Трансформатор определение

/ билеты_ЭМ / 22.Определение идеального трансформатора. Принцип действия трансформатора

22.Определение идеального трансформатора. Принцип действия трансформатора.

Уравнения идеального трансформатора

Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток[8]. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков[9]. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии:

Где

P₁ — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи,

P₂ — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.

Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:

Таким образом получаем, что при увеличении напряжения на концах вторичной обмотки U₂, уменьшается ток вторичной цепи I₂.

Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения.[10] Например, сопротивление Z₂ подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет . Данное правило справедливо также и для вторичной цепи:.

Принцип действия трансформатора

Принцип действия трансформаторов

Роль и значение трансформаторов

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения, а также для преобразования числа фаз и частоты. Это устройство чаще всего состоит из двух (а иногда и большего числа) взаимно неподвижных и электрически не связанных между собой обмоток, располагаемых на ферромагнитном магнитопроводе (рис. 1). Обмотки имеют между собой магнитную связь, осуществляемую переменным магнитным полем. Ферромагнитный магнитопровод предназначен для усиления магнитной связи между обмотками.

Иногда в трансформаторах ферромагнитный магнитопровод может отсутствовать. Такие трансформаторы называются воздушными. Они применяются в специальных случаях при преобразовании переменных токов высокой частоты.

Обмотка трансформатора, принимающая энергию из сети, называется первичной (обмотка 1 на рис. 1), а обмотка, отдающая энергию в сеть, - вторичной (обмотка 2 на рис. 1).

Обмотки трансформатора рассчитываются для подключения к сетям с разными напряжениями. Обмотка, предназначенная для присоединения к сети с более высоким напряжением, называется обмоткой высшего напряжения (ВН), а подсоединяемая к сети с меньшим напряжением - обмоткой низшего напряжения (НН). Если вторичное напряжение меньше первичного, то трансформатор называется понижающим, а если больше - повышающим. В зависимости от включения тех или иных обмоток к сети каждый трансформатор может быть как повышающим, так и понижающим. Трансформаторы с двумя обмотками называются двухобмоточными. Изготовляются также трансформаторы, у которых имеется три или более электрически не связанных обмоток. Такие трансформаторы называются трех- или многообмоточными. Многообмоточные трансформаторы имеют несколько вторичных или первичных обмоток. В зависимости от числа фаз трансформаторы подразделяются на однофазные, трехфазные и многофазные.

Трансформаторы находят самое широкое применение. Существует очень много их типов, различающихся как по назначению, так и по выполнению. Здесь в первую очередь следует выделить группу силовых трансформаторов, используемых при передаче и распределении электроэнергии, производимой на электростанциях.

Установленные на электрических станциях генераторы производят электрическую энергию относительно невысокого напряжения (до 15,75-24 кВ). При передаче ее к потребителям, расположенным на расстоянии в несколько сотен или даже тысяч километров, для уменьшения сечений проводов линии и потерь энергии в них целесообразно эту энергию преобразовать, уменьшив ток в линии путем соответствующего повышения напряжения. Напряжение линии электропередачи принимают тем выше, чем больше длина линии и передаваемая мощность. В современных электрических сетях энергия передается при напряжениях до 750 - 1150 кВ. Повышение напряжения на электростанциях осуществляется с помощью повышающих трансформаторов. В конце линии электропередачи устанавливаются трансформаторы, которые понижают напряжение, так как для распределения энергии по заводам, фабрикам, жилым домам и т. п. необходимы сравнительно низкие напряжения.

При передаче электрической энергии от места ее производства до места потребления требуется многократная ее трансформация. Поэтому мощность всех трансформаторов, установленных в электрической сети, в 7 - 8 раз превышает общую мощность генераторов. Единичная мощность силовых трансформаторов колеблется от нескольких киловольт-ампер до сотен тысяч киловольт-ампер. В дальнейшем изложении главное внимание будет уделяться силовым трансформаторам.

