Трансформатордың қысқа тұйықталу кезеңіндегі энергияның жоғалуын зерттеу

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ  БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ            МИНИСТІРЛІГІ

Қ.А.Ясауи  атындағы Халықаралық  қазақ-түрік университеті

         Инженерлік-педагогикалық  факультеті

 

«Энергетика және жаратылыстану пәндері » кафедрасы

 

 

                           

 

                                                                

 

 

 

КУРСТЫҚ   ЖҰМЫС

 

 

Тақырыбы:Трансформатордың қысқа тұйықталу кезеңіндегі             энергияның жоғалуын зерттеу.

 

                                                                        Орындаған: ЖЭЭ-811. 3-курс.  

                                                                                               Жетписбаева Қ.

                                                                        Ғылыми жетекші:аға оқытушы

                                                                                                РахимжановаП.Т

                                                                        Курстық жұмыс қорғауға жіберілді

 

                                                                                     «_____» __________________20____ж

 

                  Курстық жұмысқа қойылған баға

 

___________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

Мазмұны:

Кіріспе............................................................................................................3

I-тарау  Трансформаторлар  ........................................................................5

1.1 Электр энергиясын трансформациялаудың электр физикалық процестері......................................................................................................9

1.2 Жүктелген трансформатормен электр энергиясын  трансформациялаудың электр физикалық процесі ..........................................................................15

1.3 Бос жүріс және қысқа тұйықталу тәжірибиесі.....................................16

II-тарау

2.1....................................................................................................................

2.2....................................................................................................................

2.3....................................................................................................................

Қорытынды....................................................................................................24

Қолданылған әдебиеттер тізімі...................................................................25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

            Трансформатор дегеніміз  бір кернеудегі  айнымалы тоқты  сол жиіліктегі  айнымалы тоқтың екінші  кернеуіне түрлендіретін статикалық электр-магниттік аппарат.

       Трансформаторлар  іс  жүзінде электр энсргиясын  үлкен кашықтыққа беру, энергияны кабылдағыштар  арасында  тарату ушін  және  әртүрлі түзеткіш, күшейткіш т. б. құрылғаларда кеңінен қолданылып отыр.

Электр энергиясын  электрстанциядан  тұтынушыларына  берерде, өткізгіш  сымдар арқылы өтетін тоқ  күшінің үлкен  маңызы бар. Тоққа байланысты  электр энергиясы  берілетін  желі сымының  қимасы таңдап алынады. Сым қимасы бойынша оның құны  және оларда болатын энергия шығыны анықталады.

      Егер  бір ғана мәнді  берілетін  қуатта  кернеуді  көбейтсек, онда соншалықты оның тоғы  азаяды. Бұл электр энергиясын  беретін желінің сым өткізгішінің  көлденең  қимасын  азайтуға мүмкіндік  береді, ал ол түсті металды  үнемдеуге және желідегі энергия шығынын  азайтуға алып келеді.

        Рж — желідегі  қуат шығыны Вт; R — сымның  кедергісі. Ом; / — желі ұзындыгы м; р — өткізгіш  материалының меншікті  кедергісі (Ом мм²). Сонымен, желі сымының  көлденең  қимасы  мен  қуат шығыны оның кернеуіне кері пропорционал.

Электр станцияларында электр энергиясы кернеуі 11— 18 кв (кейде 30—35 кв) синхронды генераторлармен өндіріледі.

Бұл кернеу пайдаланушылардың тікелей қолдануына өте жоғары болғаныменен, энергияны үнемді түрде үлкен қашықтыққа беруге жеткіліксіз. Қернеуді өсіру үшін жоғарылатқыш трансформаторлар қолданылады.

      Электр энергиясын  пайдаланушыларының  қауіпсіздігін сактау мақсатымен  электр энергиясының  қабылдағыштары (қыздырғыш қыл сымды шамдар, электр  қозғалткыштары т. б.) төменгі  кернеу-де (110—380 В) жұмыс жасауға есептеледі. Оның үстіне  жоғарғы  кернеу кезінде тоқ жүретін бөліктер өзара  күшті оқшауламаланған  болуы керек, бұл аппараттар мен аспаптар  конструкциясын күрделілендіруге алып келеді. Сондықтан энергия  берілісінде  қолданылатын  жоғарғы  кернеумен  қабылдағыштарды тікелей  қоректендіруге болмайды. Ол үшін  энергия  қабылдағыштарга энергияны  төмендеткіш  трансформаторлар арқылы береді.

Сонымен, электр энергиясы  өндіретін жерден пайдаланатын жеріне берілгенше  бірнеше рет (3—4 рет) трансформацияланады. Сонымен  бірге төмендеткіш  трансформаторлар таратушы  торабтарда  бір  уақытта және  де бар  қуатымен  қосыла  бермейді, Осының  салдарынан  орнатылған трансформаторлардың  қуаты электр станциялардағы  электр энергиясын өндіретін  генераторлардың  қуаттарынан  бірнеше  есе (7—8 есе)  көп болады.

