Устройство и принцип действия силовых трансформаторов

Включение трансформаторов на параллельную работу

Параллельная работа трансформаторов, т. е. включение их на одни сборные шины ВН и НН, а также СН, возможна: а) при равенстве их первичных и их вторичных напряжений; б) при равенстве напряжений короткого замыкания; в) тождественности групп соединения обмоток. На этих же условиях возможна параллельная работа и автотрансформаторов, а также трансформаторов с автотрансформаторами.

У трансформаторов, имеющих разные номинальные напряжения или разные коэффициенты трансформации, напряжения на зажимах вторичных обмоток неодинаковы. При включении таких трансформаторов на параллельную работу в замкнутых контурах первичных и вторичных обмоток возникнут уравнительные токи, обусловленные разностью вторичных напряжений.

Уравнительный ток равен:

где DU=U1-U2

— разность вторичных напряжений транс­фор­маторов;ZK1 и ZK2 — сопротивления первого и второго трансформаторов, определяемые по формуле

где uк%

— напряжение КЗ трансформатора.

Пример.

Два трансформатора с разными значениями вторичных напряжений включаются на параллельную работу. Трансформаторы имеют следующие параметры:S1=S2=10000 кВ·А ;U1=6600 В ;U2=6300 В ;uk1=uк2=8% ; группы соединения обмоток U/D-11. Определить уравнительный ток после включения на параллельную работу.

Решение

. Номинальные токи трансформаторов

Сопротивления трансформаторов

Разность вторичных напряжений

Уравнительный ток

Из примера видно, что при неравенстве вторичных напряжений трансформаторы будут загружаться уравнительным током даже в режиме холостого хода. При работе под нагрузкой уравнительный ток налoжится на ток нагрузки. Уравнительный ток, загружая обмотки трансформаторов, увеличивает потери энергии в них и снижает суммарную мощность подстанции. Поэтому разность вторичных напряжений при включении трансформаторов на параллельную работу должна быть минимальной. Отклонения по коэффициенту трансформации допускаются в пределах ±0,5% номинального значения. Напряжение короткого замыкания ик

является постоянной для каждого трансформатора величиной, зависящей исключительно от его конструкции. При работе трансформатора под нагрузкой необходимо равенство ихик . Это объясняется тем, что нагрузка между трансформаторами распределяется прямо пропорционально их мощностям и обратно пропорционально напряжениям короткого замыкания. В общем случае неравенствоик приводит к недогрузке одного трансформатора и перегрузке другого. Если два трансформатора номинальной мощностиS1 иS2 имеют различные напряжения короткого замыканияuк1 иuк2 соответственно, то распределение общей нагрузкиS между ними определяется по формуле

где S’

иS» — реальные нагрузки первого и второго трансформаторов; u’к — некоторое эквивалентное напряжение короткого замыкания параллельно включенных трансформаторов.

Пример

. На параллельную работу включаются два трансформатора мощностьюS1=S2=10000 кВ·А , имеющих напряжения короткого замыканияuк1 =8%,uк2 =6,5%. Суммарная мощность нагрузки потребителейS =20000 кВ·А. Определить, как распределится нагрузка между трансформаторами.

Решение.

Эквивалентное напряжение короткого замыкания

Нагрузки трансформаторов

Таким образом, при включении на параллельную работу трансформаторов с различными напряжениями короткого замыкания трансформатор с меньшим Uk

примет на себя бόльшую нагрузку. Некоторое перераспределение (выравнивание) нагрузки в данном случае можно получить путем изменения коэффициента трансформации, т. е. повышением вторичного напряжения недогруженного трансформатора. Но пользоваться этим способом в эксплуатации не следует, так как при этом возрастают потери от уравнительного тока.

Наилучшее использование установленной мощности трансформаторов возможно только при равенстве напряжений короткого замыкания. Однако в эксплуатации допускается включение на параллельную работу трансформаторов с отклонениями ик

на основном ответвлении не более чем на ± 10%. Такое допущение связано с технологией изготовления трансформаторов, т. е. с отступлениями в размерах обмоток, влияющих наик .

