры масло в баке расширяется и переходит по соединительной трубке в расширитель, в результате чего давление масла в баке не повышается. Расширитель имеет масломерное стекло для наблюдения за уровнем масла. В нижней части расширителя находится пробка, через которую периодически выпускается влага, попадающая из воздуха а масло и ухудшающая его качество. Температура масла контролируется с помощью термометра, установленного на крышке трансформатора.
Трансформаторное масло представляет собой минеральное масло, добываемое из нефти. Масло должно обладать высокими физико-химическими качествами. Оно не должно замерзать при низких температурах, так как наиболее распространенные силовые масляные трансформаторы работают при температурах ±35° С. Очень важным физическим свойством трансформаторного масла является
§ 8.1. Принцип действия трансформаторов
Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат переменного тока, посредством которого электрическая энергия одного напряжения преобразуется в электрическую энергию другого напряжения.
Трансформаторы имеют огромное значение для передачи и распределения электрической энергии, так как передача этой энергии на большие расстояния возможна лишь при достаточно высоком напряжении и соответственно меньшем токе. В противном случае потери мощности на нагревание проводов (
) были бы слишком большими.Трансформаторы, у которых напряжение на выходе выше напряжения на входе, называются повышающими, а трансформаторы, у которых напряжение на выходе ниже напряжения на входе,—понижающими. Принцип действия трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции.
Простейший трансформатор (рис. 8.1) представляет собой замкнутый стальной сердечник, на котором размещаются две или несколько обмоток с различным числом витков, сделанных из медной проволоки.Обмотка, к которой подводится ток из сети, называется первичной, а обмотка, в которой наводится э. д. с. взаимоиндукции, — вторичной. Если трансформатор повышающий, то его первичная обмотка
является обмоткой низшего напряжения (НН), а вторичная обмотка — обмоткой высшего напряжения (ВН). У понижающего трансформатора, наоборот, первичная обмотка — высшего напряжения, а вторичная — низшего напряжения.
При прохождении по первичной обмотке переменного тока
создается магнитный поток, который почти полностью замыкается в сердечнике трансформатора; лишь незначительная его часть замыкается вокруг первичной обмотки, главным образом в воздухе (это так называемый поток рассеяния). Ввиду его незначительности потоком рассеяния при дальнейших рассуждениях можно прене
бречь.
Основной (намагничивающий) магнитный поток Ф, сцепляющийся с витками обеих обмоток, наводит в них э. д. с, мгновенные значения которых:
в первичной обмотке
во вторичной обмотке
Так как переменное напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора, синусоидально, то и магнитный поток Ф, и наводимые им э.д.с. также являются синусоидальной функцией времени, т. е. Ф=ФМ
. Подставляя в (8.1) и (8.2) значения магнитного потока, получаем Но так как то мгновенные значения э.д.с. Из уравнений (8.3) и (8.4) следует, что э. д. с. е1 и е2 отстают по фазе от намагничивающего потока Ф на угол п/г, Максимальное значение э. д. с. ЕМ=
. Соответственно действующие значения э. д. с, наводимых в первичной и вторичной обмотках трансформатора, Разделив первое выражение на второе, получаем (8.7)
Это отношение называется коэффициентом трансформации.
Э. д. с, наводимые в первичной и вторичной обмотках трансформатора, прямо пропорциональны количеству витков обмоток.
§ 8.2. Устройство трансформаторов
Т
рансформатор (рис. 8.2, а, б) состоит из следующих основных частей: магнитолровода, обмоток (первичной и вторичной), выводного устройства и кожуха или бака с расширителем.Рис. 8.2. Силовой трансформатор:
а) — внешний вид: б) —выемная часть: 1 — термометр; 2—ВН выводы; З — НН выводы;
4 — расширитель б — бак с трубчатыми радиаторами: в —катки; 7 —обмотки трансформатора
В целях уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод собирается в пакеты из отдельных листов трансформаторной стали толщиной 0,35 — 0,50 мм, изолированных друг от друга лаком или бумагой. Магнитопровод состоит из сердечников, верхнего и нижнего ярма, замыкающих магнитную цепь (рис. 8.3, а и б). Листы пакета ярма и сердечника обычно собираются внахлестку, что снижает магнитное сопротивление магнитопровода. Листы спрессовываются и стягиваются стяжными шпильками.
Различают магнитопроводы двух типов: стержневые и броневые. В стержневом магнитолроводе (рис. 8.4, а) имеются два стержня и два ярма, замыкающие эти стержни. Обмотки располагаются на обоих стержнях. В броневом магнитопроводе один стержень (рис. 8.4, б). Стержневые магнитопроводы получили наибольшее распространение. Броневые магнитопроводы применяются преимущественно в трансформаторах малой мощности.