Наряду с силовыми трансформаторами широкое распространение получили специальные трансформаторы (сварочные, для питания электродуговых печей, измерительные и др.). Трансформаторы небольших мощностей находят широкое применение в устройствах связи, радио, телевидения, системах автоматики и др.

По способу охлаждения в зависимости от охлаждающей среды трансформаторы подразделяются на сухие (с воздушным охлаждением), масляные и с заполнением негорючим жидким диэлектриком

StudFiles.ru

Трансформатор тока

Измерительный трансформатор тока ТПОЛ-10

Элегазовые трансформаторы тока ТГФМ-110 У этого термина существуют и другие значения, см. Трансформатор (значения).

Трансформа́тор то́ка — трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока, а вторичная обмотка замыкается на измерительные или защитные приборы, имеющие малые внутренние сопротивления.

Измерительный трансформа́тор то́ка — трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.

Трансформаторы тока (далее — ТТ) широко используются для измерения электрического тока и в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, в связи с чем на них накладываются высокие требования по точности. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.

К ТТ предъявляются высокие требования по точности. Как правило, ТТ выполняют с двумя и более группами вторичных обмоток: одна используется для подключения устройств защиты, другая, более точная — для подключения средств учёта и измерения (например, электрических счётчиков).

Особенности конструкции

Вторичные обмотки ТТ (не менее одной на каждый магнитопровод) обязательно нагружаются. Сопротивление нагрузки строго регламентировано требованиями к точности коэффициента трансформации. Незначительное отклонение сопротивления вторичной цепи от номинала, указанного в паспорте ТТ, по модулю полного сопротивления Z или коэффициента мощности cos φ (обычно cos φ = 0,8 индукт.) приводит к изменению погрешности преобразования и, возможно, ухудшению измерительных качеств трансформатора. Значительное увеличение сопротивления нагрузки создает высокое напряжение во вторичной обмотке, достаточное для пробоя изоляции трансформатора, что приводит к выходу трансформатора из строя, а также создаёт угрозу жизни обслуживающего персонала. Кроме того, из-за возрастающих потерь в сердечнике магнитопровода трансформатор начинает перегреваться, что также может привести к повреждению (или, как минимум, к износу) изоляции и дальнейшему её пробою. Полностью разомкнутая вторичная обмотка ТТ не создаёт компенсирующего магнитного потока в сердечнике, что приводит к перегреву магнитопровода и его выгоранию. При этом магнитный поток, созданный первичной обмоткой, имеет очень высокое значение, и потери в магнитопроводе сильно нагревают его. В конструктивном отношении трансформаторы тока выполнены в виде сердечника, шихтованного из холоднокатанной кремнистой трансформаторной стали, на которую наматываются одна или несколько вторичных изолированных обмоток. Первичная обмотка также может быть выполнена в виде катушки, намотанной на сердечник, либо в виде шины. В некоторых конструкциях вообще не предусмотрена встроенная первичная обмотка; первичная обмотка выполняется потребителем путём пропускания провода через специальное окно. Обмотки и сердечник заключаются в корпус для изоляции и предохранения обмоток. В некоторых современных конструкциях ТТ сердечник выполняется из нанокристаллических (аморфных) сплавов для расширения диапазона, в котором трансформатор работает в классе точности.

Коэффициент трансформации измерительных трансформаторов тока является их основной характеристикой. Номинальный (идеальный) коэффициент указывается на шильдике трансформатора в виде отношения номинального тока первичной (первичных) обмоток к номинальному току вторичной (вторичных) обмоток, например, 100/5 А или 10-15-50-100/5 А (для первичных обмоток с несколькими секциями витков). При этом реальный коэффициент трансформации несколько отличается от номинального. Это отличие характеризуется величиной погрешности преобразования, состоящей из двух составляющих — синфазной и квадратурной. Первая характеризует отклонение по величине, вторая отклонение по фазе вторичного тока реального от номинального. Эти величины регламентированы ГОСТами и служат основой для присвоения трансформаторам тока классов точности при проектировании и изготовлении. Поскольку в магнитных системах имеют место потери связанные с намагничиванием и нагревом магнитопровода, вторичный ток оказывается меньше номинального (то есть погрешность отрицательная) у всех ТТ. В связи с этим для улучшения характеристик и внесения положительного смещения в погрешность преобразования применяют витковую коррекцию. А это означает, что коэффициент трансформации у таких откорректированных трансформаторов не соответствует привычной формуле соотношений витков первичной и вторичной обмоток.

Схемы подключения измерительных трансформаторов тока

Два трансформатора тока в ячейке КРУ-10 кВ

Трансформаторы тока обозначаются ТАа, ТАс, или ТА1 , ТА2, а токовые реле КА1, КА2. В трёхфазных сетях с изолированной нейтралью (сети с напряжением 6-10-35 кВ) трансформаторы тока нередко устанавливаются только на двух фазах (обычно фазы A и C). Это связано с отсутствием нулевого провода в сетях 6 −35 кВ и информация о токе в фазе с отсутствующим трансформатором тока может быть легко получена измерением тока в двух фазах. В сетях с глухозаземлённой нейтралью (сети до 1000В) или эффективно заземлённой нейтралью (сети напряжением 110 кВ и выше) ТТ в обязательном порядке устанавливаются во всех трёх фазах.

В случае установки в три фазы вторичные обмотки ТТ соединяются по схеме «Звезда» (рис.1), в случае двух фаз — «Неполная звезда» (рис.2). Для дифференциальных защит силовых трансформаторов с электромеханическими реле трансформаторы подключают по схеме «Треугольник» (для защиты обмотки трансформатора, соединённой в звезду при соединении защищаемого трансформатора «треугольник — звезда», что необходимо для компенсации сдвига фаз вторичных токов с целью уменьшения тока небаланса). Для экономии измерительных органов в цепях защиты иногда применяется схема «На разность фаз токов» (не должна применяться для защиты от коротких замыканий за силовыми трансформаторами с соединением треугольник — звезда).

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам:

1. По назначению:

измерительные;
защитные;
промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.);
лабораторные (высокой точности, а также со многими коэффициентами трансформации).

2. По роду установки:

для наружной установки (в открытых распределительных устройствах);
для внутренней установки;
встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.;
накладные — надевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора);
переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).

3. По конструкции первичной обмотки:

многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с т. н. «восьмёрочной обмоткой»);
одновитковые (стержневые);
шинные.

4. По способу установки:

проходные;
опорные.

5. По выполнению изоляции:

с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.);
с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;
газонаполненные (элегаз);
с заливкой компаундом.

6. По числу ступеней трансформации:

одноступенчатые;
двухступенчатые (каскадные).

7. По рабочему напряжению:

на номинальное напряжение свыше 1000 В;
на номинальное напряжение до 1000 В.

8. Специальные трансформаторы тока:

нулевой последовательности;
пояс Роговского.

Параметры трансформаторов тока

Важными параметрами трансформаторов тока являются коэффициент трансформации и класс точности.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации ТТ определяет номинал измерения тока и означает, при каком первичном токе во вторичной цепи будет протекать определённый стандартный ток (чаще всего это 5 А, редко 1 А). Первичные токи трансформаторов тока определяются из ряда стандартизированных номинальных токов. Коэффициент трансформации трансформатора тока обычно записывается в виде отношения номинального первичного тока к номинальному вторичному в виде дроби, например: 75/5 (при протекании в первичной обмотке тока 75 А — 5А во вторичной обмотке, замкнутой на измерительные элементы) или 1000/1 (при протекании в первичной цепи 1000 А, во вторичных цепях будет протекать ток 1 А. Иногда ТТ могут иметь переменный коэффициент трансформации, что возможно пересоединением первичных обмоток из параллельного в последовательное соединение (например, такое решение применяется в трансформаторах тока ТФЗМ-110) либо наличием отводов на первичной или вторичной обмотках (последнее применяется в лабораторных трансформаторах тока типа УТТ) или же изменением количества витков первичного провода, пропускаемого в окно трансформаторов тока без собственной первичной обмотки (трансформаторы тока УТТ).

