Меню

Введение трансформаторы постоянного тока

Реферат на тему: Трансформаторы

У вас нет времени на реферат или вам не удаётся написать реферат? Напишите мне в whatsapp — согласуем сроки и я вам помогу!

В статье «Как научиться правильно писать реферат», я написала о правилах и советах написания лучших рефератов, прочитайте пожалуйста.

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

  1. Реферат на тему: Подвижные игры
  2. Реферат на тему: Моя будущая профессия
  3. Реферат на тему: Чрезвычайные ситуации
  4. Реферат на тему: Инсульт

Реферат на тему: Трансформаторы

Введение

Изобретателем трансформатора является русский ученый П.Н.Яблочков. В 1876 году он был русским ученым П.Н.Яблочковым. Джаблочков использовал индукционную катушку с двумя обмотками в качестве трансформатора для управления своими изобретенными электрическими свечами. У трансформатора Джабболокова был открытый сердечник. Трансформаторы с замкнутой цепью в том виде, в котором они используются сегодня, появились лишь много позже, в 1884 г. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого времени не использовался.

История развития трансформаторов

Выдающийся русский электротехник М.О.Доливо-Добровольский в 1889 году предложил трехфазную систему переменного тока, построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 году он построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор. Доливо-Добровольский продемонстрировал опытный высоковольтный трехфазный ток протяженностью 175 км, трехфазный генератор мощностью 230 кВт при 95 В.

Позже были использованы масляные трансформаторы, так как выяснилось, что масло является не только хорошей изоляцией, но и хорошей охлаждающей средой для трансформаторов.

Основные понятия

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство с двумя (или более) обмотками, обычно используемое для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Энергия в трансформаторе преобразуется переменным магнитным полем. Трансформаторы широко применяются для передачи электрической энергии на большие расстояния, ее распределения по приемникам, а также в различных выпрямителях, усилителях, сигнализаторах и других устройствах.

При производстве трансформаторов для бытовых и промышленных целей необходимо использовать стандартизированные термины и определения, которые являются обязательными для использования во всех видах документации, а также в научной, технической и справочной литературе.

Некоторые из этих терминов и их определения перечислены ниже.

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство с двумя или более индуктивно связанными обмотками, которое предназначено для преобразования электромагнитной индукции из одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Силовой трансформатор — трансформатор для преобразования электрической энергии в электрических сетях и оборудовании, предназначенном для приема и использования электрической энергии. Силовые трансформаторы включают в себя трехфазные и многофазные трансформаторы мощностью 6,3 кВ*А и более, однофазные трансформаторы мощностью 5 кВ*А и более.

Повышающий трансформатор — это трансформатор, в котором первичная обмотка — это низкое напряжение.

Понижающий трансформатор — это трансформатор, в котором первичная обмотка — это обмотка с более высоким напряжением.

Сигнальный трансформатор — маломощный трансформатор, предназначенный для передачи, преобразования и хранения электрических сигналов.

Автотрансформатор — трансформатор, в котором две или более обмотки гальванически соединены так, что они имеют общую часть.

Трансформатор импульсных сигналов — это трансформатор сигналов, предназначенный для передачи, генерирования, преобразования и хранения импульсных сигналов.

Коэффициент трансформации трансформаторов малой мощности — отношение числа вторичных обмоток к числу первичных.

Магнитная индукция — это векторное значение, характеризующее магнитное поле и определяющее силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.

Магнитный поток — поток магнитной индукции.

Напряжённость магнитного поля — это векторное значение, равное геометрической разнице между магнитной индукцией, разделенной на магнитные константы, и намагничиванием.

Индуктивная связь — связь электрических цепей посредством магнитного поля.

Классификация трансформаторов

Трансформаторы можно классифицировать:

  • Основываясь на функциональном назначении.
  • Силовые трансформаторы
  • Соответствующие трансформаторы

Давайте посмотрим на силовые трансформаторы, их можно засекретить.

По напряжению:

  • Низкое напряжение
  • Высокое напряжение
  • мощный потенциал

В зависимости от количества фаз преобразуемого напряжения:

  • одноэтапный
  • трёхэтапный

В зависимости от количества обмоток:

  • Двойная обмотка
  • многополосный

В зависимости от конфигурации магнитного провода:

  • Поворот
  • Броня
  • тороидальный

В зависимости от мощности:

  • низкая производительность
  • средняя вместимость
  • большая мощность

В зависимости от способа изготовления магнитного провода

  • Винил
  • Ленты

В зависимости от коэффициента трансформации:

  • рекламирует
  • Даунгрэйдер

В зависимости от типа связи между обмотками:

  • электромагнитно соединённый (с изолированными обмотками)
  • Электромагнитная и электрическая связь (с соединенными обмотками)

В зависимости от конструкции обмотки:

  • бобина
  • Паллеты
  • тороидальный

В зависимости от конструкции всего трансформатора:

  • публичный
  • Капсула
  • закрытый

В зависимости от места назначения:

  • Выписка
  • Анодирующие насосы и т.д.

