Лекция 1. Силовые трансформаторы

Трансформатор с двумя обмотками схематически показан на рис. 1. Если одна из обмоток, например 1, включена в сеть с переменным напряжением, то переменный ток i1 этой обмотки создает в стальном сердечнике 3 переменный магнитный поток  ф, сцепляющийся с обеими обмотками трансформатора. По закону электромагнитной индукции (Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него)этот поток наводит э. д. с. в обмотках 1 и 2. К зажимам обмотки 2 можно присоединить приемник электроэнергии (нагрузку) 4. Тогда в замкнутой цепи, состоящей из обмотки 2 и приемника 4, под влиянием э. д. с. будет переменный ток и на зажимах обмотки  переменное напряжение. Магнитный поток при нагрузке создается токами i1 и i2 и по-прежнему обеспечивает магнитную связь между обмотками трансформатора, благодаря которой осуществляется передача электроэнергии от обмотки 1 к обмотке 2.

Магнитная индукция – это силовая характеристика магнитного поля, воздействующего на заряд, т.е. она определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся с определенной скоростью.

Как видно из рис. 2, кривая намагничивания при перемене направления тока образует так называемую петлю гистерезиса, которая различна для каждого сорта стали, и зависит от максимальной магнитной индукции Bmax. Площадь, охватываемая петлей, соответствует мощности, затрачиваемой на намагничивание. Так как при перемагничивании сталь нагревается, электрическая энергия, подводимая к трансформатору, преобразуется в тепловую и рассеивается в окружающее пространство, т.е. безвозвратно теряется. В этом физически и заключаются потери мощности на перемагничивание.

Потери мощности в трансформаторе являются одной из основных характеристик экономичности конструкции трансформатора. Полные нормированные потери состоят из потерь холостого хода (XX) и потерь короткого замыкания (КЗ). При холостом ходе (нагрузка не присоединена), когда ток протекает только по обмотке, присоединенной к источнику питания, а в других обмотках тока нет, мощность, потребляемая от сети, расходуется на создание магнитного потока холостого хода, т.е. на намагничивание магнитопровода, состоящего из листов трансформаторной стали. Поскольку переменный ток изменяет свое направление, то направление магнитного потока также меняется. Это значит, что сталь намагничивается и размагничивается попеременно. При изменении тока от максимума до нуля сталь размагничивается, магнитная индукция уменьшается, но с некоторым запаздыванием, т.е. размагничивание задерживается (при достижении нулевого значения тока индукция не равна нулю — точка N на рис. 1). Задерживание в перемагничивании является следствием сопротивления стали переориентировке элементарных магнитов.

Кроме потерь холостого хода существуют потери короткого замыкания — потери КЗ. В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подаётся переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчётному) току трансформатора. В таких условиях величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Мощность потерь можно вычислить, умножив напряжение короткого замыкания на ток короткого замыкания .

Трансформатор состоит из сердечника, обмоток, бака с маслом (если трансформатор масляный), на котором размещены проходные изоляторы (вводы) и расширитель.

Рис. 2. Стержневые трансформаторы: а — однофазный, б — трехфазный 1 — стержень, 2 — ярмо, 3 — обмотка низшего напряжения, 4 — обмотка высшего напряжения

Сердечник трансформатора. В сердечнике трансформатора принято выделять следующие части: стержни, на которых расположены катушки обмотки, и ярма, соединяющие стержни в общую магнитную цепь. Сердечники бывают двух типов: стержневые и броневые. Тип сердечника часто дает название и трансформатору.

В стержневом сердечнике стержни и ярма соединены последовательно. В однофазном трансформаторе (рис. 2, а) каждая из обмоток. располагается на двух стержнях, а в трехфазном (рис.2, б) на одном стержне.

(рис. 3). В броневом трансформаторе магнитная цепь имеет две параллельные ветви и значительная часть поверхности обмотки охватывается сердечником. Броневые трансформаторы: а — однофазный, б — трехфазный 1 — стержень, 2 — ярмо, 3 — обмотка низшего напряжения, 4 — обмотка высшего напряжения В отечественной промышленности броневые сердечники применяются только в трансформаторах малой мощности или в специальных трансформаторах.

Сердечник трансформатора промышленной частоты собирается из полос электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35 мм. Применяется горячекатаная сталь марок Э41, Э42, Э43 и холоднокатаная сталь марок Э310, Э320, Э330. Для уменьшения потерь от вихревых токов отдельные полосы изолируются друг, от друга пленкой лака.

По способу соединения стержня с ярмом различают сердечники стыковые и шихтованные.

Рис. 4. Укладка полос шихтованного сердечника трехфазного трансформатора: а — нечетный слой, б — четный слой

В шихтованных сердечниках стержни и ярма собираются впереплет (рис. 4). Затем полосы верхнего ярма вынимаются и после установки катушек снова укладываются на место. Стыковые сердечники получаются очень простыми в сборке и ремонте, однако в местах стыка возникают значительные потери от вихревых токов вследствие взаимного перекрытия полос стержней и ярем. Во избежание этого в стыках помещают тонкие изоляционные прокладки, которые, однако, уменьшают магнитную проводимость сердечника, но не устраняют полностью возможность замыкания полос между собой. Поэтому в настоящее время стыковые конструкции не применяются.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *