Трансформаторы

Министерство образования и  науки РФ

Новосибирский  Государственный  Технический Университет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра общей электротехники

Реферат по теме:

«Трансформаторы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                                                   Проверил:

Студент группы: КМ-002                                                     Стернина С.Л

Сизёв М.Г                                 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск, 2012 

Содержание

 
1. Введение

 

2. Общее устройство трехфазных трансформаторов

 

3. Общая конструкция сердечников трехфазных трансформаторов

 

4. Обмотки трансформаторов

 

5. Соединение обмоток трехфазных трансформаторов

 

6. Практическое применение трехфазных трансформаторов

 

7. Список используемой литературы 

Введение

 

     Одним из главных положительных особенностей переменного тока является легкость преобразования переменного тока одного напряжение в переменный ток другого. Этот процесс осуществляется при помощи устройства под названием трансформатор.

     Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

     Изобретателем трансформатора является русский ученый Павел Николаевич Яблочков. В 1876г. Яблочков использовал индукционную катушку с двумя обмотками в качестве трансформатора для питания изобретенных им электрических свечей. Трансформатор Яблочкова имел незамкнутый сердечник. Трансформаторы с замкнутым сердечником, подобные применяемым в настоящее время, появились значительно позднее, в 1884г. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого времени не применялся.

   Трансформаторы широко применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.

     Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформатор представляет собой сердечник из тонких стальных изолированных одна от другой пластин, на котором помещаются две, а иногда и больше обмоток из изолированного провода. Обмотка, к которой присоединяется источник электрической энергии переменного тока, называется первичной обмоткой, остальные обмотки – вторичными.

 

Общее устройство трехфазных трансформаторов

 

В отношении конструкции магнитной  цепи трехфазные  трансформаторы, как  и однофазные делятся на стержневые и броневые. Стержневые трансформаторы подразделяются на: а) трансформаторы  с симметричной магнитной цепью (рис.1) b) трансформаторы с несимметричной магнитной цепью (рис.2).

 

 

 

Броневой трансформатор можно  рассматривать как групповой (рис.3).

Из рисунка можно легко увидеть, что трансформатор разбит на три однофазных броневых трансформатора. В этом случае обмотки всех трех фаз магнитно не связаны друг с другом: каждая фаза имеет свою магнитную цепь.

У первого трансформатора стержни  расположены по вершинам углов равностороннего  треугольника. Такое расположение дает равные магнитные сопротивления  для магнитных потоков всех трех фаз. Магнитные потоки трех фаз проходят каждый в отдельности через один вертикальный стержень полностью и через два других по половине.

      Расположение стержней в одной плоскости приводит к тому, что магнитное сопротивление для потока средней фазы меньше, чем поток крайних фаз. Однако при небольшой насыщенности железа ярма и хорошей сборке стержней это неравенство токов незначительно.

        Групповые трехфазные трансформаторы находят применение при очень больших мощностях (>3х630 кВ*А). Это объясняется тем, что в качестве достаточно иметь один однофазный трансформатор (треть мощности группы), в то время, как при одном трехфазном трансформаторе в резерве приходится устанавливать другой трансформатор на полную мощность. Также групповой трансформатор имеет преимущества когда условия транспорта и надежность при эксплуатации имеют особенно важное значение. Однако групповой трансформатор несколько дороже трехфазного на ту же мощность, занимает больше места и имеет меньший к. п. д. 

Общая конструкция сердечников  трехфазных трансформаторов

 

Как в однофазных, так и в трехфазных трансформаторах для уменьшения потерь от вихревых токов, магнитопроводы трансформаторов собирают из изолированных листов электротехнической стали. По способу сборки различают стыковые и шихтованные магнитопроводы. В стыковых магнитопроводах стержни и ярма собираются и скрепляются раздельно, затем устанавливаются встык и соеденябтся между собой. В месте стыка во избежание замыкания листов устанавливают изоляционные прокладки. В шихтованных магнитопроводах ярма и стержни собирают как цельную конструкцию с взаимным перекрытием отдельных слоев в месте стыка. Шихтованные магнитопроводы имеют значительно меньшее магнитное сопротивление, чем стыковые; поэтому они более распространены в микротрансформаторах. Для уменьшения магнитного сопротивления магнитопровода и потери мощности в нем, места сочленения стержней с ярмами скашивают примерно на 45 градусов. Но такой вид сборки весьма трудоемок. Поэтому в силовых трансформаторах широко применяется комбинированный способ шихтовки, при котором стыки листов ярма со среднем стержнем делают прямым, а с крайними стержнями косыми.

 Стержни магнитопровода в силовых трансформаторах сравнительно небольшой мощности имеют прямоугольное или крестовидное сечение, а в более мощных-ступенчатое, по форме приближающееся к кругу. Такая форма обеспечивает получение требуемого поперечного сечения стержня при минимальном диаметре, что позволяет уменьшить длину витков обмоток, а следовательно и расход обмоточных проводов. При большом сечении стержней их собирают из отдельных стальных пакетов, между которыми располагают продольные каналы шириной 5…6 мм, а в некоторых конструкциях и поперечный канал для циркуляции охлаждающей жидкости.

   

    Стяжку листов стержней  в трансформаторах небольшой  мощности осуществляют с помощью  пластмассовых планок и стержней, устанавливаемых между стальным стержнем и жестким изоляционным цилиндром, на котором намотана обмотка.

    В более мощных трансформаторах  стержни стягивают бандажами  из стеклоленты ил стальной  ленты. Чтобы стальные бандажи  не образовали короткозамкнутых  витков, их разрезают и стягивают  с помощью изоляционных пряжек. Для получения равномерного сжатия стальных листов перед наложением бандажей стержень опрессовывают на сборочном стенде. Опрессовка стержней обеспечивает необходимую жесткость конструкции и предотвращает повышенную вибрацию, сопровождающуюся шумом.

 

 

При работе трансформаторов магнитопровод и другие стальные части находятся в сильном магнитном поле, вследствие чего они могут приобрести электрический заряд. Чтобы избежать этого, остов заземляют с помощью медных лент.       

 

Обмотки трансформаторов

 

     Обмотки трансформатора выполняют из медного или алюминиевого изолированного провода. Обмотки высокого напряжения чаще изготавливаются из круглых проволок, так как изолирование представляет меньшие затруднения. Обмотки низкого напряжения изготавливаются обычно из прямоугольного сечения. Круглая проволока берется диаметром не более 3,5 мм, так как проволока с большим диаметром затрудняет работу по намотке катушек и дает плохое использование сечения этих катушек. Проводники прямоугольного сечения берутся не свыше 200 кв. мм; делается это с целью уменьшения потерь от токов Фуко. При изготовлении катушки с обмотками предусматриваются изолирующие прокладки: межобмоточная, межслойная и внешняя.

      При диаметре провода более 1 мм каркас выполняется из электрокартона, а отдельные слои обмотки перевязываются хлопчатобумажной лентой. Обмоточные провода маркируются по диаметру, виду изоляции и нагревостойкости.

      Для повышения электропрочности трансформаторы после сборки пропитывают электроизоляционными лаками, а иногда заливают специальными компаундами. Чтобы предотвратить пробой изоляции при воздействии на обмотку импульсивных перенапряжений в высоковольтных трансформаторах, между обмотками дополнительно ставят жесткие бумажно-бакелитовые цилиндры или мягкие цилиндры из электроизоляционного картона.

     По способу выполнения  обмотки трансформаторов распадаются на цилиндрические и дисковые. Цилиндрические обмотки представляют собою в целом полые цилиндры, окружающие сердечники по всей их длине. В небольших трансформаторах цилиндрические обмотки выполняются непрерывной намоткой проводника. В трансформаторах большей мощности и высокого напряжения цилиндрические обмотки составляются из секций или катушек, разобщенных друг от друга изоляционными прокладками. Цилиндрические обмотки применяются преимущественно у стержневых трансформаторов высокого напряжения.

     Дисковые обмотки составляются из плоских или дисковых катушек или секций, имеющих большой радиальный и небольшой осевой размеры. Для того что чтобы обеспечить лучшую изоляцию обмоток от сердечников, у ярем располагают катушки низшего напряжения. Так как у дисковой обмотки катушки обмоток высшего и низшего напряжения тесно переплетаются друг с другом, то для этого требуется весьма солидная изоляция. Это обстоятельство ведет к увеличению высоты обмотки. Дисковые обмотки применяются преимущественно в броневых трансформаторах, хотя при невысоких напряжениях и небольших мощностях они применяются и в стержневых трансформаторах.      

Соединение обмоток трехфазных трансформаторов

 

а) соединение обмоток в звезду

      Если соединить концы или начала обмоток трех фаз вместе, то получится соединение в звезду. Точку соединения фаз, называют нулевой точкой. В звезду могут быть соединены различные обмотки трансформатора как ВН и СН, так и НН.

При соединении обмотки в звезду с выведенной нулевой точкой можно получить два напряжения (фазное и лилейное). Если измерять напряжение между нулем и какой-либо фазой, то получим напряжения, называемые фазными. Напряжения, измеренные между фазами. называются линейными напряжениями.

 
б) Соединение обмоток в  треугольник

Если соединить конец фазы А (точку х) с началом фазы С, конец фазы С с началом фазы В и конец фазы В (точка у) с началом фазы А, то получится соединение в треугольник.

При соединении в треугольник фазные напряжения будут равны линейным. В мощных трансформаторах принято одну из обмоток всегда соединять в треугольник. Делается это по следующим соображениям: Как известно, намагничивающий ток трансформатора имеет несинусоидальную форму. По этим соображениям принято одну из обмоток обязательно соединять в треугольник. Обычно в треугольник соединяется обмотка низшего напряжения. В мощных трансформаторах номинальный ток обмотки НН часто составляет несколько тысяч ампер и конструктивно бывает легче выполнить соединение обмотки в треугольник, так как фазный ток при той же мощности получается в v 3 раз меньшим, чем при соединении в звезду. 

в) Соединение обмоток в  зигзаг — звезду (равноплечий и  неравноплечий зигзаг)

Зигзаг может быть получен, если соединить по одной из двух схем

Схема равноплечего зигзага получится если обмотки будут иметь одинаковое число витков. Такая схема применяется для нормальных силовых понижающих трансформаторов, для мощностей 25, 40, 63, 100, 160 и 250кВт. Неравноплечий зигзаг получается, если соединить концы и начала полуобмоток с неодинаковым числом витков. Схема неравноплечего зигзага применяется иногда иностранными фирмами для трансформаторов специального назначения. В нормальных силовых трансформаторах наши заводы эту схему не применяют.

 

г) Соединение обмоток по схеме А 

Если соединить обмотки трансформатора, как показано на данной схеме, то получится соединение по схеме А. Схему, как это видно из векторной диаграммы

 
Для того чтобы получить соединения обмоток, отвечающих векторной диаграмме, принимают соотношения числа  витков на фазах трансформатора, которые  должны удовлетворять следующим трем условиям:

1. Обмотка фазы С должна иметь 2/3 числа витков обмоток фаз А и В.

2. Нулевой вывод берется от середины обмотки фазы с

3. Число витков дополнительных участков фаз А и В должно быть одинаково

 

 

д) Соединение обмоток в  скользящий треугольник

На данном изображении изображена схема соединения обмотки и векторная диаграмма скользящего треугольника.

Из рассмотрения схемы видно, что изменяя положение концов а'b'с' и «скользя» ими по обмотке из крайнего верхнего положения к нижнему, можно перейти от треугольника к звезде. При этом могут быть получены все промежуточные положения. Это дает возможность, так же как в схеме неравноплечего зигзага, иметь различные углы сдвига фаз . Эта схема не имеет применения в нормальных силовых трансформаторах и применяется только там, где необходимо иметь соединение обмоток в треугольник и в то же время требуется иметь нулевую точку. Схема скользящего треугольника применяется иногда для трансформаторов, питающих электрические печи.  

 

Практическое применение трансформаторов 

Трансформаторы широко используют для следующих целей:

1. Для передачи и распределения электрической энергии. Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-24 кВ, а передавать электроэнергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500, и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения. Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населёнными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям, при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех распределительных узлах должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение до величины 220, 380 и 660 В