Обмотки трансформаторов могут быть концентрические (рис. 8.5, а) или чередующиеся (рис. 8.5, б). Для уменьшения потоков рассеяния первичные и вторичные обмотки трансформаторов по возможности должны быть расположены ближе друг к другу.
Рис. 8.5. Обмотка трансформатора:
а) — концентрическая; б) чередующаяся
При концентрических обмотках одна обмотка располагается
внутри другой, причем снаружи помещается обмотка высшего напряжения, так как обмотку низшего напряжения легче изолировать от заземленного сердечника.
При чередующейся обмотке первичная и вторичная обмотки разбиваются на ряд плоских секций, которые, чередуясь между собой, насаживаются на сердечник. Концентрические обмотки высшего и низшего напряжения отделяются друг от друга изолирующими цилиндрами, а при чередующейся обмотке — изолирующими дисками.
Обмотки изготовляются из медного провода прямоугольного или круглого сечения, большей частью с хлопчатобумажной изоляцией, пропитанной специальными изоляционными лаками.
Выводное устройство предназначается для присоединения обмоток трансформатора к внешним (первичной и вторичной) цепям. Для этого на крышке трансформатора монтируются специальные выводы высокого и низкого напряжения, находящиеся в проходных фарфоровых изоляторах.
По способу охлаждения трансформаторы разделяются на сухие и масляные. Сухие трансформаторы имеют воздушное охлаждение и обычно помещаются в кожух, изготовленный из тонкой листовой стали, который предохраняет трансформатор от механических повреждений.
Трансформаторы значительной мощности, а также трансформаторы, включаемые в сети высокого напряжения, делаются с масляным охлаждением. В этом случае магнитопровод с обмотками помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом. Это способствует более интенсивному охлаждению трансформатора и в то же время повышает электрическую прочность изоляции обмоток. Обычно стенки бака делают ребристыми или снабжают радиаторами (см. рис. 8.2). Это увеличивает поверхность охлаждения бака.
Трансформаторы можно классифицировать:
по числу фаз сети переменного тока — однофазные, трехфазные и многофазные;
по числу обмоток — двухобмоточные, трехобмоточные и многообмоточные;
по действию — повышающие и понижающие;
по назначению — силовые, измерительные и специального назначения;
по месту установки — для внутренней и наружной установок;
по способу охлаждения — с естественным воздушным и с масляным охлаждениями. В свою очередь трансформаторы с масляным охлаждением могут быть с искусственным воздушным охлаждением
и с принудительной циркуляцией масла.
Силовые трансформаторы применяются для преобразования напряжения в силовых и осветительных сетях.
Измерительные трансформаторы применяются в контрольно измерительных цепях для включения в сеть измерительных приборов.
Они подразделяются на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.
Специальные трансформаторы представляют собой обширную группу разных по назначению трансформаторов, используемых в различных целях. Сюда относятся: автотрансформаторы, сварочные трансформаторы и трансформаторы для электрических печей, трансформаторы для ртутных выпрямителей и т. д.
Трансформаторы характеризуются следующими номинальными величинами: первичным и вторичным напряжениями (в или /ев), мощностью (ква), токами первичной и вторичной обмоток (а), частотой переменного тока (гц).
При работе трансформатора масло циркулирует от нагретых частей обмоток к радиаторам и стенкам бака и, соприкасаясь с ними, охлаждается. В нижней части бака имеется кран для выпуска масла. В крышке трансформатора есть отверстие для заливки трансформаторного масла. На крышке трансформатора устанавливается расширитель, соединенный с баком трубкой. Расширитель значительно уменьшает поверхность соприкосновения масла с воздухом, вследствие чего уменьшается и количество влаги, попадающей в масло из воздуха. При изменении температуры масло в баке расширяется и переходит по соединительной трубке в расширитель, в результате чего давление масла в баке не повышается. Расширитель имеет масломерное стекло для наблюдения за уровнем масла. В нижней части расширителя находится пробка, через которую периодически выпускается влага, попадающая из воздуха а масло и ухудшающая его качество. Температура масла контролируется с помощью термометра, установленного на крышке трансформатора.
Трансформаторное масло представляет собой минеральное масло, добываемое из нефти. Масло должно обладать высокими физико-химическими качествами. Оно не должно замерзать при низких температурах, так как наиболее распространенные силовые масляные трансформаторы работают при температурах ±35° С. Очень важным физическим свойством трансформаторного масла является