Teres-1t.ru

Инженерные решения
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Трансформатор тепловое действие тока

Тепловой режим трансформатора. Часть 1

Всем доброго времени суток! Работа реального трансформатора, как любого неидеального устройства сопровождается потерями мощности, которые выделяются в виде тепла и нагревают трансформатор. Чрезмерный нагрев приводит к ускоренному выходу трансформатора из строя. Поэтому необходимо достаточно точно определять температуру нагрева и правильно оценивать температурный режим. Тема тепловых расчетов достаточно объёмная, поэтому разделена на две части.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Конструкция и принцип действия трансформатора тока

Трансформаторы тока конструктивно состоят из:

  • замкнутого магнитопровода;
  • 2-х обмоток (первичной, вторичной).

Трансформаторы тока

Орлов Анатолий Владимирович

Поскольку сопротивление измерительных устройств незначительно, то принято считать, что все трансформаторы тока работают в режиме близком к КЗ.

Это означает, что геометрическая сумма магнитных потоков равна разности потоков, генерируемых обеими обмотками.

Традиционно трансформаторы тока выпускают с несколькими группами вторичных обмоток, одна из которых предназначена для подключения аппаратов защиты, другие – для включения приборов контроля, диагностики и учета.

К этим обмоткам в обязательном порядке должна быть подключена нагрузка.

Ее сопротивление строго регламентируется, так как даже незначительное отклонение от нормируемой величины может привести к увеличению погрешности и как следствие снижению качества измерения, неселективной работе РЗ.

Интересное видео о трансформаторах тока смотрите ниже:

Погрешность ТТ определяется в зависимости от:

  • сечения магнитопровода;
  • проницаемости используемого для производства магнитопровода материала;
  • величины магнитного пути.

Значительное возрастание сопротивления нагрузки во вторичной цепи генерирует повышенное напряжение во вторичной цепи, что приводит к пробою изоляции и, как следствие, выходу из строй трансформатора.

Предельное значение сопротивление нагрузки указывается в справочных материалах.

Принцип действия

Принцип работы однофазного трансформатора основан на законе, согласно которому действующее в витке переменное э/м поле наводит ЭДС в расположенном рядом проводнике. Явление названо законом электромагнитной индукции Фарадея, который первым обнаружил этот интересный эффект. Для его обоснования ученый разработал целую теорию, которая легла в основу работы большинства современных электротехнических устройств и агрегатов.

Основные ее положения:

  • при прохождении тока через виток провода вокруг него формируется магнитный поток, захватывающий все такие же витки, расположенные рядом;
  • под воздействием этого потока в них наводится ЭДС, по форме изменений совпадающая с исходным полем;
  • при наличии в нем ферромагнетика действие этого эффекта усиливается.

Все эти принципы заложены в основу действия современного трансформаторного изделия. При подключении к вторичной обмотке нагрузки рабочая цепь замыкается, а энергия практически без потерь передается потребителю.

Читайте так же:
Назовите действия электрического тока а тепловое магнитное химическое

Принцип работы автотрансформатора

А сейчас, для лучшего понимания основного принципа работы автотрансформаторов, рассмотрим процессы, которые в них происходят.

В качестве примера, мы возьмем автотрансформатор, который может как повышать напряжение на выходе, так и уменьшать его, относительно начального. Общее количество витков медного провода у него, для удобства расчетов, равно 20, выглядит он следующим образом:

Понижающий и повышающий автотрансформатор

Как видите, у такой модели, есть уже четыре точки подключения к общей обмотке: A1, a2, a3 и X .

К контактам A1 и N – подключается источник переменного электрического тока, например, питание стандартной городской электросети, с напряжением(U1), в нашем случае это стандартные 220В. Всего между этими точками 18 витков медной проволоки, этот участок спирали обозначен как W1, он считается первичной обмоткой автотрансформатора.

Измерительные трансформаторы

В этом классе работают два вида устройств, обеспечивающих в целях измерения параметров сети преобразования:

  1. тока
  2. напряжения

Измерительные трансформаторы создаются с высоким классом точности. Во время эксплуатации их метрологические характеристики периодически подвергают поверке на правильность измерения как величин, так и углов отклонения векторов тока и напряжения.