Рис. 1. 8. Разность напряжений ДU при сдвиге векторов вторичных напряжений U1 и U2 по фазе на угол d

Не рекомендуется включение на параллельную работу трансформаторов с отношением номинальных мощностей более 1:3. Это вызвано тем, что даже при небольших перегрузках трансформаторы меньшей мощности будут больше загружаться в процентном отношении и, особенно в том случае, если они имеют меньшие ик

. Поэтому при отношении мощностей трансформаторов более 1: 3 целесообразно при возрастании нагрузок совсем отключить трансформатор меньшей мощности, чтобы не подвергать его недопустимой перегрузке.

Расшифровка основных параметров

Разнообразие в конструкции и широкий диапазон параметров трансформаторов привели к необходимости их маркировки по специальному стандарту. Не имея под рукой технического описания, характеристики устройства можно выяснить по нанесённой на его поверхности информации, выраженной буквенно-цифровым кодом.

Маркировка силовых трансформаторов содержит 4 блока.

Скачать и посмотреть ГОСТ 15150 можно здесь(откроется в новой вкладе в PDF формате):Смотреть файл

Расшифруем первые три блока:

Расшифровка маркировки: 1,2,3 блока

1. Первая буква «А» прикреплена за автотрансформаторами. При её отсутствии буквы «Т» и «О» соответствуют трёхфазным и однофазным трансформаторам.
2. Наличие далее буквы «Р» информирует об устройствах с расщеплённой обмоткой.
3. Третья буква означает охлаждение, масляной естественной системе охлаждения присвоена литера «М». Естественному воздушному охлаждению выделена буква «С», масляное с принудительным обдувом обозначается «Д», с принудительной циркуляцией масла – «Ц». Сочетание «ДЦ» указывает на наличие принудительной циркуляции масла с одновременным воздушным обдувом.
4. Литерой «Т» помечаются трёхобмоточные преобразователи.
5. Последний знак характеризует особенности трансформатора:

• «Н» – РПН(регулировка напряжения под нагрузкой);
• пробел – переключение без возбуждения;
• «Г» – грозозащищенный.

Принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.

При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1, образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2, создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2, стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.

В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопроводе устанавливается магнитный поток Фo равный разности потоков Ф1 и Ф2 и являющийся частью потока Ф1, т.е.

Результирующий магнитный поток Фo обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2, под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2. Именно благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2, который будет тем больше, чем больше Фo. Но и в то же время чем больше ток I2, тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo.

Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2, тока I2 и потока Ф2, обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.

Таким образом, разность потоков Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фo, а без него не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2. Следовательно, магнитный поток Ф1, создаваемый первичным током I1, всегда больше магнитного потока Ф2, создаваемого вторичным током I2.

Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.

Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным.

Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим.

Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют понижающим.

Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получают желаемое выходное напряжение U2. Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.

Трансформаторы закалочные

Таблица 3

Трансформаторы согласующие (таблица 1).

Выпускаемые в настоящее время источники питания (генераторы) для индукционных электротермических установок могут различаться по величине номинального выходного напряжения. Обычно выходное напряжение источников питания 400В, 800В. Для нагрузочных контуров индукционных установок, включающих индукторы, конденсаторы, возможно и трансформаторы, может не подходить напряжение источника питания. Поэтому вопрос согласования напряжений генератора и нагрузки весьма актуален и решается путём применения согласующих трансформаторов. Также согласующий трансформатор может быть использован для сокращения потерь в линии соединяющей генератор с нагрузкой, за счёт снижения величины тока в линии, путём повышения напряжения его передачи.

Для реализации перечисленных целей используются трансформаторы ТСС1-250-2,4 и ТСС1-250-10, работающие на частотах 2,4 и 10 кГц, повышающие (понижающие) напряжение с 400В до 800В. Коэффициент трансформации в этих трансформаторах фиксирован. При необходимости, могут быть поставлены трансформаторы с другими соотношениями напряжений на обмотках.

Также выпускаются трансформаторы, служащие для гальванической развязки источника питания и колебательного контура. К ним относятся трансформаторы типа ТСС3-250-2,4 и ТСС3-250-10, имеющие коэффициент трансформации равный единице и первичное напряжение 400В.

В номенклатуре согласующих трансформаторов имеется трансформатор типа

ТРС1-1600С4 мощностью до 1600 кВА. Первичное напряжение трансформатора U1=800В (допускается повышение напряжения до1000В по согласованию с изготовителем). Вторичное напряжение U2=800÷240B (допускается расширение диапазона по согласованию с изготовителем). В отличие от трансформаторов типа ТСС, в трансформаторе ТРС1-1600С4 имеется возможность переключения количества витков, как на одной обмотке, так и на другой. Трансформатор имеет расширенный диапазон изменения коэффициента трансформации. Вторичное напряжение U2=800÷240B (допускается расширение диапазона по согласованию с изготовителем).

Новые конструктивные решения, найденные при разработке закалочного трансформатора ТЗ1-1600С4 были перенесены на трансформатор ТРС1-1600С4, что повысило его энергетические показатели, снизило массу и габариты, в сравнении с более известным ТРС1-800. При разработке этого трансформатора не ставилась задача повышения мощности до 1600кВА, поскольку область применения трансформатора это согласование параметров нагрузочного контура с генератором, а потребности в согласующих устройствах столь большой мощности нет. Однако, известно, что использование устройств, при пониженной относительно номинальной, мощности, повышает ресурс их работы и это достоинство наряду со сниженными массогабаритными показателями должно быть интересно потребителю

Следует обратить внимание на то, что согласующие трансформаторы, даже такие мощные, как ТРС1-1600С4 не могут быть использованы в качестве контурных понижающих (закалочных) (рис.3)

Автотрансформаторы (таблица 2).

Для согласования работы генератора с индукционным нагревателем, например, кузнечным, оснащённым сменными индукторами может быть применён автотрансформатор. Автотрансформатор позволяет менять напряжение с достаточно мелким шагом. Коэффициент трансформации автотрансформатора, как правило, лежит в диапазоне -1÷2.

Автотрансформатор не обеспечивает гальванической развязки генератора с контуром. В таблице 2 приведены два типа автотрансформаторов с мощностью 500 кВА на частоты 2,4 кГц и 8-10 кГц. На рис.4 представлен вариант схемы содержащей автотрансформатор.

Типы трансформаторов

В соответствии со своими параметрами и характеристиками, все трансформаторы разделяются на следующие виды:

• По количеству фаз могут быть одно- или трехфазными.
• В соответствии с числом обмоток, трансформаторы бывают двух- или трехобмоточными, а также двух- или трехобмоточными с расщепленной обмоткой.
• По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н).
• По видам охлаждения – с естественным масляным охлаждением (М), с масляным охлаждением и воздушным дутьем (Д), принудительная циркуляция масляного охлаждения (Ц), сухие трансформаторы с воздушным охлаждением (С). Кроме того, существуют устройства без расширителей, для защиты которых используется азотная подушка.

трансформатор

1.

ТРАНСФОРМАТОР1, а, м. Устройство для преобразования видов, форм или свойств энергии. Электрический т. (электромагнитный аппарат, меняющий напряжение тока).

| прил. трансформаторный, ая, ое. Трансформаторная подстанция.

2.

ТРАНСФОРМАТОР2, а, м. (спец.).

1. Актёр, играющий попеременно роли нескольких или всех действующих лиц небольшой, обычно комический пьесы и быстро меняющий свой облик (костюм, грим, манеры).

2. Фокусник, создающий оптические иллюзии превращения одних предметов в другие.

