Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

У 1831 році англійський фізик Майкл Фарадей виявив подія електромагнітної індукції. Воно й лягло в основу роботи електричного перетворювача. При виконанні досліджень в сфері електрики Фарадей виклав в своїх записах досвід, в якому він накрутив на залізне кільце окружністю п'ятнадцять сантиметрів і товщиною два сантиметри дві мідних дроту довжиною п'ятнадцять і вісімнадцять сантиметрів.

Історія появи трансформатора

Зображення майбутнього трансформатора на схемі вперше виявили 1831 році в роботах М. Фарадея і Д. Генрі. Пізніше Г. Румкорфа придумав індукційну котушку особливої конструкції, яка була, по суті, першим трансформатором.

Брати Гопкинсон створили теорію електромагнітних ланцюгів. Вони першими навчилися розраховувати магнітоцепі. Але вони не розуміли одного: цей прилад має властивість зміни напруги і струму, а саме зміни змінного струму в постійний, що і робить трансформатор. Ептон, помічник Едісона, порекомендував робити сердечники складальними, з окремих листів металу, щоб вихрові струми були локалізовані.

Охолодження за допомогою масла вплинуло на надійну роботу перетворювача в кращу сторону. Свінберн опускав трансформатор в керамічну посудину, наповнений маслом, що в рази підвищувало надійність ізоляційної обмотки.

У 1928 році було розпочато виробництво силових трансформаторів в СРСР, на Московському трансформаторному заводі. На початку 1900-х вчений-металург Р. Хедфілд на основі своїх дослідів з'ясував, що різноманітні добавки впливають на властивості заліза. В ході подальших експериментів він розробив перший пробник стали, до складу якої входив кремній. Наступним кроком в процесі виробництва сердечників було встановлення того факту, що при змішаному впливі прокатки і нагрівання у сталі, що містить кремній, з'являються елементарні нові магнітні властивості: магнітне збагачення зросло на 50%, витрати на гістерезис зменшилися в 4 рази, а магнітне проникання збільшилася в 5 разів.

Призначення і застосування

Трансформатор - це статичний електромагнітний перетворювач з двома або більше нерухомими обмотками, який призначений для перетворення за допомогою електромагнітної індукції параметрів електричних величин. Трансформатори застосовуються в енергетичних системах при передачі електроенергії від електричної станції до споживача і в різноманітних електроустановках достатній для присвоєння напруг потрібної величини.

В даній статті наведено приклад простого трансформатора невеликої потужності, який часто застосовується в пристроях автоматики, вимірювально - обчислювальної техніки, різних приладах.

пристрій трансформатора

Мал. 1 Електромагнітна схема трансформатора однофазного в режимі роботи.

Первинна і вторинна обмотка

Трансформатор має дві обмотки:

  • первинну (I) - до якої ми підводимо електричну енергію;
  • вторинну (II) - до якої ми прикріплюємо електроприймач.

Може бути високого (В.М.) та низького (н.н.) напруги

У разі коли вторинна напруга менш первинного, трансформатор понижуючий перетворює електроенергію з 380 В до 220 В, якщо відбувається навпаки, тоді трансформатор підвищує.

Давайте докладніше розберемо, що робить і як влаштований трансформатор, зображений на малюнку 1.

Принцип роботи

На обмотку збудження подаємо змінну напругу U1, так як обмотка збудження має опір, створюється електричний струм. Струм, проходячи по витків, наводить магніторушійних силу, а магнитодвижущая сила наводить магнітний потік. Магнітний потік йде по сердечнику, проходячи всі витки первинної і вторинної обмоток. В цьому випадку магнітний потік (Фт) є основним, т. Е. Робочим. Друга (менша) частина потоку замикається за допомогою повітря, проходячи тільки через витки первинної обмотки, і є потоком розсіювання Фs1.

Якщо вторинна ланцюг (що живиться від вторинної (II) обмотки) розімкнути, то, природно, струм відсутній, немає можливості освіти магнітного поля. Але ось ми замкнули (II) ланцюг, по ній пішов струм. Значить, утворюється магнітне поле, яке, в свою чергу, створює два магнітних потоку:

  • 1 потік - в сердечник;
  • 2 потік - замикається по повітрю.

Це означає, що навколо (II) обмотки теж наводиться потік розсіювання. Потоки розсіювання подібні магнітному потоку самоіндукції, що створює струм в тій чи іншій котушці індуктивності і різному дроті. Потоки є шкідливими. У застосуванні правила електромагнітної індукції при зміні головного магнітного потоку наводиться ЕДСв (I) Е1 і у (II) Е2 обмотках.

Так як по (I) спіралі з числом витків w1 і по (II) спіралі з числом витків w2 проходить один і той же основний потік, то, отже, в кожному витку обох спіралей наводиться рівна за значенням ЕДСе. Таким чином, Es1 = ew1 і Еs2 = ew2, з цього випливає, що К - коефіцієнт зміни трансформатора.

Потік розсіювання наводить електрорушійна сила розсіювання в первинній обмотці Es 1. Значить, напруга, підведений до (I) обмотці трансформатора U1, має відповідати падіння напруги в чинному опорі I1 r1 (I) обмотки, електрорушійна сила Esl розсіювання і ЕРС E1 головного потоку.

При роз'єднаною (II) ланцюга, Es 1 і I1 r1 мізерно малі, значить, електрорушійна сила Е1, наведена в (I) обмотці, в повному обсязі виправдовує прикладена напруга U1. При розмиканні (II) ланцюга ЕРС Е2 електричний струм перестає надходити, але якщо замкнути (II) обмотку, підключивши електроприймачі, то під впливом (II) ЕРС по (II) ланцюга піде струм, підходяща до трансформатора (I) потужність змінюється під (II ) і застосовується для приймачів електроенергії.

Якщо не брати до уваги втрати, можна прийняти, що відповідна потужність E1 I1 майже дорівнює (II) потужності Е2 I2 (I1 і I2 - (I) і (II) струми трансформатора). Тобто при зміні (I) і (II) струми приблизно обернено пропорційні числам відповідних обмоток. (II) струм I2, протікаючи по спіралі, створює ампер-спіраль I2 w2, що проходять в тій же ланцюга трансформатора, що і ампер-витки (I) спіралі. Значить, при навантаженні головний електромагнітний потік буде орієнтуватися на спільну дію ампер-витків l1 w1 (I) і ампер-витків I2 w2 (II) обмоток.

Згідно із законом Джоуля-Ленца електроіндукціонний у другорядній обмотці струм зосереджений так, що гальмує зміна електромагнітного потокосцепления. Зміна електромагнітного потоку провокується первинними ампер-витками l1 w1. Необхідно протікання II струму в такому напрямку, щоб утворилися ампер - спіралі працювали в протилежну сторону від I обмотки. Падіння головного магнітного потоку через втрату магнітного дії II ампер - спіралей спровокує занепад індукційної та електрорушійної сили в I обмотці.

У разі коли напруга, що надходить до клем I обмотки, постійне, при падінні вона не вирівнює напругу, через це струм зростає до параметрів, при яких відновлюється рівність напруг. При цьому головний магнітний потік зобов'язаний зберігати параметри, рівні величині головного потоку при вільному ході. При будь-яких навантаженнях перетворювача напруга U1 має відповідати електрорушійної силі Е1 (зниження напруги в I обмотці ігноруємо).

Необхідно, щоб головний електромагнітний потік Фт залишався постійним при різному навантаженні трансформатора. Струм I1 в (I) обмотці повинен компенсувати вплив ампер-витків, що виникають при струмі I2 во (II) обмотці. Напруга на клемах (I) обмотки завжди менше ЕРС Е2 в результаті зменшення напруги в активному і реактивному протидіях вторинної обмотки.

Класифікація та різновиди

Трансформатори бувають з вмістом олії і без масла - сухі. В містять масло приладах робоча частина (обмотка і магнітна система) знаходиться в баку, наповненому трансформаторної рідиною. Робоча частина сухих трансформаторів остигає за допомогою навколишнього повітря. Масштаб потужностей енергосилових масляних - від 10 кВА до 630 тисяч кВА, сухих - від одиниць ВА до 1600 кВА.

Силові однофазні трансформатори потужністю 4 кВА і менше і трифазні - 5 кВА і менше мають відношення до пристроїв малої потужності. Вони часто використовуються в трансформаційної, домашню техніку, радіоелектронної апаратури.

Маркування масляних пристроїв

  • ТМ - масляний, трифазний;
  • Про - має одну фазу;
  • Н - є можливість управління напругою при роботі;
  • Р - наявність роздільної обмотки;
  • Д - охолодження з видуванням за допомогою масла (обдування теплообмінників трансформатора вентиляторами);
  • Ц - обертається охолодження масла за допомогою його виведення з бака і охолодження повітрям або водою.

Далі пишуть цифри, які позначають потужність і перше напруга.

Припустимо: ТМ - 1000/10 - трансформатор, що працює на маслі, потужністю (P) 1 тис. КВА, 10 кВ. Сухі трансформатори позначаються:

  • ТСЗ - трансформатор має три фази, сухий, захищений. Вони випускаються в масштабі потужностей від 10 до 1600 кВА;
  • ВН (висока напруга) - 380, 500, 660, 10 тис. В;
  • НН (низької напруги) - 230 і 400 В.

Прилади маленької потужності надходять у продаж, маючи велику кількість серій, типів і розмірів. З силовими дуже часто додаються трансформатори, що вимірюють струм і напруга. За допомогою трансформаторів струму можна забезпечити безпечну роботу ланцюгів релейного захисту та визначити будь-який обсяг струму спеціальними приладами. Їх паспортний вторинний струм 1 і 5 А.

Первинний струм - в діапазоні від 5 А до 24000 А при напруженій роботі даної мережі від 0, 4 до 24 кВ. Трансформатори, що працюють на струм і напруга, виробляються серійно 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ.

Основні позначення:

  • Т - трансформатор струму;
  • П - проходить;
  • Л - цілісна ізоляція на базі смол;
  • М - мало що займає місце;
  • Про - односпіралевий;
  • Н - навісний;
  • Ш - із застосуванням шини;
  • У - потужний;
  • К - вбудований в комплексні трансформаторні станції.

ТН застосовуються в ланцюгах непостійного струму напругою від 0, 4 до 1150 кВ для живлення визначають приладів і ланцюгів релейного захисту. ТН до 35 кВ інклюзивної застосовуються в мережах з захищеною нейтраллю. Клас надійності 0, 5; 1 і 3 відповідає найбільшою похибки в% вимірюваного паспортного напруги 0, 5%; 1%; 3%.

ТН діляться на сухі і масляні. Позначення ТН:

  • Н - трансформатор напруги;
  • Про - однофазний;
  • З - сухого виконання;
  • М - масляним охолодженням;
  • З - заземлення висновком первинної обмотки;
  • К - компенсацією кутовий похибки трансформатора;
  • Л - виконання з литою ізоляцією;
  • Е - для установки на екскаваторах.

Трансформатори типу НОС, НОЛ, ЗНОЛ - сухі, НОМ, НОМЕ, НТМК, НТМИ, ЗНОМ - масляні природним охолодженням.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Інструменти