Рабочая учебная программа по дисциплине конспект лекций задание на контрольную работу и общие указания к выполнению контрольной работы

2.3. Основные определения. Классификация трансформаторов и номинальные величины Трансформатор, имеющий две обмотки, называют двухобмоточным; трансформаторы с тремя или несколькими обмотками называют трехобмоточными и многообмоточными. Наибольшее распространение получили двухобмоточные трансформаторы. По роду тока различают однофазные, трехфазные и многофазные трансформаторы. Под обмоткой многофазного трансформатора понимают совокупность всех фазных обмоток одинакового напряжения, соединенных между собой по определенной схеме. Трансформатором с ответвлениями называют трансформатор, обмотки которого имеют специальные ответвления для изменения коэффициента трансформатора. Трансформаторы, погруженные в бак, заполненный трансформаторным маслом, называют масляными трансформаторами, а не прогруженные в масло – сухими. Наибольшее распространение получили следующие типы трансформаторов: Силовые – для передачи и распределения электроэнергии; Автотрансформаторы – для преобразования напряжения в относительно небольших пределах; Индукционные регуляторы – для регулирования напряжения в распределительных сетях; Измерительные - трансформаторы напряжения и трансформаторы тока для измерения напряжения и тока; Силовые специального назначения: печные, сварочные, для вентильных преобразователей; Радиотрансформаторы – для питания радиоэлектронной аппаратуры. В последние десятилетия в энергосистемах начали применять управляемые реакторы или так называемые шунтирующие реакторы (РШ), индуктивность которых регулируется за счет подмагничивания сердечника реактора постоянным током. Эти реакторы ограничивают перенапряжения и компенсируют емкостные токи. Процессы в таких регуляторах близки к процессам в трансформаторах. Хотя область применения трансформаторов довольно широка, но основные процессы, определяющие их работу, равно как и методика изучения происходящих в них процессов по существу одна и та же. Поэтому, рассматривая трансформаторы, мы будем в дальнейшем иметь в виду его основной тип – однофазный и трехфазный силовой трансформатор. Номинальные величины трансформатора – мощность, напряжения, токи, частота и т.д. – указываются на заводском щитке (шильдике), который должен быть помещен так, чтобы к нему был обеспечен свободный доступ. Термин «номинальный» может применяться и к величинам, не указанным на щитке, но относящимся к номинальному режиму, таким, как номинальный КПД, номинальные температурные условия охлаждающей среды и т. д. Номинальной мощностью трансформатора называют мощность на выводах вторичной обмотки, указываемую на щитке и выражаемую в киловольт-амперах. Номинальным первичным напряжением называют напряжение, указанное на щитке трансформатора. Если первичная обмотка имеет ответвления, то ее номинальное напряжение отмечается особо. Номинальным вторичным напряжением называют напряжение на выводах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора и при номинальном напряжении на выводах первичной обмотки; если вторичная обмотка имеет ответвления, то ее номинальное напряжение отмечается особо. Номинальными токами трансформатора – первичным и вторичным – называют токи, указываемые на щитке трансформатора и вычисленные по соответствующим значениям номинальной мощности и номинальных напряжений. При расчетах принимают, что мощности обеих обмоток равны. Номинальная частота в России равна 50 Гц. 2.4. Конструктивные схемы трансформаторов. Основные конструктивные элементы трансформаторов Вопросы, касающиеся конструкции, и эксплуатации трансформаторов будем рассматривать в основном применительно к наиболее распространенному и важному классу, т.е. к силовым трансформаторам. Особенности других трансформаторов рассмотрим вкратце. Основными элементами конструкции трансформаторов являются магнитопровод или сердечник из ферромагнитного материала и обмотки из проводникового материала. Обмотки трансформатора, намотанные на магнитопровод, называют активной частью трансформатора. В конструкцию трансформатора также входят детали из электроизоляционных и конструкционных материалов. Часть магнитопровода, на котором размещается обмотка, называют стержнем, а ту часть, на которой обмотка отсутствует – ярмом. По конструкции магнитопровода трансформаторы подразделяются на стержневые и броневые (рис.2.2). Магнитопровод однофазного стержневого трансформатора (рис.2.2,а) имеет два стержня 1 и 2, на которых размещаются обмотки 3 и 4. Для создания замкнутого магнитопровода сердечник содержит два ярма 5 (верхнее и нижнее), которые создают путь для замыкания магнитного