Костанайский социально-технический университет
имЕНИ Академика Зулкарнай Алдамжар
Технический факультет
Кафедра Транспорта и технологии
Курсовая работа
по дисциплине Электрические станции и подстанции
Тема: Принцип работы трансформаторов
Выполнил:
Чернолих Андрей Юрьевич
Костанай
Содержание
Введение
. История создания и разновидности трансформаторов
.1 История создания трансформатора
.2 Разновидности трансформаторов и их краткая характеристика
. Конструкция и базовые принципы действия трансформатора
.1 Основные части трансформатора, их функции
.2 Базовые принципы действия трансформатора
. Режимы работы, перенапряжение трансформатора
.1 Режимы работы
.2 Перенапряжения трансформатора
4. Срок службы трансформаторов
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Трансформатор представляет собой неподвижный электромагнитный аппарат с 2-мя (либо более) обмотками, имеющими меж собой магнитную связь, исполняемую переменным магнитным полем, и работает для преобразования переменного тока 1-го напряжения в переменный ток иного напряжения при сохранении частоты тока постоянной. Трансформатор состоит из одной (автотрансформатор) либо нескольких отделенных проволочных, или ленточных обмоток, охватываемых всеобщим магнитным потоком, намотанных на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного материала. Трансформаторы маленькой мощности разного назначения употребляются в устройствах радиотехники, автоматики, сигнализации, взаимосвязи и т.п., а так же для питания бытовых электроприборов. Предназначение силовых трансформаторов - преобразование электрической энергии в электросетях и установках, специализированных для приема и применения электрической энергии.
Силовые трансформаторы разделяются на 2 вида:
трансформаторы всеобщего назначения предусмотрены для подключения в сеть, не различающуюся особенными критериями работы, характером перегрузки либо режимом работы.
трансформаторы особого назначения предусмотрены для конкретного питания потребительской сети либо приемников электрической энергии, различающихся особенными критериями работы, характером перегрузки либо режимом работы.
Силовые трансформаторы номинальной мощностью от нескольких единиц до 1 млн. кВ-А и напряжением до 1250 кВ используются в сетях для распределения электричества. К силовым относятся и трансформаторы маленькой мощности от 10 по 300 В-А, используемые в приспособлениях радиотехники, промышленной электроники и автоматики.
Особенно необходимыми задачами считаются поднятие свойства трансформаторов, внедрение современной технологии их изготовления, экономия материалов при их производстве и может быть невысокие потери энергии при их работе в сети. Бережливость материалов и понижение утрат в особенности главных в распределительных трансформаторах, в которых используется значимая часть материалов и появляется значимая часть потерь энергии всего трансформаторного парка.
1. История создания и виды трансформаторов
.1 История создания трансформатора
Для создания трансформаторов нужно было исследование параметров материалов: неметаллических, железных и магнитных, создания их теории. Столетов Александр Григорьевич (доктор МУ) сделал 1-ые шаги в данной направленности - нашел петлю гистерезиса и доменную текстуру ферромагнетика. Братья Гопкинсоны спроектировали концепцию электромагнитных цепей.
В 1831 году британский физик Майкл Фарадей открыл действо электромагнитной индукции, лежащее в базе действия электрического трансформатора, при проведении им основных изучений в области электро энергии. Схематичное описание будущего трансформатора в первый раз возникло в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Но ни тот, ни иной никак не фиксировали в собственном устройстве такого характеристики трансформатора, как модифицирование напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.
В 1848 году запошивочный механик Г. Румкорф придумал индукционную катушку. Она появилась прототипом трансформатора.30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, говорят датой рождения главного трансформатора. Наверное был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим стержень, на кой наматывались обмотки.
-ые трансформаторы с закрытыми сердечниками были сделаны в Великобритании в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон. С изобретением трансформатора появился промышленный энтузиазм к переменному току. Российский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока, выстроил 1-ый трёхфазный асинхроичный двигатель и 1-ый трёхфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский показывал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока длиной 175 км трёхфазный генератор имел мощность 230 КВт при напряжении 95 В. В 1928 году стартовало создание силовых трансформаторов в СССР, когда начал действовать Московский трансформаторный завод (Московский электрозавод).
В 1900-х годах британский изыскатель-металлург Роберт Хедфилд провёл серию опытов для установления воздействия добавок на характеристики железа. Только чрез некоторое количество лет ему удалось поставить клиентам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния. Последующий большой прыжок в технологии изготовления сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда южноамериканский металлург Норман П. Гросс установил, что при сочетанном действии проката и нагревания у кремнистой стали возникают уникальные магнитные характеристики в направленности прокатки: магнитное насыщение повышалось на 50 %, утраты на гистерезис ужимались в 4 раза, а магнитная проницаемость росла в 5 раз. [2]
.2 Разновидности трансформаторов и их краткая характеристика
Силовой трансформатор
Силовой трансформатор - трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электросетях и в установках, специализированных для приёма и применения электрической энергии.
Автотрансформатор - трансформатор, в котором изначальная и вторичная обмотки объединены напрямую, и имеют за счёт данного не только электромагнитную связь, однако и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет некоторое количество выводов (как минимум 3), подключаясь к коим, разрешено получать различные напряжения. Превосходством автотрансформатора считается наиболее высочайший КПД, так как только часть мощности подвергается преобразованию - это в особенности значительно, когда входное и выходное напряжения различаются некординально. Недочетом считается отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) меж первичной и вторичной цепью. В индустриальных сетях, где присутствие заземления нулевого провода обязательно, данный фактор роли никак не играет. В особенности эффективен автотрансформатор в вариантах, когда нужно получить вторичное напряжение, особенно не отличное от изначального. Автотрансформаторы успешно соперничают с двухобмоточными трансформаторами, когда их коэффициент трансформации - не достаточно различается от единицы и но более 1,5-2. При коэффициенте трансформации выше 3 автотрансформаторы себя никак не оправдывают. В конструктивном отношении автотрансформаторы фактически никак не различаются от трансформаторов. На стержнях магнитопровода размещаются 2 обмотки. Выводы берутся от 2-ух обмоток и единой точки. Большая часть деталей автотрансформатора в конструктивном отношении никак не отличаются от деталей трансформатора.
Трансформатор тока - трансформатор, питающийся от источника тока. Обычное использование - для понижения изначального тока до величины, используемой в цепях измерения, охраны, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А, 5А. Первичная обмотка трансформатора тока врубается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, идущий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации. Коэффициент трансформации измерительных трансформаторов тока считается их главной чертой. Номинальный (безупречный) коэффициент указывается на шильдике трансформатора в виде отношения номинального тока первичной (изначальных) обмоток к номинальному току вторичной (вторичных) обмоток, к примеру, 100/5 А либо 10-15-50-100/5 А (для первичных обмоток с несколькими секциями витков). При этом настоящий коэффициент трансформации несколько различается от номинального. Это различие характеризуется величиной погрешности преобразования, состоящей из 2-ух составляющих - синфазной и квадратурной. 1-ая охарактеризовывает отклонение сообразно величине, 2-ая отклонение по фазе вторичного тока настоящего от номинального. Данные величины регламентированы ГОСТами и работают основой для присвоения трансформаторам тока классов точности при конструировании и производстве. Так как в магнитных системах имеют место утраты связанные с намагничиванием и нагревом магнитопровода, вторичный ток как оказалось меньше номинального (т.е. погрешность негативная) у всех трансформаторов тока. В взаимосвязи с этим для усовершенствования черт и внесения положительного смещения в погрешность преобразования используют витковую коррекцию.
Трансформатор напряжения - трансформатор, питающийся от источника напряжения. Трансформатор напряжения, замерный трансформатор гальванический, предназначенный для преобразования высочайшего напряжения в невысокое в цепях измерения и контролирования. Использование трансформаторов напряжения дозволяет выключать цепи вольтметров, частотометров, электросчётчиков, приборов автоматического управления и контролирования и т.д. от цепи высокого напряжения и создаёт вероятность стандартизации номинального напряжения контрольно-измерительной техники (чаще только его принимают одинаковым 100 в). Трансформаторы напряжения разделяются на трансформаторы переменного напряжения (традиционно их именуют элементарно трансформаторы напряжения) и трансформаторы неизменного напряжения. Обычное использование - преобразование высокого напряжения в невысокое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА.
Импульсный трансформатор - трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с продолжительностью импульса до 10-ов микросекунд с наименьшим искажением формы импульса. Главное использование заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (очень крутой фронт и срез, условно неизменная амплитуда). Он служит для трансформации недолгих видеоимпульсов напряжения, обычно временами циклических с высочайшей скважностью. В большинстве случаев главное требование, предъявляемое к ИТ содержится в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при действии на ввод ИТ напряжения той либо другой формы на выходе лучше получить импульс напряжения той же самой формы, однако, быть может, другой амплитуды либо иной полярности. Наибольшее распределение получили ИТ, трансформирующие импульсы, сообразно форме близкие к прямоугольным, которые владеют крутым фронтом и постоянством напряжения вершины импульса, важными для работы широкого класса нагрузок. Импульс прямоугольной формы должен быть трансформирован с небольшими искажениями, продолжительность фронта импульса должна быть существенно меньше продолжительности импульса и переходные процессы при трансформации фронта и вершины импульса рассматриваются отдельно.
Разделительный трансформатор - трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Разделительные трансформаторы применяются там, где необходима гальваническая развязка первичной и вторичной цепей, а также изоляция подключаемого оборудования от контура заземления. Например, согласно "Правилам устройства электроустановок" ванные комнаты входят в категорию особо опасных помещений из-за наличия повышенной влажности, текущей воды и обилия изделий из металла, имеющих неустойчивое заземление. Установка розеток на 220 В допускается только в определенной зоне таких помещений, причём должны быть выполнены особые меры защиты от поражения электрическим током, в частности допускается включение розеток через разделительный трансформатор. Трансформатор будет являться разделительным, если его вторичная обмотка не заземлена. Обычно используются трансформаторы с коэффициентом трансформации 1. Допускается подключение к одному трансформатору только одного потребителя. Применение такого подключения электроприемника существенно снижает вероятность поражения электрическим током, так как токи, возникающие в случае пробоя изоляции, имеют небольшое значение, что обусловлено гальванической изоляцией вторичных цепей трансформатора от цепей заземления.
Пик-трансформатор - трансформатор, переводящий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся чрез каждые полпериода полярностью. В практичной системе трансформатора производитель выбирает меж 2-мя разными базисными концепциями. Неважно какая из данных концепций не влияет на эксплуатационные свойства или эксплуатационную надёжность трансформатора, однако есть значительные отличия в процессе их производства. Любой производитель выбирает теорию, которую он считает более комфортной с точки зрения производства, и устремляется к использованию данной концепции на всём объёме изготовления. В то время как обмотки стержневого вида заключают в себе сердечник, сердечник броневого вида включает в себе обмотки. Если глядеть на активную составляющую стержневого вида, обмотки отлично видимы, однако они укрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Следовательно, лишь верхнее и нижнее ярмо сердечника. В системе броневого вида сердечник прячет в себе главную часть обмоток. Еще одно различие состоит в том, что ось обмоток стержневого вида, как правило, имеет вертикальное состояние, в то время как в броневой системе она имеет возможность быть горизонтальной либо вертикальной. [4]
2. Конструкция и базовые принципы действия трансформатора
.1 Основные части трансформатора, их функции
Основными частями конструкции трансформатора являются:
) магнитная система (магнитопровод)
) обмотки
) система охлаждения
Магнитная система (магнитопровод) трансформатора - набор частей (чаще только пластинок) электротехнической стали либо иного ферромагнитного материала, подобранных в конкретной геометрической форме, предназначенный для локализации в нём главного магнитного поля трансформатора. Магнитная система в вполне подобранном виде вместе со всеми узлами и составными частями, служащими для скрепления отдельных частей в единичную систему, именуется остовом трансформатора. Часть магнитной системы, на которой размещаются главные обмотки трансформатора, именуется - стержень. Часть магнитной системы трансформатора, никак не несущая главных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, именуется - ярмо. В зависимости от пространственного месторасположения стержней, выделяют: Плоская магнитная система - магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм размещены в одной плоскости.
Пространственная магнитная система - магнитная система, в которой продольные оси стержней либо ярм, либо стержней и ярм размещены в различных плоскостях.
Симметричная магнитная система - магнитная система, в которой все стержни имеют схожую форму, систему и габариты, а обоюдное размещение хоть какого стержня сообразно отношению ко всем ярмам идентично для всех стержней.
Несимметричная магнитная система - магнитная система, в которой отдельные стержни могут различаться от остальных стержней сообразно форме, системы либо объемам, либо обоюдное размещение какого-либо стержня по отношению к иным стержням либо ярмам может различаться от месторасположения хоть какого другого стержня.