Трансформаторы разделены на трансформаторы в соответствии с рабочей частотой:

  • низкая частота (ниже 50 Гц)
  • промышленная частота (50 Гц)
  • более высокая промышленная частота (400, 1000, 2000 Гц)
  • Высокая частота (до 10000 Гц)
  • Радиочастота

Структурные характеристики трансформаторов

Основными частями трансформатора являются магнитная цепь и катушка с обмотками.

Материалом магнитного сердечника трансформатора является электротехнический стальной лист различных марок и толщин, горячекатаный и холоднокатаный; потери мощности в магнитном сердечнике зависят как от содержания кремния, которое отражается в марке стали, так и от толщины листа. Толщина листа используемой стали выбирается в соответствии с частотой питания трансформатора: с увеличением частоты необходимо уменьшать толщину листа. Магнитный сердечник полосы (витой магнитный сердечник) состоит из рулонных стальных полос; полоса предварительно покрыта изоляционно-клеевым составом.

Стержневые магнитные сердечники состоят из прямоугольных пластин одинаковой ширины. Части магнитных сердечников, на которых расположены катушки, называются стержнями. Часть магнитной цепи, соединяющей шины, называется иго.

Детали магнитного сердечника могут быть установлены сзади и спереди, в последнем случае механическая прочность увеличивается, а магнитное сопротивление магнитного сердечника снижается. В случае стыковой сборки пластины собираются в один пакет и изолируются между пакетами для защиты от короткого замыкания между отдельными пластинами магнитной цепи. Крепление трансформатора спиной к спине облегчает его сборку и разборку.

Пластины магнитного провода фиксируются в упаковке либо болтами, изолированными от магнитного провода, либо специальными бандажами из капроновой резьбы.

Бронированные магнитные сердечники собираются из W-образных пластин и прямоугольных пластин, которые закрывают W-образную пластину. Эти магнитные сердечники имеют планку, на которой расположены все обмотки трансформатора. Бронированный магнитный сердечник монтируется так же, как и стержневой магнитный сердечник, описанный выше.

Так как бронированный магнитный сердечник принимает обмотку на центральном стержне, магнитный поток разветвляется вправо и влево, так что его значение в крайних стержнях в 2 раза меньше, чем в центральном стержне; это позволяет уменьшить сечение внешних стержней в 2 раза по сравнению с центральным стержнем. состоит из отдельных перфорированных колец, покрытых изолирующим лаком; собирается путем намотки на пакет пластин. Этот магнитный провод обладает наилучшими магнитными свойствами: наименьшим магнитным сопротивлением, минимальной индуктивностью утечки и чувствительностью к внешним магнитным полям, но в этом случае обмотки могут быть сделаны только на специальных маятниковых машинах или вручную.

Ленточные магнитные сердечники стержневого и броневого типа собираются из отдельных, соединенных встык магнитных сердечников в форме подковы, а затем натягиваются с помощью специальных покрытий (зажимов). Такая конструкция магнитного сердечника значительно упрощает монтаж трансформатора. По сравнению с пластинчатыми сердечниками, ленточные сердечники позволяют на 20-30% увеличить магнитную индукцию, потери в них ниже, они заполняют объем магнитного сердечника и эффективность трансформатора выше. По этим причинам все чаще и чаще используются ленточные магнитные сердечники.

Тороидальные ленточные сердечники изготавливаются путем намотки ленты на оправку определенного размера. Обмотки трансформаторов изготавливаются на маятниковых намотчиках.

Обмотки трансформатора состоят из медного или алюминиевого изолированного провода. Изоляционные прокладки используются при изготовлении катушек с обмотками: между обмотками, между слоями и снаружи.

Если диаметр проволоки больше 1 мм, то каркас изготовлен из электрического картона, а отдельные слои обмотки обвязаны хлопчатобумажной лентой.

Обмоточные провода идентифицируются по диаметру, типу изоляции и тепловому сопротивлению.

Для повышения электрической прочности трансформаторы после сборки пропитывают электроизоляционными лаками, а иногда заполняют специальными составами.

В трансформаторах средней мощности обмотка низкого напряжения находится ближе к шине. Это уменьшает изоляционный слой между обмоткой и стержнем и в то же время создает лучшие условия охлаждения для более низкого напряжения, которое несет более высокий ток.

В трансформаторах низкого напряжения (до 100 В) с малой мощностью обмотка с более высоким напряжением располагается ближе к стержню. Эта мера снижает стоимость трансформатора, так как средняя длина высоковольтной обмотки, изготовленной из дорогого провода с небольшим поперечным сечением, короче.

В высоковольтных трансформаторах (более 1000 В) используется раздельное расположение обмоток на магнитных сердечниках.

Преимуществом такого расположения обмоток является низкое значение потока магнитной утечки, обусловленное меньшей толщиной обмотки и малым потоком обмоток, так как меньшая толщина обмотки приводит к уменьшению средней длины обмотки.

В трансформаторах с бронированными магнитными сердечниками обмотки размещаются на штанге.

В трехфазном трансформаторе первичная и вторичная обмотки данной фазы расположены на каждом из стержней.

В тороидальных трансформаторах обмотки располагаются по всей длине магнитной цепи.

Стержень и бронированные магнитные сердечники с обмотками на них соединяются в узел с помощью болтов и накладок или вдавливанием их в зажим.

Кольцевые магнитные сердечники с намотанными на них обмотками собираются в узел и крепятся к шасси с помощью крепежных шайб и винта с гайкой.

Трансформатор должен быть сконструирован с пластиной, к которой припаяны соединения обмоток. Корпус трансформатора (подушечки, клетки, кронштейны) электрически соединен с магнитной цепью и заземлен. Эта мера необходима из соображений безопасности в случае выхода из строя одной из обмоток.

Маркировка трансформаторов

Каждый трансформатор оснащен экраном из атмосферостойкого материала. Экран заметно прикреплен к баку трансформатора и содержит его номинальные данные, которые вытравлены, выгравированы, выбрасываются или наносится иным образом для обеспечения долговечности табличек.

Читайте также:  Расчет тока через светодиод формула

Трансформаторная пластина по ГОСТ 11677-65 содержит следующие данные:

  1. Марка производителя.
  2. Год выпуска.
  3. Серийный номер.
  4. Обозначение типа.
  5. Номер стандарта, которому соответствует изготовленный трансформатор.
  6. Номинальная сила. (В случае трехобмоточных трансформаторов указывается мощность каждой обмотки).
  7. Номинальные напряжения и напряжения ответвлений обмотки.
  8. Номинальные токи каждой обмотки.
  9. Количество фаз.
  10. Текущая частота.
  11. Схема и группа подключения обмоток трансформатора.
  12. Напряжение короткого замыкания.
  13. Тип установки (внутренняя или внешняя).
  14. Способ охлаждения.
  15. Общая масса трансформатора.
  16. Масса масла.
  17. Масса активной части.
  18. Положение переключения, указанное на приводе.

В случае трансформатора с воздушным охлаждением его мощность отображается также при выключенном охлаждении. Заводской номер трансформатора также записан на контейнере под экраном, на крышке рядом с входом фазы A HV и на левом конце верхней пластины иго магнитного сердечника.

Обозначение трансформатора состоит из алфавитной и цифровой частей. Буквы имеют следующее значение: Т — трехфазный трансформатор, О — однофазный, М — естественное масляное охлаждение, Д — масляное охлаждение с вентилятором (искусственная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла), С — масляное охлаждение с принудительной циркуляцией масла водяным охладителем, Д — масло с продувкой и принудительной циркуляцией масла, D — грозостойкий трансформатор, H — в конце обозначения — трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой, H — на втором месте — заполненный негорючим жидким диэлектриком, T — на третьем месте — трехобмоточный трансформатор.

Первая цифра после буквенного обозначения трансформатора указывает номинальную мощность (кВ-А), вторая цифра — номинальное напряжение обмотки (кВ-А). Так, тип ТМ 6300/35 — трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением мощностью 6300 кВ-А и напряжением обмотки ВН 35 кВ-А; тип ТТНГ-6300/220 — трехфазный трехобмоточный трансформатор с принудительной циркуляцией масла с водяным масляным охлаждением, с регулированием напряжения под нагрузкой, молниеотводом, мощностью 63000 кВ-А и напряжением обмотки ВН 220 кВ.

Заключение

Буква А в обозначении типа трансформатора означает автотрансформатор. В обозначении трехобмоточных автотрансформаторов буква А является либо первой, либо последней буквой. Когда цепь автотрансформатора является основной цепью (обмотки НН и LH образуют обмотки автотрансформатора и вспомогательные обмотки LH) Если цепь трансформатора является необязательной, то на первом месте стоит буква А, а на последнем — буква А.

Список литературы

  1. Китаев В.Е. Трансформеры. Москва, «Высшая школа», 1972 год.
  2. Грумбина А.Б. Электрические машины и источники питания FGD. Москва, «Энергоатомиздат», 1991.
  3. Сидоров И.Н., Скорняков С.В. Трансформаторы электронной бытовой техники, Москва «Радио и связь», 1993.

Помощь студентам в учёбе
Помощь студентам в учёбе
Помощь студентам в учёбе

Помощь студентам в учёбе

Изучу , оценю , оплатите , через 2-3 дня всё будет на «4» или «5» !

Откройте сайт на смартфоне, нажмите на кнопку «написать в чат» и чат в whatsapp запустится автоматически.

Помощь студентам в учёбе

Помощь студентам в учёбеf9219603113@gmail.com


Помощь студентам в учёбе

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.9219603113.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

Устройство и принцип работы трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомство с электронными компонентами и в этой статье рассмотрим устройство и принцип работы трансформатора.

Трансформаторы нашли широкое применение в радио и электротехнике и применяются для передачи и распределения электрической энергии в сетях энергосистем, для питания схем радиоаппаратуры, в преобразовательных устройствах, качестве сварочных трансформаторов и т.п.