потока стержней. Каждая из обмоток трансформатора состоит из двух одинаковых частей, причем одна половина каждой обмотки расположена на одном стержне, а вторая половина – на другом. Обе части обмотки соединяют последовательно или параллельно. Рис.2.2. Конструктивная схема однофазного трансформатора: а – стержневого, б- броневого Однофазный трансформатор броневой конструкции (рис.2.2,б) имеет один стержень 1 с обмотками 2 и 3. Ярмо 4, по которому замыкается магнитный поток стержня охватывает обмотки и частично закрывает их подобно «броне». Такая конструкция позволяет уменьшить верхнее и нижнее ярмо по сравнению со стержневым трансформатором, в результате чего уменьшается высота трансформатора. Трансформаторы большой и средней мощностей обычно выполняют стержневыми, так как они имеют лучшее охлаждение и меньшую маcсу, чем броневые трансформаторы. Для трансформации трехфазного тока можно использовать три однофазных трансформатора, которые включаются в каждую фазу трехфазной сети. Такое устройство с независимыми магнитными системами называют трехфазной трансформаторной группой или групповым трансформатором. Однако чаще применяют трехфазные трансформаторы с трехстержневым сердечником, поскольку такие трансформаторы компактнее и дешевле. Конструкция трехфазного трехстержневого трансформатора приведена на рис.2.3. Обмотки каждой фазы A, B и C расположены на отдельных стержнях 1, 2 и 3, находящихся в одной плоскости. Для замыкания потоков служат два ярма 4 - снизу и сверху. Эта конструкция была предложена в 1889 г. М.О. Доливо-Добровольским и получила широкое распространение во всем мире. Такой магнитопровод не совсем симметричен, так как длины магнитопровода для средней фазы несколько короче, чем для крайних. Намагничивающие токи фаз А и С, расположенных на крайних стержнях, на 10-15% больше чем намагничивающий ток обмотки фазы В, расположенной на среднем стержне. При холостом ходе эти токи образуют несимметричную систему, но влияния такой несимметрии на намагничивающие токи весьма незначительно и перестает сказываться уже при очень малой нагрузке. Током холостого хода считают среднее арифметическое токов трех фаз. Рис.2.3. Конструктивная схема трехфазного трехстержневого трансформатора: 1,2,3 –стержни с фазными обмотками, 4 –ярмо Сердечники силовых трансформаторов собирают из листов холоднокатаной анизотропной электротехнической стали марок 3404, 3405, 3406, 3407 и 3408, а также 3411, 3412, 3413. Реже используют горячекатаную изотропную сталь марок 1511, 1512 и 1513. Потери в стали на перемагничивание увеличиваются с ростом частоты питающего напряжения. Поэтому, чем выше частота, тем тоньше должны быть пластины. Толщину стали для сердечников при частоте 50 Гц берут равной 0,23; 0,3; 0,35 и 0,5 мм. При частоте 400 Гц толщину листов берут равной 0,1 мм и менее [13]. Для изоляции листов друг от друга они оклеиваются с одной стороны изоляционной бумагой толщиной 30 мкм или с обеих сторон покрываются термостойким изоляционным масляным лаком. Толщина покрытия на одну сторону не превосходит 5 мкм. П о способу сочленения стержней с ярмом различают трансформаторы со стыковыми (рис. 2.4), шихтованными (рис.2.5) и ленточными (рис.2.7) сердечниками. В стыковом сердечнике стержни и ярма собираются отдельно. При этом ярма стягиваются прессующими балками или стеклобандажами, а стержни – шпильками или изоляционными планками, которые забивают между стержнем и обмоткой, а также стеклобандажами. Затем стержни и ярма соединяют друг с другом с помощью стяжных шпилек. В месте стыков стержней и ярем во избежание замыкания листов и возникновения вихревых токов, увеличивающих потери, ставят теплостойкие изоляционные прокладки. Наличие в месте стыковки немагнитного зазора вызывает значительное увеличение магнитного сопротивления и намагничивающего тока, что снижает КПД трансформатора и его коэффициент мощности. Преимуществом такого способа является простота сборки и последующей разборки при осмотре и ремонте трансформатора. Однако стыковые магнитопроводы менее надежны в эксплуатации чем шихтованные. В шихтованном сердечнике стержни и ярма собирают вместе как цельную конструкцию. При этом листы стержней и ярем собирают впереплет. Этот способ требует больших затрат времени, так как сначала собирается магнитопровод, затем расшихтовывается одно ярмо и надевают на стержень обмотки, после чего ярмо снова зашихтовывают. Однако достоинством этого способа являются большая надежность в эксплуатации, облегчение конструкции трансформатора, меньшие зазоры в стыках и уменьшение поэтому тока холостого хода. Благодаря этим преимуществам способ сборки шихтованных сердечников получил широкое распространение. Особенностью холоднокатаной электротехнической стали является то, что в результате холодной прокатки она приобретает особые магнитные свойства. При этом отдельные кристаллы и области кристаллов (домены) ориентируются так, что направление легкого намагничивания совпадает с направлением прокатки листа, а направление поперечное прокатке становится направлением трудного намагничивания. Такую сталь называют текстурованной. Рис.2.5.