Типы трансформаторов и их применение

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Большое разнообразие типов и конструкций трансформаторов об условлено различием их по назначению, а также по мощности и напряжению.

Рассмотрим некоторые из них, имеющие в практике наибольшее применение.

Трехфазный трансформатор. Схема устройства трехфазного трансформатора показана на рис.4. На каждом из трех стержней сердечника расположены две обмотки (ВН — обмотка высшего напряжения и НН — обмотка низшего напряжения) одной фазы. Вопросы, рассмотренные для однофазного трансформатора, справедливы и для трехфазного трансформатора (применительно к одной фазе). Дополнительно отметим, что обмотки трехфазных трансформаторов соединяют звездой (Υ) или треугольником (Δ).

Из всех возможных вариантов ГОСТ 401-41 предусмотрены только три схемы (рис. 5, а, б, в) и две группы соединения 11 и 12. В основе деления трансформаторов по группам соединения находится угол α сдвига фаз между линейными напряжениями - первичным и вторичным. Величина угла α зависит от способа соединения, направления намотки и обозначения зажимов обмоток.

Влияние последних двух факторов можно показать на примере однофазного трансформатора по рис. 6, где зажимы ВН и НН обозначены соответственно А, Х и а, х.

В случае одинакового направления намотки и обозначения зажимов, как на рис. 6, а, ЭДС обеих обмоток направлены одинаково относительно одноименных зажимов (например, от концов к началам). Следовательно, напряжения U₁ и U₂ на зажимах обеих обмоток совпадают по фазе, что отмечено на векторной диаграмме.

Группу соединения принято обозначать, сопоставляя относительное положение векторов этих напряжений с положением стрелок на циферблате часов. Вектор первичного напряжения U₁ совмещают с минутной стрелкой часов, направленной к цифре 12, вектор вторичного напряжения U₂ принимают за часовую стрелку. В рассмотренном случае оба вектора (U₁ и U₂) направлены к цифре 12 (часы показывают время 12 ч) и этой цифрой обозначают группу соединения трансформатора.

Если изменить обозначение зажимов вторичной обмотки (на рис. 6, а буквы в скобках) или изменить направление намотки (рис. 6, б), то вектор вторичного напряжения U₂ на диаграмме будет направлен по отношению к U₁ в противоположную сторону и группу обозначают цифрой 6.

В трехфазном трансформаторе при соединении обмоток по схеме рис.5, а первичное и вторичное линейные напряжения совпадают по фазе (рис. 6, а), поэтому расположение векторов относительно циферблата часов в описанном порядке указывает группу соединений 12. В данной схеме на вторичной стороне вместе с началами фаз выве дена нулевая точка, что и отмечено в условном обозначении.

Электроснабжение приемников электроэнергии большой мощности, как правило, осуществляется не от одного трансформатора большой мощности, а от группы параллельно включенных на общую нагрузку трансформаторов меньшей мощности (рис.7).

При уменьшении общей нагрузки часть трансформаторов отключается, что позволяет обеспечить более экономичный режим работы для оставшихся трансформаторов.

Трансформаторы можно включить на параллельную работу, если у них:

группа соединений одна и та же;
первичные и вторичные номинальные напряжения одинаковы (разница в коэффициентах трансформации не должна превышать 0,5 %);
напряжения короткого замыкания одинаковы (допускается отклонение ±10%).

Импульсные трансформаторы. Применяются в устройствах импульсной техники для изменения амплитуды импульсов, исключения постоянной составляющей и т.п. Одно из основных требований — минимальное искажение формы трансформируемых импульсов. Для этого импульсные трансформаторы работают с таким значением магнитной индукции в сердечнике, при котором рабочая точка расположена ниже зоны магнитного насыщения на кривой намагничивания трансформатора. Кроме того магнитный материал сердечника должен обладать небольшой остаточной индукцией. Для понижения остаточной индукции магнитопровод в некоторых случаях снабжают небольшим воздушным зазором. С этой же целью иногда применяют подмагничивание трансформатора постоянным током, полярность которого противоположна полярности трансформируемых импульсов. Это позволяет снизить магнитную индукцию в сердечнике в интервале между импульсами.

Многообмоточные трансформаторы. Трансформатор называют многообмоточным, если он имеет один сердечник, а количество обмоток больше двух (на одну фазу). Такого типа трансформаторы применяют в энергетических установках (в основном, трехобмоточные с двумя вторичными обмотками), в бытовых электроприборах, аппаратуре радио и автоматики.

В электрической сети трехобмоточный трансформатор с экономической выгодой заменяет два двухобмоточных, если имеется необходимость получить на вторичной стороне два различных номинальных напряжения.

Многообмоточные трансформаторы для бытовой электро- и радиоаппаратуры изготовляют с несколькими вторичными обмотками для питания различных цепей приборов (например, в радиоаппаратах - цепей анода, накала, сигнальных и т. д.), причем в первичной обмотке предусматривают возможность переключения на различные напряжения (например, 220 и 127 В).

Автотрансформаторы. Вавтотрансформаторе помимо магнитной связи между обмотками имеется еще и электрическая связь. Принципиальная схема понижающего автотрансформатора показана на рис. 8,а, повышающего- на рис. 8,б. Из рисунка видно, что автотрансформатор имеет обмотку, часть которой относится к первичной и вторичной цепям.

Первичное напряжение U ₁ равномерно распределено между витками в количестве N₁ и на один из них приходится напряжение U ₁ /N₁. Вторичное напряжение пропорционально числу витков N2, относящихся ко вторичной цепи U₂= U₁ N₂/ N₁. Отсюда следует соотношение первичного и вторичного напряжений U₁/U₂=N₁/N₂, такое же, как у однофазного трансформатора.

Автотрансформаторы применяют для сравнительно небольшог о изменения напряжения (коэффициент трансформации К = 1,5... 2 при высоких и не более К =3 при низких напряжениях).

Изменением числа витков на вторичной стороне автотрансформатора можно регулировать вторичное напряжение. Осуществляется это либо переключателем, либо с помощью скользящего контакта (щетки), перемещаемого непосредственно по зачищенным от изоляции виткам обмотки.

Обмотки трехфазного автотрансформатора соединяют звездой с выводом нулевой точки.

Автотрансформаторы соответствующей конструкции применяют для пуска электродвигателей переменного тока, для связи двух электрических систем с различными напряжениями, а также в распределительных сетях.

Сварочные трансформаторы. Трансформатор для дуговой сварки (рис. 9), представляет собой однофазный двухобмоточный понижающий трансформатор, преобразующий напряжение сети 220 или 380 В в напряжение 60-70 В, достаточное для зажигания и устойчивого горения электрической дуги между металлическим электродом и свариваемыми деталями.

Специфика работы сварочного трансформатора состоит в прерывистом режиме его работы: зажиганию электрической дуги предшествует короткое замыкание вторичной цепи трансформатора, а обрыв дуги создает режим холостого хода. Номинальный режим работы соответствует устойчивому горению электрической дуги.

Коэффициент трансформации n>>1, поэтому U2номсоставляет несколько вольт, а I2ном — сотни ампер.

Для ограничения тока увеличивают индуктивное сопротивление, для чего:

первичную и вторичную обмотки располагают на разных стержнях, что приводит к росту магнитного рассеяния, а следовательно, к увеличению индуктивного сопротивления обмоток;

во вторичную цепь трансформатора включается последовательно индуктивная катушка – дроссель, на магнитное сопротивление которого можно влиять путем изменения воздушного зазора. На рис. 9,б представлена внешняя характеристика сварочного трансформатора.

Пик — трансформаторы. Предназначены для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсы напряжения пикообразной формы. Такие импульсы напряжения необходимы в цепях управления тиристоров, тиратронов и др. Принцип работы основан на явлении насыщения ферромагнитного материала.

В пик -трансформаторах с активным сопротивлением (рис.10,а) первичную обмотку подключают к сети синусоидального напряжения через большое активное добавочное сопротивление, магнитную индукцию выбирают такой, чтобы магнитопровод находился в состоянии сильного магнитного насыщения. Магнитный поток в магнитопроводе при этом условии будет изменяться по уплощенной кривой (рис.10,б), а вторичная ЭДС е2=-N₂dФ/dt иметь пикообразную форму, достигая максимальных значений в моменты времени, когда магнитный поток и ток проходят нулевые значения, т.е. когда скорости их изменения максимальны.

В пик-трансформаторах с магнитным шунтом (рис.10,в) получение пикообразной формы (рис.10,г) вторичной ЭДС обеспечивается тем, что вторичная обмотка расположена на стержне уменьшенного сечения, находящемся в состоянии сильного магнитного насыщения.

Измерительные трансформаторы. В электрических установках высокого напряжения применяют измерительные трансформаторы напряжения и тока, с помощью которых выполняют одновременно две задачи:

отделяют от сети высокого напряжения цепи измерительных приборов, чем обеспечивают безопасность их обслуживания и упрощают их электроизоляцию;

расширяют пределы измерения приборов, что дает возможность применить для измерения больших напряжений и токов стандартные приборы (вольтметры до 100 В и амперметры до 5А).

Измерительный трансформатор напряжения (рис. 11,а) первичной обмоткой включают параллельно в высоковольтную сеть на измеряемое напряжение. При номинальном первичном напряжении вторичное напряжение составляет 100 В. Во вторичные цепи трансформаторов напряжения включают вольтметры, обмотки напряжения ваттметров и других приборов. Сопротивление этих приборов относительно велико (сотни и тысячи ом), и, несмотря на то что по отношению ко вторичной обмотке их включают параллельно, общее сопротивление нагрузки такое, что трансформатор напряжения работает в режиме, близком к холостому ходу. Поэтому падения напряжения в обмотках малы, следовательно, с достаточной для практики точностью можно считать, что измеряемое напряжение U₁, пропорционально показаниям вольтметра U₂ во вторичной цепи U₁=K_UU₂, где К_U - коэффициент трансформации трансформатора напряжения (K_U=N₁/N₂>> 1).

Измерительный трансформатор тока (рис. 11,б) первичной обмоткой, которая имеет один или несколько витков, включают последовательно в цепь измеряемого тока). При номинальном первичном токе вторичный ток составляет 5 или 10 А. Во вторичные цепи трансформаторов тока включают амперметры, токовые обмотки ваттметров и других приборов. Сопротивление этих приборов мало (доли ома), и, несмотря на то что по отношению ко вторичной обмотке их включают последовательно, общее сопротивление нагрузки составляет менее 1 Ом, поэтому трансформатор тока работает в режиме, близком
к короткому замыканию.

Величина намагничивающей силы I·N₁ трансформатора тока маленькая (оба множителя в произведении малы), поэтому с достаточной для практики точностью можно считать, что измеряемый ток I₁пропорционален показаниям амперметра I₂во вторичной цепи: I₁=K_II₂где K _I - коэффициент трансформации трансформатора тока (K_I=N₂/N1) >> 1).

В режиме холостого хода I₂=0, а ток I₁ не уменьшается, поэтому намагничивающая сила I₁ N₁ создает большой магнитный поток в сердечнике. В результате резко увеличиваются
магнитные потери в сердечнике, который из-за этого перегревается; ЭДС во вторичной обмотке тоже значительно увеличивается и достигает величины, опасной для обслуживающего персонала. По этой причине режим холостого хода трансформатора тока
недопустим, поэтому при отключении прибора во вторичной цепи вторичную обмотку замыкают накоротко. Один из выводов и кожух измерительного трансформатора (напряжения и тока) заземляют для повышения безопасности обслуживания приборов.

Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 12; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!