Трансформаторы. Их назначение и область применения

Краткая характеристика и конструкция силового трансформатора типа ТДТН-40000/110

Конструкции силовых трансформаторов различного типа схожи между собой. Отличие заключается в комплектации аппарата, конструкции системы охлаждения и защиты. Рассмотрим конструкцию аппарата на примере аппарата типа ТДТН-40000/110.

Расшифруем буквенные и цифровые обозначения. Первая буква Т говорит о том сколько фаз у трансформатора, в данном случае он трехфазный. Буква Д обозначает тип системы охлаждения. Система охлаждения Д характеризуется естественной циркуляцией трансформаторного масла и принудительной циркуляцией воздуха. Третья буква Т показывает количество обмоток силового трансформатора. В данном случае их три, то есть аппарат трехобмоточный. Последняя буква Н свидетельствует о возможности регулировки напряжения под нагрузкой (устройство РПН). Цифровое значение 40000 – номинальная мощность силового трансформатора в киловольтамперах (кВА). Значение 110 является номинальным напряжением обмотки высокого напряжения.

Далее рассмотрим основные конструктивные части силового трансформатора. Три обмотки высокого, среднего и низкого напряжения намотаны на сердечник (магнитопровод), выполненный из шихтованной стали. Магнитопровод с обмотками помещен в специальный бак. На крышке бака расположены выводы обмоток. В данном случае трех обмоток: высокого (ВН), среднего (СН) и низкого напряжений (НН). Обмотка ВН и СН имеет нулевой вывод, предназначенный для заземления обмотки. Если нулевой вывод трансформатора заземляется, то эта обмотка называется глухозаземленной, в противном случае именуется с изолированной нейтралью.

Также на крышке бака расположена выхлопная труба, газовая защита, устройство регулировки напряжения (РПН), расширитель и маслопровод, соединяющий расширитель непосредственно с самим баком.

Выхлопная труба служит для защиты бака трансформатора от разрыва при резком увеличении давления газа, который выделяется при внутренних повреждениях аппарата.

Газовая защита выполнена на газовом реле, которое действует на сигнал либо на отключение трансформатора в случае повреждения внутри самого аппарата.

Расширитель предназначен для обеспечения постоянного заполнения бака маслом при изменении температуры окружающего воздуха или нагрузки трансформатора, а также для уменьшения площади поверхности соприкосновения масла с воздухом. Соединение расширителя с атмосферой осуществляется через воздухоосушитель (дыхательный патрон).

Термосифонный фильтр заполняется силикагелем и служит для защиты масла от увлажнения и окисления. То есть осуществляет непрерывную регенерацию трансформаторного масла.

Для заливки и слива масла на баке аппарата расположены соответствующие задвижки, а также пробка для слива остатков масла. Для взятия пробы масла используется расположенный в нижней части бака кран.

Параметры силового трансформатора

Силовой трансформатор имеет номинальное напряжение. Оно может рассчитываться в зависимости от конструкции. В зависимости от конструкции он будет рассчитываться либо:

  • Между фазой и землей.
  • Между фазами.

Формула расчета номинального напряжения силового трансформатора

Вот основные элементы, из которых состоит силовой трансформатор:

  1. Первичная обмотка (W1).
  2. Вторичная обмотка (W2).
  3. Стержень магнитоотвода.
  4. Ярмо магнитоотвода.

Параметры напряжения силового трансформатора

Силовой масляный трансформатор обычно состоит из двух обмоток и проволоки, которая содержит в себе изоляцию. Сердечник должен изготавливаться из железа.

Принцип работы

Работа СТ осуществляется на законах электротехники. СТ ничем не отличаются от обыкновенного трансформатора. Проходящий в первичной обмотке ток изменяется во временном диапазоне гармониками. Он создаёт в магнитопроводах мощный поток магнитных полей. Индукция проникает сквозь витки вторичной обмотки, создаётся электродвижущая сила.

Принцип работы трансформатораПринцип работы трансформатора

Съём нагрузок происходит с проходных изоляторов вторичной обмотки на крыше трансформатора. Параметры тока вторичной обмотки держат не выше расчётной величины. В таком состоянии силовые установки работают месяцами, продолжительное время. Преобразуется 1 потенциал амплитуды низкого потенциала (6 – 10 кВ) электричества в высокий класс амплитуды (35, 110, 220, 500, 1100 кВ).

В рабочем режиме СТ подключён шинами РУ, линией электропередачи на нагрузку потребителей энергии. Без отбора мощности происходит повышение частоты электрического тока. СТ работающие в группе разгружены, близки к режимам работы на холостом ходу. При отборе мощности потребителями уменьшается частота электрического тока, трансформатор грузится на 100 – 140% мощность. При стабилизации частоты 50 + (0,5-1%) силовые установки переводятся на стабильный номинальный режим работы. В период испытаний он кратковременно включается на режимы коротких замыканий. Проверяются 99,99% электрических характеристик агрегата, проводится наладка режимов его работы.

Режим короткого замыканияРежим короткого замыкания

Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, что бы это определить нужно узнать коэффициент трансформации, с его помощью можно узнать какой трансформатор. Если коэффициент меньше 1 то трансформатор повышающий(также это можно определить по значениям если во вторичной обмотке больше чем в первичной то такой повышающий) и наоборот если К>1, то понижающий(если в первичной обмотке меньше витков чем во вторичной).

Формула по вычислению коэффициента трансформацииФормула по вычислению коэффициента трансформации

где:

  • U1 и U2 – ВН и НН напряжения,
  • N1 и N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке,
  • I1 и I2 – ток в первичной и вторичной обмотки.

Сфера применения

Мощность этого вида преобразователей варьирует в достаточно широких пределах – от нескольких киловольт-ампер до сотен мегавольт-ампер. Самые мощные трехфазные встраиваются в высоковольтные сети, предназначенные для передачи электроэнергии от электростанции до потребителей, и для запуска мощных электродвигателей в различных отраслях промышленности (металлургии, добыче и обработке нефти и газа, производстве станков, системах электрификации железных дорог).

Особый вид – лабораторные трансформаторы связи, оснащенные ручкой, позволяющей регулировать напряжение:

  • от 0 до 250 В (для однофазных приборов);
  • от 0 до 450 В (для трехфазных приборов).

Особенность конструкции – одна обмотка, от одного витка к другому проходит «дорожка» без изоляции. Для подключения к каждому витку используется управляемая ручкой угольная щетка. При повороте ручки меняется количество витков, включенных во вторичную цепь. Приборы с мощностью 0,5-10 Квт используется в процессе испытаний и наладки различного оборудования, в лабораториях учебных заведений.

Трансформаторы

Приборы с мощностью менее 1 кВ встраиваются в бытовую технику:

  • отопительные приборы;
  • сварочные аппараты;
  • системы сигнализации;
  • кондиционеры;
  • телефоны;
  • выпрямители;
  • радиотехнические устройства.

Использование этого вида преобразователей тока целесообразно при необходимости в управлении несколькими нагрузками.

Трансформаторы силовые сухие в литой изоляции импортного производства

Какие они, трансформаторы будущего

Считается, что трансформаторная отрасль весьма консервативна. Тем не менее и ей приходится считаться с революционными изменениями в области электротехники, где все громче о себе заявляют нанотехнологии. Как и множество других устройств, они постепенно «умнеют».

Элегазовые трансформаторы

Элегазовые трансформаторы

Активно ведется поиск новых конструкционных материалов – изоляционных и магнитных, способных обеспечить более высокую надежность трансформаторного оборудования. Одним из направлений может стать использование аморфных материалов, что значительно повысит его пожарную безопасность и надежность.

Появятся взрыво- и пожаробезопасные трансформаторы, в которых хлордифенилы, используемые для пропитки электроизоляционных материалов, будут заменены нетоксичными жидкими, экологически безопасными диэлектриками.

Элегазовые трансформаторы

Элегазовые трансформаторы

Примером тому — элегазовые силовые трансформаторы, где функцию хладагента выполняет негорючий элегаз гексафторид серы, вместо далеко не безопасного трансформаторного масла.

Вопрос времени – создание «умных» электросетей, оснащенных полупроводниковыми твердотельными трансформаторами с электронным управлением, с помощью которых появится возможность регулировать напряжение в зависимости от потребностей потребителей, в частности, подключать к домашней сети возобновляемые и промышленные источники питания, или наоборот отключать лишние, когда в них нет необходимости.

Еще одно перспективное направление – низкотемпературные сверхпроводимые трансформаторы. Работа по их созданию началась еще в 60-е годы. Главная проблема, с которой столкнулись ученые – огромные размеры криогенных систем, необходимых для изготовления жидкого гелия. Все изменилось в 1986 году, когда были открыты сверхпроводниковые высокотемпературные материалы. Благодаря им, появилась возможность отказаться от громоздких охлаждающих устройств.

Трансформатор с полупроводниковым преобразователем

Трансформатор с полупроводниковым преобразователем

Сверхпроводимые трансформаторы обладают уникальным качеством: при высокой плотности тока потери в них минимальны, зато, когда ток достигает критических значений, сопротивление от нулевого уровня резко увеличивается.

Где и для чего используют понижающие трансформаторы

  • трансформатор пониженного напряжения используют для питания рабочих инструментов;
  • понижающие агрегаты используют обязательно в основной магистрали, если необходимо оборудовать цеха или предприятия с различной автоматикой;
  • электрооборудование с понижающим потенциалом обязательно используют, если заново оборудуется низковольтная сеть освещения;
  • понижающий трансформатор 12 вольт задействуют для питания электроники.

Ассортимент трансформаторов огромен, и выбор агрегата в пользование всецело зависит от вольтажа вторичной обмотки. И не обойтись без понижающей подстанции ни в строительной сфере, ни в бытовой, то есть там, где идет применение инструментов от простых электрических шуруповертов до массивных крановых двигателей.

Преимущества и недостатки

К преимуществам автотрансформаторов относят:

  • высокий КПД за счет преобразования лишь части энергии (справедливо при коэффициенте преобразования при k <=3);
  • небольшие потери электричества;
  • плавный съем напряжения с контакта;
  • сравнительно низкую цену (требуется меньше стали для изготовления сердечника и меньше меди при создании обмоток);
  • небольшой вес, облегчающий перевозку и монтаж;
  • возможность изготовить оборудование по заданным размерам и весу.

Трансформаторы

При выборе обязательно учитываются недостатки:

  • необходимость разрядчиков на случай грозы из-за повышенного потенциала напряжения;
  • отсутствие изоляции между обмотками;
  • при сбоях высокого вольтажа низкий теряет стабильность;
  • при заземлении необходимо учесть, что его сопротивление не должно превышать разность потенциалов фаз во время короткого замыкания;
  • если прибор понижающий, возникают токи, способствующие образованию короткого замыкания.

Применять силовые модели этого оборудования целесообразно в сетях с напряжением от 110 кВт.

однофазный трансформатор

Обмотки и их свойства

Между обмотками существуют специальные прокладки, ограничивающие поступление тока и его движение между двумя элементами. Катушки обмотаны изолированными проводами, обмотанными слоями бумаги. Проводящие части могут иметь круглую или прямоугольную форму. Могут иметь дисковый или стержневой тип обматывания.

Обозначение на схеме

Чтение схем трансформатораУсловное обозначение трансформаторов на схеме и в специализированной литературе зависит от конструктивных особенностей изображаемой модели устройства. Но в общем случае на его рисунке указывается сердечник — толстая вертикальная линия, первичная обмотка (слева) и вторичная (справа). Сами катушки изображаются параллельно сердечнику в виде полуокружностей. Их количество нигде не регламентируется. Жирная точка, стоящая у полуокружностей, обозначает начало обмотки.

При указании особенности конструкции изображение сердечника может изменяться. Так, магнитопровод с магнитным зазором выполняется линией с разрывом посредине, если сердечник изготовлен из магнитодиэлектрика, используется тонкая пунктирная линия. Если есть необходимость указать материал, из которого сделан сердечник, то сверху линии ставится символ, соответствующий таблице Менделеева, например, Cu.

Таким образом, под словом трансформатор понимается электронный аппарат, предназначенный для повышения или понижения напряжения электрического тока. Эти его свойства нашли широкое применение как в аналоговой, так и цифровой технике. При этом ключевым элементом, обеспечивающим передачу энергии от электростанций к потребителям, также является трансформатор.

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

Приборы с работой под высоким напряжением нуждаются в периодическом измерении.

принцип действия измерительного трансформатора

Для чего этих целей в помощь – измерительные устройства, которые:

  • снижают величину напряжения до нужного уровня;
  • обеспечивают гальваническую развязку измерительному оборудованию от цепей с повышенной опасностью.

Мощность трансформатора

Нагрузка СТ рассчитывается условиями неисправности 1 из 2 СТ. 2 СТ обеспечивает потребителя электричеством. Он выдаёт проектную мощность, поддерживает: заданную частоту электрического тока, нормальное напряжение, силу тока, коэффициент φ=0,8. Трансформаторы создают электрическое питание с учётом перегрузочной способности.

Аннотация

Расчетно – графическая работа (РГР) посвящена синтезу непрерывных высококачественных систем автоматического регулирования судовыми техническими средствами на базе теорий инвариантности и оптимальности.

Целью расчетно – графической работы является закрепление теоретических знаний по применению методов теории автоматического управления для синтеза непрерывных систем автоматического регулирования (регуляторов).

В расчетно – графической работе сделан выбор схемы  операционного усилителя, составлены функциональная и структурная схемы системы автоматического регулирования, а также приведены дифференциальные уравнения и передаточные функции элементов САР. Произведён расчет основных параметров  элементов САР, определены условия инвариантности и оптимальности САР, а также построена принципиальная схема системы автоматического регулирования с учетом условий инвариантности и оптимальности.

Как выбрать понижающий трансформатор?

Существует масса разновидностей и типажей трансформаторов, однако при их выборе следует отдавать внимание ниже указанным характеристикам:

  • Параметр входящего напряжения, параметр которого обычно промаркирован на корпусе изделия. Для бытовых целей используется трансформатор 220 В.
  • Маркировка на корпусе устройства также должна свидетельствовать о величине выходящей энергии. Для того, чтобы ознакомиться подробнее с особенностями корпуса и маркировки, рекомендуем ознакомиться с фото понижающих трансформаторов на просторах Сети.
  • Сделайте следующие расчеты для правильного подбора характеристик мощности. Сложите величину энергии всех устройств, которые будут подключены к устройству и прибавьте еще 20%.

Принятая маркировка

Буквенно-цифровые обозначения СТ производится в соответствии с представленным ниже рисунком.

Маркировка силового трансформатораМаркировка силового трансформатора

Обозначения:

  1. Указывается тип аппарата. Возможны варианты «А», «Л», «Е» или отсутствие символа, что соответствует автотрансформатору, линейному или печному устройству. Отсутствие символа указывает на обычный СТ.
  2. «О» или «Т», соответствует однофазному или трехфазному аппарату.
  3. Используемая вариант отвода тепла (для масляных систем), возможные варианты:
  • М – принудительные системы не используются.
  • Д – производится принудительный обдув.
  • ДЦ – производится принудительный обдув с ненаправленной циркуляцией.
  • НЦ – водяно-масляное охлаждение с направленной циркуляцией.
  • Ц – водно-масляное охлаждение с ненаправленной циркуляцией.
  1. Указание мощности в кВ*А.
  2. Допустимый уровень ВН (кВ).
  3. Вариант исполнения (наружное или внутреннее размещение, особые климатические условия и т.д.)

Схемы соединения обмоток силовых трансформаторов

В первичной обмотке каждая фаза должна распределяться под углом в 120 градусов. Первичная обмотка должна магнитно быть связана с вторичной через нейтральные точки. Ток может иметь значительное количество нечетных составляющих. Если силовые трансформаторы соединены с каждой фазой, то они смогут возвращаться в нормальное положение. Благодаря этой схеме вы узнаете как сделать трансформатор своими руками.

Эта схема обмотки считается наиболее простой. Также иногда часто может искажаться уровень выходящего напряжения. Технология линейного соединения может использоваться крайне редко. На сегодняшний день выбор силовых трансформаторов значительно увеличился.

Читайте также: измерительные трансформаторы.

Номинальная мощность, напряжение и ток

Номинальная – мощность, с которой трансформатор работает в определенном классе точности и в соответствии с ГОСТом. Выражается в вольтах, амперах. Незначительные отклонения мощности допускаются, но не выше нормированных величин.

Важно! Во избежание повышения погрешности вторичной нагрузки суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле не должно быть более номинальной мощности трансформатора. Узнать номинальную мощность можно в паспорте к агрегату либо на щитке.

Порог номинального напряжения у трансформатора – 10кВ.

Разница в зависимости от мощности электроприборов составляет для:

  • питания электроприемников – 3-6,3кВ;
  • крупногабаритных электродвигателей – до 1000В.

Мощность трехфазного трансформатора вычитается по формуле: – S=квадратный корень цифры 3 UIU—номинальное междуфазное напряжение, В; / — ток в фазе, А. Коэффициенты рабочих токов в обмотках при рабочем состоянии трансформатора не должны быть выше номинальных Хотя кратковременные перегрузки в масляных и сухих агрегатах до определенных пределов (2,5 -3%) приемлемы.

Список литературы

  • Цирель Я. А., Поляков В. С. «Эксплуатация силовых трансформаторов на электростанциях и в электросетях»  1985
  • Лизунов С.Д., Лоханин А.К. «Силовые трансформаторы. Справочная книга» 2004
  • Копылов И.П. «Справочник по электрическим машинам» 1988

Заключение по теме

Итак, был сделан небольшой обзор всего, что касается трансформаторных установок, поэтому будем считать, что вопрос, зачем нужны трансформаторы, исчерпан, хотя и не полностью. Об этом приборе можно говорить долго. К примеру, самые простые варианты: как разобрать трансформатор, как прозвонить его, как подключить или демонтировать самому дома.

Фото понижающего трансформатора




Вам понравилась статья? Поделитесь 😉

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом