Трансформатор связи для чего

Что такое автотрансформатор?

С развитием энергетики и связанных с ней электрических сетей для передачи переменного тока, как источника питания для различных устройств, возникла необходимость в приборах, изменяющих величину напряжения. Такими универсальными электромагнитными устройствами, позволяющими повышать или понижать исходное напряжение до требуемой величины, стали трансформаторы.

Со временем, для обеспечения стабильной работы электроприборов, преимущественно бытового назначения, возникла необходимость плавного регулирования напряжения. Это стало возможным после того, как был изобретён автотрансформатор – устройство, в котором вторичная обмотка является составной частью первичных витков.

Что такое автотрансформатор?

Из школьного курса физики известно, что простейший трансформатор состоит из двух катушек, намотанных на железные сердечники. Магнитным полем переменного тока, запитанного через выводы первичных обмоток, возбуждаются электромагнитные колебания во второй катушке, с аналогичной частотой.

Рисунок 1. Схема обычного трансформатора и автотрансформатора

Немного по-другому устроен автотрансформатор. Он, по сути, состоит из одной обмотки, от которой сделано один или несколько отводов, образующих вторичные витки. При этом все обмотки образуют между собой не только электрическую, но и магнитную связь. Поэтому, при подаче электрической энергии на вход автотрансформатора, возникает магнитный поток, под действием которого происходит индукция ЭДС в обмотке нагрузки. Величина электродвижущей силы связана прямой пропорциональностью с числом витков, образующих нагрузочную обмотку, с которой снимается напряжение.

Таким образом, формула, приведённая выше, справедлива и для автотрансформатора.

Из основной обмотки можно отводить большое количество выводов, что позволяет создавать комбинации для снятия различных по величине напряжений. Это очень удобно на практике, так как понижение напряжения часто требуется для питания нескольких блоков электроприборов, использующих различные напряжения.

Отличие автотрансформатора от обычного трансформатора

Как видно из описания автотрансформатора, главное его отличие от обычного трансформатора – отсутствие второй катушки с сердечником. Роль вторичных обмоток выполняют отдельные группы витков, имеющих гальваническую связь. Эти группы не требуют отдельной электрической изоляции.

У такого устройства есть определённые преимущества:

Несмотря на конструкционные различия, принцип работы этих двух типов изделий остаётся неизменным. Выбор типа трансформатора зависит, прежде всего, от целей и задач, которые приходится решать в электротехнике.

Типы автотрансформаторов

В зависимости от того в каких сетях (однофазных или трёхфазных) требуется изменить напряжение, используют соответствующий тип автотрансформаторов. Они бывают однофазными либо трёхфазными. Для трансформации тока с трёх фаз можно установить три автотрансформатора, предназначенных для работы в однофазных сетях, соединив их выводы треугольником или звёздочкой.

Схема соединений обмоток трансформатора

Существуют типы лабораторных автотрансформаторов, позволяющих плавно изменять значения по выходному напряжению. Такой эффект достигается путём перемещения ползунка по поверхности открытой части однослойной обмотки, наподобие принципа работы реостата. Витки проволоки наносятся вокруг кольцеобразного ферромагнитного сердечника, по окружности которого и перемещается контактный ползунок.

Автотрансформаторы подобного типа массово применялись на просторах СССР в эпоху массового распространения ламповых телевизоров. Тогда напряжение сетей было нестабильно, что вызывало искажения изображений. Пользователям этой несовершенной техники приходилось время от времени подстраивать напряжение до уровня 220 В.

До появления стабилизаторов напряжения, единственной возможностью достичь оптимальных параметров питания для бытовой техники того времени, было применение ЛАТР. Данный тип автотрансформаторов используется и сегодня в различных лабораториях и учебных заведениях. С их помощью осуществляется наладка электротехнического оборудования, тестируется аппаратура с высокой чувствительностью и выполняются другие задачи.

В специальном оборудовании, где нагрузки незначительны, применяются модели автотрансформаторов ДАТР.

Автотрансформатор ЛАТР

Существуют также автотрансформаторы:

Следует заметить, что с целью безопасности ограничено использование автотрансформаторов в качестве силовых трансформаторов, для снижения до 380 В напряжений, превышающих 6 кВ. Это связано с наличием гальванической связи между обмотками, что не безопасно для конечного потребителя. При авариях не исключено, что высокое напряжение попадёт на запитанное оборудование, что чревато непредсказуемыми последствиями. В этом кроется основной недостаток автотрансформаторов.

Обозначение на схемах

Отличить автотрансформатор на схеме от изображения обычного трансформатора очень легко. Признаком является наличие единственной обмотки связанной с одним сердечником, обозначенным жирной линией на схемах. По одну или по обе стороны этой лини схематически изображены обмотки, но в автотрансформаторе все они соединены друг с другом. Если на схеме витки изображены автономно, то речь идёт об обычном трансформаторе (см. рисунок 1).

Устройство и конструктивные особенности

Как было отмечено выше, автотрансформатор состоит из одной катушки. Её наматывают на обычный или на тороидальный сердечник.

В силу конструктивных особенностей у него отсутствуют гальванические развязки между цепями, что может привести к поражению высоковольтным током. Поэтому понижающий автотрансформатор, ввиду его повышенной опасности, требует принятия дополнительных мер по защите от поражения электротоком. Работа с ним допускается при условии строгого соблюдения правил безопасности.

Принцип действия автотрансформатора

Несмотря на особенности строения обмоточной части агрегата, его принцип действия очень напоминает работу обычного трансформатора. По такому же принципу во время циркуляции переменного тока возникает магнитный поток в сердечнике. Его действие на обмотку характеризуется появлением на каждом отдельном витке равновеликой электродвижущей силы. Суммарная ЭДС на отрезке обмотки равна сумме величин токов всех отдельно взятых витков.

Особенностью является то, что по обмотке циркулирует ещё и первичный ток, который оказывается в противофазе к индукционному потоку. Результирующие значения этих токов на участке обмотки, предназначенной для потребителя, получаются меньшими (для понижающего тр.) чем параметры поступающего электричества.

Схема понижающего автотрансформатора

Учитывая то, что падение напряжений в обмотках трансформатора невелико – его можно не учитывать. В таком случае равенства: U₁ = E₁; U₂ = E₂ можно считать справедливыми. Таким образом, приведённая выше формула приобретает вид: U₁/U₂ = w₁/w₂ = k, то есть, соотношение напряжений к числу витков такое же, как и для обычного трансформатора.

Не вдаваясь в подробности, заметим, что отношение силы тока верхней катушки к току нагрузки, как и для обычного трансформатора, выражается формулой: I₁/I₂ = w₂/w₁ = 1/k. Отсюда следует, что поскольку в понижающем трансформаторе w₂

Источник

И автотрансформаторов связи ТЭЦ

Как указывалось выше, в качестве элементов связи между распределительными устройствами различных напряжений применяются трансформаторы и автотрансформаторы. Область применения трансформаторов ограничивается напряжением 220 кВ.

Обычно соотношение напряжений на обмотках трансформаторов 220/35/10,5; 220/35/6,3; 110/35/10,5; 110/35/6,3.

Автотрансформаторы применяются для более высокого уровня напряжений. Их обмотки высокого и среднего напряжений могут связывать лишь электрические сети, работающие с эффективно-заземленными нейтралями, то есть сети с напряжением 110 кВ и выше.

При выборе мощности трехобмоточных трансформаторов связи сначала составляется баланс активных и реактивных мощностей на шинах НН и определяются перетоки мощностей через обмотки НН трансформаторов в различных режимах в соответствии с пунктами а), б) и в). Затем составляется баланс мощностей на шинах СН в нормальном и аварийном режимах работы при максимальной нагрузке на шинах СН. За аварийный режим на шинах СН принимается отключение самого мощного блока, присоединенного к шинам СН.

Режим минимальной нагрузки рассматривается только на шинах НН, в этом режиме нагрузка на шинах СН принимается максимальной. С учетом всего изложенного определяются перетоки мощностей через обмотки СН трансформаторов связи. Если на шинах СН отсутствуют блоки (рис. 2.3, блока G3–Т3 нет), то перетоки мощностей через обмотки СН трансформаторов связи (Т1 и Т2) во всех режимах будут соответствовать максимальной нагрузке на шинах СН ( ). Загрузка обмоток ВН определится как сумма (или разность, в зависимости от принятого положительного направления мощности) перетока мощностей через обмотки НН и СН. Например, переток активной мощности через обмотки ВН трансформаторов связи (АТ)

. (2.18)

Мощность трехобмоточного трансформатора связи также выбирается по наибольшему значению перетока мощности через какую-либо из обмоток НН, СН или ВН по (2.16).

Расчет перетоков мощностей удобно свести к таблице, содержащей необходимые цифровые данные, условные обозначения и формулы.

В качестве примера произведен выбор автотрансформаторов (АТ) связи (Т3 и Т4) в схеме ТЭЦ, рис. 2.10 (таблица 2.1).

Рис. 2.10. Схема ТЭЦ с автотрансформаторами связи

Для данного примера приняты следующие обозначения:

– нагрузка на шинах низшего напряжения (ГРУ) с учетом системного коэффициента (2.2);

– нагрузка на шинах среднего напряжения с учетом системного коэффициента (2.3);

– расход электроэнергии на собственные нужды генераторов G3 и G4, подключенных на шины генераторного напряжения;

– расход электроэнергии на собственные нужды блоков 1 и 2.

Коэффициент мощности нагрузок на шинах НН принят – 0,92, на шинах СН – 0,85. Номинальные мощности генераторов равны:

Величины перетоков активной мощности в МВт, полученные в столбцах (3 – 6) табл. 2.1, для лучшей наглядности можно разнести по обмоткам автотрансформаторов (рис. 2.11).

При выборе автотрансформаторов необходимо учесть особенности их конструкции и режимы работы [2 – 4]. Следует учесть, что обмотка низшего напряжения может быть загружена мощностью, равной:

, (2.19)

где и – соответственно, типовая и номинальная мощности АТ;

– коэффициент выгодности;

– коэффициент трансформации автотрансформатора.

Наибольшее распространение получили автотрансформаторы с . Это соответствует отношениям напряжений U_В / U_C:

220/110; 330/150; 500/220; 750/330.

Переток мощности через обмотку низшего напряжения должен быть равен или меньше типовой мощности автотрансформатора:

(2.20)

а	б
в	г

а – нормальный режим, максимальная нагрузка на шинах ГРУ,

б – нормальный режим, минимальная нагрузка на шинах ГРУ,

в – аварийный режим, отключение генератора G3 от шин ГРУ,

г – аварийный режим, отключение блока от шин СН

Далее следует выяснить, в каком режиме работает автотрансформатор: трансформаторном, автотрансформаторном или комбинированном [3, 4].

Перегрузка обмоток АТ возможна в комбинированных режимах при передаче мощности за счет трансформаторной и автотрансформаторной связей (рис. 2.12, а, б).

В случае, показанном на рис. 2.12, а перегруженной может оказаться последовательная обмотка. Этот режим ограничивается ее загрузкой, определяемой выражением

. (2.21)

а

б

Рис. 2.12. Работа автотрансформатора в комбинированных режимах

Комбинированный режим допустим при .

В случае рис. 2.12, б перегруженной может оказаться общая обмотка АТ. Допустимый переток S₀ определяется по выражению

. (2.22)

Этот комбинированный режим допустим при .

Определение допустимых перетоков мощности по обмоткам АТ дано в [3, 4].

С учетом изложенного выше произведем выбор АТ – связи для ТЭЦ (рис. 2.10) по полученным данным (табл. 2.1). Сначала определяем мощность автотрансформаторов связи по максимальному перетоку через обмотки НН ( МВА) в нормальном режиме при минимальной нагрузке на шинах НН, согласно (2.20) и (2.16):

, (2.23)

где n_АТ – число автотрансформаторов связи.

Подставив в (2.23) числовые значения, получим

МВА.

.

Затем определяем наибольший переток в других режимах работы (табл. 2.1, 141,8 МВА – нормальный режим при минимальной нагрузке на шинах НН. На рис. 2.11, б показаны перетоки активной мощности).

Этот режим соответствует комбинированному режиму работы автотрансформатора (рис. 2.12, а).

, (2.24)

где МВА.

Тогда МВА.

Следовательно, расчетной мощностью для выбора автотрансформатора связи является мощность, определяемая из условия загрузки обмотки НН (S_АТ ³126,2 МВА). По [5] выбираем автотрансформаторы связи 2 ´АТДЦТН – 125 000/230/121/10,5.

В аварийном режиме при отключении блока 100 МВт от шин СН (рис. 2.11, г) получается комбинированный режим в соответствии с рис.2.12, б. Проверим загрузку общей обмотки по выражению (2.22)

.

Дата добавления: 2014-12-04 ; просмотров: 5072 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Виды трансформаторов связи, сфера применения и критерии выбора

Трансформатор связи или автотрансформатор предназначен для преобразования напряжения с коэффициентом k Содержание

Особенности конструкции

Трансформаторы связи – это низкочастотное оборудование специального назначения, которое по конструкции мало отличается от других видов преобразователей (детали такие же). Если требуется повышение напряжения, первичная обмотка однофазного агрегата является частью вторичной. В линии для снижения – на оборот. Создается не только электромагнитная, но и электрическая связь. Выводы (как минимум, 3) ответвляются от общей точки и основной обмотки. На каждом выводе разный вольтаж. Если оборудование трехфазное, в нем 2 или 3 контура, обмотки соединены в форме звезды.

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:

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.

Приборы с мощностью менее 1 кВ встраиваются в бытовую технику:

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

Преимущества и недостатки

К преимуществам автотрансформаторов относят:

При выборе обязательно учитываются недостатки:

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

Техника безопасности

В процессе эксплуатации требуется соблюдение определенных правил:

При проведении ремонта автотрансформатора или прибора, в состав которого он входит, обязательно отключение от электросети.

Трансформаторы связи для теплоэлектроцентралей и ГЭС

На ГЭС (гидроэлектростанциях) и ТЭЦ (теплоэлектроцентралях) назначение этих трансформаторов – выдать в сеть электроэнергию (в том числе в праздники и выходные), которая остается после собственного потребления и обеспечения работы генераторов. Все автотрансформаторы при необходимости работают реверсивно (возвратно, с обратной связью), то есть, излишки передаются в систему на сохранение. Запасы используются в ситуациях, когда генераторы не вырабатывают достаточный объем электроэнергии.

На ТЭЦ трансформаторный блок монтируется между генераторами и потребительской сетью с напряжением 110-220 кВ. Вырабатываемая генераторами электроэнергия делится по нескольким каналам. Чаще всего на ТЭЦ устанавливаются два преобразователя. Чтобы понять, зачем нужны именно два, необходимо рассмотреть, как станция работает.

При одном автотрансформаторе в потребительскую сеть ток поступает от генератора (например, 10 кВ), на собственные нужды – из преобразователя 10/6 кВ, то есть, в распределительном устройстве одна или две секции. Автотрансформаторы должны обеспечить нужный режим работы при любых условиях.

Если единственный отключить для ремонта, станция не сможет работать. Такая же ситуация сложится и при аварии.

ТЭЦ и ГЭС строятся поблизости от потребителей. Вольтаж их генераторов может достигать 60 МВТ. Сила тока распределительного устройства 6-10 кВ (если потребители не далеко) или 35-500 кВ (если потребители далеко). Автотрансформаторы ставят на площадке недалеко от нижнего или верхнего бьефа (у водохранилища или по другую сторону станции).