Трансформаторы

Трансформатор предназначен для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

В большинстве случаев трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя катушками (обмотками) электрически не связанных между собой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитного материала, а обмотки мотают медным изолированным проводом и размещают на магнитопроводе.

Одна обмотка подключается к источнику переменного тока и называется первичной (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки и обмотка называется вторичной (II). Схематичное устройство простого трансформатора с двумя обмотками показано на рисунке ниже.

Схематичное устройство трансформатора

1. Принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.

Работа трансформатора без нагрузки

При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1, образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2, создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2, стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.

Работа трансформатора под нагрузкой

В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопроводе устанавливается магнитный поток Фo равный разности потоков Ф1 и Ф2 и являющийся частью потока Ф1, т.е.

Формула магнитного потока

Результирующий магнитный поток Фo обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2, под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2. Именно благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2, который будет тем больше, чем больше Фo. Но и в то же время чем больше ток I2, тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo.

Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2, тока I2 и потока Ф2, обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.

Таким образом, разность потоков Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фo, а без него не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2. Следовательно, магнитный поток Ф1, создаваемый первичным током I1, всегда больше магнитного потока Ф2, создаваемого вторичным током I2.

Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.

Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным.

Схематичное изображение разделительного трансформатора

Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим.

Схематичное изображение повышающего трансформатора

Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют понижающим.

Схематичное изображение понижающего трансформатора

Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получают желаемое выходное напряжение U2. Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.

2. Устройство трансформатора.

2.1. Магнитопровод. Магнитные материалы.

Назначение магнитопровода заключается в создании для магнитного потока замкнутого пути, обладающего минимальным магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы для трансформаторов изготавливают из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях. Материалы должны иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при достаточно больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки.

Магнитные материалы, используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент определенной толщины и ширины и называются электротехническими сталями.
Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки.

Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты.

Для изготовления разнообразных относительно недорогих трансформаторов широко применяются электротехнические стали, имеющие небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. Наибольшее применение нашли холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки.

Магнитопроводы из электротехнической стали

Сплавы с высокой магнитной проницаемостью применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50 – 100 кГц.

Недостатком таких сплавов является их высокая стоимость. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 – 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра – в 150 раз. Однако в ряде случаев их применение позволяет существенно снизить массу, объем и даже общую стоимость трансформатора.

Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, переменных магнитных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям – удар, давление и т.п.

Читайте также:  Сила тока в вейпе

Магнитопроводы из сплавов с высокой магнитной проницаемостью

Из магнитомягких низкочастотных ферритов с высокой начальной проницаемостью изготавливают прессованные магнитопроводы, которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 – 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а недостатком является низкая индукция насыщения (0,4 – 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях.

Магнитопроводы из магнитомягких прессованных ферритов

Выбор магнитных материалов производится исходя из электромагнитных характеристик с учетом условий работы и назначения трансформатора.

2.2. Типы магнитопроводов.

Магнитопроводы трансформаторов разделяются на шихтованные (штампованные) и ленточные (витые), изготавливаемые из листовых материалов и прессованные из ферритов.

Шихтованные магнитопроводы набираются из плоских штампованных пластин соответствующей формы. Причем пластины могут быть изготовлены практически из любых, даже очень хрупких материалов, что является достоинством этих магнитопроводов.

Магнитопровод из плоских шихтовых пластин

Ленточные магнитопроводы изготавливаются из тонкой ленты, намотанной в виде спирали, витки которой прочно соединены между собой. Достоинством ленточных магнитопроводов является полное использование свойств магнитных материалов, что позволяет уменьшить массу, размеры и стоимость трансформатора.

Трансформатор с ленточным магнитопроводом

Тороидальный трансформатор из ленточного магнитопровода

В зависимости от типа магнитопровода трансформаторы подразделяются на стрежневые, броневые и тороидальные. При этом каждый из этих типов может быть и стрежневым и ленточным.

В магнитопроводах стержневого типа обмотки располагается на двух стержнях (стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки). Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что способствует снижению индуктивности рассеяния, расхода проволоки и увеличивает поверхность охлаждения.

Схематичное изображение трансформатора стержневого типа

Трансформатор стержневого типа

Стержневые магнитопроводы используют в выходных трансформаторах с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под влиянием внешнего магнитного поля в обеих катушках индуцируются напряжения, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Как правило, стержневыми выполняются трансформаторы большой и средней мощности.

В магнитопроводе броневого типа обмотка располагается на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой, а также создает некоторую механическую защиту обмотки. Поэтому такие магнитопроводы получили наибольшее применение.

Схематичное изображение трансформатора броневого типа

Трансформатор броневого типа

Некоторым недостатком броневых магнитопроводов является их повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает их малопригодными к использованию в качестве выходных трансформаторов с малым уровнем помех. Чаще всего броневыми выполняются трансформаторы средней мощности и микротрансформаторы.

Тороидальные.

Тороидальные или кольцевые трансформаторы позволяют полнее использовать магнитные свойства материала, имеют малые потоки рассеивания и создают очень слабое внешнее магнитное поле, что особенно важно в высокочастотных и импульсных трансформаторах. Но из-за сложности изготовления обмоток не получили широкого применения. Чаще всего их делают из феррита.

Схематичное изображение тороидального трансформатора

Тороидальный трансформатор

Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные магнитопроводы набираются из штампованных пластин толщиной 0,35 – 0,5 мм, которые с одной стороны покрывают слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой.

Лента для ленточных магнитопроводов имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм и также покрывается электроизолирующей и одновременно склеивающейся суспензией или оксидной пленкой. И чем тоньше слой изоляции, тем плотнее происходит заполнение сечения магнитопровода магнитным материалом, тем меньше габаритные размеры трансформатора.

За последнее время наряду с рассмотренными «традиционными» типами магнитопроводов находят применение новые формы, к числу которых следует отнести магнитопроводы «кабельного» типа, «обращенный тор», катушечный и др.

Новые формы магнитопроводов

На этом пока закончим. Продолжим во второй части.
Удачи!

1. В. А. Волгов – «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.
2. В. Н. Ванин – «Трансформаторы тока», Издательство «Энергия» Москва 1966 Ленинград.
3. И. И. Белопольский – «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.
4. Г. Н. Петров – «Трансформаторы. Том 1. Основы теории», Государственное Энергетическое Издательство, Москва 1934 Ленинград.
5. В. Г. Борисов, – «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г.

Источник



Что такое трансформатор тока, его конструкция и принцип работы

Для нормального функционирования устройств обеспечивающих релейную защиту высоковольтных ЛЭП, требуется контролировать параметры электрической линии. Снимать показания с высоковольтных проводов напрямую – опасно и не эффективно. Режим работы обычного трансформатора не позволяет контролировать изменение тока. Решает эту проблему трансформатор тока, у которого показатели вторичной цепи изменяются пропорционально величине тока первичной обмотки.

Конструкция и принцип действия

Внешний вид типичного трансформатора тока представлен на рисунке 1. Характерным признаком этих моделей является наличие у них диэлектрического корпуса. Формы корпусов могут быть разными – от прямоугольных до цилиндрических. В некоторых конструкциях отсутствуют проходные шины в центре корпуса. Вместо них проделано отверстие для обхвата провода, который выполняет функции первичной обмотки.

Трансформатор тока

Рис. 1. Трансформатор тока

Материалы диэлектриков выбирают в зависимости от величины напряжений, для которых предназначено устройство и от условий его эксплуатации. Для обслуживания промышленных энергетических систем изготавливают мощные ТТ с керамическими корпусами цилиндрической формы (см. рис. 2).

Промышленный керамический трансформатор тока

Рис. 2. Промышленный керамический трансформатор тока

Особенностью трансформатора является обязательное наличие нагрузочного элемента (сопротивления) во вторичной обмотке (см. рис. 3). Резистор необходим для того, чтобы не допускать работы в режиме без вторичных нагрузок. Функционирование трансформатор тока с ненагруженными вторичными обмотками недопустимо из-за сильного нагревания (вплоть до разрушения) магнитопровода.

Принципиальная схема трансформатора тока

Рис. 3. Принципиальная схема трансформатора тока

В отличие от трансформаторов напряжения, ТТ оснащены только одним витком первичной обмотки (см. рис. 4). Этим витком часто является шина, проходящая сквозь кольцо сердечника с намотанными на него вторичными обмотками (см. рис. 5).

Схематическое изображение ТТ Рис. 4. Схематическое изображение ТТ Устройство ТТ Рис. 5. Устройство ТТ

Иногда в роли первичной обмотки выступает проводник электрической цепи. Для этого конструкция сердечника позволяет применить шарнирное соединение частей трансформатора для обхвата провода (см. рис. 6).

ТТ с разъемным корпусом

Рис. 6. ТТ с разъемным корпусом

Сердечники трансформаторов выполняются способом шихтования кремнистой стали. В моделях высокого класса точности сердечники изготовляют из материалов на основе нанокристаллических сплавов.

Принцип действия.

Основная задача токовых трансформаторов понизить (повысить) значение тока до приемлемой величины. Принцип действия основан на свойствах трансформации переменного электрического тока. Возникающий переменный магнитный поток улавливается магнитопроводом, перпендикулярным направлению первичного тока. Этот поток создается переменным током первичной катушки и наводит ЭДС во вторичной обмотке. После подключения нагрузки начинает протекать электрический ток по вторичной цепи.

Зависимости между обмотками и токами выражены формулой: k = W2 / W1 = I1 / I2 .

Поскольку ток во вторичной катушке обратно пропорционален количеству витков в ней, то путем увеличения (уменьшения) коэффициента трансформации, зависящего от соотношения числа витков в обмотках, можно добиться нужного значения выходного тока.

