Opori-osveshenia.ru

Опоры освещения
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Основные части, из которых состоит трансформатор

Основные части, из которых состоит трансформатор

Основные части трансформатора

Трансформатор — это электрическая машина, служащая для переноса энергии переменного тока с помощью индукции от одной электрической цепи к другой с изменением параметров. Поскольку он не имеет подвижных частей, его можно отнести к устройствам.

Основные части трансформатора — сердечник и обмотки — действительно неподвижны и не преобразуют электрическую энергию в механическую, поэтому оба термина (машина и устройство) будут верны.

Принцип работы

Устройство трансформатора основано на законе Фарадея, согласно которому переменное магнитное поле может вызвать переменное напряжение на концах витка из проводника. В простейшем трансформаторе это явление провоцируется путём обёртывания нескольких витков провода вокруг сердечника из магнитного материала. Как правило, существует два типа обмоток:

  • первичная (присоединяется к генератору, сети или другому источнику);
  • вторичная (присоединяется к нагрузке).

Конструкция трансформатора

По сути, любые две (или более) катушки индуктивности, расположенные достаточно близко друг к другу, будут работать как трансформатор. И чем больше они связаны магнитным способом, тем эффективнее их работа.

При изменениях магнитного поля, вызванных прохождением переменного электрического тока через первичную обмотку, напряжение индуцируется во вторичных обмотках в полном соответствии с приложенным к ним магнитным полем.

Этот принцип также используется в генераторах переменного тока, электродвигателях и динамиках акустических систем.

Основная задача трансформаторов — увеличивать или уменьшать напряжение с соответствующим увеличением или уменьшением тока. Каждый из них, независимо от его назначения и роли в электрических схемах, обладает такими общими признаками:

  • в основе используют закон электромагнитной индукции;
  • частота входного и выходного тока одинакова;
  • первичные и вторичные обмотки лишены электрического соединения — передача мощности осуществляется только через магнитный поток.

Основные конструкционные части

Трансформатор из чего состоит

Размеры трансформаторов бывают от миниатюрных для передачи менее одной тысячной вольт-ампера до огромных агрегатов весом более 100 тонн, оперирующих мощностями в несколько миллионов вольт-ампер. И используются для различных целей.

Соответственно, оснащены неодинаковыми вариантами схем обмоток, типами сердечников и материалами изготовления конструктивных частей. Кроме того, строение трансформатора может предусматривать интеграцию в них вспомогательных систем, таких как принудительное жидкостное или воздушное охлаждение.

Магнитный сердечник

Способность вещества нести магнитное поле называется проницаемостью. Эта величина для сердечников колеблется в широком диапазоне, в зависимости от применяемых материалов и способа их обработки. Проницаемость воздуха равна единице. Большинство традиционных сердечников имеет гораздо более высокое значение. Характеристики некоторых материалов, которые используются в качестве магнитного контура:

  • Воздух. Обеспечивает худшее удержание потока, но идеально подходит для высоких частот.
  • Трансформаторные стали. Проницаемость 500 и выше.
  • Порошковые композиты. Производят спекая магнитные частицы со связующим агентом с последующим обжигом. Полученный керамический материал обладает выдающимися качествами на частотах более 1 МГц. Проницаемость от 40 и выше.
  • Ферриты. Магнитная керамика, как правило, с использованием экзотических магнитных материалов. Чрезвычайно высокая проницаемость (от 500 до 9000 и выше) и отличные характеристики на частотах от 50 кГц до 1 МГц.

Строение трансформатора

Теоретически, порошковые композиты и ферриты классифицируются как мягкие. Эта характеристика не имеет ничего общего с их физическими свойствами, а указывает на их пригодность к остаточной намагниченности. Жёсткие магнитные материалы используются для постоянных магнитов и способны сохранять бо́льшую часть первоначально наведённого в них магнитного поля.

Магнитные цепи трансформаторов подвергаются воздействию переменного поля, которое в массивных проводниках способно индуцировать так называемые вихревые токи — обычные индукционные токи, замкнувшие своё движение внутри толщи проводника.