Передаваемая мощность может меняться, так как зависит от нагрузки, используемой потребителями, и режима работы генераторов. Это требует установки в систему устройства регулирования, передающего напряжение с неизменной нагрузкой. Распределительные устройства бывают открытые (на открытом воздухе для напряжения от 27,5 кВ) и закрытые (в помещениях или специальном кожухе).

Выбор трансформаторов связи

Определение ТЭЦ тепловая станция, потребителям передаются только излишки энергии. Из-за частых реверсов (возвратов в систему) мощности не желательно устанавливать один трансформатор связи. Больше монтируется, если это оправдано экономически. Чтобы определить выгоду, проводятся расчеты на основе суточного и годового потребления электроэнергии.

Перед покупкой обязательна проверка ГОСТ 14209-85 на перегрузочную способность (допустима перезагрузка на 40%). Второй важный показатель – мощность генераторов и соответствие силы тока обмоток силе тока распределительно устройства.

Схема подключения разрабатывается, исходя из показателей структуры ТЭЦ и состава потребителей.

Трансформаторы связи имеют широкий спектр применения. В быту потребители чаще всего ничего не знают об их существовании, просто пользуются приборами. В лабораториях, на производстве, в ТЭЦ и ГЭС это важное оборудование, от которого зависит стабильность работы организации (предприятия), качество услуги, которая предоставляется потребителям электроэнергии.

Источник

Трансформатор — виды и применение

Что делает трансформатор

У трансформатора много полезных и важных функций:

Типы трансформаторов

От номинального значения тока в первичном и вторичном контуре зависит классификация трансформаторов. В распространенных видах показатель находится в пределах 1-5 А.

Разделительный агрегат не предусматривает связь обеих спиралей. Оборудование обеспечивает гальваническую развязку, т. е. передачу импульса бесконтактным способом

Без нее протекающий между цепями ток ограничивается только сопротивлением, которое не принимается во внимание из-за малого значения

Согласующий трансформатор обеспечивает согласование различных показателей сопротивления для минимизации искажения формы импульса на выходе. Служит для организации гальванической развязки.

Прежде чем выяснить, какие бывают трансформаторы силового направления, отмечают, что их выпускают для работы с сетями большой мощности. Приборы переменного тока изменяют показатели энергии в приемных установках и работают в местах с большой пропускной способностью и скоростью изменения электроэнергии.

Вращающий трансформатор не следует путать с вращающимся оборудованием — машиной для преобразования угла поворота в напряжение цепи, где эффективность зависит от частоты вращения. Прибор передает электроимпульс на подвижные части техники, например на головку видеомагнитофона. Двойной сердечник с отдельными обмотками, одна из которых поворачивается вокруг другой.

Масляный агрегат использует охлаждение катушек специальным трансформаторным маслом. Имеют магнитопровод замкнутого типа. В отличие от воздушных видов могут взаимодействовать с сетями большой мощности.

Сварочные трансформаторы для оптимизации работы оборудования, понижения напряжения и создания тока высокой частоты. Это происходит из-за изменения индуктивного сопротивления или показателей холостого хода. Ступенчатое регулирование выполняется компоновкой электрообмотки на проводниках.

Классификация трансформаторов по схемным параметрам

Среди множества особенностей трансформаторов можно выделить параметры, характеризующие их применение и назначение в электрической схеме или схему самого трансформатора. Поэтому выделим несколько характеризующих трансформаторы факторы: схемное назначение и схема трансформатора.

1. Классификация трансформаторов по схемному назначению позволяет определить функции, которые он выполняет в конкретной схеме, и соответственно можно выделить три группы:

— силовые трансформаторы предназначены для питания переменным током различные звенья и узлы аппаратуры, поэтому силовые трансформаторы иногда называют трансформаторами питания ТП. Данная группа является наиболее распространённой и составляет до 70 % всех трансформаторов. Они находят широкое применение для питания самых различных нагрузок: электродвигатели, бытовые приборы, различные усилители, выпрямители, осветительные и нагревательные приборы.

— согласующие трансформаторы служат для согласования входных и выходных сопротивлений различных узлов электронной схемы и находят широкое применение в радиоприёмной, радиопередающей и усилительной технике. Их можно разделить на несколько типов в зависимости от места расположения в схеме: входные, промежуточные и выходные.

— импульсные трансформаторы используют для передачи импульсов напряжения и тока между отдельными участками электрической схемы. Особенностью данных трансформаторов является то, что они позволяют пропускать через себя импульсы различной длительности – от микросекундных до наносекундных. Форма импульса чаще всего прямоугольная, но возможно и любая другая: треугольная, пилообразная, колоколообразная и другие.

2. Кроме схемного назначения трансформаторы классифицируются по схеме трансформатора и позволяет выделить следующие типы:

— однообмоточный трансформатор, называемый автотрансформатором. Он характеризуется тем, что между первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками существует магнитная и электрическая связь. Первичная и вторичная обмотки определяются отводами от общей обмотки.

— двухобмоточный трансворматор, в отличие от однообмоточного имеет две электрически не связанных обмотки. Данный тип трансформатора является базовым и ри теоретическом анализе является базовым и электрические параметры первичной обмотки связаны однозначными соотношениями с электрическими парамтерами вторичной обмотки.

— многообмоточные трансформаторы имеют несколько электрически не связанных вторичных обмоток, число которых доходит до десяти, но чаще всего четыре-пять. В данном типе трансформатора ток первичной обмотки определяется множеством соотношений с током вторичных обмоток. Данный тип трансформатора является наиболее распространённым.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя.

Перед подачей непосредственно на приборы потребления (станки, бытовые и осветительные приборы) электроэнергия претерпевает обратные преобразования, проходя через силовые понижающие трансформаторы.

Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электро- радио- измерениях.

2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Трансформаторы связи для теплоэлектроцентралей и ГЭС

На ГЭС (гидроэлектростанциях) и ТЭЦ (теплоэлектроцентралях) назначение этих трансформаторов – выдать в сеть электроэнергию (в том числе в праздники и выходные), которая остается после собственного потребления и обеспечения работы генераторов. Все автотрансформаторы при необходимости работают реверсивно (возвратно, с обратной связью), то есть, излишки передаются в систему на сохранение. Запасы используются в ситуациях, когда генераторы не вырабатывают достаточный объем электроэнергии.

На ТЭЦ трансформаторный блок монтируется между генераторами и потребительской сетью с напряжением 110-220 кВ. Вырабатываемая генераторами электроэнергия делится по нескольким каналам. Чаще всего на ТЭЦ устанавливаются два преобразователя. Чтобы понять, зачем нужны именно два, необходимо рассмотреть, как станция работает.

При одном автотрансформаторе в потребительскую сеть ток поступает от генератора (например, 10 кВ), на собственные нужды – из преобразователя 10/6 кВ, то есть, в распределительном устройстве одна или две секции. Автотрансформаторы должны обеспечить нужный режим работы при любых условиях.

Если единственный отключить для ремонта, станция не сможет работать. Такая же ситуация сложится и при аварии.

ТЭЦ и ГЭС строятся поблизости от потребителей. Вольтаж их генераторов может достигать 60 МВТ. Сила тока распределительного устройства 6-10 кВ (если потребители не далеко) или 35-500 кВ (если потребители далеко). Автотрансформаторы ставят на площадке недалеко от нижнего или верхнего бьефа (у водохранилища или по другую сторону станции).

Передаваемая мощность может меняться, так как зависит от нагрузки, используемой потребителями, и режима работы генераторов. Это требует установки в систему устройства регулирования, передающего напряжение с неизменной нагрузкой. Распределительные устройства бывают открытые (на открытом воздухе для напряжения от 27,5 кВ) и закрытые (в помещениях или специальном кожухе).

Изменение силы тока в автотрансформаторе

По силе тока есть простое правило — ток в обмотке более высокого напряжения меньше, чем ток в обмотке с более низким напряжением.

Другими словами, если используется понижающий отвод от первичной обмотки автотрансформатора – то ток на вторичной обмотке будет больше, а напряжение ниже и наоборот, если используется повышающий отвод – то ток на вторичной обмотке будет ниже, а напряжение выше.

Мощности же на обеих обмотках примерно одинаковы, поэтому, согласно закону ОМА:

I1U1 = I2U2, где I1 – ток в первичной обмотке, I2 – ток во вторичной обмотке, U1- напряжение в первичной обмотке, U2 – Напряжение во вторичной обмотке.

Соответственно ток, например, в первичной обмотке рассчитывается так: I1 = U2*I2/U1

Зная, как изменяется ток, можно заранее правильно подобрать кабели питания и защитную автоматику.

Теперь, когда вы знакомы с принципом работы автотрансформатора и знаете его конструкцию, давайте рассмотрим какие они бывают, их назначение и места применения, какие у них плюсы и минусы и чем принципиально отличаются от обычных трансформаторов. Всё это и многое другое читайте во второй части этой статьи. Подписывайтесь на нашу группу вконтакте, следите за выходом новых материалов!

Основные параметры классификации трансформаторов

О нем мы частично упомянули выше. Видов охлаждения несколько:

Маркировка типов трансформаторов расшифровывается следующим образом:

Далее мы перечислим другие основные параметры классификации:

Прибор бывает наружный или внутренний

Конструктивное исполнение и характер работы

На этом параметре стоит остановиться более подробно:

Трехфазные (наиболее распространенные) и однофазные.

2-х и 3-х обмоточные с расщепленной обмоткой или без неё

По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н).

Понижающие (для низкого напряжения из высоковольтных линий) и повышающие (соответственно, наоборот)

Высоковольтный, низковольтный, высокопотенциальный

Стержневой, тороидальный, броневой

Всего выделяют 6 групп трансформаторов:

Среди дополнительных критериев классификации стоит отметить наличие/отсутствие:

История появления трансформатора

Изображение будущего трансформатора на схеме впервые обнаружили 1831 году в работах М. Фарадея и Д. Генри. Позже Г. Румкорф придумал индукционную катушку особой конструкции, которая являлась, по сути, первым трансформатором.

Братья Гопкинсон создали теорию электромагнитных цепей. Они первыми научились рассчитывать магнитоцепи. Но они не понимали одного: этот прибор имеет свойство изменения напряжения и тока, а именно изменения переменного тока в постоянный, что и делает трансформатор. Эптон, помощник Эдисона, порекомендовал делать сердечники наборными, из отдельных листов металла, чтобы вихревые токи были локализированы.

Охлаждение при помощи масла повлияло на надежную работу преобразователя в лучшую сторону. Свинберн опускал трансформатор в керамический сосуд, наполненный маслом, что в разы повышало надёжность изоляционной обмотки.

В 1928 году было начато производство силовых трансформаторов в СССР, на Московском трансформаторном заводе. В начале 1900-х ученый-металлург Р. Хедфилд на основе своих опытов выяснил, что разнообразные добавки влияют на свойства железа. В ходе дальнейших экспериментов он разработал первый пробник стали, в состав которой входил кремний. Следующим шагом в процессе производства сердечников было установление того факта, что при смешанном воздействии прокатки и нагревания у стали, содержащей кремний, появляются элементарные новые магнитные свойства: магнитное обогащение возросло на 50 %, траты на гистерезис уменьшились в 4 раза, а магнитное проникание увеличилось в 5 раз.

Силовой ÑÑанÑÑоÑмаÑоÑ

СÑÑеÑÑвÑÑÑие Ð²Ð¸Ð´Ñ ÑиловÑÑ ÑÑанÑÑоÑмаÑоÑов оÑноÑÑÑÑÑ Ðº низкоÑаÑÑоÑнÑм пÑибоÑам. ÐÑ Ð¿ÑименÑÑÑ Ð² ÑиловÑÑ ÑеÑÑÑ Ð¿ÑедпÑиÑÑий, гоÑодов, поÑелков и Ñ. д. Такое обоÑÑдование Ð¿Ð¾Ð½Ð¸Ð¶Ð°ÐµÑ Ð½Ð°Ð¿ÑÑжение в ÑеÑи до ÑÑебÑемого знаÑÐµÐ½Ð¸Ñ 220 Ð.

СиловÑе ÑÑанÑÑоÑмаÑоÑÑ Ð¼Ð¾Ð³ÑÑ Ð¸Ð¼ÐµÑÑ Ð¾Ñ Ð´Ð²ÑÑ Ð¸ более обмоÑок. Ðни ÑÑÑанавливаÑÑÑÑ Ð½Ð° бÑоневом ÑеÑдеÑнике. ЧаÑе вÑего подобнÑй конÑÑÑÑкÑионнÑй ÑÐ»ÐµÐ¼ÐµÐ½Ñ Ð¸Ð·Ð³Ð¾ÑавливаÑÑ Ð¸Ð· ÑлекÑÑоÑеÑниÑеÑкой ÑÑали. Такой ÑÑанÑÑоÑмаÑÐ¾Ñ Ð¿Ð¾Ð¼ÐµÑаеÑÑÑ Ð² бак Ñо ÑпеÑиалÑнÑм маÑлом. ÐÑли моÑноÑÑÑ Ð¾Ð±Ð¾ÑÑÐ´Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð²ÑÑокаÑ, в ней пÑименÑеÑÑÑ Ð°ÐºÑивное оÑлаждение.

ÐÐ»Ñ ÑлекÑÑоÑÑанÑий пÑименÑÑÑÑÑ ÑиловÑе ÑÑеÑÑазнÑе ÑÑанÑÑоÑмаÑоÑÑ. ÐÑ Ð¼Ð¾ÑноÑÑÑ ÑоÑÑавлÑÐµÑ Ð´Ð¾ 4 ÑÑÑ. кÐÑ. Такие ÑазновидноÑÑи пÑибоÑов позволÑÑÑ Ð´Ð¾Ð±Ð¸ÑÑÑÑ ÑменÑÑÐµÐ½Ð¸Ñ Ð½Ð° 15 % ÑнеÑгопоÑеÑÑ Ð¿Ð¾ ÑÑÐ°Ð²Ð½ÐµÐ½Ð¸Ñ Ñ ÑÑÐµÐ¼Ñ Ð¾Ð´Ð½Ð¾ÑазнÑми ÑÑанÑÑоÑмаÑоÑами.

Назначение составных частей

Само слово «трансформация» указывает на преобразование чего-то одного в другое. Трансформатор устроен таким образом, что позволяет производить такую рекомбинацию. Это электромагнитный прибор, он состоит из двух основных компонентов:

Обмотка как основа устройства

Обмотка изготавливается из проволоки, как правило, она медная. Для того чтобы не было короткого замыкания, проволока покрывается электроизоляционным лаком. Затем она равномерно наматывается на бумажный (картонный) каркас и надевается на сердечник. В другом исполнении обмотка наматывается непосредственно на сердечник, но предварительно на него накладывается электроизоляционный материал. Витки должны плотно прилегать друг к другу, тогда катушка будет меньше занимать места.

Обмоткой называют отдельно взятый провод, намотанный на каркас. Их должно быть не менее двух. Причем ту, к которой подводится напряжение, называют первичной, а с которой снимают — вторичной. Первичная используется одна, а вот вторичных может быть сколько угодно, в разумных, конечно, пределах. Вторичные катушки могут располагаться как рядом, так и в виде бутерброда, ложась друг на друга. В этом случае обмотки разделяются друг от друга изоляцией. В этой роли могут выступать промасленная бумага, пленка или ткань.

Виды сердечников

Это второй основной компонент. По своей конструкции сердечник должен быть изготовлен из ферромагнитного материала и иметь жесткую конструкцию. Он исполняет роль магнитопровода и каркаса. По внешнему виду сердечники бывают трех видов:

Вид сердечника никак не влияет на электрические показатели, и выбор зависит от производителя, как ему удобнее изготавливать. Способ изготовления броневого или стержневого сердечника может быть следующим:

Назначение устройства

По своему назначению трансформаторы тока относятся к специальным вспомогательным устройствам, применяемых в комплексе с различной измерительной аппаратурой и защитными механизмами в сетях переменного тока.

Принципом работы трансформатора тока считается преобразование любых величин, которые приобретают более воспринимаемые значения для получения информации и обеспечения питания защитных реле. Благодаря изоляции аппаратов, сотрудники обслуживающей организации надежно защищены от поражения током. Все виды трансформаторов могут служить для двух функций:

По своему назначению и принципу действия трансформаторы тока способствуют подсоединению измерительных приборов к энергетическим линиям высокого напряжения, когда нет возможности подключить их напрямую. Они нужны для передачи снятых показаний на аппаратуру измерения, которая подключается ко вторичной обмотке.

Простое объяснение принципа работы трансформатора

Чтобы понять, что такое трансформатор, попробуем собрать его, попутно разбираясь в каждом шаге.

Для начала соберем электромагнит. Самый простейший электромагнит это кусок ферромагнетика, например гвоздь (сотка), вокруг которого намотана проволока. (катушка).

катушка индуктивности

Намотайте катушку, скажем витков 20-30 на гвоздь, подключите к батарейке или любому блоку питания постоянного напряжения (например 9 вольт).

При подаче тока на катушку, гвоздь усиливает свое магнитное свойство и становится постоянным электромагнитом — полной копией простого магнита.

А подключением намотки Вы можете регулировать положение полюсов Вашего электромагнита

(это важно). При подключении катушки к батарейке у гвоздя, т

е. у Вашего электромагнита образовывается, как и у простого магнита два полюса, условно северный (он же плюс) и южный (он же минус)

При подключении катушки к батарейке у гвоздя, т. е. у Вашего электромагнита образовывается, как и у простого магнита два полюса, условно северный (он же плюс) и южный (он же минус).

Поднесите к Вашему электромагниту простой магнит любым из полюсов. Вы увидите электромагнитное взаимодействие. Магнит будет отталкиваться Вашим электромагнитом.

Теперь поменяйте провода от Вашей батарейки местами, т. е. плюс на минус. При этом Вы заметите, что электромагнит поменял направление силы — теперь он наоборот притягивает.

Северный и южный полюса магнита будут меняться между собой, потому что ВЫ создали переменное напряжение с частотой Вашего переключения плюс на минус.

Теперь на гвозде намотайте вторую точно такую же катушку и Вы получите простейший трансформатор.

Трансформатор это прибор, который трансформирует напряжение и ток одной величины в напряжение и ток другой величины.

Первая катушка называется первичной обмоткой, а вторая катушка вторичной обмоткой.

Итак соберите такую конструкцию.

Теперь включите блок питания и начинайте переключать полярность с некоторой частотой. На второй катушке у Вас начнет появляться напряжение, которое передается посредством того, что называют электромагнитной индукции. В итоге на Вашем гвозде у Вас работают два электромагнита, на первый вы подаете ток и напряжение, а на втором электромагните этот ток и напряжение индуктируются.

Основные детали и системы силового трансформатора

Металлический корпус предназначен для размещения внутри него электрического оборудования трансформатора. Он представляет собой герметичный бак с крышкой, заполненный трансформаторным маслом. Такой сорт масла имеет высокие диэлектрические качества, с его помощью отводится тепло от деталей, подверженных значительным токовым нагрузкам.

Циркуляция масла в силовом трансформаторе происходит по двум контурам – внешнему и внутреннему. В состав внешнего контура входит радиатор, состоящий из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных между собой металлическими трубками. Нагретое масло проходит через магистрали охладителя, остывает и вновь поступает в бак. Внутри бака масло может циркулировать естественным путем или принудительно под действием давления, создаваемого насосами. Теплообмен значительно улучшается за счет специальных гофр, устанавливаемых на поверхности бака.

Важнейшим элементом силового трансформатора является его электрическая схема. Все ее элементы размещаются внутри корпуса. Верхняя и нижняя балки составляют остов, на котором крепятся все остальные детали. В состав схемы входит магнитопровод, обмотки высокого и низкого напряжения, высоковольтные и низковольтные отводы, регулировочные ответвления обмоток. В нижней части располагаются вводы высокого и низкого напряжения.

Основной функцией магнитопровода является снижение потерь магнитного потока, проходящего через обмотки. Для его изготовления используется специальные сорта электротехнической стали. Ток нагрузки протекает через обмотки фаз. Изоляция витков выполняется специальными сортами хлопчатобумажной ткани или кабельной бумаги. Механическая и электрическая прочность обмоточной изоляции повышается за счет пропитки поверхностей специальным лаком. Подключение обмоток может выполняться по схеме «звезда», «треугольник» или «зигзаг». Для маркировки концов каждой обмотки используются латинские символы.