Схема укладки листов шихтованных сердечников трансформаторов: а – двухстержневых, б – трехстержневых В схемах, показанных на рис.2.4 и 2.5 листы рулонной стали раскраивают так, чтобы направление линий магнитного потока совпадало с направлением прокатки. Однако в месте сочленения стержней и ярем, то есть в месте поворота магнитных линий, они частично проходят по листу в направлении, перпендикулярном направлению прокатки, то есть проходят в направлении трудного намагничивания. Это вызывает увеличение намагничивающей мощности и потерь в магнитопроводе. Чтобы полностью использовать преимущества холоднокатаных электротехнических сталей, при раскрое сталей на пластины применяют косые стыки под углом 45°. При таком стыке направление магнитного потока в месте его поворота в большей степени совпадает с направлением прокатки стали, что позволяет снизить намагничивающую мощность и потери в магнитопроводе на 15-20%, а иногда и до 40%. В трансформаторах малой мощности сечение стержней прямоугольное. В трансформаторах средней и большой мощностей для лучшего заполнения пространства внутри обмотки сечение стержня ступенчатое, оно имеет вид симметричного многоугольника, вписанного в окружность. Число ступеней сердечника увеличивается с увеличением мощности. В мощных трансформаторах в сечение сердечника предусматривают каналы для его охлаждения циркулирующим трансформаторным маслом. Для упрощения технологии изготовления ярем их сечение делается прямоугольным или с небольшим числом ступеней. Индукция в стержнях масляных трансформаторов мощностью 5 кВ·А и выше находится в пределах 1,2-1,45 Тл для горячекатаных сталей и 1,5-1,7 Тл для холоднокатаных сталей. В сухих трансформаторах значения индукции ниже:1,0-1,2 Тл и 1,1-1,5 Тл – соответственно. С тем, чтобы уменьшить ток холостого хода, площадь сечения ярем выбирают на 5-10% больше, чем площадь стержней. Стержни и ярма, соединенные между собой конструктивными элементами, представляют основную несущую конструкцию трансформатора, которую называют остовом. Металлические части остова заземляют путем соединения их с заземленным баком. Все заземляющие цепи не должны образовывать замкнутых контуров, пересекаемых потоками рассеяния. Дублирование заземлений в разных частях деталей не допускается. Конструкция обмоток трансформаторов должна удовлетворять условиям высокой электрической и механической прочности и нагревостойкости. Технология изготовления обмоток должна быть по возможности простой и недорогой, электрические потери должны находиться в установленных пределах. Обмотки изготовляют из медного или алюминиевого провода круглого или прямоугольного сечения, имеющего электрическую изоляцию, которая обеспечивает электрическую прочность между соседними витками (витковую изоляцию). Удельное сопротивление алюминия больше чем у меди в 1,6 раза, а механическая прочность при растяжении меньше в 3,5 раза. Поэтому алюминиевые провода можно использовать лишь в трансформаторах сравнительно небольшой мощности, где допустимы более высокие потери энергии и меньшая механическая прочность обмоток, поскольку в таких трансформаторах меньше токи короткого замыкания и электродинамические усилия, прикладываемые к обмоткам. Плотность тока в медных обмотках масляных трансформаторов находится в пределах 1,2 -3,0 А/мм2, а в алюминиевых обмотках – 0,7-1,7 А/мм2. По способу расположения на стержнях и по взаимному расположению обмоток высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН) обмотки делятся на концентрические (рис.2.6,а) и чередующиеся или дисковые (рис.2.6,б). Рис.2.6. Обмотки трансформатора: а – концентрические, б – чередующиеся. 1 обмотки НН, 2 – обмотки ВН В первом случае обмотки ВН и НН расположены друг относительно друга вокруг стержня концентрически, причем ближе к стержню расположена обмотка НН. При этом изоляция обмотки от стержня облегчается. В чередующихся обмотках катушки ВН и НН чередуются вдоль стержня по высоте. Чередующиеся обмотки имеют более полную электромагнитную связь, но они сложнее в изготовлении и в случае высокого напряжения изоляция обмоток друг от друга усложняется. Поэтому в силовых трансформаторах применяют концентрические обмотки. Сердечники маломощных трансформаторов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), так называемые витые ленточные магнитопроводы получают путем навивки ленты из электротехнической стали или специальных магнитных сплавов типа пермаллоя толщиной 0,1-0,3 мм. После этого «витой» сердечник разрезают и получают два С-образных сердечника, на которые устанавливают катушки с обмотками (рис.2.7). Для получения минимального немагнитного зазора в магнитопроводе торцы сердечников склеивают пастой, содержащей ферромагнитный материал. Витые сердечники позволяют автоматизировать массовое изготовление трансформаторов и использовать преимущество холоднокатанных сталей. В стержневых ленточных сердечниках применяют две катушки и два С-образных сердечника (рис.2.7,а). В случае броневого ленточного сердечника применяют одну катушку с обмотками и четыре С-образных сердечника (рис.2.7,б). Потери в ленточных сердечниках меньше, чем в пластинчатых. Это объясняется тем, что в пластинчатых сердечниках магнитные силовые линии часть пути проходят перпендикулярно направлению прокатки, а в ленточных сердечниках линии поля расположены вдоль направлениям проката по всей длине магнитопровода. В микротрансформаторах РЭА обмотки часто выполняют из алюминиевой фольги толщиной 20-30 мкм. Изоляцией у них служит оксидная пленка фольги, которая обладает достаточной теплопроводностью и может выдерживать рабочее напряжение до 100 В. Для питания устройств РЭА применяют также трансформаторы на тороидальных сердечниках. Обмотки в тороидальных сердечниках наматывают равномерно по всему тороиду, что позволяет уменьшить потоки рассеяния. Однако, такие трансформаторы наиболее сложны в изготовлении и поэтому дороги.

Похожие:

	Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине ...		Задание на контрольную работу по дисциплине С помощью редактора Word составить и напечатать реферат по Вашей теме контрольной работы. Реферат должен быть сдан преподавателю...
	Методические рекомендации по выполнению контрольной работы по дисциплине... Адрес преподавателя – контрольную работу высылать на электронную почту Ковригиной В. А. 14		Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Имиджелогия» Программа курса, задания и методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Имиджелогия» для студентов заочной...
	Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине... Контрольная работа по дисциплине «Психология ведения переговоров» состоит из 3-х частей: реферата, итогового теста и контрольных...		Методические указания по выполнению контрольной работы Цели и задачи... Связи с общественностью: методические указания по выполнению контрольной работы, обучающихся на 6 курсе специальности «Маркетинг»-...
	Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине... Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Анализ музыкальных произведений» утверждены на заседании кафедры...		Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Финансы» Задания к контрольной работе даны в 10-ти вариантах. Номер варианта контрольной работы соответствует последней цифре номера зачетной...
	Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Управление затратами» Методические указания к изучению дисциплины «Управление затратами» и выполнению контрольной работы для студентов экономических специальностей...		Методические указания по выполнению контрольной работы для самостоятельной... Методические указания по выполнению контрольной работы одобрены на заседании Научно-методического совета взфэи
	Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов... Студенты, обучающиеся по специальности 080507 «Менеджмент организации», выполняют контрольную работу по проблемным вопросам курса...		Методические указания для выполнения контрольной работы по дисциплине... Для достижения учебных целей дисциплины «Корпоративная социальная ответственность» студентам необходимо, наряду с другими видами...
	Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине... Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Основы научных музыкально-педагогических исследований» утверждены...		Методические указания по выполнению контрольной работы для студентов... Современные методы исследований : методические указания по выполнению контрольной работы / сост. В. И. Гузенко, Д. В. Сергиенко;...
	Методические указания по выполнению контрольных работ общие положения... Методические указания и задания контрольной работы по дисциплине для студентов специальностей 080301 – Коммерция (торговое дело);...		Материалы для подготовки контрольной работы по дисциплине «История... Студенты, не представившие в установленный срок контрольную работу или не получившие по ней зачета, к экзамену по данной дисциплине...