Применение электрического трансформатора, его понятие и виды

Немного истории

Благодаря английскому физику Майклу Фарадею в 1831 году человечество познакомилось с электромагнитной индукцией. Великому учёному не суждено было стать изобретателем трансформатора, поскольку в его опытах фигурировал постоянный ток. Прообразом устройства можно считать необычную индукционную катушку француза Г. Румкорфа, которая была представлена учёному миру в 1848-м.

В 1876 году русский электротехник П. Н. Яблочков запатентовал трансформатор переменного тока с разомкнутым сердечником. Современному виду устройство обязано англичанам братьям Гопкинсон, а также румынами К. Циперановскому и О. Блати. С их помощью конструкция приобрела замкнутый магнитопровод и сохранила схему до наших дней.

виды-магнитопроводовВиды магнитопроводов

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:

Автотрансформаторы.Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом.Импульсные трансформаторы.Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала. Разделительный трансформатор.Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице.Пик—трансформатор.Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы.

Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения.

Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.

Общая информация об устройстве

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования тока переменной частоты с одним напряжением в переменный ток с иным напряжением, но с прежней частотой, основанный на явлении электромагнитной индукции.

Применяются приборы во всех сферах деятельности человека: электроэнергетике, радиотехнической, радиоэлектронной промышленности, бытовой сфере.

Конструкция

Хроматограф газовый состоит из нескольких узлов, выполняющих конкретную функцию. В конструкцию прибора входят:

  • баллон, для содержания в нем под давлением сжатого или сжиженного газа (элюенты);
  • регулирующий прибор, контролирующий расход газа и его входное давление;
  • устройство для подачи в колонку пробы;
  • колонка — емкость для дифференцирования исследуемого состава;
  • детекторы, фиксирующие концентрацию элементов на выходе и регистрирующие отличие их характеристик от газа-носителя;
  • электронного типа усилитель для повышения уровня электрического импульса.

В состав аппарата входят: расходомер, контролирующий затраты газа, регистратор, обеспечивающий изображение хроматограммы: ПК, редко — самописец.

В процессе эксплуатации электрооборудования проводят работы по обслуживанию, профилактике и уходу за электродвигателями. Эти работы, связанные с включением, пуском в ход, отключением, остановкой, наблюдением за работающими электродвигателями, а также систематические осмотры, профилактические чистки и ремонты направлены на содержание их в хорошем состоянии и постоянной готовности к действию.

Эксплуатация и обслуживание электродвигателей в судовых условиях

При подготовке электродвигателя к пуску осматривают электродвигатель и пусковое устройство. Пусковое устройство должно находиться в положении «Стоп». После пуска двигателя убеждаются в отсутствии ненормальных шумов, искрения под щетками, вибрации. В процессе работы электродвигателя периодически следят: за его нагревом, работой коллектора (контактных колец) и его чистотой; за отсутствием стука и нагрева подшипников; перегревом контактных соединений; вибрацией электродвигателя. 

Для покраски барж, речных, а также морских судов, яхт, кораблей используются специализированные лакокрасочные материалы. Они отличаются повышенным уровнем стойкости к влаге, минимизируют негативное воздействиеультрафиолетовых лучей, температурного воздействия, абразивов и т.п. 

Наибольшими защитными свойствами обладает ЛКП для морских судов, так как морская среда обладает самой большой разрушительной силой. Если не применять лакокрасочные антикоррозийные покрытия, то корпус корабля может разрушиться за 5-12 лет.

Схемы включения  трансформаторов напряжения

Измерительные трансформаторы применяются для замера линейных и/или фазных первичных величин. Для этого силовые обмотки включают между:

  • проводами линии с целью контроля линейных напряжений;
  • шиной или проводом и землей, чтобы снимать фазное значение.

Важным элементом безопасности измерительных трансформаторов напряжения является заземление их корпуса и вторичной обмотки.

На заземление трансформаторов напряжения обращается повышенное внимание, ведь при пробое изоляции первичной обмотки на корпус или во вторичные цепи в них появится высоковольтный потенциал, способный травмировать людей и сжечь оборудование.

Преднамеренное заземление корпуса и одной вторичной обмотки отводит этот опасный потенциал на землю, чем предотвращает дальнейшее развитие аварии.

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.

Функции трансформаторов

Итак, зачем же нужны понижающие трансформаторы? Начнем с того, что очень часто этот механизм регулирует силу напряжения в сети в промышленных зданиях.

Так, понижающий трансформатор 220 В нашел широкое применение в промышленности и домашнем хозяйстве. Кроме бытового значения, данные конструкции снижают напряжение в линиях электропередач и регулируют работу тока.

Области различных технологий

Например, для питания электротермических установок применяют электропечные трансформаторы. Работают такие трансформаторы обычно на частоте 50Гц, а их мощность может достигать десятков тысяч киловольт-ампер при напряжении до 10кВ.

В области электросварки широко применяются сварочные трансформаторы, мощность которых гораздо меньше чем электропечных.

Как случай единичного применения, трансформатор Тесла, который применяется для создания спецэффектов в шоу индустрии.

    Для подачи питания в различные электрические цепи радио и теле аппаратуры, автоматики и телемеханики, изделий связи, электробытовых приборов; а также для разделения и (или) согласования напряжений цепей различных элементов вышеуказанных устройств и т.д.

Эти трансформаторы обычно маломощные (от вольт-ампера до нескольких киловольт-ампер). Могут иметь две или более обмотки, работают при невысоких напряжениях в основном на частоте 50Гц, но гораздо реже и на более высоких частотах (до десятков килогерц).  Условия  работы вышеуказанных трансформаторов зачастую могут быть специфичны, что может вызывать повышенные требования при изготовлении и проектировании.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения?

Источником питания для трансформатора тока является непосредственно ток. Если он не будет проходить через обмотки, тот агрегат быстро выйдет из строя. Питание для трансформатора напряжения – источники напряжения и он также не будет функционировать при повышенных нагрузках тока.

Отличие между устройствами в разных электрических величинах и схемах включения.

Основные характеристики

Холостой режим применяется при разомкнутом вторичном контуре трансформатора, в нем отсутствует напряжение. Ток проходит по первичной обвивке, возникает реактивное намагничивание. При помощи холостой работы определяют КПД, показатель трансформации и потери в сердечнике.

Функционирование под нагрузкой подразумевает подключение источника питания к первичной цепи, где протекает суммарный ток функционирования и холостого хода. Нагрузка подсоединяется к вторичному контуру трансформатора. Этот режим является распространенным.

Фаза короткого замыкания возникает, если сопротивление вторичной спирали составляет единственную нагрузку. В этом режиме определяются потери на нагревание катушки в цепи. Параметры трансформаторов учитываются в системе замещения прибора с помощью установки сопротивления.

Отношением потребляемой и отдаваемой мощности определяется коэффициент полезного действия трансформатора.

Выбор группы и схемы соединения обмоток силового трансформатора

Указанные параметры выбирают таким образом, чтобы они исключали возникновение высших гармоник и выравнивали нагрузку по стороне ВН при неравномерной нагрузке по стороне НН. Конкретные схема и группа определяются исходя из параметров питающей сети и подключенной нагрузки. Группу и схему соединения необходимо учитывать при параллельном включении силовых трансформаторов, так как их совпадение является обязательным условием параллельной работы.

Меры борьбы с погрешностями

Вращающиеся трансформаторы – отличное решение при необходимости высокоточных измерений. Но им также свойственны определенные погрешности. Их возникновение может быть связано:

  • с принципом действия;
  • с конструкцией;
  • с неточностью изготовления прибора (технологические);
  • с особенностями эксплуатации.

Пределы допустимой погрешности зависят от области их применения. Среднее значение пределов для синусно-косинусных машин варьируется в пределах 0,2%. В качестве измерителя высокой точности не должно превышаться 0,03%, синхронизирующих датчиков – не более 10 угл. минут. Вращающиеся прецизионные трансформаторы могут отклоняться до 1 минуты дуги, многополюсные – до 30 угл. секунд.

Чтобы преодолеть возможные погрешности, используют метод симметрирования на обмотках ротора или статора. Сущность его заключается в использовании дополнительной нагрузки (два равнозначных сопротивления) для двусторонней компенсации потоков магнитной индукции. Таково действие для роторных обмоток. На статоре достигается за счет размагничивания обмотки неподвижной части машины, расположенной перпендикулярно.

В результате – обмотки возбуждения ослабляются.

Трансформатор

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.

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.

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.

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.

Преимущества и недостатки использования

Основное преимущество вращающегося трансформатора – универсальность. Могут применяться как в качестве точных измерительных приборов, так и в роли датчика. Выделяют также простоту и дешевизну конструкции. При эксплуатации не требует невыполнимых условий, достаточно неприхотлива. Среди плюсов также – отсутствие трения и, соответственно, лишнего шума.

В дополнении с высоким коэффициентом мощности обеспечивается высокая эффективность трансформатора.

К недостаткам относят: необходимость создания минимального зазора для большей отдачи. Потеря мощности при контроле скорости. Пусковой момент относительно небольшой. При увеличении нагрузки, дополнительно сокращается.

Трансформатор

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.

Сухие трансформаторы

Максимальная мощность этих устройств также находится в пределах 2500 кВА. Они применяются в тех местах, где условия среды делают масляные трансформаторы пожароопасными, а трансформаторы с негорючей жидкостью – токсичными. Установка сухих трансформаторов производится в административные, общественные и другие здания, где возможно значительное скопление людей.
Виды трансформаторов
Рассматривая основные виды трансформаторов, следует отметить, что устройства сухого типа с небольшой мощностью могут размещаться внутри помещений и других закрытых местах. Это связано с тем, что им не требуются маслосборники и охлаждающая жидкость. Серьезным недостатком сухих трансформаторов считается наличие повышенного шума во время работы. Этот фактор нужно обязательно принимать во внимание при выборе места установки данных устройств.

Особенности эксплуатации

Чтобы избежать погрешности от окружающих условий, стоит обеспечить эксплуатацию вращающегося трансформатора:

  • при средней температуре воздуха не менее 60 градусов ниже нуля и не более 100 градусов выше нуля;
  • при 40 °С уровень влажности воздуха должен быть приближен к 98%;
  • при вибрационной нагрузке до 1 кГц;
  • при ускорении не более 75м/с2.

Список использованной литературы

  • Кацман М. М. «Электрические машины и трансформаторы.»  1971
  • Кислицын А.Л. «Трансформаторы» 2001
  • Родштейн Л.П. «Электрические аппараты» 1989
  • Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019
  • Брандина Е.П. «Электрические машины» 2004

Как подключить понижающий трансформатор

Внутренние составляющие трансформатора должны надежно защищаться от агрессивных условий внешней среды, поэтому их необходимо спрятать в шкафчик или коробку.

Обязательным условием является простота доступа к «внутренностям» коробки. С помощью медной проводки заземлите коробку, сечение которого должно достигать более трех миллиметров.

Обязательно оформите ее таким образом, чтобы исключить возможность соприкосновения с оголенными проводами!

Не забывайте время от времени проверять эффективность и исправность трансформатора и в обязательном порядке обращайтесь к мастерам при обнаружении неисправности.

Фото понижающего трансформатора




Вам понравилась статья? Поделитесь 😉

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