        Трансформатор  болат  магнит өткізгішіне  орнатылған екі  оқшауламаланған  орамадан  тұрады.  Электр энергиясы  көзінің  желісіне қосылған  ораманы  бірінішреттік  орама,  ал  энергияны қабылдағыштарға беретін ораманы  екіншіреттік  орама  деп  атайды.

        Әдетте бірнші  және  екіншіреттік  орамалардың  кернеулері  бірдей  болмайды.  Егер біріншіреттік  кернеу  екіншіреттік  кернеуден аз болса онда ондай трансформаторды  жоғарылатқыш, ал керісінше  болса  онда — төмендеткіш  трансформатор  деп  атайды. Кез  келген  трансформаторды  әрі төмендеткіш, әрі  жоғарылатқыш  трансформатор  ретінде қолдануға  болады.

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                 

 

ТРАНСФОРМАТОРЛАР.

  Айналатын  бөлшектері  болмауына   қарамастан  трансформаторлар (электр) электр машиналары  қатарына жатады.

      Олар электр  индукциялық  заң  негізінде бір шамадагы кернеулі электр энергиясын, екінші  шамадағы  кернеулі  электр энергиясына айналдырады.

     Трансформаторлардың  қызметі. Трансформатор  кернеудің шамасын өзгеретін  параметрлердің өзара электрлік байланысынсыз  өзгертуге арнал-ған  электр құрылғы. Трансформаторлар электр техникасында, электроникада, автоматтандыруда, телемеханикада, байланыс құрылғыларында, теледидарда, ЭЕМ мен техниканың басқа салаларында кең қолданыс тапты.

     Олардың  бір-бірінен  құрылысы жағынан   айырмашылықтары  болады. Дегенмен, оларды бір құрылғының  түрлері   деп  қарастырып, электр энергиясын трансформациялаудың  физикалық  процестері зерттелетін мысалдар деуге болады.

     Электр энергетикасында күш трансформаторлары елеулі орын алады. Олардың көмегінсіз электр энергиясын беру, тарату мен қолдану мүмкін емес. Электр энергиясын шығаратын көздердің кернеуі 20-30 мың Вольттан артпайды. Мұндай кернеумен электр энергиясын жүздеген километр қашықтыққа жеткізу мүмкін емес, себебі оның барлығы электр тасымалдау ,желісінде (ЭТЖ), тоқ күшінің квадратына тура пропорционал электр шығындары ретінде жоғалады.

ЭТЖ электр энергиясының шығынын    айтарлықтай төмендетуді бір мезгілде кернеуді жоғарылата отырып, тоқ күшін азайту арқылы іске асыруға болады.

       Осы жағдайда берілетін электр қуаты S=UI өзгеріссіз күйінде қалады да, оның шығынын     P=I²R квадраттық дәрежеде төмендейді. Энергетиканың қазіргі  өркендеген  кезеңінде электр  қуаты миллион Вольт-тық  кернеулермен мыңдаған  километр қашықтықтарға тасымалданады. Мұндай  жоғары  кернеуді  тек  транформаторлар  көмегі арқылы ғана алуға болады.

       Басқа   тұрғыдан  алып  қарағанда, жүздеген  мың  Вольттық  кернеуді тұрғын  үйлерге  кіргізу, техникалық  жағынан  алғанда  мүмкін емес.

Күштік және  тұрмыстық  жабдықтардың  жұмысы  үшін  көп  жағдайларда 380 және  220  Вольтты  кернеу  пайдаланылады, ондай кернеуді трансформаторлар  арқылы алады.

      Кернеуді  жоғарылату  және  төмендету  трансформатордың  тамаша қасиеті. Егер желіге трансформатордың  орам  саны  көп  орамасын  қосса кернеуді  төмендетеді, ал орам саны  аз  орамасын  электр  энергия  көзіне қосса  кернеуді  жоғарылатады.

      Кернеу трансформаторының құрылысы. Трансформатор  негізгі  екі бөлшектен:  магнитөткізгіштен  және  екі  орамнан тұрады (1-сурет).

 

                      

                1.сурет. Бірфазалы кернеу трансформаторының  құрылысы.

                                   а  -  маннитөткізгіш ;   в – орамалар .

 

Магнитөткізгіш. Магнитөткізгіштің  негізгі қызметі – оған бекітілген орамдар арасында мүмкіндігінше  жоғары магниттік байланысты қамтамассыз  ету.   Олар  өзара  жалғасқан  болат  өзекше  мен  орамдардан  тұрады.

Трансформатордың  магнитөткізгіші  арнайы  электр  техникалық болаттан жасалады, ондай  болаттың  электр  магниттік өткізгіштігі жоғары, сондықтан да, тұйықталған  желіде  оның электр магнит ағынына кедергісі төмен.

       Ол  электр энергиясын  трансформациялау  кезінде  электр  өткізгіштігі жоғары  (кедергісі  аз)  мыс  немесе  алюминий  өткізгіштерді  пайдаланумен бірдей. Сонымен  қоса,  электр  техникалық  болат,  кәдімгі  конструкциялық болатқа  қарағанда,  гистерезис құбылысынан  пайда болатын магниттік шығыны  әлдеқайда төмен.

       Магнитөткізгіштің   өзегі тұтас  болаттан емес, екі жағына электр оқшаулағыш  лак  жағылған  қалыңдығы 0,35  немесе  0,5мм қаңылтырлардан құрастырылып  жасалады. Магнитөткізгіштердің  қимасы, жасанды  түрде, қимасы кіші  көптеген  қаңылтырға  бөлшектеледі, себебі айнымалы  магнит  өрісінде  орналасқан  магнитөткізгіштегі  құйынды тоқтың  (Фуко тоқтары)  өтуіне  кедергіні  арттыру.  Ом  заңы  бойынша құйынды  тоқтың  күші  азаяды, бұл  магнитөткізгіштегі  электр шығынын           азайтады.

   Сонымен,   өзекшелер  мен   жарманы:

      - магнит  ағынына  кедергі аз болу үшін арнайы электр магниттік болаттардан жасайды;

         -құйынды   тоқты  мейлінше  төмендету   арқылы электр  шығынын азайту  мақсатымен болат құймадан  емес, электр  техникалық  болаттан даярланып  екі  жағына  оқшаулағыш  лак  жағылған жұқа  қаңылтырдан жасайды.

        Магнитөткізгіштің   өзекшелері мен жармасының  пішіні  2-суретте көрсетілгендей болып  келеді. Магнитөткізгіштердің  өзекшелері  мен орамдарының орналасуына  қарай трансформаторлар өзекшелі және бронды деп бөлінеді. Олар магнитті жүйемен байланыстырылған ( симметриялы емес және симметриялы)  және байланыстырылмаған (топталган) болып келеді. Ең көп тарағандары бір жазыққа орналасқан өзекшелі симметриялы магнит жүйесімен байланыстырылған болып  табылады.  

      Кернеу  трансформаторының  орамдары. Трансформатордың  орамдары кернеулері (ЭҚК) өзара электрлі  байланыссыз  трансформациялауды қамтамасыз етуге арналған. Олар кем  дегенде екеу болады. Олардың бірі электр энергиясының көзіне жалғанады  да  электр энергиясын магнит энергиясына айналдырады. Екінші орам - магнит энергиясын электр энергиясына айналдырып, берілген ЭҚК-і  бар электр энергиясының, көзіне айналады.

         Трансформатордың  орамдары  цилиндрлі  жаргы түрінде сымдарының қима  ауданы дөңгелек немесе тік болып жасалады. Олардың орам  саны әдетте, әр  түрлі болып келеді. Орам саны көп орама жоғарғы кернеулік (Ж.К), орам саны  аз  төменгі кернеулік (Т.К)  деп аталады. Жоғары кернеу орамасының  орам  талшықтарын W1  ал темен кернеу орамасының орам талшықтарын w₂ деп белгілейді. Төменгі кернеу орамасы өзекшеге жақын, ал жоғары  кернеу  орамасы  төмен  кернеудің орамдарының сыртынан орала-ды. Орамдарды  стержень мен  орама  арасындағы  төсемінің  қалыңдығын азайту үшін әдейі орналастырады. Орамдардың  шығу  ұштары  латын әріптерімен  белгіленеді. Жоғары  кернеулі  орамның  басы  мен  аяғы ретінше  А  және  X  әріптерімен белгіленеді. Төмен кернеулі орамдардың ұшының  басы  а  және  аяғы  х  әріптерімен  белгіленеді. Үшфазалы транс-форматорлар орамдары  кемінде  6.  Оларды таңбалау үшін  латынның 6  бас және  кіші  әріптерін  пайдаланады  А-Х ; В - У: С~Z  және  a - х; в - у; с -z. Олар  өздеріне сәйкес үшфазалы тоқтың  жоғары  және  төмен кернеуін көрсетеді.

         Магнитөткізгішпен орамдардың  жақсы сууына  және  оқшаулануына жағдай жасау трансформатор майы толтырылған арнайы бактың (ыдыстың) ішіне орналастырылады. Ондай трансформатор майлы, қалғандары  құрғақ деп аталады.

      Электр энергиясын трансформациялаудың электр физикалық процестері.

Электр энергиясын трансформациялау  бірінен соң бірін, әуелі электр энергиясын магнит энергиясына, бірінші орамда содан соң екінші орамада магнит энергиясын электр энергиясына қайта түрлендіру арқылы трансформациялауға негізделген. Энергияны түрлендіру кезінде орамадағы омдық кедергіден  және  магнитөткізгіштерінің болаттарындағы  құйынды тоқтардан және  магнит энергиясына түрлену кезіндегі гистерезис құбылы-сынан  энергия шығындары  болады. Олар орамалардың  және трансформаторлардың магнитөткізгіштердің  қызуы түрінде білінеді.

Трансформатор  жұмысы  қалыптасқан  кезде  энергия  трансформатордың ішіндегі  электрлік және магниттік  шығындарды жабуга, сондай-ақ, екінші орамды қоректендірудің жаңа көзінде электр қозғаушы күш тугызуга жұмсалады.

         Бұл   процесс сандық жағынан трансформатор орамдарындағы  электрлік тепе-теңдіктің математикалық теңдеуі арқылы өрнектеледі.