Класс точности

Для определения класса точности ТТ вводятся понятия:

погрешности по току Δ I = I 2 − I 1 ′ {\displaystyle \Delta I=I_{2}-I_{1}^{'}} , где I 2 {\displaystyle I_{2}} — действительный вторичный ток, I 1 ′ = I 1 / n {\displaystyle I_{1}^{'}=I_{1}/n} — приведённый первичный ток, I 1 {\displaystyle I_{1}} — первичный ток, n {\displaystyle n} — коэффициент трансформатора тока;
погрешности по углу δ = α 1 − α 2 {\displaystyle \delta =\alpha _{1}-\alpha _{2}} , где α 1 {\displaystyle \alpha _{1}} — теоретический угол сдвига фаз между первичным и вторичным токами α 1 {\displaystyle \alpha _{1}}  = 180°, α 2 {\displaystyle \alpha _{2}} — действительный угол между первичным и вторичным током;
относительной полной погрешности ε % = ( | I 1 ′ − I 2 | ) / | I 1 ′ | {\displaystyle \varepsilon \%=(|I_{1}^{'}-I_{2}|)/|I_{1}^{'}|} , где | I 1 ′ | {\displaystyle |I_{1}^{'}|} — модуль комплексного приведённого тока.

Погрешности по току и углу объясняются действием тока намагничивания. Для промышленных трансформаторов тока устанавливаются следующие классы точности: 0,1; 0,5; 1; 3, 10Р. Согласно ГОСТ 7746-2001 класс точности соответствует погрешности по току ΔI, погрешность по углу равна: ±40′ (класс 0,5); ±80′ (класс 1), для классов 3 и 10Р угол не нормируется. При этом трансформатор тока может быть в классе точности только при сопротивлении во вторичной цепи не более установленного и тока в первичной цепи от 0,05 до 1,2 номинального тока трансформатора. Добавление после обозначения класса точности трансформаторов тока литеры S (например 0,5 S) означает, что трансформатор будет находиться в классе точности от 0,01 до 1,2 номинального тока. Класс 10Р (по старому ГОСТ Д) предназначен для питания цепей защиты и нормируется по относительной полной погрешности, которая не должна превышать 10 % при максимальном токе КЗ и заданном сопротивлении вторичной цепи. Согласно международному стандарту МЭК (IEС 60044-01) трансформаторы тока должны находится в классе точности при протекании по первичной обмотке тока 0,2—200 % номинального, что обычно достигается изготовлением сердечника из нанокристаллических сплавов.

Обозначения трансформаторов тока

Отечественные трансформаторы тока имеют следующее обозначения:

первая буква в обозначении «Т» — трансформатор тока;
вторая буква — разновидность конструкции: «П» — проходной, «О» — опорный, «Ш» — шинный, «Ф» — в фарфоровой покрышке;
третья буква —материал изоляции: «М» — масляная, «Л» — литая изоляция, «Г» — газовая (элегаз).

Далее через тире пишется класс изоляции трансформатора тока, климатическое исполнение и категория установки. Например: ТПЛ-10УХЛ4 100/5А: «трансформатор тока проходной с литой изоляцией с классом изоляции 10 кВ, для умеренного и холодного климата, категории 4 с коэффициентом трансформации 100/5» (читается как «сто на пять»).

Замечания

В отличие от трансформатора напряжения у трансформатора тока режим холостого хода является аварийным. Результирующий магнитный поток в магнитопроводе ТТ равен разности магнитных потоков, создаваемых первичной и вторичной обмотками. В нормальных условиях работы трансформатора он невелик. Однако при размыкании цепи вторичной обмотки в сердечнике будет существовать только магнитный поток первичной обмотки, который значительно превышает разностный магнитный поток. Потери в сердечнике резко возрастут, трансформатор перегреется и выйдет из строя («пожар стали»). Кроме того, на концах оборванной вторичной цепи появится большая ЭДС, опасная для работы оператора. Поэтому трансформатор тока нельзя включать в линию без подсоединённого к нему измерительного прибора. В случае необходимости отключения измерительного прибора от вторичной обмотки трансформатора тока, её обязательно нужно закоротить.
Согласно ПУЭ вторичная обмотка ТТ обязательно должна заземляться (для защиты от поражения электрическим током при пробое изоляции, либо при индуктировании высокого напряжения из-за обрыва вторичной цепи).

Литература

ПУЭ
Шабад М. А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты. Учебное издание. — 1998.
Родштейн Л. А. Электрические аппараты: Учебник для техникумов. — 3-е изд. — Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981.
Афанасьев В. В. и др. Трансформаторы тока. — Л.: Энергоатомиздат, 1989.
Чернобровов Н. В. Релейная защита. — М.: Энергия, 1974.

ru.wikipedia.org

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

Расчет основных размеров трансформатора начинается с определения по (3.17) диаметра стержня

(3.17)

Расчет и выбор величин, входящих в (3.17), рекомендуется производить в следующем порядке:

1. Мощность обмоток одного стержня трансформатора, кВ*А, определяется по (3.2)

(3.2)

где S — мощность трансформатора по заданию; с — число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора.

Для трехобмоточного трансформатора S — наибольшая из трех мощностей пар обмоток ВН—СН, ВН—НН и СН— НН, для автотрансформатора — расчетная (типовая мощность).

2. Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора а_р=а₁₂+ (a₁+a₂)/3 при определении диаметра стержня еще не известна. Размер а₁₂ канала между обмотками ВН и НН определяется как изоляционный промежуток и может быть выбран на основании указаний, данных в § 4.5 о выборе главной изоляции трансформатора по испытательному напряжению обмотки ВН (см. табл. 4.5). Для сухих трансформаторов следует пользоваться данными, приведенными в § 4.6 и табл. 4.15. Этот промежуток, выраженный в

метрах может быть принят равным a₁₂=a'₁₂*10-3, где a'₁₂ мм, — промежуток, найденный по табл. 4.5 для масляных или по табл. 4.15 для трансформаторов с естественным воздушным охлаждением.

Суммарный приведенный радиальный размер обмоток ВН и НН (a_l+a₂)/3 при определении диаметра стержня может быть приближенно найден по (3.28) и табл. 3.3 (см. §3.5).

При расчете трехобмоточных трансформаторов по (3.28) в таком же порядке ориентировочно определяется приведенный размер двух внутренних обмоток НН и СН .

Значением (a₁+a₂)/3, найденным по (3.28), можно пользоваться только при определении основных размеров трансформатора. Во всех последующих расчетах следует пользоваться реальными радиальными размерами обмоток рассчитываемого трансформатора.

3. Значение β приближенно равно отношению средней длины витка двух обмоток l_в трансформатора к их высоте l и определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора. В том случае, когда заданные параметры трансформатора и принятые исходные данные расчета совпадают с условиями, для которых составлена табл. 3.12, выбор β может быть сделан по этой таблице с учетом замечаний, приведенных в § 3.6. Если такого совпадения нет, то рекомендуется выбор оптимального значения β делать на основании предварительного обобщенного расчета по методике, описанной в § 3.5 и 3.6.

При расчете трансформатора с магнитной системой из горячекатаной стали марок 1511—1514 при индукции В_с = 1,4-4-1,45 Тл получить трансформатор с потерями и током холостого хода, отвечающим требованиям современного ГОСТ, невозможно. В случае необходимости применения стали этих марок при расчете нестандартного трансформатора рекомендуется провести предварительный расчет по методике, описанной в § 3.5 и 3.6, и выбрать приемлемый вариант или воспользоваться данными, приведенными в табл. 3.12.

4. Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно приближенно принять

k_p=0,95

5. Частота f подставляется из задания на расчет трансформатора.

6. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, U_p определяется по формуле

В свою очередь напряжение короткого замыкания, U_p, определяется из задания, а его активная составляющая, U_p, — по формуле

где Р_к — потери короткого замыкания, Вт; S — полная мощность трансформатора по заданию, кВА.

Для трансформаторов мощностью 10 000 кВA и более, поскольку для них активная составляющая U_а относительно мала, можно принять ир = ик. Для трехобмоточных трансформаторов в (3.17) следует подставлять значение U_p=U_к для двух внутренних обмоток (НН и СН).

Для автотрансформаторов в (3.17) следует подставлять расчетное напряжение короткого замыкания U_к,р, определенное в соответствии с указаниями § 3.2.

7. Индукция в стержне Вс выбирается по табл. 2.4 в соответствии с замечаниями, сделанными в § 2.2 и 11.1. В трансформаторах относительно небольшой мощности (S< =25 кВ*А) выбирают обычно пониженную индукцию во избежание получения повышенных значений тока холостого хода. Из этих же соображений не рекомендуется выбирать индукцию выше значений, данных в табл. 2.4. Уменьшение индукции хотя и дает заметное снижение тока и некоторое снижение потерь холостого хода, однако приводит к увеличению массы и стоимости активных материалов — стали и металла обмоток.

8. Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения стержня, R_с зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня и размеров охлаждающих каналов, толщины листов стали и вида междулистовой изоляции. Общий коэффициент заполнения R_c равен произведению двух коэффициентов

(3.67)

В свою очередь коэффициенты R_кр и R₃ могут быть определены по табл. 2.2, 2.5, 2.6 согласно указаниям, данным в §2.2, 2.3 и 11.2.

После определения и выбора всех значений, входящих в (3.17), по этой формуле рассчитывается диаметр стержня.

Если полученный диаметр d не соответствует нормализованной шкале диаметров (см. § 2.3), то следует принять ближайший диаметр по нормализованной шкале d_H и определить значение β_н, соответствующее нормализованному диаметру. Если значение β выбрано по методике, описанной в § 3.5 и 3,6, то оно пересчитывается по формуле

При выборе β по табл. 3.12 определение производится по формуле

(3.69)

Второй основной размер трансформатора — средний диаметр канала между обмотками d₁₂ — может быть предварительно приближенно определен (см. рис. 3.5) по формуле

d₁₂=d+2a_ф1+2a₁+a₁₂ (3.70)

или d₁₂=ad (§3.5)

При расчете d₁₂ по (3.70) радиальные размеры осевых каналов a_ф1 между стержнем и обмоткой НН и а₁₂ между обмотками НН и ВН определяются из условий электрической прочности главной изоляции трансформатора по испытательным напряжениям обмоток НН и ВН соответственно по табл. 4.4 и 4.5.

В (3.70) подставляются а₁₂=а'₁₂ *10-2 и a₀₁ = a₀₁ *10-2. Радиальный размер обмотки НН а₁ может быть приближенно подсчитан по формуле

(3.71)

где (a₁+a₂)/3 определяется приближенно по (3.28); коэффициент k₁ может быть принят равным 1,1 для трансформаторов мощностью 25—630 кВА с плоской или 1,2 с пространственной навитой магнитной системой; 1,4 для трансформаторов мощностью 1000—6300 кВА класса напряжения 10 кВ и мощностью 1000—80 000 кВА класса напряжения 35 кВ; 1,1 для трансформаторов класса напряжения 110 кВ. Третий основной размер трансформаторов — высота обмотки, см, определяется по формуле

(3.72)

В (3.72) подставляется величина β_н, определенная для нормализованного диаметра по (3.68) или (3.69).

После расчета основных размеров трансформатора подсчитывается активное сечение стержня, т. е. чистое сечение стали, см2: .

(3.73)

Электродвижущая сила одного витка, В,

(3.74)

Определение размеров стержня и обмоток, проводимое в начале расчета, является предварительным. Задача предварительного расчета заключается в приближенном определении основных размеров магнитной системы и обмоток

d₁₂, l и в расчете активного сечения стержня B_с и ЭДС одного витка обмотки, что необходимо в дальнейшем для полного расчета обмоток. Сечение стержня ПС в предварительном расчете определяется по коэффициенту заполнения Rc без расчета размеров пакетов и при окончательном расчете магнитной системы может быть скорректировано на 0,5—1 %. Полное сечение стержня Пс может быть также найдено по табл. 8.6 и 8.7, а размеры пакетов стержня и ярма по табл. 8.2—8.5.

В окончательном расчете магнитной системы, проводимом после полного расчета обмоток, проверки и подгонки к заданной норме параметров короткого замыкания, определяют размеры ступеней в сечении стержня и ярма и все остальные размеры магнитной системы, уточняют активные сечения стержня и ярма, а также индукцию, рассчитывают массу стали, потери и ток холостого хода.

В процессе полного расчета обмоток и окончательного расчета магнитной системы размеры и параметры, приближенно найденные в предварительном расчете, могут быть несколько изменены. Поэтому при расчете параметров короткого замыкания и холостого хода и других подсчетах, которые проводятся в конце расчета, после окончательной раскладки обмоток и определения реальных размеров магнитной системы следует пользоваться не предварительно полученными здесь значениями d, d₁₂, l, (a₁+a₂)/3, a₁, П_с и В_с, а размерами и параметрами, найденными для реальных обмоток и магнитной системы.

studopedia.ru

Что такое трансформатор?

Ильяdru

Трансформатор ( от латинского transformo - преобразую ) - устройство для преобразования переменного тока с одним напряжением в переменный ток другого напряжения, которое зависит от величины коэффициента трансформации, который, в свою очередь, зависит от соотношения количества витков одной обмотки к другой.

Москва - столица ссср

Трансформа́тор — не имеющее подвижных частей устройство по преобразованию переменного тока и напряжения по величине без существенных потерь мощности. Трансформатор состоит из нескольких проволочных обмоток, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.
Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции пропорциональную первой производной магнитного потока. Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода) , ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток через первичную обмотку невелик, и определяется в основном её индуктивным сопротивлением. Напряжение индукции на вторичных обмотках в режиме холостого хода определяется отношением числа витков соответствующей обмотки w2 к числу витков первичной обмотки w1:
U2=U1w2/w1.
При подключении вторичной обмотки к нагрузке, по ней начинает течь ток. Этот ток также создаёт магнитный поток в магнитопроводе, причем он направлен противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате, в первичной обмотке нарушается компенсация ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке, до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения. В этом режиме отношение токов первичной и вторичной обмотки равно обратному отношению числа витков обмоток
I1=I2w2/w1,
отношение напряжений в первом приближении также остаётся прежним. В результате, мощность, потребляемая от источника в цепи первичной обмотки практически полностью передаётся во вторичную.
На схемах трансформатор обозначается следующим образом:

Центральная толстая линия соответствует сердечнику, 1 — первичная обмотка (обычно слева) , 2,3 — вторичные обмотки. Число полуокружностей в каком-то грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности)
Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.
Применение в электросетях
Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют трансформаторы: сперва для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.
Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трех однофазных трансформаторов соединенные в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трех фаз общий.
Несмотря на сравнительно высокий КПД трансформатора (свыше 90 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется очень большая мощность (на небольшой электростанции 1МВт, на трансформаторе выделяется мощность 100 киловатт)