На практике, чаще всего, эту величину устанавливают подбором количества витков во вторичной обмотке, делая первичную обмотку одновитковой.

Линейная зависимость выходного тока (при номинальной мощности) позволяет определять параметры величин в первичной цепи. Численно эта величина во вторичной катушке равна произведению реального значения тока на номинальный коэффициент трансформации.

В идеале I1 = kI2 = I2W2/W1. С учетом того, что W1 = 1 (один виток) I1 = I2W2 = kI2. Эти несложные вычисления можно заложить в программу электронного измерителя.

Принцип действия трансформатора тока

Рис. 7. Принцип действия трансформатора тока

На рисунке 7 не показан нагрузочный резистор. При измерениях необходимо учитывать и его влияние. Все допустимые погрешности в измерениях отображает класс точности ТТ.

Классификация

Семейство трансформаторов тока классифицируют по нескольким признакам.

Пример наружного использования ТТ

  1. По назначению:
    • защитные;
    • линейки измерительных трансформаторов тока;
    • промежуточные (используются для выравнивания токов в системах дифференциальных защит);
    • лабораторные.
  2. По способу монтажа:
    • наружные (см. рис. 8), применяются в ОРУ;
    • внутренние (размещаются в ЗРУ);
    • встраиваемые;
    • накладные (часто совмещаются с проходными изоляторами);
    • переносные.

Рис. 8. Пример наружного использования ТТ

  • Классификация по типу первичной обмотки:
    • многовитковые, к которым принадлежат катушечные конструкции, и трансформаторы, с обмотками в виде петель;
    • одновитковые;
    • шинные.
  • По величине номинальных напряжений:
    • До 1 кВ;
    • Свыше 1 кВ.

Трансформаторы тока можно классифицировать и по другим признакам, например, по типу изоляции или по количеству ступеней трансформации.

Расшифровка маркировки

Каждому типу трансформаторов присваиваются буквенно-цифровые символы, по которым можно определить его основные параметры:

  • Т — трансформатор тока;
  • П — буква указывающая на то, что перед нами проходной трансформатор. Отсутствие буквы П указывает, что устройство принадлежит к классу опорных ТТ;
  • В — указывает на то, что трансформатор встроен в конструкцию масляного выключателя или в механизм другого устройства;
  • ВТ — встроенный в конструкцию силового трансформатора;
  • Л— со смоляной (литой) изоляцией;
  • ФЗ — устройство в фарфоровом корпусе. Звеньевой тип первичной обмотки;
  • Ф — с надежной фарфоровой изоляцией;
  • Ш — шинный;
  • О — одновитковый;
  • М — малогабаритный;
  • К — катушечный;
  • 3 — применяется для защиты от последствий замыкания на землю;
  • У — усиленный;
  • Н — для наружного монтажа;
  • Р — с сердечником, предназначенным для релейной защиты;
  • Д — со вторичной катушкой, предназначенной для питания электричеством дифференциальных устройств защиты;
  • М — маслонаполненный. Применяется для наружной установки.
  1. Номинальное напряжение (в кВ) указывается после буквенных символов (первая цифра).
  2. Числами через дробь обозначаются классы точности сердечников. Некоторые производители вместо цифр проставляют буквы Р или Д.
  3. следующие две цифры «через дробь» указывают на параметры первичного и вторичного токов;
  4. после позиции дробных символов — код варианта конструкционного исполнения;
  5. буквы, расположенные после кода конструкционного варианта, обозначают тип климатического исполнения;
  6. цифра на последней позиции — категория размещения.

Схемы подключения

Первичные катушки трансформаторов тока включаются в цепь последовательно. Вторичные катушки предназначены для подключения измерительных приборов или используются системами релейной защиты.

Во вторичную цепь включаются выводы измерительных приборов и устройства релейной защиты. С целью обеспечения безопасности, сердечник магнитопровода и один из зажимов вторичной катушки должны заземляться.

Читайте также:  Зарядочный ток для аккумулятора

При подключении трехфазных счетчиков, в сетях с изолированной нейтралью обмотки трансформатора соединяются по схеме «Неполная звезда». При наличии нулевого провода применяется схема полной звезды.

Выводы трансформаторов маркируются. Для первичной обмотки применяются обозначения Л1 и Л2, а для вторичной – И1 и И2. При подключении измерительных приборов следует соблюдать полярность обмоток.

Схема «неполная звезда» применяется для двухфазного соединения.

В дифференциальных защитах, используемых в силовых трансформаторах, обмотки включаются треугольником.

Основные схемы подключения:

Основные схемы подключения

  • В сетях с глухозаземленной нейтралью ТТ подключается к каждой фазе. Соединение обмоток трансформатора – полная звезда.
  • Подключение по схеме неполной звезды. Применяется в сетях с изолированными нулевыми точками.
  • Схема восьмерки. Симметрично распределяет нагрузки при трехфазном КЗ.
  • Соединение ТТ в фильтр токов нулевой последовательности. Применяется для защиты номинальной нагрузки от коротких замыканиях на землю.

Технические параметры

Очень важной характеристикой трансформатора тока является класс точности. Этот параметр характеризует погрешность измерения, то есть показывает, на сколько номинальный (идеальный) коэффициент трансформации отличается от реального.

Коэффициент трансформации

Так как в реальном коэффициенте трансформации присутствует синфазная и квадратурная составляющая, то значения коэффициента всегда отличаются от номинального. Разницу (погрешность) необходимо учитывать при измерениях. На результаты измерений влияют также угловые погрешности.

У всех ТТ погрешность отрицательна, так как у них всегда присутствуют потери от намагничивания и нагревания токовых катушек. С целью устранения отрицательного знака погрешности, для смещения параметров трансформации в положительную сторону, применяют витковую коррекцию. Поэтому в откорректированных устройствах привычная формула для вычислений не работает. Поэтому коэффициенты трансформации в таких аппаратах производители определяют опытным путем и указывают их в техпаспорте.

Класс точности

Токовые погрешности искажают точность измерения электрического тока. Поэтому для измерительных трансформаторов высокие требования к классу точности:

  • 0,1;
  • 0,5;
  • 1;
  • 3;
  • 10P.

Трансформатор может находиться в пределах заявленного класса точности, только если сопротивление максимальной нагрузки не превышает номинального, а ток в первичной цепи не выходит за пределы 0,05 – 1,2 величины номинального тока трансформатора.

О назначении

Основная сфера применения трансформаторов – защита измерительного и другого оборудования от разрушительного действия предельно высоких токов. ТТ применяются для подключения электрического счетчика, изоляции реле от воздействия мощных токовых нагрузок.

Видео по теме

Источник

ТРАНСФОРМАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

При рассмотрении работы амплистата уже отмечалось, что для образования необходимой внешней характеристики тягового генератора потребовалось осуществить взаимосвязь рабочего тока амплистата с напряжением и током генератора. В амплистате для этого служит управляющая размагничивающая обмотка. В качестве источников ее питания применены вторичные обмотки распределительного трансформатора, в цепи которых включены трансформаторы постоянного напряжения и тока. Следовательно, на них возлагается задача регулирования тока в управляющей обмотке в зависимости от напряжения и тока тягового генератора; Уже названия этих электрических аппаратов показывают, что один из них осуществляет регулирование амплистата по величине напряжения генератора, а второй — по величине тока генератора.
По своему принципу действия трансформаторы постоянного напряжения и тока представляют собой простейшие магнитные усилители с одной рабочей и одной управляющей обмотками без обратных связей.
Трансформатор постоянного напряжения (рис. 226, а) имеет два тороидальных (круглых) сердечника, которые изготовлены из ленты пермаллоя толщиной 0,2 мм. Пермаллой представляет собой сплав железа и никеля с высокими ферромагнитными свойствами. На каждом сердечнике расположено по одной катушке рабочей обмотки; обмотка управления охватывает оба сердечника. Обмотки выполнены из медного провода диаметром 1 мм. Сердечники и обмотки залиты эпоксидным компаундом, предупреждающим попадание влаги в обмотки и обеспечивающим длительную надежную работу трансформаторов. Угольники, стянутые шпильками, служат для установки трансформатора на тепловозе. Обмотка управления трансформатора постоянного напряжения включена через резистор на выводы тягового генератора. Поэтому сила тока подмагничивания трансформатора пропорциональна напряжению генератора. Как в любом магнитном усилителе, ток в цепи рабочих обмоток пропорционален току подмагничивания и, следовательно, в данном случае пропорционален напряжению генератора. Иными словами, с увеличением напряжения тягового генератора пропорционально возрастает выходной ток трансформатора постоянного напряжения. В цепях автоматики используются слабые токи, поэтому максимальный выходной ток трансформатора не превышает 3 А.

Трансформаторы

Рис. 226. Трансформаторы а) постоянного напряжения (ТПН); б) постоянного тока (ТПТ)