Это явление приводит к потерям при передаче энергии и перегреву трансформатора. Эффективный способ борьбы с вихревыми токами — применение шихтованных (набранных из изолированных пластин) сердечников. В этом случае для хорошего результата важно предусмотреть в конструкции трансформатора верные направления магнитных потоков.

Обмотки и изоляция

В качестве основного проводника тока в обмотках трансформатора используют два типа проводов — алюминиевые и медные. Первые значительно легче и, как правило, дешевле. Алюминиевые провода для того, чтобы пропускать такое же количества тока, как и медные, должны быть большей площади поперечного сечения. Поэтому используются в стационарных силовых трансформаторах. Для маломощных низковольтных электрических сетей и схем оправдано применение медных проводов, как обладающих большей прочностью и компактностью в обмотках.

Читайте так же:
Как уменьшить обороты электродвигателя 12 вольт

Трансформатор описание

С целью предотвращения замыкания соприкасающихся витков их предварительно изолируют. Как правило, для трансформаторов с воздушным охлаждением применяют готовый провод с нанесённой на него эмалью или в шёлковой оплётке.

В больших силовых и распределительных трансформаторах проводники изолируют друг от друга с помощью пропитанной маслом бумаги или ткани. В такой конструкции сердечник вместе с обмотками работает погружённым в герметичный резервуар с трансформаторным маслом. Последнее выполняет функции изолятора и хладагента.

Для борьбы с вихревыми токами в обмотках нередко используют многожильные проводники. В случаях с трансформаторами очень большой мощности по той же причине применяют ленты и полосы из меди или алюминия.

Первичные и вторичные обмотки могут иметь вынесенные соединения в промежуточных точках навивки. Их назначение — обеспечить выбор в соотношениях подаваемого и снимаемого напряжения.

Эти устройства чрезвычайно разнообразны и могут использоваться самыми экзотическими способами: в компьютерных сетевых картах и модемах, усилителях мощности и микроволновых печах, автомобилях и судовых системах зажигания, подвижных катушках фонокорректоров и катушках Тесла, распределительных узлах электроэнергии — это лишь небольшой перечень множества видов трансформаторов.

Определить основные части трансформатора

Основными частями трансформатора являются магнитная система (магнитопровод), обмотки и система охлаждения.

Магнитная система (магнитопровод) трансформатора представляет собой комп­лект пластин или других элементов электро­технической стали или другого ферромаг­нитного материала, собранных в опреде­ленной геометрической форме, предназначен­ный для локализации в нем основного маг­нитного поля трансформатора. Магнитная система в полностью собранном виде сов­местно со всеми узлами и деталями, служа­щими для скрепления ее отдельных частей в единую конструкцию, называется осто­вом трансформатора.

Основным элементом обмотки является виток, т. е. электрический проводник, или ряд параллельно соединенных проводников, однократно охватывающий часть магнит­ной системы трансформатора, электричес­кий ток которого совместно с токами дру­гих частей трансформатора создает магнит­ное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится ЭДС.

Обмоткой называется совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведенные в витках с целью получения высшего, средне­го или низшего напряжения трансформато­ра или с другой целью. В трехфазном транс­форматоре под обмоткой обычно подразу­мевают совокупность соединяемых между собой обмоток одного напряжения трех фаз.

Основными называются обмотки транс­форматора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного то­ка. Кроме основных трансформатор может иметь вспомогательные обмотки, предназ­наченные, например, для компенсации треть­ей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, питания сети собственных нужд с мощностью, существенно меньшей, чем но­минальная мощность трансформатора, и т. п.

Обмотки, как правило, выполняются из медного или алюминиевого изолирован­ного провода в виде круговых цилиндров. В двухобмоточном трансформаторе разли­чают обмотку высшего напряжения (ВН), присоединяемую к сети более высокого на­пряжения, и обмотку низшего напряжения (НН), присоединяемую к сети более низко­го напряжения. В трехобмоточном транс­форматоре различают обмотки высшего (ВН), среднего (СН) и низшего (НН) на­пряжений.

