Главным составляющей обмотки считается виток - гальванический проводник, или разряд синхронно объединенных таких проводников (многопроволочная жила), единоразово охватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого вместе с токами остальных таковых проводников и остальных частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором перед действием данного магнитного поля наводится электродвижущая сила. Обмотка - совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе перед обмоткой традиционно предполагают совокупность обмоток 1-го напряжения 3-х фаз, объединяемых меж собой. Проводник обмотки в силовых трансформаторах традиционно имеет квадратную форму для более действенного применения имеющегося места (для роста коэффициента наполнения в окне сердечника).
При повышении площади проводника проводник имеет возможность быть поделен на 2 и наиболее параллельных проводящих элемента с целью понижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы именуется жилой. Любая жила изолируется при помощи или картонной обмотки, или эмалевого лака. Две раздельно отделенных и синхронно объединенных жилы время от времени могут иметь единую бумажную изоляцию. Две таких отделенных жилы в единой картонной изоляции именуются кабелем. Транспонированный кабель, используемый в обмотке трансформатора. Особенным видом проводника обмотки считается непрерывно транспонированный кабель. Данный кабель состоит из жил, отделенных при помощи 2-ух слоёв эмалевого лака, находящихся в осевом расположении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель выходит путём движения наружной жилы 1-го слоя к последующему слою с неизменным шагом и внедрения единой наружной изоляции. Картонная обмотка кабеля исполнена из деликатных (несколько 10-ов микрометров) картонных полос шириной несколько см, намотанных по оси жилы.
Дисковая обмотка
Обмотки делят по:
Назначению:
Основные - обмотки трансформатора, на которые подается напряжение либо с каких снимается напряжение перевоплощенного переменного тока.
Регулирующие - при низком токе обмотки и не очень широком спектре регулировки, в обмотке могут быть учтены отводы для регулировки коэффициента трансформации напряжения.
Вспомогательные - обмотки, предназначенные для питания сети личных нужд с мощностью значительно наименьшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третей гармонической магнитного поля и т.п.
Выполнению:
Рядовая обмотка - витки обмотки размещаются в осевом направленности во всей протяженности обмотки. Следующие витки наматываются густо друг к другу, не оставляя интервала меж собой.
Винтовая обмотка - винтовая обмотка может изображать собой вариант многослойной обмотки с расстояниями меж любым витком либо заходом обмотки.
Дисковая обмотка - дисковая обмотка состоит из ряда дисков, объединенных последовательно. В любом диске витки наматываются в радиальном направленности в виде спирали сообразно течению вовнутрь и наружу на располагающихся рядом дисках. [5]
Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов
2.2 Базовые принципы действия трансформатора
Схематическое устройство трансформатора. (В соответствии с рисунком 1)
Рисунок 1. Трансформатор.
- первичная обмотка
- вторичная обмотка
Работа трансформатора базирована на 2-ух базисных принципах: изменяющийся во времени гальванический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм) Модифицирование магнитного потока, проходящего чрез обмотку, создаёт ЭДС в данной обмотке (электромагнитная индукция) На 1 из обмоток, именуемую первичной обмоткой сервируется напряжение от наружного источника. Протекающий сообразно первичной обмотке переменный ток создаёт неустойчивый магнитный поток в магнитопроводе, сдвинутый сообразно фазе, при синусоидальном токе, на 90° сообразно отношению к току в первичной обмотке. В итоге электромагнитной индукции, неустойчивый магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том количестве и в первичной, ЭДС индукции пропорциональную 1 производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному сгустку.
Режим холостого хода.
Когда вторичные обмотки ни к чему никак не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке фактически полностью возместит напряжение источника питания, потому ток чрез первичную обмотку не слишком велик, и ориентируется в главном ее индуктивным сопротивлением. Вероятен вариант выполнения трансформатора с предположительно одинаковыми токами холостого хода и под перегрузкой. Трансформаторы, не имеющие режима холостого хода, получаются меньше и проще. Для трансформатора в отсутствии ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода ориентируется противодействием индуктивности первичной обмотки, которое сообразно частоте переменного тока и величине индуктивности.
Режим с перегрузкой.
При включении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи появляется ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный обратно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В итоге в первичной цепи нарушается сходство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, будто приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех времен, пока магнитный поток никак не добьется бывшего значения.
Схематично, процесс преображения разрешено изобразить последующим образом:
Моментальный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора ориентируется интегралом сообразно времени от моментального значения ЭДС в первичной обмотке, и в случае синусоидального напряжения смещен сообразно фазе на 90° сообразно отношению к ЭДС.
Закон Фарадея
ЭДС, создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит, что:
(1)
Где U2 - напряжение во вторичной обмотке,
N2 - число витков во вторичной обмотке,
Ц - суммарный магнитный поток <mhtml:file://G:\Трансформатор%20%20Википедия.mht!/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BA>, через один виток обмотки. Если витки обмотки расположены перпендикулярно линиям магнитного поля, то поток будет пропорционален магнитному полю <mhtml:file://G:\Трансформатор%20%20Википедия.mht!/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5> B и площади S через которую он проходит.
ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно:
(2)
Где U1 - мгновенное значение напряжения на концах первичной обмотки,- число витков в первичной обмотке.
Поделив уравнение U2 на U1, получим отношение:
(3)
3. Режимы работы, перенапряжение трансформатора
.1 Режимы работы
. Режим холостого хода - характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие, что ток в ней никак не течёт. С поддержкою эксперимента холостого хода разрешено найти КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а еще утраты в стали.
. Нагрузочный режим - характеризуется закрытой на перегрузке вторичной цепи трансформатора. Этот режим считается главным рабочим для трансформатора.
. Режим короткого замыкания. Данный режим выходит в итоге замыкания вторичной цепи накоротко. С его поддержкою разрешено найти утраты нужной силы на нагрев проводов в цепи трансформатора.
Габаритная емкость
Габаритная емкость трансформатора описывается последующей формулой:
Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2(4)
- первичной обмотки
2 - вторичной обмотки Большая часть холоднокатаных электротехнических сталей сохраняют собственную линейность до значения магнитной индукции 1,35 Тесла либо 13500 Гаусс. Однако нужно не забывать, что усилие в розетке электросети может обладать разброс от 198 до 242 вольт, что подходит нормированному 10-и процентному отклонению от номинала как в плюс, так и в минус. То есть, ежели мы желаем, чтоб во всем диапазоне питающих напряжений наш трансформатор действовал надежно, нужно его рассчитать так, чтоб сердечник никак не подходил бы к нелинейности при всяком возможном напряжении питающей сети. В том числе и при 242 вольтах. А сообразно сему, на номинальном напряжении 220 вольт, магнитная индукция должна вывертываться никак не наиболее 1,2 Тесла или 12000 Гаусс. Воплощение данных 2-ух отмеченных притязаний даст высочайший КПД трансформатора и высшую устойчивость выходных напряжений при изменении тока перегрузки от нулевой отметки по наибольшего значения. Другими словами, мы получим совсем "твёрдый" трансформатор. А вот повышение расчетного смысла индукции наиболее 1,2 Тесла приведет не лишь к нагреву сердечника, однако и к понижению "жесткости" трансформатора. Если планировать трансформатор на значение индукции наиболее 1,3 Тесла, то мы получим "мягенький" трансформатор, выходные напряжения которого, плавно просаживаются при повышении тока перегрузки от нулевой отметки до его номинального значения. Не для всех радиоустройств эти трансформаторы подходящие.
В общем, в транзисторных схемах разрешено с успехом применять регулятор выпрямленного напряжения. Однако наверное - дополнительная методика, дополнительные габариты, доборная рассеиваемая емкость, средства и доборная шаткость. У мягкого питающего трансформатора напряжения на 1 вторичных обмотках находится в зависимости от употребляемых токов в остальных - из-за счет просадки в общих цепях - на функциональном противодействии первичной обмотки и на магнитном противодействии. К примеру, если мы питаем от мягенького трансформатора двухтактный ламповый усилитель, работающий в режиме класса В или АВ, то изменение употребления сообразно анодной цепи приведет к колебаниям напряжения накала ламп. И, так как, усилие накала ламп владеет еще возможный разброс в 10% от номинала, мягенький трансформатор внесет в это усилие дополнительную непостоянность еще в 10, а то и в 15 процентов. А наверное неизбежно, поначалу уменьшит выходную емкость усилителя на огромных громкостях (инерционные просадки громкости), а с течением времени приведет к наиболее ранней утраты эмиссии у ламп. [1]
КПД трансформатора
Габаритная мощность трансформатора описывается следующей формулой:
Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2 (5)
- первичной обмотки
- вторичной обмотки
Однако, это конечный результат. Или академическое определение. Изначально габаритная мощность, как следует из названия, определяется габаритами сердечника и материалом, его магнитными и частотными свойствами.
И находится по следующей формуле:
(6)
где: P0 - потери холостого хода (кВт) при номинальном напряжении- нагрузочные потери (кВт) при номинальном токе- активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузку
n - относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1). Для силовых трансформаторов отношение Ро / Pк имеет порядок 0,3 - 0,5, и коэффициент, соответствующий максимуму КПД, выбирается именно равным 0,5-0,7, так как в условиях эксплуатации, когда нагрузка непрерывно колеблется, среднее значение мощности, проходящей через трансформатор, составляет (0,5-0,7) Рном. При повышении номинальной мощности трансформатора потери в нем растут почти пропорционально четвертой степени линейных размеров, а поверхность охлаждения - пропорционально кубу их. Если принять, что у трансформаторов различной мощности КПД сохраняется неизменным, то потери считают пропорциональными номинальной мощности Sном. Поэтому проблемы отвода тепла от обмоток и магнитопровода, а также снижения удельных потерь становятся с ростом мощности все более острыми.
У трансформаторов номинальной мощности порядка десятков тысяч кВА каждая сотая доля процента КПД соответствует нескольким киловаттам тепловой энергии, выделяющимся внутри бака. Так, например, в трансформаторе мощностью Sном = 40000 кВА при полной нагрузке выделяется такое же количество тепла, как и при работе 1000 бытовых электроплиток(!). Поскольку трансформаторы средней и большой мощности играют в настоящее время основную роль в энергоснабжении предприятий и населения, то, как видно, эффективное решение проблем отвода тепла и снижения потерь является весьма важным для экономики. При нагрузке трансформатора источниками тепла являются сердечник и обмотки. В установившемся режиме работы образуется конвекционный поток теплого воздуха, направленный от внутренних частей к наружным, которые соприкасаются с окружающей средой. В мощных силовых трансформаторах сердечник с обмотками погружается в бак с минеральным маслом. В баке устанавливается конвекционный процесс передачи тепла маслом от сильно нагретых частей к стенкам. При небольших мощностях (до 25 кВА) не требуется особых охлаждающих устройств, поэтому трансформаторы помещают в гладкие баки, теплоотдача происходит через их стенки. В более мощных трансформаторах для увеличения охлаждающей поверхности применяют трубчатые баки. В трансформаторах большой мощности (более 1800 кВА) трубы объединяют группами в специальные радиаторы. Применяют также искусственное водомасляное и воздушномасляное охлаждение, обдув радиаторов специальными вентиляторами. [8]
Работа в параллельном режиме.
Параллельная работа трансформаторов необходима сообразно простой причине. При маленькой перегрузке мощнейший трансформатор имеет огромные утраты холостого хода, потому вместо него подключают некоторое количество трансформаторов наименьшей мощности, которые выключаются, если в их недостает надобности. При параллельном включении 2-ух и наиболее трансформаторов потребуется последующее:
. синхронно могут действовать лишь трансформаторы, имеющие схожую угловую погрешность меж изначальным и вторичным напряжениями;
. полюса схожей с полярностью на гранях высочайшего и невысокого напряжения должны быть соединены синхронно;
. трансформаторы должны обладать приблизительно тот же самый коэффициент передачи по напряжению;
. напряжение совершенного противодействия короткого замыкания обязано существовать одинаковым, в пределах ±10%;
. отношение мощностей трансформаторов не обязано отклоняться наиболее нежели 1:3;
. переключатели количества витков обязаны стоять в положениях, дающих коэффициент передачи сообразно напряжению как можно теснее. Отклонение от вышеприведенных требований вероятны при условии, будто есть в наличии надлежащие знания.
Частота
При одинаковых напряжениях первичной обмотки трансформатор, исследованный для частоты 50 Гц, может употребляться при частоте козни 60 Гц, однако не напротив. При данном нужно принять в интерес, что возможно будет нужно сменить навесное электрооборудование. При частоте меньше номинальной который был использован магнитопровода вступает в насыщение, будто ведёт к увеличению токов чрез первичную обмотку и, как последствие, ее перегрев с вытекающими результатами.
Регулирование напряжения трансформатора
В зависимости от нагрузки электрической сети изменяется ее напряжение. Для обычной работы электроприёмников потребителей нужно, чтоб усилие никак не отклонялось от данного значения более возможных пределов, в связи с чем используются разные методы регулировки напряжения в сети. Кроме отмеченных методик для регулировки напряжения используются особые поочередные регулировочные трансформаторы. Они добавляют к напряжению нерегулируемого трансформатора или автотрансформатора (либо вычитают из него) некоторое добавочное усилие. Регулировка, при котором усилие сети меняется лишь сообразно значению в отсутствии конфигурации фазы, именуют продольным. Может быть регулировка сообразно фазе - поперечное регулирование. Для данного обмотку возбуждения регулировочного трансформатора 2 (рассматривается регулировка в фазе А) присоединяют к линейному напряжению 2-ух остальных фаз. В итоге к фазному напряжению сети добавляется (либо вычитается) регулируемое напряжение DU, сдвинутое на угол 90°, и таковым образом линейное усилие сети изменяет фазу, оставаясь постоянным сообразно значению. На больших подстанциях системного смысла при распределении потоков функциональной и реактивной силы появляется надобность в регулировании напряжения сообразно значению и фазе. Регулировка исполняется особыми аппаратами продольно-поперечного регулировки, при данном в схему вводятся 2 напряжения, одно из которых схож с напряжением сети, а иное сдвинуто на 90°. Во всех перечисленных вариантах регулировки используются прибора РПН, состоящие из последующих главных частей: переключателя либо избирателя, контактора, токоограничивающего вещества (реактора либо резистора) и приводного преспособления. Процесс переключения регулировочных ответвлений проходит в отсутствии разрыва цепи рабочего тока трансформатора.[4]