Трансформаторы тока

Главная особенность их устройства заключается в том, что они постоянно эксплуатируются в режиме короткого замыкания. У них вторичная обмотка полностью закорочена на маленькое сопротивление, а остальная конструкция приспособлена для такой работы.

Чтобы исключить аварийный режим входная мощность ограничивается специальным устройством первичной обмотки: в ней создается всего один виток, который не может создать при протекании по нему тока большого падения напряжения на обмотке и, соответственно, передать в магнитопровод высокую мощность.

Этот виток врезается непосредственно в силовую цепь, обеспечивая его последовательное подключение. У отдельных конструкций просто создается сквозное отверстие в сердечнике, через которое пропускают провод с первичным током.

Нагрузку вторичных цепей трансформатора тока, находящегося под напряжением, нельзя разрывать. Все провода и соединительные клеммы по этой причине изготавливаются с повышенной механической прочностью. В противном случае на разорванных концах сразу возникает высоковольтное напряжение, способное повредить вторичные цепи.

Благодаря работе трансформаторов тока создается возможность обеспечения постоянного контроля и анализа нагрузок, протекающих в электрической системе. Особенно это актуально на высоковольтном оборудовании.

Виды трансформаторов

Измерительные трансформаторы тока 110 кВ

Номинальные значения вторичных токов измерительных трансформаторов энергетики принимают в 5 ампер для оборудования до 110 кВ включительно и 1 А — выше.

Широкое применение трансформаторы тока нашли в измерительных приборах. За счет использования конструкции раздвижного магнитопровода удается быстро выполнять различные замеры без разрыва электрической цепи, что необходимо делать при использовании обычных амперметров.

Читайте так же:
Какое количество теплоты выделится в проводнике при прохождении тока

Токовые клещи с раздвижным магнитопроводом трансформатора тока позволяют обхватить любой проводник с напряжением и замерить величину и угол вектора тока.

Трансформаторы напряжения

Отличительная особенность этих конструкций заключается в том, что они работают в режиме, близком к состоянию холостого хода, когда величина их выходной нагрузки невысокая. Они подключается к той системе напряжений, величина которой будет измеряться.

Виды трансформаторов

Измерительный трансформатор напряжения 110 кВ

Измерительные трансформаторы напряжения обеспечивают гальваническую развязку оборудования первичных и вторичных цепей, работают в каждой фазе высоковольтного оборудования.

Из них создают целые комплексы систем измерения, позволяющие фильтровать и выделять различные составляющие векторов напряжения, учет которых необходим для точной работы защит, блокировок, систем сигнализации.

За счет работы трансформаторов тока и напряжения снимают вектора вторичных величин, пропорциональные первичным в реальном масштабе времени. Это позволяет не только создавать цепи измерения и защит по току и напряжению, но и за счет математических преобразований векторов анализировать состояние мощностей и сопротивлений в действующей электрической системе.

Применение трансформаторов в электросетях

Потери энергии на нагрев провода прямопропорциональны значению квадрата тока, который проходит через провод. При передаче электроэнергии на значительные расстояния выгодно использовать малые токи и значительные напряжения. Из соображений безопасности, а также в целях уменьшения массы слоя изоляции в быту следует использовать средние напряжения – для выгодной транспортировки энергии в сети и применяются трансформаторы. Устройства сначала увеличивают напряжение генераторов на станциях перед тем, как транспортировать ток, а затем понижают напряжение в линии до оптимальной отметки.

Электросеть имеет три фазы, поэтому в целях преобразования напряжения в ней применяются трехфазные трансформаторы. Сердечник у такого устройства общий для всех фаз. Несмотря на высокий рабочий КПД оборудования, в мощных установках выделяется большое количество тепла – поэтому возникает потребность в применении специальной системы охлаждения. Трансформатор помещают в бак, заполненный техническим маслом или специальной жидкостью, которое начинает циркулировать под воздействием конвекции либо между радиаторов и баком в принудительном порядке. В ряде случаев масло может охлаждаться водой.

Что такое однофазный трансформатор

Электрическая энергия, выработанная генераторами электростанций, передается потребителям, находящимся в большинстве случаев на большом расстоянии от станций. Для удешевления стоимости электропередачи и уменьшения потерь энергии в ней приходится повышать напряжение электропередачи до cотен киловольт. При распре делении энергии между потребителями необходимо понизить напряжение до десятков и сотен вольт. Все это вызывает необходимость многократного изменения (трансформирования) напряжения, которое осуществляется трансформаторам

Читайте так же:
Приведите примеры использования тепловых действий тока кратко

Трансформатором называется статический аппарат, имеющий две (иногда более) обмотки, связанные переменным магнитным полем, служащий для трансформации переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, при неизменной частоте.

Однофазный трансформатор Число трансформаций от станции до потребителя обычно велико, и поэтому на 1 квт мощности генераторов, установленных на станции, приходится 4— 5 ква установленной мощности трансформаторов. Суммарные потери электроэнергии в трансформаторах составляют значительную долю потерь всей энергосистемы. Поэтому необходимо, чтобы трансформатор имел очень высокий к.п.д. В современных мощных трансформаторах к.п.д доходит до 0,995 при номинальной мощности.

Изобретателем трансформатора был выдающийся конструктор и ученый П. Н. Яблочков (1847 -1894).

Рис. 2. Однофазный трансформатор.

1 — магнитопровод; 2 — обмотка высшего напряжения; 3 — обмотка низшего напряжения; 4—путь полезного потока; 5 — путь потоков рассеяния первичной обмотки; 6 — путь потоков рассеяния вторичной обмотки.

Устройство и принцип действия однофазного трансформатора

Работа трансформатора основана на использовании явления взаимоиндукции. Трансформатор (рис. 9-1) имеет обычно две магнитно-связанные обмотки 2—2 и 3—3 с разными числами витков, помещенные для усиления магнитной связи на стальном, замкнутом магнитопроводе — сердечнике 1. Сердечник для уменьшения потерь энергии от вихревых токов набирается из стальных листов толщиной 0,5—0,35 мм, а при повышенной частоте тока — из более тонких листов (0,2—0 ,1 мм). Листы, перед сборкой, покрываются с двух сторон лаком для изоляции друг от друга. Трансформаторная сталь содержит 4—5% кремния, при этом сильно уменьшаются потери от гистерезиса и вихревых токов.

Расположение листов стали однофазного трансформатора при сборке

Те части сердечника, на которых располагаются обмотки, называются стержнями, а части, замыкающие их, называются ярмом. Внутреннее пространство между стержнем и ярмом служит для размещения обмоток и называется окном.

Сборка сердечника производится «внахлестку». На рис. 3 показаны два слоя листов, которые накладываются друг на друга при сборке сердечника трансформатора. При такой сборке достигается минимальный воздушный зазор в стыках.

Рис. 3 . Расположение листов стали однофазного трансформатора при сборке.

Листы предварительное стягиваются изолированными болтами в пакеты сначала так, чтобы на стержни можно было надеть изготовленные обмотки (рис.9-3), а затем окончательно, чтобы после установки обмоток, замкнуть магнитопровод. Сечение стержней, получаемое при этом, показано на рис. 9-4 — квадратное при малой мощности, или крестовидное, приближающееся к кругу, при средней и большой мощности трансформаторов.

Читайте так же:
Тепловое движение тока определение

Сборка сердечника трансформатора

Обмотки трансформатора представляют собой катушки разных конструкций. Различают обмотку низшего напряжения (НН), рассчитанную на низшее напря жение трансформатора, которая помещается ближе к стерж ню, и обмотку высшего напряжения (ВН), рассчитанную на высшее напряжение и помещаемую по верх обмотки (НН), концентрически с ней.

На рис. 2 обмотки ВН и НН показаны сдвинутыми друг относительно друга для упрощений рисунка. В однофазных трансформаторах (рис. 2) каждая обмотка делится пополам и помещается на двух стержнях. Обе половины обмотки НН и обмотки ВН соединяются так, чтобы э. д. с. половин обмоток складывались.

Рис. 3. Сборка сердечника трансформатора.

1 — стержень магнитопровода; 2 — обмотки.

Начала и концы обмоток трансформаторов обозначаются буквами латинского алфавита. Начала обмоток обозначают Л, В, С и a, b, с, а концы — X, Y, Z и х, y, z. Заглавные буквы приняты для обмотки высшего напряжения, а строчные — для обмотки низшего напряжения (рис. 2 ).

Та обмотка, к которой энергия подводится, называется первичной, а та, от которой энергия отдается потребителю, называется вторичной. Энергия передается с первичной обмотки на вторичную при помощи магнитного потока, связывающего обмотки. Если напряжение вторичной обмотки меньше, чем первичной, то трансформатор называется понижающим; в обратном случае он будет повышающим.

Рис. 4. Сечение сердечников трансформаторов.

Таким образом, трансформатор, показанный на рис. 2 понижающий. Однако если к обмотке ах подать энергию при номинальном для этой обмотки напряжении, а к обмотке АХ подключить потребителя, то трансформатор будет повышающим.

Стержневой трансформатор

Броневой трансформатор

Трансформатор с сердечником рассмотренного выше типа называется стержневым. Однако существуют трансформаторы броневого типа (рис. 5), у которых магнитопровод разветвлен и охватывает обмотки как бы броней.

P ис 5 Броневой трансформатор.

Обмотки ВН и НН таких трансформаторов изготовляются в виде плоских катушек, размещающихся на одном и том же стержне. Трансформаторы броневого типа применяются, например, в радиотехнических устройствах.

Номинальной мощностью трансформатора называется мощность его вторичной обмотки, обозначенная на щитке трансформатора и выраженная в вольт-амперах или киловольт-амперах.

Трансформатор Автотрансформатор

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника С, собранного из листового железа (для уменьшения потерь на вихревые токи), на котором имеются две обмотки: первичная K1, которая включается в питающую сеть, и вторичная К2, к которой подключается нагрузка.

Пренебрегая падением напряжения на активном сопротивлении обмоток, можно приравнять э. д. с. самоиндукции напряжению, приложенному к первичной обмотке, а э. д. с. индукции во вторичной обмотке — напряже нию на ее зажимах, тогда

Читайте так же:
Устройство теплового реле тока

, т. е. напряжения в обмотках трансформатора прямо пропорциональны числу их витков. Отношение числа витков n1 первичной к числу витков п2 вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации k:

Если пренебречь потерями в трансформаторе, то мощности тока в первичной и во вторичной обмотках можно считать равными и тогда токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны числу витков:

Трансформаторы являются неотъемлемой частью почти всех радиоприборов, электромедицинских аппаратов и т. д. При этом часто пользуются автотрансформатором — прибором, подобным трансформатору, но имеющим только одну обмотку, в которой совмещены функции первичной и вторичной обмоток трансформатора. Пусть обмотка автотрансформатора имеет n витков. Питающее напряжение U1 подводится к n1 виткам обмотки.

Нагрузка присоединяется к выводам от n 2 витков. Витки n 1 являются первичными. Ток в первичных витках образует в сердечнике магнитный поток, связанный со всеми n витками обмотки. При этом во всех п витках наводится электродвижущая сила, которая в n1 витках является э. д. с. самоиндукции, а в остальных витках — э. д. с. индукции. Электродвижущая сила в любом витке имеет одинаковую величину Ei и одно и то же направление. Поэтому, подключив нагрузку к n 2 виткам, которые являются вторичными витками (безразлично, будет ли n2>n1 или n2>n1 ), получим на нагрузке напряжение:

В то же время приложенное напряжение U1 уравновешивается обратной электродвижущей силой самоиндукции, возбуждаемой в n1 витках, т. е. U1=Ein1 . Поэтому можно составить соотношение, аналогичное трансформатору:

Автотрансформатор

Автотрансформатор часто применяют для регулировки напряжения или для обеспечения нормального напряжения на нагрузке (радиоприемники, телевизоры, медицинские электронные аппараты и т. д.) при колебаниях напряжения в сети. В этом случае обмотка автотрансформатора имеет несколько отводов, которые присоединяют к контактам переключателя.

Напряжение сети подводится к началу обмотки и среднему контакту переключателя П. Нагрузка включается между крайним выводом и подвижным контактом переключателя. Если переключатель поставить на средний контакт, то питающее напряжение будет подаваться на нагрузку без изменения. Если напряжение сети ниже нормального, то перекл но передвинуть в сторону большего числа витков.

При напряжении сети выше нормального — наоборот. Для удобства регулировки на выход автотрансформатора подключается вольтметр. При лабораторных работах часто применяется автотрансформатор с плавной регулировкой вторичного напряжения в широких пределах.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector