Изобретателем трансформатора является русский ученый П.Н.Яблочков. В 1876г. Яблочков использовал индукционную катушку с двумя обмотками в качестве трансформатора для питания изобретенных им электрических свечей. Трансформатор Яблочкова имел незамкнутый сердечник. Трансформаторы с замкнутым сердечником, подобные применяемым в настоящее время, появились значительно позднее, в 1884г. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого времени не применялся.
Выдающийся русский электротехник М.О.Доливо-Добровольский в 1889г. Предложил трехфазную систему переменного тока, построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трехфазного тока протяженностью 175 км; трехфазный генератор имел мощность 230 КВт при напряжении 95 В.
В дальнейшем начали применять масляные трансформаторы, так как было установлено, что масло является не только хорошей изоляцией, но и хорошей охлаждающей средой для трансформаторов.
2. Основные понятия
Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат с двумя (или больше) обмотками, предназначенный чаще всего для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформаторы широко применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.
При изготовлении трансформаторов бытового и промышленного назначения применяют стандартизованные термины и определения, обязательные для применения в документации всех видов, научно-технической и справочной литературе.
Ниже приведены несколько таких терминов и их определений.
Трансформатор, Силовой трансформатор, Повышающий трансформатор, Понижающий трансформатор, Сигнальный трансформатор, Автотрансформатор, Импульсный сигнальный трансформатор, Коэффициент трансформации трансформатора малой мощности, Магнитная индукция, Магнитный поток, Напряженность магнитного поля, Индуктивная связь
3. Классификация трансформаторов
Трансформаторы можно классифицировать:
Трехфазный ток. Принцип действия передачи энергии на расстояние
... Двигатели 3-фазного тока (асинхронные и синхронные) устроены проще, чем двигатели постоянного тока, одно- или 2-фазные, и имеют высокие показатели экономичности. Возможность получения в одной установке двух рабочих напряжений -- фазного и линейного, и двух ...
По признаку функционального назначения
- трансформаторы питания
- трансформаторы согласования
Рассмотрим трансформаторы питания, их можно классифицировать
1. По напряжению:
- низковольтные
- высоковольтные
- высокопотенциальные
2. В зависимости от числа фаз преобразуемого напряжения
- однофазные
- трёхфазные
3. В зависимости от числа обмоток
- двухобмоточные
- многообмоточные
4. В зависимости от конфигурации магнитопровода
- стержневые
- броневые
- тороидальные
5. В зависимости от мощности
- малой мощности
- средней мощности
- большой мощности
6. В зависимости от способа изготовления магнитопровода
- пластинчатые
- ленточные
7. В зависимости от коэффициента трансформации:
- повышающие
- понижающие
8. В зависимости от вида связи между обмотками:
- с электромагнитной связью (с изолированными обмотками)
- с электромагнитной и электрической связью(со связанными обмоками)
9. В зависимости от конструкции обмотки:
- катушечные
- галетные
- тороидальные
10. В зависимости от конструкции всего трансформатора
- открытые
- капсулированные
- закрытые
11. В зависимости от назначения:
- выпрямительные
- накальные
- анодно-накальные и т.д.
12. В зависимости от рабочей частоты трансформаторы делят на трансформаторы:
- пониженной частоты (менее 50 Гц)
- промышленной частоты (50 Гц)
- повышенной промышленной частоты (400, 1000, 2000 Гц)
- повышенной частоты (до 10000 Гц)
- высокой частоты
4. Основные параметры
|
Величина, |
ГОСТ 1494-77 |
ГОСТ 8.417-81 |
||
|
параметр |
обозначение |
единицы |
||
|
измерения |
||||
|
основное |
русское |
международное |
||
|
(неосновное) |
||||
|
Добротность |
Q |
|||
|
Емкость электрическая |
С |
Ф |
F |
|
|
Индуктивность собственная |
L |
Гн |
Н |
|
|
Индуктивность взаимная |
M(Lmn) |
Гн |
Н |
|
|
Индуктивность магнитная |
В |
Гс |
Gs |
|
|
Коэффициент выпуклости гистерезисной петли |
||||
|
Коэффициент магнитного рассеяния |
||||
|
Коэффициент связи |
к |
|||
|
Коэффициент потерь |
к(х) |
|||
|
Коэффициент трансформации |
n |
|||
|
Коэффициент трансформации трансформатора напряжения |
К(Кu) |
|||
|
Величина, |
ГОСТ 1494-77 |
ГОСТ 8.417-81 |
||
|
параметр |
обозначение |
единицы |
||
|
измерения |
||||
|
основное (неосновное) |
русское |
международное |
||
|
Коэффициент трансформации трансформатора тока |
К(Кт) |
|||
|
Момент магнит ный |
m |
Вб |
WB |
|
|
Мощность |
Р |
Вт |
w |
|
|
Намагничен ность |
М |
А/м |
A/m |
|
|
Напряженность магнитного поля |
Н |
Э |
Ое |
|
|
Проницаемость постоянная магнитная |
µо |
|||
|
Проницаемость абсолютная магнитная |
µа(µ) |
Гн/м |
Н/м |
|
|
Поток магнит ной индукции, магнитный поток |
Ф |
Вб |
WB |
|
|
Величина, |
ГОСТ 1494-77 |
ГОСТ 8.417-81 |
||
|
параметр |
обозначение |
единицы |
||
|
измерения |
||||
|
основное (неосновное) |
русское |
международное |
||
|
Плотность маг нитного потока |
— |
Тл |
Т |
|
|
Сила коэрци тивная |
Нс |
|||
|
Сила электро движущая вдоль замкнуто го контура |
F(Fm) |
В |
V |
|
|
Ток |
I |
А |
||
|
Угол потерь |
д |
|||
|
Частота |
t(v) |
Гц |
Hz |
|
|
Частота колеба ний угловая |
w( Щ) |
|||
|
Электрическое сопротивление |
R(r) |
Ом |
0 |
|
|
Энергия элект ромагнитная |
W |
Дж |
J |
|
|
Энергия элект ромагнитная удельная |
w |
|||
5. Конструктивные особенности трансформаторов
Основными частями трансформатора являются магнитопровод и катушка с обмотками.
Материалом для магнитопровода трансформаторов служит листовая электротехническая сталь различных марок и толщины, горячей прокатки и холоднокатаная; от содержания кремния, которое отражено в марке стали, а также от толщины листа зависят потери мощности в магнитопроводе от вихревых токов. Толщину листа применяемой стали выбирают в зависимости от частоты сети, питающей трансформатор: с увеличением частоты толщину листа надо уменьшать. Ленточные (витые) магнитопроводы изготавливают из лент рулонной стали; предварительно лента покрывается изолирующим и склеивающим составом.
Стержневые магнитопроводы
Сборка частей магнитопровода может производиться встык и вперекрышку, причем в последнем случае увеличивается механическая прочность и уменьшается магнитное сопротивление магнитопровода. При сборке встык пластины собирают в единый пакет и предусматривают изоляционную прокладку между пакетами для предохранения от замыкания между отдельными листами магнитопровода. Сборка встык упрощает монтаж и демонтаж трансформатора.
Пластины магнитопровода скрепляют в пакет либо с помощью изолированных от магнитопровода шпилек либо с помощью специальных бандажей из капроновых ниток.
Броневые магнитопроводы
Поскольку в броневом магнитопроводе обмотка размещается на среднем стержне, магнитный поток разветвляется на правую и левую части и, таким образом, в крайних стержнях его значение будет в 2 раза меньше, чем в центральном; это позволяет уменьшить сечение крайних стержней в 2 раза по сравнению с центральным. собирают из отдельных штампованных колец, покрытых изолирующим лаком; сборка производится с помощью намотки на пакет пластин ленточной лакоткани. Этот магнитопровод обладает наилучшими магнитными свойствами::наименьшее магнитное сопротивление, минимальные индуктивность рассеивания и чувствительность к внешним магнитным полям, однако изготовление обмоток в данном случае может производиться только на специальных станках челночного типа или вручную.
Ленточные магнитопроводы стержневого и броневого типа, Тороидальные ленточные магнитопроводы
Рис. 1.1 Конструкция магнитопроводов трансформаторов
Обмотки трансформатора
При диаметре провода более 1 мм каркас выполняется из электрокартона, а отдельные слои обмотки перевязываются хлопчатобумажной лентой.
Обмоточные провода маркируются по диаметру, виду изоляции и нагревостойкости.
Для повышения электрической прочности трансформаторы после сборки пропитывают электроизоляционными лаками, а иногда заливают специальными компаундами.
трансформаторах средней мощности
низковольтных трансформаторах (до 100 В) малой мощности
высоковольтных трансформаторах (свыше 1000
низковольтных трансформаторах
Рис . 1.2 Расположение обмоток на каркасе: а — в высоковольтном трансформаторе; б — в низковольтном; в — в броневом
Достоинство такого расположения обмоток—небольшое значение магнитного потока рассеяния из-за меньшей толщины намотки и небольшой расход обмоточных проводов, так как снижение толщины намотки ведет к уменьшению средней длины витка обмотки.
трансформаторах с броневыми магнитопроводами
трехфазном трансформаторе
тороидальных трансформаторах
Стержневые, Тороидальные магнитопроводы
В конструкции трансформатора должна быть предусмотрена панель, к которой припаиваются выводы обмоток. Корпус трансформатора (накладки, обоймы, скобы) электрически соединяется с магнитопроводом и заземляется. Эта мера необходима из соображений техники безопасности на случай пробоя одной из обмоток.
6. Маркировка трансформаторов
трансформатор магнитный поле обмотка
Каждый трансформатор снабжен щитком из материала, не подверженного атмосферным влияниям. Щиток прикреплен к баку трансформатора на видном месте и содержит его номинальные данные, которые нанесены травлением, гравировкой, выбиванием или другим способом, обеспечивающим долговечность знаков. На щитке трансформатора согласно ГОСТ 11677-65 указаны следующие данные:
1. Марка завода-изготовителя.
2. Год выпуска.
3. Заводской номер.
4. Обозначение типа.
5. Номер стандарта, которому соответствует изготовленный трансформатор.
6. Номинальная мощность. (Для трехобмоточных трансформаторов указывают мощность каждой обмотки).
7. Номинальные напряжения и напряжения ответвлений обмоток.
8. Номинальные токи каждой обмотки.
9. Число фаз.
10. Частота тока.
11. Схема и группа соединения обмоток трансформатора.
12. Напряжение короткого замыкания.
13. Род установки (внутренняя или наружная).
14. Способ охлаждения.
15. Полная масса трансформатора.
16. Масса масла.
17. Масса активной части.
18. Положения переключателя, обозначенные на его приводе.
Для трансформатора с искусственным воздушным охлаждением дополнительно указана мощность его при отключенном охлаждении. Заводской номер трансформатора выбит также на баке под щитком, на крышке около ввода ВН фазы А и на левом конце верхней полки ярмовой балки магнитопровода.
Условное обозначение трансформатора состоит из буквенной и цифровой частей. Буквы означают следующее: Т — трехфазный трансформатор, О — однофазный, М — естественное масляное охлаждение, Д — масляное охлаждение с дутьем (искусственное воздушное и с естественной циркуляцией масла), Ц — масляное охлаждение с принудительной циркуляцией масла через водяной охладитель, ДЦ — масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла, Г — грозоупорный трансформатор, Н — в конце обозначения — трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой, Н — на втором месте — заполненный негорючим жидким диэлектриком, Т на третьем месте — трехобмоточный трансформатор.
Первое число, стоящее после буквенного обозначения трансформатора, показывает номинальную мощность (кВ·А), второе число — номинальное напряжение обмотки ВН (кВ·А).
Так, тип ТМ 6300/35 означает трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением мощностью 6300 кВ·А и напряжением обмотки ВН 35 кВ·А; тип ТЦТНГ-6300/220 означает трехфазный трехобмоточный трансформатор с принудительной циркуляцией масла при масло-водяном охлаждении, с регулированием напряжения под нагрузкой, грозоупорный, мощностью 63000 кВ·А и напряжением обмотки ВН 220 кВ.
Буква А в обозначении типа трансформатора означает автотрансформатор. В обозначении трехобмоточных автотрансформаторов букву А ставят либо первой, либо последней. Если автотрансформаторная схема является основной (обмотки ВН и СН образуют автотрансформатор, а обмотка НН дополнительная).
Букву А ставят первой, если трансформаторная схема является дополнительной, букву А ставят последней.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/na-temu-transformatoryi/
1. Китаев В.Е. Трансформаторы. Москва, «Высшая школа», 1974.
2. Грумбина А.Б. Электрические машины и источники питания РЭА. Москва, «Энергоатомиздат», 1990.
3. Сидоров И.Н., Скорняков С.В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры, Москва «Радио и связь», 1994.
