Гурбанов Даянч электроника реферат. Трансформатор однофазный и двухобмоточный трансформатор
 Скачать 198.4 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования <<Казанский национальный исследовательский технологический университет>> (ФГБОУ ВО <<КНИТУ>>) Институт управления, автоматизации и информационных технологий (Факультет управления и автоматизации) КНИТУ По дисциплине:<<Электроника>> Реферат Тема: Трансформатор однофазный и двухобмоточный трансформатор. Выполнил: Студент гр:3191-73 Гурбанов Даянч Проверила: Оглавление Введение………………………….………………………………………………………… 2 Конструкция однофазного трансформатора………………….. 3 Принцип работы……………………………………………………………………… 4 Режим работы………………………………………………………………… 5 Однофазный двухобмоточный трансформатор…………………………… 6 История изобретения трансформатора……………………………… 8 Основные определения, принцип действия и классификация трансформаторов…… Классификация………………………………………………………………. 1 ВведениеТрансформатор (от лат. transformo — преобразовывать) — электрический аппарат, имеющий две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока (ГОСТ Р52002-2003). Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала. 2 Конструкция однофазного трансформатораЛюбой однофазный трансформатор может работать только в цепях переменного тока. За счёт него полученное электрическое напряжение изменяется в нужную величину. Ток, полученный таким способом, повышается, в результате того, что мощность отдаётся в действительности без потерь. С этого и следует вывод, что основное использование такого прибора – вывести необходимое для решения задачи напряжение, после чего можно применять в определённых целях. Вникнуть в работу прибора поможет детальный разбор конструкции трансформатора. Состоит он из следующих основных частей: Сердечник, состоящий из материалов с ферромагнитными свойствами; Две катушки, вторая находится на отдельном каркасе; Защитный чехол (имеется не у всех моделей). Трансформатор 1.Расширительный бак 2.Изолятор 3.Сердечник трансформатора 4.Крышка бака трансформатора 5.Радиаторы 6.Обмотка низкого напряжения 7.Обмотка высокого напряжения 3 Принцип работыОднофазный трансформатор работает на определённом законе, ввиду которого идущее в витке переменное электромагнитное поле наводит электродвижущую силу в расположенном рядом проводнике. Действие названо законом электромагнитной индукции, которое было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. В результате обоснования закона учёный создал общую теорию, используемую в работе огромного числа современных электрических приборов. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток I1, который создает в сердечнике (магнитопроводе) переменный магнитный поток. Замыкаясь в сердечнике, этот поток сцепляется с первичной и вторичной обмотками и индуцирует в них ЭДС, пропорциональные числу витков W. Принцип работы трансформатора В первичной обмотке ЭДС самоиндукции:  во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции: При подключение ко вторичной обмотке нагрузке потечет I2 и установиться U2.4 Режим работыКак и любой другой преобразователь, однофазный трансформатор имеет три режима работы: Режим холостого хода. Из названия понятно, что ток проходить не будет, в виду разомкнутой вторичной цепью устройства. А по первичной обмотке проходит холостой ток, основной элемент которого представлен реактивным током намагничивания. Режим используется в качестве определения КПД трансформатора, либо для вывода потерь в сердечнике.  Режим нагрузки. Режим определяется работой трансформатора с подсоединённым источником в первичной цепи, и определённой нагрузкой во вторичном канале устройства. Для вторичной цепи характерен протекающий ток нагрузки (посчитанного из отношения количества витков обмотки и вторичного тока) и ток холостого хода. Режим короткого замыкания. Режим действует в процессе замыкания вторичной цепи из-за разностей значения потенциала. В этом режиме получаемое сопротивление от вторичной обмотки будет одним источником нагрузки. При проведении короткого замыкания можно вычислить убыток на нагрев обмотки в цепи устройства. 5 Однофазный двухобмоточный трансформаторОднофазный двухобмоточный трансформатор–электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформаторы бывают: повышающие и понижающие.  1 – первичная обмотка; 2 – вторичная обмотка; 3 – ферромагнитный сердечник Простейший трансформатор имеет одну первичную обмотку (W1), к которой подводится электрическая энергия и одну вторичную обмотку (W2), от которой энергия отводится к потребителю (ZНГ). Передача энергии от одной обмотки к другой производится путем электромагнитной индукции. Для усиления электромагнитной связи между обмотками последние обычно располагаются на замкнутом ферромагнитном сердечнике (шихтованный). Все, что относится к первичной обмотке – цифра 1, ко вторичной – 2. Холостой ход трансформатора (вторичная обмотка разомкнута)  6 Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции: - в первичной цепи ЭДС самоиндукции:  ;- во вторичной цепи ЭДС самоиндукции:  .7 История изобретения трансформатораВосьмидесятые годы прошлого столетия вошли в историю техники под названием периода "трансформаторных битв". Такое необычное название они получили потому, что изобретение трансформатора явилось одним из сильнейших аргументов в пользу переменного тока. А настоящая битва шла между сторонниками постоянного и переменного токов и отражала поиски путей выхода из назревшего энергетического кризиса, связанного с проблемой централизованного производства электроэнергии и передачей её на большие расстояния. Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своем приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока. В 1836 году ирландский физик Николас Каллан изобрел индукционную катушку. В 1838 году это изобретение повторил американский изобретатель Чарльз Пейдж, но наибольшую известность получил немецкий механик Генрих Румкорф, именем которого впоследствии стали называть индукционную катушку. П.Н. Яблочков отчетливо понял роль индукционной катушки как средства электрического разделения цепей переменного тока. Даже самим фактом патентования системы "дробления света" во многих странах он так подчеркивал важность нового предложения. Бобины, как их тогда называли, имели одинаковое число витков в первичной и вторичной обмотках, стальной сердечник был разомкнутым и представлял собой стержень, на который наматывались обмотки. Становилось все яснее, что система электроснабжения на постоянном токе не имеет перспектив. Из опыта эксплуатации дуговых источников света было установлено оптимальное напряжение ПО В. Радиус электроснабжения не превышал нескольких сотен метров. И основным направлением развития электроэнергетики становилась система переменного тока. 8 Новым шагом в использовании трансформаторов с разомкнутым седечником для распределения электроэнергии явилась "система распределения электричества для производства света и двигательной силы", запатентованная во Франции в 1882 году Голяром и Гиббсом. Трансформаторы Голяра и Гиббса предназначались уже для преобразования напряжения, то есть имели коэффициент трансформации отличный от единицы. Трансформаторы с разомкнутым сердечником в 1883 году устанавливаются на подстанциях Лондонского метрополитена, а 1884 году - в Турине (Италия). Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон. Сердечник этого трансформатора набран был из стальных полос или проволок, разделенных изоляционным материалом, что снижало потери на вихревые токи. На сердечнике помещались, чередуясь, катушки высшего и низшего напряжения. Впервые предложения о параллельном включении трансформаторов высказал Р. Кеннеди в 1883 году, но более всесторонне этот способ соединения был обоснован венгерским электротехником Максом Дери, который в 1885 году получил патент на параллельное включение первичных и вторичных обмоток трансформаторов и показал преимущество такого включения. Независимо от него аналогичный патент в Англии получил С.Ц.Ферранти. Передача электрической энергии переменным током высокого напряжения оказалась возможной после создания однофазного трансформатора с замкнутой магнитной системой. Такой трансформатор в нескольких модификациях (кольцевой, броневой и стержневой) был разработан в 1885 году венгерскими электротехниками М. Дерри, О. Блатии, К. Циперновским, впервые предложившими и сам термин трансформатор. Венгерские инженеры нашли оптимальное соотношение между расходом меди и стали в трансформаторах. Русский инженер Доливо-Добровольский выступил с предложением применять для целей передачи и эксплуатации электроэнергии разработанную им систему трехфазного тока. Доливо-Добровольский показал, что в отношении передачи электроэнергии система трехфазного 9 тока, по сравнению с системой двухфазного тока, является более экономичной, но решающее преимущество трехфазной системы он видел "в превосходных качествах" разработанных им трехфазных асинхронных двигателей. В этом направлении он провел огромную творческую работу: доказал, что при помощи трехфазного тока можно создать в машине такое же вращающееся магнитное поле, как и при помощи двухфазного тока, разработал основные модификации трехфазного асинхронного двигателя. Параллельно с этим Доливо-Добровольский разработал конструкцию трехфазного трансформатора сначала, в 1890 г., с расположением сердечников по кругу и кольцевыми ярмами, а затем с обычным в настоящее время расположением стержней в одной плоскости. Атак как, кроме этого, Доливо-Добровольский много работал в области теории, расчета и конструирования электрических машин, то можно сказать, что он разработал собственно все элементы трехфазной системы. Предложенная Доливо-Добровольским система трехфазного тока вызвала живейший интерес и привлекла к себе повсеместное внимание. Несмотря на ряд возражений, ее технические достоинства были настолько велики и очевидны, что уже в ближайшее время она заняла ведущее место в ряду других систем. 10 Основные определения, принцип действия и классификация трансформаторовТрансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. В общем случае вторичная система переменного тока может отличаться любыми параметрами: величиной напряжения и тока, числом фаз, формой кривой напряжения (тока), частотой. Наибольшее применение в электротехнических установках, а также в энергетических системах передачи и распределения электроэнергии имеют силовые трансформаторы, посредством которых изменяют величину переменного напряжения и тока. При этом число фаз, форма кривой напряжения (тока) и частота остаются неизменными. Простейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника, выполненного из ферромагнитного материала (обычно листовая электротехническая сталь), и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода (рис.1). Одна из обмоток присоединена к источнику переменного тока Г на напряжение U), этуобмоткуназывают первичной. К другой обмоткеподключен потребитель ZH , ее называют вторичной. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток I1 , который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками (первичной и вторичной) и индуктирует в них ЭДС:  (1-2)11 Где ώ1 и ώ2 —число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора. При подключении нагрузки ZH к выводам вторичной обмотки транс-форматора под действием ЭДС е1 в цепи этой обмотки создается ток I2 , а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U2 . В повышающих трансформаторах U2 > U1 , а в понижающих U2 Из (1) и (2) следует, что ЭДС е1 и е2 отличаются друг от друга числом витков обмоток, в которых они наводятся. Поэтому, применяя обмотки с требуемым соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений.  Конструктивная (а) и принципиальная (б) схемы однофазного двухобмоточного трансформатора Обмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напряжением, называют обмоткой высшего напряжения (ВН); обмотку, присоединенную к сети меньшего напряжения,- обмоткой низшего напряжения (НН). Трансформаторы обладают свойством обратимости: один и тот же трансформатор можно использовать в качестве повышающего и понижающего. Но обычно трансформатор имеет определенное назначение: либо он является повышающим, либо понижающим. Трансформатор — это аппарат переменного тока. Если же его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то магнитный поток 12 в магнитопроводе трансформатора также будет постоянным как по величине, так и по направлению. Поэтому в обмотках трансформатора не будет наводиться ЭДС. Конструкция трансформаторов в значительной степени зависит от их назначения, по этому признаку трансформаторы разделяют на следующие основные виды: 1) силовые, применяемые: а) в системах передачи и распределения электроэнергии; б) для установок со статическими преобразователями (ионными или полупроводниковыми) при преобразовании переменного тока в постоянный (выпрямители) или постоянного в переменный (инверторы); в) для получения требуемых напряжений в цепях управления электроприводами и в цепях местного освещения; 2) силовые специального назначения — печные, сварочные т. п.; 3) измерительные — для включения электрических измерительных приборов в сети высокого напряжения или сильного тока; 4) испытательные — для получения высоких и сверхвысоких напряжений, необходимых при испытаниях на электрическую прочность электроизоляционных изделий; 5) радиотрансформаторы — применяемые в устройствах радио- и проводной связи, в системах автоматики и телемеханики для получения требуемых напряжений, согласования сопротивлений электрических цепей, гальванического разделения цепей и др. Трансформаторы одного и того же назначения могут различаться: по виду охлаждения—с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным (масляные трансформаторы) охлаждением; по числу трансформируемых фаз—однофазные и многофазные; по форме магнитопровода — стержневые, броневые, бронестержневые, тороидальные; 13 по числу обмоток — двухобмоточные и многообмоточные (одна первичная и две или более вторичных обмоток); по конструкции обмоток — с концентрическими и чередующимися обмотками. 3.Устройство трансформаторов Основные части трансформатора — это магнитопровод и обмотки. Магнитопровод трансформатора выполняют из листовой электротехнической стали. Перед сборкой листы с двух сторон изолируют лаком. Такая конструкция магнитопровода дает возможность в значительной степени ослабить в нем вихревые токи. Часть магнитопровода, на которой располагают обмотки, называют стержнем. В стержневых трансформаторах имеются два стержня и соединяющих их два ярма (рис.2, а). Броневые трансформаторы имеют разветвленный магнитопровод с одним стержнем и ярмами, частично прикрывающими ("бронирующими") обмотки (рис.2, б).  Рис.2.Однофазные трансформаторы стержневого (а) и броневого (б) типов Стержневая конструкция имеет наибольшее распространение, особенно в трансформаторах большой и средней мощности. Достоинства этой конструкции — простота изоляции обмоток, лучшие условия охлаждения, простота ремонта. 14 Однофазные трансформаторы малой мощности чаще имеют броневую конструкцию, что позволяет уменьшить габариты трансформатора. Кроме того, боковые ярма защищают обмотку от механических повреждений; это важно для трансформаторов малой мощности, которые часто не имеют защитного кожуха и располагаются вместе с другим электрооборудованием на общей панели или в общем шкафу. Трехфазные трансформаторы обычно выполняют на магнитопроводе стержневого типа с тремя стержнями (рис.3). В трансформаторах большой мощности применяют бронестержневую конструкцию магнитопровода (рис.4), которая хотя и требует несколько повышенного расхода электротехнической стали, но позволяет, уменьшить высоту магнитопровода (НБС < Нс ), а следовательно, и высоту трансформатора.  Рис.3. Трехфазный трансформатор стержневого типа: 1 - магнитопровод; 2 – обмотки  15 Классификацияпо назначению (силовые общего назначения, силовые специального назначения, импульсные, для преобразования частоты); - по виду охлаждения (с воздушным – сухие, масляные); - по числу трансформируемых фаз (1, 3); - по форме магнитопровода (стержневые, броневые, бронестержневые, тороидальные); - по числу обмоток на фазу (двухобмоточные, многообмоточные).  Устройство однофазного стержневого (а) и броневого (б) трансформаторов Под действием приложенного к первичной обмотке напряжения по ней протекает ток I0 (2,5  10% от I1н).16 Ток I0 возбуждает магнитный поток (главный – Фе замыкается по стальному магнитопроводу и пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток, поток рассеяния  - замыкается по воздуху и не пронизывает витки первичной обмотки). и возбуждаются одной и той же МДС  .Т.к. замыкается по воздуху (большое магнитное сопротивление), то он мал и его можно считать примерно равным I0.Векторная диаграмма Построение векторной диаграммы начинается с вектора потока  17 Из-за магнитных потерь в магнитопроводе I0 опережает поток Ф на угол  ЭДС отстает от Фе (  ). т.к. I2 =0, то U20 =E2. Напряжение U1, приложенное к первичной обмотке, должно уравновешивать индуктируемые в ней ЭДС E1 и  и компенсировать падение напряжения в активном сопротивлении первичной обмотки R1. - уравнение электрического равновесия первичной цепи трансформатора. можно заменить x1I0,где x1 – индуктивное сопротивление рассеяния (вектор заменяют равным ему по величине и противоположным по напряжению вектором индуктивного падения напряжения U). ; - коэффициент трансформации; 18 |