Трансформатор постоянного тока (рис. 226, б) по устройству напоминает трансформатор постоянного напряжения, но не имеет специальной обмотки управления. Для подмагничивания трансформатора постоянного тока через центральное отверстие его тороидального сердечника пропущены гибкие провода силовой цепи. На тепловозах 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В через трансформатор постоянного тока пропущены два провода, по которым проходит ток двух тяговых электродвигателей. При увеличении тока тяговых двигателей, а следовательно, и генератора усиливается подмагничивание трансформатора постоянного тока и возрастает выходной ток его рабочей обмотки. Таким образом, ток в рабочей цепи трансформатора пропорционален суммарному току двух тяговых электродвигателей. Максимальный ток в рабочей цепи трансформатора лишь незначительно превышает 3 А. Трансформатор постоянного тока как бы преобразует ток большой величины в силовой цепи в пропорциональный ему слабый ток для использования его в системе автоматического регулирования напряжения тягового генератора.
Суммарная масса амплистата и трансформаторов постоянного тока и напряжения составляет около 28 кг. Отсюда можно видеть, насколько легкими, компактными являются устройства переменного тока для регулирования напряжения тягового генератора. Эти устройства не имеют вращающихся трущихся частей, требующих смазки, ухода, ремонта, поэтому надежны и долговечны в эксплуатации.
Рассмотрим более подробно работу измерительных трансформаторов в схеме регулирования напряжения тягового генератора. На каждой секции тепловозов 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В установлено по одному трансформатору постоянного напряжения ТПН и по четыре трансформатора постоянного тока ТПТ1—ТПТ4. Через первый трансформатор ПТ1 пропущены провода цепей первого и четвертого тяговых двигателей, через трансформатор ТПТ2 — пятого и шестого двигателей, через трансформатор ТПТЗ — третьего и шестого двигателей и через ТПТ4 — первого и второго двигателей. Применение четырех трансформаторов постоянного тока с подмагничиванием от тока различных двигателей позволило значительно улучшить противобоксовочные свойства тепловоза. На схеме, представленной на рис. 227, а, с целью упрощения показан один трансформатор постоянного тока и трансформатор постоянного напряжения. Рабочие обмотки обоих трансформаторов включены в цепь управляющей обмотки амплистата через узел электрических устройств, получивший название селективного, т. е. избирающего (от латинского слова selectio — отбор). Селективный узел имеет балластные резисторы СБТН и СБТТ, два выпрямительных моста В1 и В2, а также резистор СОУ в цепи управляющей обмотки амплистата ОУ.

Схемы

Рис. 227 Селективный узел и характеристика тягового генератора

Предположим, что дизель-генератор тепловоза работает на 15-й позиции контроллера. Когда ток Iг в силовой цепи мал, напряжение Uг на выводах генератора достигает максимальных значений (рис. 227, б); сила тока в цепи рабочей обмотки трансформатора постоянного напряжения будет также наибольшей. Напряжение на резисторе СБТН, выпрямленное мостом В1, подается на участок цепи, состоящей из резисторов СОУ и управляющей обмотки ОУ амплистата. В то же время вследствие малого тока в силовой цепи будут незначительными ток в цепи рабочей обмотки трансформатора ТПТ и падение напряжения на резисторе СБТТ. Выпрямительный мост В2 окажется запертым повышенным напряжением, подаваемым от моста Б1; через управляющую обмотку амплистата проходит только ток цепи рабочих обмоток трансформатора TПН. Следовательно, трансформатор ТПТ отключен от цепи питания регулировочной обмотки. Так продолжается до тех пор, пока ток тягового генератора не достигнет значения Iгг, соответствующего точке Г его внешней характеристики. На участке характеристики ДГ с увеличением тока тягового генератора напряжение на его выводах будет несколько снижаться вследствие увеличения падения напряжения во внутренней цепи генератора и влияния реакции якоря. Однако одновременно уменьшается ток в обмотке управления трансформатора ТПН, а значит, и ток в цепи управляющей обмотки амплистата. В конечном итоге возбуждение генератора несколько усиливается. Благодаря этому предупреждается заметное снижение напряжения генератора. Например, на номинальном режиме работы дизель-генератора (nк =15) увеличение тока в силовой цепи почти до 3000 А приводит к уменьшению напряжения генератора лишь на 20В. При токе Iгг генератора падение напряжения на резисторах СБТН и СБТТ становится одинаковым, выпрямительный мост В2 открывается. Управляющая обмотка амплистата получает дополнительное питание (при сохранении питания от трансформатора ТПН). Дальнейший рост силы тока генератора вызывает усиление питания управляющей обмотки амплистата, обеспечивая снижение напряжения генератора по линейной характеристике ГБ. Этот процесс сопровождается непрерывным увеличением тока в рабочей обмотке трансформатора ТПТ и снижением тока в рабочей обмотке трансформатора ТПН. Наконец, при токе генератора Iгб соответствующем точке Б характеристики, происходит запирание выпрямительного моста В1 напряжением, подаваемым в цепь управляющей обмотки амплистата из цепи трансформатора ТПТ через выпрямительный мост В2. На участке характеристики БА при незначительном увеличении тока генератора и, следовательно, тока в управляющей обмотке амплистата достигается требуемое снижение напряжения генератора. Рост тока генератора практически ограничивается, предупреждая его перегрузку.
Следовательно, селективный узел осуществляет избирательное питание управляющей обмотки амплистата от одного или обоих измерительных трансформаторов в зависимости от силы тока и напряжения генератора.
Характеристика генератора, получаемая с помощью только измерительных трансформаторов и селективного узла, получила название селективной. В области рабочих токов генератора напряжение изменяется по линейному закону, что не обеспечивает строгого постоянства мощности дизель-генератора. Внешняя характеристика генератора становится гиперболической благодаря применению регулирующей обмотки амплистата и индуктивного датчика в регуляторе дизеля.
Селективный узел формирует характеристики генератора и при работе дизеля на более низких позициях контроллера пк. Они будут проходить ниже характеристики генератора на номинальном режиме (см. рис. 227, б).

Источник