Значения в других словарях

1. ТРАНСФОРМАТОР — ТРАНСФОРМАТОР, устройство для преобразования переменного тока и НАПРЯЖЕНИЯ с сохранением частоты. Состоит из двух или более проволочных обмоток, намотанных на сердечник и индуктивно связанных. Научно-технический словарь
2. ТРАНСФОРМАТОР — ТРАНСФОРМАТОР (от лат. transformo — преобразую) — устройство для преобразования каких-либо существенных свойств энергии (напр., электрический трансформатор, гидротрансформатор) или объектов (напр., фототрансформатор). Большой энциклопедический словарь
3. трансформатор — ТРАНСФОРМАТОР -а; м. 1. Устройство для повышения или понижения напряжения электрического тока. Электрический т. Повышающий, понижающий т. 2. Преобразователь чего-л. Толковый словарь Кузнецова
4. трансформатор — орф. трансформатор, -а Орфографический словарь Лопатина
5. трансформатор — -а, м. 1. Устройство для преобразования энергии из одной формы в другую. || Устройство для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Повышающий (понижающий) трансформатор. 2. То, что преобразует что-л. Малый академический словарь
6. трансформатор — трансформатор I м. Устройство для преобразования энергии из одной формы в другую или для повышения или понижения переменного электрического тока. II м. 1. Актёр, исполняющий попеременно роли нескольких действующих лиц. 2. Фокусник, создающий оптическую иллюзию превращения одних предметов в другие. Толковый словарь Ефремовой
7. Трансформатор — I Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразую) в технике, устройство для преобразования каких-либо существенных свойств энергии или объектов (устройств). Наиболее распространены трансформаторы электрические (См. Большая советская энциклопедия
8. трансформатор — ТРАНСФОРМ’АТОР, трансформатора, ·муж. (от ·лат. transformo — придаю другой вид). 1. Преобразователь, переделыватель (·книж. ·редк. ). 2. Аппарат для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения (физ., тех.). Толковый словарь Ушакова
9. трансформатор — Трансформатора, м. . 1. Аппарат для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения (физ., тех.). Большой словарь иностранных слов
10. трансформатор — Трансформ/а́тор/. Морфемно-орфографический словарь
11. трансформатор — ТРАНСФОРМАТОР а, м. transformateur <��лат. tranformaro < trans через, сквозь + formo придаю вид, образовываю. 1. Преобразователь чего-л. из одного вида, состояния в другой вид, другое состояние. Словарь галлицизмов русского языка

• Блог
• Ежи Лец
• Контакты
• Пользовательское соглашение

2005—2021 Gufo.me

Принцип работы

Электромагнитная индукция является базовым явлением в работе трансформатора.

Из электрической сети подается питание к первичной обмотке, в ней появляется переменный ток, в магнитопроводе при этом образуется магнитный переменный поток. Как известно из физики, если поместить второй проводник в магнитное поле, в нем также появляется переменный ток. В качестве второго проводника в трансформаторе выступает вторичная обмотка. Таким образом, в ней появляется напряжение.

Разница между первичным и вторичным напряжением зависит от коэффициента трансформации, который определяется числом витков в обмотках.

Контроль работы устройства

Во время сервисных работ строго запрещается заглядывать внутрь бака, сливать полностью масла и проводить какие-либо манипуляции с содержимым корпуса трансформатора. Работоспособность изделия проверяется путем химической оценки пробы масла и холостого подключения аппарата. В результате удается узнать, насколько трансформатор работоспособен в данный момент времени.

Даже к месту монтажа привозят уже готовую конструкцию, которую остается только подключить к сети. Заливка маслом производится на заводе, не говоря уже о более сложных процедурах. Для доставки оборудования используется специализированная техника.

, для нас это очень важно:

Схема

Схема силового трансформатора включает в себя несколько основных элементов. К ним относятся:

• Сердечник (магнитопривод).
• Остов с балками (нижняя и верхняя).
• Низковольтная и высоковольтная обмотки.
• Отводы.
• Регулировочные ответвления.
• Нижняя часть вводов.

На основе с балками закрепляются все составные детали. Магнитопривод необходим для снижения потерь при прохождении магнитного потока через контуры. Он изготавливается из электротехнической стали.

В сердечнике магнитопривода листы металла собирают по определенной схеме. Стержни с обмотками должны приближаться по форме к кругу. Подобная конфигурация позволяет облегчить намотку проводников. Стыки между отдельными пластинами сердечника перекрываются цельными листами.

Обмотка выполняется из проводов круглой или прямоугольной формы сечения. Между слоями и самими обмотками оставляются зазоры для циркуляции охладительного компонента.

Виды магнитопроводов

По конструкции магнитопровода трансформаторы подразделяются на стержневые и броневые.

Однофазный трансформатор броневой конструкции (рисунок 1, б) имеет один стержень с обмотками и развитое ярмо, которое частично закрывает обмотки подобно “броне”.

Для преобразования, или трансформации, трехфазного тока можно использовать три однофазных трансформатора (рисунок 2), обмотки которых соединяются по схеме звезды или треугольника и присоединяются к трехфазной сети. Такое устройство называется трехфазной трансформаторной группой или групповым трансформатором. Чаще, однако, применяются трехфазные трансформаторы с общим для всех фаз магнитопроводом, так как такие трансформаторы компактнее и дешевле.

Идея образования трехфазного трансформатора стержневого типа показана на рисунке 3. Если для трехфазных синусоидальных токов соблюдается условие

i_a + i_b + i_c = 0 ,

то для синусоидальных потоков трех трансформаторов (рисунок 3, а) также соблюдается условие

Ф_a + Ф_b + Ф_c = 0

Поэтому, если объединить три стержня 1, 2 и 3 (рисунок 3, а) в общий стержень, то поток в этом стержне будет равен нулю и этот стержень можно удалить. Тогда получим трехфазный трехстержневой трансформатор, показанный на рисунке 3, б. Конструкцию этого трансформатора можно упростить, расположив все три стержня в одной плоскости (рисунок 3, в). Эта последняя конструкция была предложена М. О. Доливо-Добровольским в 1889 году и получила всеобщее распространение. Такой магнитопровод не вполне симметричен, так как длина магнитных линий средней фазы несколько короче, чем для крайних, однако влияние этой несимметрии весьма незначительно.

Трехфазный броневой трансформатор (рисунок 4) можно рассматривать как три однофазных броневых трансформатора, поставленные рядом или друг над другом. При этом средняя фаза имеет обратное включение относительно крайних, чтобы в соприкасающихся частях магнитной системы потоки фаз складывались, а не вычитались. Так как

В броневых трансформаторах коэффициент электромагнитной связи между обмотками несколько больше, чем в стержневых, и поэтому броневые трансформаторы в электромагнитном отношении несколько совершеннее. Однако это преимущество не имеет большого значения. Поскольку броневые трансформаторы сложнее по конструкции, в России силовых трансформаторов броневой конструкции не строят.

С увеличением мощности трансформаторов возрастают их размеры и трудности транспортировки по железным дорогам. Поэтому в трансформаторах мощностью S_н > 80 – 100 МВ×А на фазу и напряжением 220 – 500 кВ применяют бронестержневую или многостержневую конструкцию. Такие конструкции получаются, если у трансформаторов вида показанных на рисунках 1, а и 3, в добавить слева и справа по одному боковому ярму (рисунок 5). При этом магнитный поток в верхнем и нижнем ярмах разветвляется и в случае, изображенном на рисунке 5, а, уменьшается в два раза, а в случае на рисунке 5, б – в  раза по сравнению с рисунками 1, а и 3, в. Во столько же раз можно уменьшить сечение ярем, в результате чего высота магнитопроводов уменьшается.

Рисунок 5. Устройство бронестержневых трансформаторов

Преимущественно применяются трехфазные трансформаторы с общей магнитной системой. Трехфазные группы однофазных трансформаторов используются, во-первых, при весьма больших мощностях (S_н > 300 МВ×А), когда транспорт трехфазного трансформатора становится весьма затруднительным или невозможным, и, во-вторых, иногда при S_н > 30 МВ×А, когда применение однофазных трансформаторов позволяет уменьшить резервную мощность на случай аварии или ремонта.

Похожие записи:

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. закон ома для цепей переменного тока Ретро проводка в современном доме Где используется фидерный кабель Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине