kontrolnye_voprosy_ЛР-5_Н-31_Шарипов_Золотарев. Контрольные вопросы Устройство и принцип работы трансформатора

• Название: Контрольные вопросы Устройство и принцип работы трансформатора
• Дата: 27.05.2021
• Размер: 39.12 Kb.
• Имя файла: kontrolnye_voprosy_ЛР-5_Н-31_Шарипов_Золотарев.docx
• Тип: Контрольные вопросы; #210603

Контрольные вопросы:

1. 
   Устройство и принцип работы трансформатора.
   

Принцип работы любого силового трансформатора заключается в явлении электромагнитной индукции. На первичную обмотку подается переменный ток, который образует в магнитопроводе переменный магнитный поток. Это происходит за счет его замыкания на магнитопроводе и образования сцепления между обмотками, индуцируя ЭДС. Нагрузка, подключенная ко вторичной обмотке, приводит к образованию в ней напряжения и тока.

Конструктивно, для получения любого напряжения на вторичной обмотке, используется необходимое соотношение витков между обмотками. Силовой трансформатор обладает свойством обратимости. Иными словами, он может быть использован и для повышения, и для понижения напряжения. В большинстве случаев силовой трансформатор применятся для решения определенных задач. Например, конкретно повышать или понижать напряжение. У повышающего трансформатора напряжение на первичной обмотке ниже, чем на вторичной.

2. 
   Коэффициент трансформации и определяющие его параметры.
   

Коэффициент трансформации трансформатора — это величина, выражающая масштабирующую (преобразовательную) характеристику трансформатора относительно какого-нибудь параметра электрической цепи (напряжения, силы тока, сопротивления и т. д.)

Для трансформаторов с параллельным подключением первичной обмотки к источнику энергии интересует, как правило, масштабирование в отношении напряжения, а значит, коэффициент трансформации n выражает отношение первичного (входного) и вторичного (выходного) напряжений:

3. 
   Виды основных потерь в трансформаторе и способы их уменьшения.
   

КПД трансформатора никогда не достигает 100 %, поскольку в нём всегда присутствуют потери электроэнергии. Потери в трансформаторах принято разделять на два вида: потери в меди (медные витки обмоток) и потери в стали (материал сердечника). Потери в меди возникают из-за собственного сопротивления медного проводника. Ток, протекая по обмотке, обуславливает некоторое падение напряжения, которое и является потерей мощности. При этом электрическая энергия преобразуется в тепловую, которая разогревает обмотку. Потери в стали в свою очередь состоят из потерь, вызванных вихревыми токами, и обусловленых циклическим перемагничиванием (гистерезис).

Чтобы снизить эти потери, применяется ряд мер. Потери, вызванные циклическим перемагничиванием, могут быть уменьшены, если использовать специальный структурированный особым образом магнитомягкий материал для изготовления сердечника (электротехническая сталь). Такой материал обладает большой магнитной проницаемостью, но при этом малой коэрцитивной силой. Для снижения потерь в меди применяется увеличение сечения проводников обоих обмоток, при этом электросопротивление их уменьшается. С другой стороны, это вызывает увеличение стоимости и веса трансформатора, поэтому достаточным считается такое сечение, при котором не возникает заметного нагрева обмоток. Чтобы уменьшить вихревые токи, сердечник выполняется не в виде единого монолитного блока, а собирается из множества электроизолированных пластин. Толщина каждой из них может равняться всего нескольким десятым долям миллиметра. Также электрическую проводимость сильно снижает специально вводимый в сталь легирующий элемент — кремний. Комплексное использование мер по снижению потерь мощности позволяет довести КПД трансформаторов до 85-90%.

4. 
   Методика исполнения трех основных опытов приемо-сдаточных испытаний трансформатора. Основные результаты испытаний, вносимые в протокол испытаний и технический паспорт трансформатора.
   

Типы проверок

Исходя из перечисленных положений тестирования силового энергооборудования и обычному, незнакомому с электроснабжением человеку становится понятно насколько всесторонне проверяется на исправность и работоспособность подобный энерго агрегат. Если трансформаторы имеют высокие мощности преобразования напряжения от 1000 кВа до десятков мВа, к их тестированию добавляют проверки типа:

Замеров процента диэлектрических потерь – для силового оборудования, рассчитанного на напряжения 35 киловольт;

Измерения тока и потерь холостого хода – для трансформаторов мощностью 1000 кВа и выше;

Измерения сопротивления короткого замыкания – для трансформаторов мощностью 63 мВа и выше.

5. 
   Основные параметры и характеристики трансформатора.
   

К основным параметрам силовых трансформаторов относят номинальную мощность, ток, напряжение короткого замыкания, потери холостого хода и потери короткого замыкания. Разберем подробнее.

Номинальная мощность. Характеризует мощность каждой из обмоток. Что касается трехобмоточных трансформаторов – они могут быть выполнены с обмотками разной или одинаковой мощности. В случае с разными значениями номинальной считается та мощность, которая имеет большее значение. Номинальной мощностью всего трансформатора считается значение каждой из сторон, которые имеют между собой проходную мощность. Такое же значение обмоток – это напряжение первичной и вторичной обмоток при холостом ходе устройства. В однофазном трансформаторе им будет являться линейное напряжение.

Коэффициент трансформации. Это отношение номинального напряжения обмоток (высшего и нижнего).

Номинальный ток. Это обозначенные в паспорте устройства значения токов в обмотках, при которых возможна длительная работа агрегата. Данное значение определяется номинальной мощностью обмотки и таким же напряжением.

Напряжение короткого замыкания. Определяет падение уровня напряжения при трансформации. Характеризуется полным сопротивлением обмоток. В трехобмоточном оборудовании напряжение короткого замыкания определяется для любой пары обмоток, когда третья – разомкнута.

Ток холостого хода. Характеризует реактивные и активные потери в стали. Его нахождение зависит от магнитных параметров металла, конструктивных свойств и других особенностей сборки сердечника и от индукции магнита. Выражается в процентах от номинального трансформаторного тока.

Потери холостого хода. Определят свойства экономичности в работе трансформатора.

Потери короткого замыкания. Они состоят из потерь в обмотках, образуемых, когда по ним протекают токи нагрузки и дополнительные потери, существующие в обмотках и других конструкциях.

Современные параметры силового трансформатора отличаются от тех, какими обладают устаревшие модели. В новых конструкциях потери существенно снижены. Также количество потерь зависит от мощности трансформаторов.

6. 
   
   Как вычислить КПД трансформатора?
   

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется отношением мощности P2, отдаваемой трансформатором в нагрузку, к мощности Р1, потребляемой из сети:

η = P2 / P1

7. 
   
   Что представляет собой индуктивность намагничивания и индуктивность рассеяния трансформатора?
   

Ls2/=Ls2/n2 — приведенная индуктивность рассеяния вторичной обмотки. Единственным принципиально необходимым элементом схемы, кроме генератора с его внутренним сопротивлением и нагрузкой с ее параметрами, является индуктивность намагничивания трансформатора, все остальные его параметры (элементы эквивалентной схемы) являются паразитными.

Идеальный трансформатор, в котором индуктивность намагничивания L1 и сопротивление потерь Rп равны бесконечности, а сопротивления и индуктивности рассеяния обмоток, а также их собственные емкости и межобмоточная емкость равны нулю, передает сигнал от источника в нагрузку без потерь мощности и без искажений в частотном диапазоне, охватывающем весь спектр сигнала

8. 
   Схемы замещения трансформатора. Цель их построенния. Понятие приведенного трансформатора.
   

Схема замещения трансформатора позволяет отдельно расчитывать цепи первичной и вторичных обмоток. В схему замещения трансформатора входят поля рассеивания магнитного потока, а вторичные цепи пересчитываются в первичную через коэффициенты трансформации.

Для составления схемы замещения возьмём трансформатор с двумя обмотками: первичной с количеством витков W1 для подключения к сети питания и вторичной с количеством витков W2 для подключения нагрузки.

Режим холостого хода трансформатора (ХХ)

В этом режиме сопротивление нагрузки равно бесконечности, в результате чего можно не учитывать вторичную обмотку и трансформатор работает как обычная катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником. Кроме того, в режиме холостого хода трансформатора определяют его коэффициент трансформации.



ежим короткого замыкания (КЗ)

Этот режим в условиях эксплуатации является аварийным. Он применяется только для экспериментального определения индуктивности рассеивания трансформатора. Измерения проводят в следующей последовательности. Входное напряжение устанавливают равным нулю. Замыкают выходные клеммы (U2 = 0). Плавно поднимают входное напряжение (U1) до тех пор, пока в обмотках не установятся номинальные токи. Величина U1 = UКЗ называется напряжением короткого замыкания, является паспортной величиной трансформатора и обычно составляет 5...10% от номинального напряжения U1ном. При этом, ток холостого хода I10 весьма мал по сравнению с номинальным и им можно пренебречь (считать равным нулю).

9. 
   
   По каким признакам производится классификация трансформаторов?
   

По назначению: измерительные трансформаторы тока, напряжения, защитные, лабораторные, промежуточные.

По способу установки: наружные, внутренние, шинные, опорные, стационарные, переносные.

По числу ступеней: одноступенчатные, многоступенчатые (каскадные).

По номинальному напряжения: низковольтные, высоковольтные.

По типу изоляции обмоток: c сухой изоляцией, компаундной, бумажно-маслянной.

10. 
    Почему передавать электроэнергию на дальние расстояния экономически выгодно при высоком напряжении [кВ]: 110, 220, 330, 400, 500, 750, 1000, … ?
    

При заданной мощности тока в потребителе уменьшить силу тока в подводящих проводах можно только при одновременном повышении напряжения между проводами, что видно из формулы P = UI, по которой рассчитывается мощность P тока в потребителе. Чем выше напряжение между проводами, по которым передается электрическая энергия, тем это выгодней, так как при этом уменьшается сила тока и снижаются потери в проводах, пропорциональные квадрату силы тока. Чем длиннее линия электропередачи, тем более выгодно становится применение высокого напряжения, поэтому передача энергии на большие расстояния осуществляется только по высоковольтным линиям. Генераторы электростанций вырабатывают напряжение не выше 16000 – 20000 В. Более высокие напряжения требуют принципиальных изменений в конструкции генератора.

11. 
    Виды и назначение трансформаторов при передаче электроэнергии на дальние расстояния.
    

Повышающие трансформаторы применяют для передачи электроэнергии на большие расстояния, а понижающие — для ее распределения между потребителями.
В зависимости от назначения различают силовые трансформаторы, измерительные трансформаторы напряжения и трансформаторы тока

Силовые трансформаторы преобразуют переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения для питания электроэнергией потребителей. В зависимости от назначения они могут быть повышающими или понижающими. В распределительных сетях применяют, как правило, трехфазные двухобмоточные понижающие трансформаторы, преобразующие напряжение 6 и 10 кВ в напряжение 0,4 кВ. (Основные типы трансформаторов ТМГ, ТМЗ, ТМФ, ТМБ, ТМЭ, ТМГСО, ТМ, ТМЖ, ТДТН, ТРДН, ТСЗ, ТСЗН, ТСЗГЛ и другие.)