Назначение и области применения трансформаторов

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформаторы — это устройства предназначенные для преобразования электроэнергии. Их основная задача — изменение значения переменного напряжения.

Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических устройств.

Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.

Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. Классическая конструкция состоит из металлического магнитопровода и электрически не связанных обмоток выполненных из изолированного провода. Та обмотка, на которую подается электроэнергия, называется первичной. Вторая — подсоединённая к устройствам, потребляющим ток, называется вторичной.

После того как трансформатор подсоединяют к источнику переменного тока в его первичная обмотка формирует переменный магнитный поток. По магнитопроводу он передается на витки вторичной обмотки, индуцируя в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии устройства потребления в цепи вторичной обмотки возникает электрический ток.

Соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток.

• W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
• U1,U2 — входное и выходное напряжения соответственно.

Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией. Микро трансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги.

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:

Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом.

Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала.

Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице.

Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы.

Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения.

Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

• уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
• способ преобразования: повышающий, понижающий;
• количество фаз: одно- или трехфазный;
• число обмоток: двух- и многообмоточный;
• форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя.

Перед подачей непосредственно на приборы потребления (станки, бытовые и осветительные приборы) электроэнергия претерпевает обратные преобразования, проходя через силовые понижающие трансформаторы.

Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

• измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
• защитные — подключаемые к защитным цепям;
• промежуточные — используется для повторного преобразования.

Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электро- радио- измерениях.

© 2012-2024 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Назначение и области применения трансформаторов

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

С помощью трансформаторов повышается или понижается напряжение, изменяется число фаз, а в некоторых случаях преобразуется частота переменного тока. Возможность передачи электрических сигналов от одной обмотки к другой посредством взаимоиндукции была открытаМ. Фарадеем в 1831 г.; при изменении тока в одной из обмоток, намотанной на стальной магнитопровод, в другой обмотке индуцировалась ЭДС Однако первый практически работающий трансформатор создал известный изобретатель П. Н. Яблочков в содружестве с И. Ф. Усагиным в 1876 г. Это был двухобмоточный трансформатор с разомкнутым магнитопроводом.

В дальнейшем несколько конструкций однофазных трансформаторов с замкнутым магнитопроводом были созданы венгерскими электротехниками О. Блати, М. Дери и К. Циперноеским. Для развития трансформаторостроения и вообще электромашиностроения большое значение имели работы проф. А. Г. Столетова по исследованию магнитных свойств стали и расчету магнитных цепей.

Важная роль в развитии электротехники принадлежит М. О. Доливо-Добровольскому. Он разработал основы теории многофазных и, в частности, трехфазных переменных токов и создал первые трехфазные электрические машины и трансформаторы. Трехфазный трансформатор современной формы с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости, был изобретен им в 1891 г. С тех пор происходило дальнейшее конструктивное усовершенствование трансформаторов, уменьшалась их масса и габариты, повышалась экономичность. Основные положения теории трансформаторов были разработаны в трудах Е. Арнольда и М. Видмара.

В развитии теории трансформаторов и совершенствовании их конструкции большое значение имели работы советских ученых В. В. Корицкого, Л. М. Пиотровского, Г. Н. Петрова, А. В. Сапожникова, А. В. Трамбицкого и др.

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. Передавать же электроэнергию на дальние расстояния выгодно при больших напряжениях, поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, повышающие напряжение.

В настоящее время для высоковольтных линий электропередачи в СССР применяют силовые трансформаторы с масляным охлаждением напряжением 330, 500 и 750 кВ, мощностью до 1200—1600 MB-А. В связи со строительством дальних линий электропередачи Экибастуз — Центр, Экибастуз — Урал и других напряжением 1150 кВ переменного тока наша электро­промышленность создала трансформаторные группы, состоящие из трех однофазных трансформаторов мощностью 667 MB-А, а для линий 1500 В постоянного тока — двенадцатифазные преобразовательные блоки с четырехобмоточными трансформаторами общей мощностью 1500 MB-А. КПД таких трансформаторов составляет 98 — 99% и выше.

Для перспективных линий электропередачи переменного тока напряжением 1800—2000 кВ и постоянного тока напряжением 3000 кВ разрабатывают трансформаторы мощностью 1320 MB-А на одну фазу.

Электрическая энергия распределяется между промышленными предприятиями и населенными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий по воздушным и кабельным линиям при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех узлах распределительных сетей должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение. Кроме того, понижающие трансформаторы следует устанавливать в пунктах потребления электроэнергии, так как большинство электрических потребителей переменного тока работает при напряжениях 220, 380 и 660 В. Таким образом, электрическая энергия при передаче от электрических станций к потребителям подвергается в трансформаторах многократному преобразованию (3 — 5 раз). При­меняемые для этих целей трансформаторы могут быть одно-и трехфазными, двух- и трехобмоточными.

1. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжений на входе и выходе преобразователя. В вентильных преобра зователях, выпрямляющих переменный ток или преобразующих его из постоянного в переменный (инверторы), отношение напряжений на входе и выходе зависит от схемы включения вентилей. Поэтому если на вход преобразователя подается стандартное напряжение, то на выходе получается нестандартное. Для устранения этого недостатка вентильные преобразователи, как правило, снабжают трансформаторами, обеспечивающими стандартное выходное напряжение при принятой схеме включения вентилей. Кроме того, ряд схем включения вентилей требует обязательного применения трансформатора. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют преобразовательными. Их мощность достигает тысяч киловольт-ампер, напряжение 110 кВ; они работают при частоте 50 Гц и более. Рассматриваемые трансформаторы выполняют одно-, трех- и многофазными с регулированием выходного напряжения в широких пределах и без регулирования.

В последнее время для возбуждения мощных турбо-и гидрогенераторов, электропривода и других целей все шире начинают применять трансформаторы с естественным воздушным охлаждением напряжением 3 — 24 кВ и мощностью 133-6300 кВ-А. Благодаря использованию в этих трансформаторах новой теплостойкой изоляции удается повысить их нагрузочную способность и в 1,3 — 1,5 разасократить, массогабаритные показатели по сравнению с применявшимися ранее трансформаторами с масляным охлаждением.

1. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др. Мощность их достигает десятков тысяч киловольт-ампер при напряжении до 10 кВ; они работают обычно при частоте 50 Гц.
2. Для питания различных цепей радио- и телевизионной аппаратуры; устройств связи, автоматики в телемеханики, электробытовых приборов; для разделения электрических цепей различных элементов этих устройств; для согласования напряжений и т. п. Трансформаторы, используемые в этих устройствах, обычно имеют малую мощность (от нескольких вольт-ампер до нескольких киловольтампер), невысокое напряжение, работают при частоте 50 Гц и более. Их выполняют двух-, трех- и многообмоточными; условия работы, предъявляемые к ним требования и принципы проектирования весьма специфичны.
3. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов, например реле, в электрические цепи высокого напряжения или в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют измерительными. Они имеют сравнительно небольшую мощность, определяемую мощностью, потребляемой электроизмерительными приборами, реле и др.

Трансформаторы, перечисленные в п. 1, 2, 3 и частично в п. 4, предназначенные для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и потребителей электрической энергии, называют силовыми. Для режима их работы характерны неизменная частота переменного тока и очень малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных значений.

Силовые трансформаторы, выпускаемые отечественными заводами, разделены на несколько групп (габаритов) от I до VIII. Например, трансформаторы мощностью до 100 кВ•А включительно относят к габариту I, от 160 до 630 кВ • А — к габариту II, от 1000 до 6300 кВ • А — к габариту III и т. п.

Виды трансформаторов и их применение

Данные трансформаторы переменного тока, служащие в установках и электрических сетях для преобразования электроэнергии. Силовые трансформаторы работают в сети с высокой мощностью. По напряжению:

• 0,4 кВ, устанавливается у потребителей (220/380 вольт);
• 6 — 10 кВ, в городских электросетях;
• 35 -750 кВ, линии электропередач .

Силовые трансформаторы устанавливаются только в сетях переменного тока. Устройства для измерения уровня масла.

Автотрансформаторы

Данные трансформаторы соединены напрямую обмотками: вторичной и первичной, за счет этого имеют дополнительную электрическую связь, к электромагнитной связи. Данный тип трансформаторов имеет как минимум три обмотки, от которых исходят различные напряжения.

Преимущества:

данные трансформаторы имеют более высокий коэффициент полезного действия, за счет частичного преобразования и незначительного отличия выходного и входного напряжения. Также большим преимуществом автотрансформаторы обладают меньшими габаритами, весом и ценой.

Недостатки:

между обмотками отсутствует изоляция.

Трансформаторы тока

У данных трансформаторов, гальваническая развязка (без электрического контакта) и от источника тока питается первичная обмотка. Трансформаторы тока используют в цепях защиты, измерения, сигнализации, управления и для снижения на первичной обмотке тока. На вторичной обмотке обычно номинальный ток равен пяти ампер или одному. Использовать данный трансформатор нужно в режиме близкому к короткому замыканию, так как при разрыве цепи на выходе, наводится высокое напряжение, которое может повредить устройства.

Трансформаторы напряжения

Эти трансформаторы питаются от источника напряжения, и применяются в изолировании высокого напряжения, за счет его преобразования в низкое.

Импульсные трансформаторы

Данные трансформаторы служат для преобразования импульсных сигналов до десятков мкс (микросекунд).

Разделительные трансформаторы

У данного трансформатора обмотки не связаны между собой, служат для безопасности электросети.

Согласующие трансформаторы

Предназначены для различных частей согласования сопротивления.

Пик-трансформаторы

Преобразуют в импульсное напряжение из синусоидального.

Сдвоенные дроссельные трансформаторы

Трансформаторы с двумя одинаковыми обмотками. При одинаковых размерах с дросселем, данный трансформатор более эффективный.

Трансфлюксорные трансформаторы

Имеют большую величину намагниченности магнитопровода, за счет этого хранят информацию.

• О заводе
• Производство
• Продукция
• Портфолио
• Новости
• Контакты

• Металлические опоры ЛЭП
• Стальные порталы ору
• Прожекторные мачты и молниеотводы
• Ростверки и металлические балки
• Антенные опоры и башни релейной связи
• Металлоконструкции различного назначения

Адрес: 620012, г.Екатеринбург, пл. Первой Пятилетки

Основное назначение и устройство силовых трансформаторов

Назначение силовых трансформаторов – это преобразование энергии одного напряжения в энергию другого, сводится к преобразованию амплитуды переменного напряжения при сохранности частоты. В основе работы прибора лежит принцип электромагнитной индукции.

Силовые трансформаторы являются основным элементом всех электрических подстанций, поскольку передача электрического тока высокой мощности на большие расстояния более экономична, но требует преобразования.

Силовые трансформаторы: назначение и устройство

Силовой трансформатор имеет типичную конструкцию, которая включает следующие элементы:

• Основа конструкции трансформатора — активная часть с магнитопроводом, на котором располагаются обмотки высшего и низшего напряжения, а также переключающим устройством. Переключающее устройство дает возможность ступенчатого изменения напряжения в пределах обмотки, а также поддержания его на зажимах обмотки. Это необходимо, поскольку в электросистемах часто возникают отклонения от нормальных показателей электроснабжения.
• Бак трансформатора — это овальный резервуар с трансформаторным маслом. Масло выполняет функции охлаждения для обмоток магнитопровода, а также повышает уровень изоляционной защиты между частями, проводящими ток и заземленным баком.
• Термосифонный фильтр. Крепится к баку и предназначен для поддержания изоляционных свойств трансформаторного масла и увеличения срока его эксплуатации. Фильтры цилиндрической формы, заполнены сорбентом.
• Вводы катушек высокого и низкого напряжения (проходные изоляторы из фарфора), расширитель (компенсирует колебания масла при изменении температуры), маслоуказатель, воздуоосушитель, и другие дополнительные элементы.

Все трансформаторы имеют общий принцип действия.

Силовые трансформаторы: типы назначения

Силовые трансформаторы отличаются по показателям мощности, напряжения и назначению. В зависимости от типа трансформатора, ему присваивается определенный буквенный код:

• А — автоматический трансформатор. Если буква стоит в начале, то понижающий, если в конце обозначений, то повышающий.
• Д — дутьевой тип охлаждения, когда используется принудительная циркуляция воздуха вентиляторами;
• ДЦ — дутьевой, у которого принудительная циркуляция масла осуществляется насосом;
• М — естественное охлаждения масла;
• МЦ — масляный (циркуляция воздуха естественная, масла — принудительная);
• Н — регулировка напряжения под нагрузкой;
• Р — имеет расщепленную обмотку;
• С — имеет сухое естественное охлаждение воздухом;
• Т — обозначает трехобмоточный тип, если буква вторая, то трехфазный.

Кроме обозначения основного типа работы устройства, классификация производится по следующим категориям:

• Габариты;
• Количество фаз и обмоток;
• Исполнение — устанавливается внутри или снаружи помещения;
• Функциональное назначение – работает на повышение или понижение напряжения;
• Система отвода тепла – может быть воздушная или масляная.

От правильной работы трансформатора зависит работа всей системы, поэтому они должны отвечать требованиям ГОСТ, иметь соответствующие сертификаты и проходить своевременную проверку, которая включает:

• Контроль уровня масла и качество работы системы маслогенерации;
• Состояние влагопоглотителей, корпуса и основных узлов.

Регулярность осмотра зависит от типа и назначения силового трансформатора. При выявлении неполадок проводится ремонт, замена частей, доливается масло. Все действия по поддержанию работы трансформаторов выполняются специалистами соответствующего уровня допуска.