История изобретения

Появившийся в XIX веке прибор, названный впоследствии трансформатором, является радиоэлектронным устройством, предназначенным для преобразования одних значений напряжения в другие.

В 1831 году английский физик Майкл Фарадей, проводя ряд экспериментов, открыл явление электромагнитной индукции, которое послужило основой для создания трансформатора. Принцип явления основан на возникновении тока при изменении магнитного поля. Изучая электромагнетизм, учёный выявил, что электродвижущая сила (ЭДС) зависит от скорости изменения магнитного поля, ограниченного проводящим контуром. Таким образом, была открыта возможность превращать магнетизм в электричество.

Первый прототип трансформатора был создан в 1848 году немецким инженером Генрихом Румкорфом. Это устройство было названо катушкой индуктивности и позволяло преобразовывать низкое напряжение постоянной величины в высокое. Конструктивно оно состояло из железного сердечника, вокруг которого были намотаны две обмотки.

Датой же рождения преобразовательного прибора считается 30 ноября 1876 года. Именно тогда русским инженером Яблочковым был получен патент на изобретение устройства. Сконструированный им трансформатор представлял собой сердечник с намотанной на него катушкой. Первый же в классическом понимании радиоприбор был создан в Англии братьями Гопкинсонами, а через год в Венгрии учёные Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери усовершенствовали его путём использования замкнутого магнитопровода.

Первоначально сердечник изготавливался в виде формы Н, пока англичанин Стэнли не предложил использовать форму Ш. Благодаря этому появилась возможность отдельно наматывать катушки, а после надевать их на сердечник. Первые образцы трансформаторов характеризовались значительными потерями мощности. Введение примесей кремния в сердечник позволило улучшить характеристики. Дальнейшее развитие технологии изготовления электрических трансформаторов сводилось к усовершенствованию материала сердечника.

ÐÑинÑип ÑабоÑÑ

РаÑÑмаÑÑÐ¸Ð²Ð°Ñ Ð½Ð°Ð·Ð½Ð°Ñение и Ð²Ð¸Ð´Ñ ÑÑанÑÑоÑмаÑоÑов, ÑледÑÐµÑ ÑказаÑÑ Ð½ÐµÑколÑко Ñлов об Ð¸Ñ ÑÑнкÑионалÑнÑÑ ÐºÐ°ÑеÑÑваÑ. Ð Ñаком обоÑÑдовании пÑиÑÑÑÑÑвÑÐµÑ Ð¿ÐµÑвиÑÐ½Ð°Ñ Ð¸ вÑоÑиÑÐ½Ð°Ñ Ð¾Ð±Ð¼Ð¾Ñка. РпеÑвой каÑÑÑке подводиÑÑÑ Ð¿ÐµÑвонаÑалÑное напÑÑжение. Ðго ÑÑебÑеÑÑÑ Ð¿Ð¾Ð²ÑÑиÑÑ Ð¸Ð»Ð¸ понизиÑÑ.

ÐÑоÑиÑнÑе обмоÑки могÑÑ ÑоÑÑоÑÑÑ Ð¸Ð· одной или неÑколÑÐºÐ¸Ñ ÐºÐ°ÑÑÑек. С Ð½Ð¸Ñ Ð¿ÐµÑедаеÑÑÑ ÑÑанÑÑоÑмиÑованное напÑÑжение. РоÑÐ½Ð¾Ð²Ñ ÑабоÑÑ Ñакого пÑибоÑа положен закон ФаÑадеÑ. ÐагниÑнÑй поÑок, коÑоÑÑй изменÑеÑÑÑ Ð²Ð¾ вÑемени ÑеÑез огÑаниÑеннÑÑ ÐºÐ¾Ð½ÑÑÑом плоÑадкÑ, ÑоÑмиÑÑÐµÑ ÑлекÑÑодвижÑÑие ÑилÑ. Ðомимо ÑÑого, Ñок, коÑоÑÑй изменÑеÑÑÑ Ð²Ð¾ вÑемени, Ð¼Ð¾Ð¶ÐµÑ Ð¸Ð½Ð´ÑÑиÑоваÑÑ Ð½ÐµÐ¿Ð¾ÑÑоÑнное магниÑное поле.

Ðа ÑÑÐµÐ¼Ð°Ñ ÑÑанÑÑоÑмаÑÐ¾Ñ Ð¸Ð·Ð¾Ð±ÑажаÑÑ ÐºÐ°Ðº две (или более) каÑÑÑки. ÐÐµÐ¶Ð´Ñ Ð¿ÐµÑвой и вÑоÑиÑнÑми обмоÑками пÑоÑÐ¾Ð´Ð¸Ñ Ð²ÐµÑÑикалÑÐ½Ð°Ñ Ð»Ð¸Ð½Ð¸Ñ. Ðна изобÑÐ°Ð¶Ð°ÐµÑ ÑеÑдеÑник (магниÑопÑовод). ÐÑи вÑполнении возложеннÑÑ Ð½Ð° него ÑÑнкÑий ÑÑанÑÑоÑмаÑÐ¾Ñ Ð¾Ð±Ð»Ð°Ð´Ð°ÐµÑ Ð¼Ð°Ð»Ñми поÑеÑÑми ÑнеÑгии. ЭÑо Ñделало пÑедÑÑавленное обоÑÑдование воÑÑÑебованнÑм.

Источник