Единая конструкция, включающая в со­бранном виде остов трансформатора, об­мотки с их изоляцией, отводы, т. е. провод­ники, соединяющие обмотки между собой и с другими частями трансформатора, час­ти устройства регулирования напряжения,

а также все детали, служащие для их ме­ханического соединения, называется актив­ной частью трансформатора.

Трансформаторы с естественным воз­душным охлаждением (сухие трансформато­ры) обычно не имеют специальной системы охлаждения. Для масляных трансформато­ров в систему охлаждения входит бак трансформатора, заливаемый маслом, а для мощных трансформаторов — также и охла­дители, вентиляторы, масляные насосы, теп­лообменники и т. д.

Силовые трансформаторы: определение, классификация и принцип работы

Наиболее распространенными электрическими устройствами в промышленности и в быту являются трансформаторы. Их назначение – передача мощности внутри несогласованной электрической цепи между ее различными схемами. Применяются в тех случаях, когда требуется понизить или повысить напряжение между источником энергии и потребителем. Также трансформаторы включены в схемы блоков питания, преобразующих переменный ток в постоянный. В основе работы трансформаторов лежит их способность передавать электроэнергию между контурами посредством магнитной индукции.

Силовые трансформаторы

Силовые трансформаторы — электромагнитные устройства, предназначенные для преобразования напряжений переменного тока, сохраняя при этом его частоту, а также для преобразования самой системы электроснабжения.

Конструкция и устройство силовых трансформаторов

Основной частью каждого силового трансформатора является его сердечник с несколькими обмотками, изготовленный из ферромагнитного материала. Как правило, это тонкие листы специального трансформаторного железа, обладающего магнитомягкими свойствами. Листы укладываются таким образом, чтобы форма стержней под обмотками в сечении была приближенной к кругу. Для повышения КПД устройства и снижения потерь, целые листы перекрывают стыки между отдельно взятыми пластинами.

Читайте так же:
Как проверить линейный стабилизатор

Трансформаторная обмотка выполняется, как правило, из медного провода с прямоугольным или круглым сечением. Каждый виток изолирован от самого магнитопровода, а также от соседних витков. Для циркуляции охладителя, между обмотками и отдельными ее слоями предусматриваются технические пустоты.

Каждый трансформатор имеет как минимум две обмотки: первичную (на нее подается электрический ток) и вторичную (ток снимается после преобразования его напряжения).

Принцип работы

Принцип работы любого силового трансформатора заключается в явлении электромагнитной индукции. На первичную обмотку подается переменный ток, который образует в магнитопроводе переменный магнитный поток. Это происходит за счет его замыкания на магнитопроводе и образования сцепления между обмотками, индуцируя ЭДС. Нагрузка, подключенная ко вторичной обмотке, приводит к образованию в ней напряжения и тока.

Конструктивно, для получения любого напряжения на вторичной обмотке, используется необходимое соотношение витков между обмотками. Силовой трансформатор обладает свойством обратимости. Иными словами, он может быть использован и для повышения, и для понижения напряжения. В большинстве случаев силовой трансформатор применятся для решения определенных задач. Например, конкретно повышать или понижать напряжение. У повышающего трансформатора напряжение на первичной обмотке ниже, чем на вторичной.

Классификация силовых трансформаторов

В зависимости от класса напряжения и полной потребляемой мощности, силовые трансформаторы условно делятся на следующие категории:

До 100 кВА, до 35кВ;

100 – 1000 кВА, до 35кВ;

1000 – 6300 кВА, до 35кВ;

Более 6300кВА, до 35кВ;

До 32 000 кВА, 35 – 110 кВ;

32 000 – 80 000 кВА, до 330 кВ;

80 000 – 200 000 кВА, до 330 кВ;

Более 200 000 кВА, более 330 кВ.

Виды силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы можно разделить на несколько видов, основываясь на следующих характеристиках и показателях:

Тип охлаждения. Различают сухие и масляные трансформаторы. Первый вариант имеет воздушное охлаждение, используется там, где повышены требования к экологии и пожаробезопасности. Второй вариант представляет собой корпус, заполненный маслом с диэлектрическими свойствами, в который погружен сердечник с обмотками;

Климатическое исполнение: наружные и внутренние варианты;

Количество фаз. Бывают трехфазные (наиболее распространенные) и однофазные;

Количество обмоток. Различают двухобмоточные и многообмоточные варианты;

Назначение: повышающие и понижающие.

Дополнительным критерием служит наличие или отсутствие регулятора выходного напряжения.

Элементы силового трансформатора

Конструкция силового трансформатора подразумевает наличие следующих элементов:

Силовые вводы – устройства, через которые подается нагрузка. Могут быть расположены внутри изделия или снаружи. Вводы изолированы различными специальными материалами, отличаются по типу изоляции и конструкции;

Охладители. Для мощных силовых трансформаторов предусматривается масляная система охлаждения. Охлаждение самого же масла производится посредством радиаторов, гофрированного бака, принудительной вентиляции, масляно-водных охладителей или циркуляционными насосами;

Регуляторы выходного напряжения – устройства, предназначенные для изменения коэффициента трансформации. Могут срабатывать как под действием определенной нагрузки, так и без нее (в зависимости от конструкции). По сути, регуляторы добавляют, либо уменьшают в обмотке количество ее витков.

Силовые трансформаторы могут быть оснащены дополнительным навесным оборудованием:

Газовое реле – устройство с функцией защиты. Если трансформатор работает нестабильно, масло разлагается на составляющие с выделением газа. Газовое реле либо отключает трансформатор, либо оповещает предупреждающими сигналами;

Индикаторы температуры – датчики, производящие замеры температуры масла;

Влагопоглотители – устройства, поглощающие образуемый под защитной крышкой конденсат, тем самым предотвращая его попадание в масло;

Система регенерации масла;

Автоматическая система защиты от повышения давления охладителя;

Индикатор уровня масла.

Параметры силового трансформатора

Номинальная мощность. Для трансформатора с двумя обмотками параметр равен мощности каждой из них. Для трехобмоточного варианта с разной мощностью обмоток параметр равен большему из показателей;

Номинальное напряжение обмоток – характерный параметр для холостой работы;

Номинальный ток – показатель, при котором разрешается длительная эксплуатация устройства;

Напряжение короткого замыкания — характеристика полного сопротивления обмоток.

Потери короткого замыкания;

Ток холостого хода – потери материала магнитопровода (реактивные и активные);

Читайте так же:
Какие лампы лучше светодиодные или филаментные

Потери тока холостого хода;

Как выбрать силовой трансформатор

Выбор силового трансформатора для эксплуатации на предприятиях основан на подборе мощности, а также в соответствии с требованиями к надежности питания. Чтобы обеспечить бесперебойное питание, в некоторых случаях требуется установка нескольких трансформаторов. Мощность каждого устройства подбирается таким образом, чтобы при выходе его из строя, другие устройства были способны взять на себя функции этого недостающего звена, с учетом возможных перегрузок.

Еще один важный критерий – наличие защиты:

От внутренних повреждений. Обеспечивается устройствами, контролирующими наличие газов, температуру, давление и уровень масляного охладителя;

От перегрузок. Используется так называемая дифференциальная защита, когда на каждой фазе установлены трансформаторы тока.

Ремонт и техническое обслуживание

Надежность силовых трансформаторов напрямую зависит от качества и своевременности их обслуживания. Устройства, установленные в помещениях, где работает персонал предприятия, подвергаются ежедневному осмотру с контролем показателей уровня масла, состояния поглотителя и устройств регенерации. Кроме того, проверяется целостность корпуса и основных элементов. Трансформаторы в помещениях без персонала осматриваются раз в месяц, а трансформаторные пункты – дважды в год.

Внеплановый осмотр силового трансформатора и его систем защиты проводится при резком изменении температуры окружающего воздуха, а также при аварийных режимах. Периодическому обслуживанию подвергаются и устройства регулировки напряжения. Причина – окисление контактных групп, что приводит к возрастанию их переходного сопротивления. Перед сезонными изменениями нагрузки (обычно дважды в год) устройство отключается от потребителей и питания, после чего регулятор напряжения переводится последовательно во все возможные положения. Процедура способствует разрушению пленки окислов.

Лабораторный анализ масла производится каждый год при капитальном ремонте. Если масло не удовлетворяет требованиям при визуальном осмотре (цвет) или по данным обследования, производится его замена или доливка.

Основные определения и термины, применяемые в трансформаторах

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индукционно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока, в том числе для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.
Схема работы однофазного трансформатора при холостом ходе
Рис. 1. Схема работы однофазного трансформатора при холостом ходе

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, заключающемся в том, что при изменении во времени магнитного поля, пронизывающего проводящий контур, в последнем наводится (индуцируется) электродвижущая сила (эдс).
Если к концам одной из обмоток однофазного трансформатора (рис. 1), в данном случае АХ обмотки 1У подведено переменное напряжение U1, то по ней протекает ток /х холостого хода, его также называют намагничивающим, он создает магнитное поле, изменяющееся с той же частотой, что и напряжение. При этом вследствие высокой магнитной проницаемости стали большая часть магнитного поля, которая называется основным магнитным нолем ф трансформатора, замыкается через контур магнитной системы, другая часть магнитного поля, называемого полем рассеяния Фр замыкается через воздух, она не связана магнитно с обмоткой 2 и поэтому в трансформировании напряжения (энергии) не участвует. Согласно закону электромагнитной индукции изменяющееся основное магнитное поле Ф, пронизывающее обе обмотки, наводит в них эдс E1 и Е2. Напряжение U2l измеренное вольтметром и подведенное напряжение Uu практически можно считать равными эдс Е2 и Е1 соответственно. Если к концам ах обмотки подсоединить какую-либо электрическую нагрузку, то в ее цепи возникает ток, который одновременно вызовет увеличение тока в обмотке 1.
Таким образом, в рассматриваемом электромагнитном устройстве— трансформаторе происходит трансформация электрической энергии, подведенной к обмотке /, в электромагнитную и далее в электрическую, используемую в цепи нагрузки, подключенной в обмотке 2.
Трансформатор, в магнитной системе 3 которого создается однофазное магнитное поле, называется однофазным, если же создается трехфазное поле, то — трехфазным.
Обмотка, к которой подводится энергия (напряжение) преобразуемого переменного тока, называются первичной; обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется вторичной.
Под обмоткой трансформатора подразумевают совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются электродвижущие силы, наведенные в витках, с целью получения заданного напряжения.
Обмотка трансформатора, к которой подводится электроэнергия преобразуемого или от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется основной. Силовой трансформатор имеет не менее двух основных обмоток.
Основная обмотка трансформатора, имеющая наибольшее номинальное напряжение, называется обмоткой высшего напряжения (ВН), наименьшее — обмоткой низшего напряжения (НН), а промежуточное между ними — обмоткой среднего напряжения (СН).
Трансформатор с двумя гальванически не связанными обмотками (ВН и НН) называется двухобмоточным, с тремя (ВН, СН и НН) — трехобмоточным. Одна из этих обмоток является первичной, две другие — вторичными. Если у трансформатора первичной является обмотка НН, его называют повышающим, если ВН — понижающим.

Читайте так же:
Как подключить беспроводную видеокамеру

Значения вторичной эдс Е2 и соответственно напряжения U2 зависят от числа витков вторичной обмотки. Увеличение числа витков вторичной обмотки приводит к увеличению вторичных эдс и напряжения и наоборот.

Другим расчетным показателем трансформатора является коэффициент трансформации ky равный отношению напряжения на зажимах обмотки высшего напряжения к напряжению на зажимах обмотки низшего напряжения в режиме холостого хода (ненагруженного) трансформатора.
Двухобмоточный трансформатор имеет один коэффициент трансформации, равный отношению высшего напряжения к низшему, трехобмоточный трансформатор — три коэффициента трансформации, равные отношению высшего напряжения к низшему, высшего напряжения к среднему и среднего к низшему.
Для двух обмоток силового трансформатора, расположенных на одном стержне магнитной системы, коэффициент трансформации принимается равным отношению чисел их витков. Поэтому если, например, первичная обмотка с числом витков W является обмоткой высшего напряжения, а вторичная с числом витков w2— низшего напряжения, то k=UfU2=Wi/w2y откуда U = kU2, W = kw2.
Таким образом, зная коэффициент трансформации и напряжение вторичной обмотки трансформатора, легко определить напряжение первичной обмотки и наоборот. Это относится также к значениям токов и к числам витков.
Для улучшения электрической изоляции токопроводящих частей и условий охлаждения трансформатора обмотки вместе с магнитной системой погружают в бак с трансформаторным маслом. Такие трансформаторы называют маслонаполненным и или масляными.
Некоторые трансформаторы специального назначения вместо масла наполняют негорючей синтетической жидкостью — совтолом. Трансформаторы, у которых основной изолирующей средой служит воздух, газ или твердый диэлектрик, а охлаждающей средой — атмосферный воздух, называют сухими.
Каждый трансформатор характеризуется номинальными данными, основные указывают в прикрепляемой к нему табличке. К ним относятся: мощность, напряжение, ток, частота и др.

Номинальная мощность трансформатора — это мощность, на которую он рассчитан.
Номинальная мощность 5 трансформаторов выражается полной электрической мощностью в киловольт-амперах (кВ-А) или мегавольтамперах (MB-А).

Номинальное первичное напряжение — это напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора; номинальное вторичное напряжение— напряжение на зажимах вторичной обмотки, получающееся при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки. Номинальные токи определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжения.
Высшее номинальное напряжение трансформатора — это наибольшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.

Низшее номинальное напряжение — наименьшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.

Среднее номинальное напряжение — номинальное напряжение, являющееся промежуточным между высшим и низшим номинальным напряжением обмоток трансформатора.
Режим, при котором одна из обмоток трансформатора замкнута накоротко, а вторая находится под напряжением, называется коротким замыканием (к. з.). Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальных напряжениях, в обмотках возникают токи короткого замыкания, в 5—20 раз (и более) превышающие номинальные. При этом резко повышается температура обмоток и в них возникают большие механические усилия. Такое замыкание является аварийным и для предотвращения повреждения трансформатора применяется специальная защита, которая должна отключить его в течение долей секунды.
Если в порядке опыта замкнуть накоротко одну из обмоток трансформатора (рис. 2), в данном случае обмотку НН с числом витков W29 а к другой с числом витков w подвести пониженное напряжение и постепенно его повышать, то при определенном значении напряжения С/кз, называемом напряжением короткого замыкания, в обмотках будут проходить токи, соответственно равные номинальным значениям первичной и вторичной обмоток.

Схема и поля рассеяния однофазного трансформатора в режиме короткого замыкания

Равенство напряжений короткого замыкания параллельно включенных трансформаторов — одно из условий их нормальной работы. Напряжение икз указывают в табличке каждого трансформатора. Оно определено стандартами и зависит от типа и мощности трансформатора: для силовых трансформаторов малой и средней мощности оно составляет 5—7%, для мощных трансформаторов — 6—17% и более.

Рис. 2. Схема и поля рассеяния однофазного трансформатора в режиме короткого замыкания: а — условного, б — реального

Читайте так же:
Как сделать барбекюшницу из газового баллона

При опыте короткого замыкания в магнитной системе создается незначительное магнитное поле Фк, обусловленное малым намагничивающим током вследствие небольшого подведенного напряжения ик.3. Проходящие по первичной и вторичной обмоткам номинальные токи создают встречнонаправленные мдс, соответственно им поля рассеяния и Фp1 и Фр2, вынуждены замыкаться через воздух и металлические детали трансформатора (см. рис. 2, а). Поля рассеяния в реальном трансформаторе, в котором первичная и вторичная обмотки размещены на одном стержне магнитной системы, изображены на рис. 2 б.
Результирующее поле рассеяния Фр создает в обмотках индуктивное сопротивление, которое при аварийном коротком замыкании ограничивает ток в обмотках, предохраняя их от чрезмерного нагрева и разрушения. Чем больше иш, тем меньше опасность разрушения обмоток при аварийных коротких замыканиях. Однако напряжение короткого замыкания иш при расчете трансформатора ограничивают до определенного значения, в противном случае, поля рассеяния, создавая значительное индуктивное сопротивление, вызовут недопустимо большое реактивное падение напряжения в обмотках, в результате чего снизятся вторичное напряжение и соответственно мощность, получаемая потребителем. Напряжение короткого замыкания определяется для каждой пары обмоток: в двухобмоточном трансформаторе — для обмоток ВН — НН; в трехобмоточном трансформаторе — для обмоток ВН—НН; ВН — СН и СН — НН.

Потери трансформатора — это активная мощность, расходуемая в магнитной системе, обмотках и других частях трансформатора при различных режимах работы.

Потери холостого хода Рхх — это потребляемая трансформатором активная мощность в режиме холостого хода при номинальном напряжении и номинальной частоте первичной обмотки.
При холостом ходе трансформатор не передает электрическую энергию, так как вторичная обмотка разомкнута. Потребляемая им активная мощность тратится на нагревание стали магнитной системы от перемагничивания и вихревыми токами, а также частично первичной обмотки. Эти суммарные потери называют потерями холостого хода трансформатора. Ввиду малого тока холостого хода потери в активном сопротивлении обмотки при этом незначительны (0,3—0,5% номинальной мощности трансформатора), поэтому ими пренебрегают и считают, что мощность расходуется только на потери в стали магнитной системы. Абсолютное значение потерь холостого хода трансформатора незначительно. Однако их стремятся максимально снизить, так как суммарные годовые потери холостого хода трансформатора сравнительно велики.

Потери короткого замыкания Рш — это потребляемая трансформатором активная мощность при опыте к. з., обусловленная потерями в активном сопротивлении первичной и вторичной обмоток и токоведущих частях трансформатора при прохождении номинального тока и добавочными потерями, вызванными полями рассеяния.

Напряжение Uкз, подводимое к трансформатору при опыте короткого замыкания, в зависимости от его конструкции и назначения в 5—20 раз меньше номинального, поэтому магнитное поле в магнитной системе незначительное, соответственно незначительны и потери в активной стали на перемагничивание. Ими пренебрегают, считая, что потребляемая мощность при коротком замыкании расходуется только на потери в активном сопротивлении обмоток и на добавочные потери, вызванные полями рассеяния. Поля рассеяния наводят в обмотках и других токоведущих частях трансформатора (отводы, вводы и др.) вихревые токи, а в стальных конструкциях (стенки бака, ярмовые балки, детали прессовки и др.) кроме вихревых токов создают гистерезисные потери (потери от перемагничивания). Добавочные потери от полей рассеяния вызывают перегревы отдельных частей трансформатора и снижают его коэффициент полезного действия (кпд). Поэтому при расчетах и конструировании трансформаторов поля рассеяния стараются уменьшить до оптимального значения, для этого первичную и вторичную обмотки размещают концентрически она одном стержне магнитной системы, максимально возможно уменьшая канал между ними (рис. 3). Чем ближе обмотки друг к другу, тем меньше поле рассеяния, а следовательно, добавочные потери от вихревых токов и перемагничивания.

Размещение обмоток ВН и НН на стержне магнитной системы
Рис. 3. Размещение обмоток ВН и НН на стержне магнитной системы

При опыте короткого замыкания токи и потери мощности такие же, как и при полной нагрузке трансформатора, поэтому их часто называют нагрузочными потерями. Потери холостого хода и короткого замыкания нормируются стандартом.
Суммарные потери трансформатора при номинальной нагрузке составляют потери холостого хода и короткого замыкания. Зная эти потери и мощность, выдаваемую трансформатором в сеть, можно определить его кпд в процентах. Трансформаторы имеют сравнительно высокий кпд (98,5—99,3%).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector