ВОПРОСЫ по РГР ЭЛ. Машины 1 Что такое трансформатор и какой вид трансформаторов имеет наиболее широкое применение

• Название: Машины 1 Что такое трансформатор и какой вид трансформаторов имеет наиболее широкое применение
• Дата: 28.04.2023
• Размер: 143.83 Kb.
• Имя файла: ВОПРОСЫ по РГР ЭЛ.docx
• Тип: Документы; #1095069

ВОПРОСЫ по РГР ЭЛ.МАШИНЫ

№1

Что такое трансформатор и какой вид трансформаторов имеет наибо­лее широкое применение?

Ответ: статическая электрический аппарат, предназначенный для преобразования одного класса напряжения, в другой класс напряжения без преобразования частоты . Наиболее распространены силовые трансформаторы для преобразования класса напряжения для передачи, распределения электрической энергии.

Прим: Статическая- без движущихся частей

№2

  Каков принцип работы трансформатора?

Ответ: 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, между обмотками, индуцируя ЭДС. Нагрузка, подключенная ко вторичной обмотке, приводит к образованию в ней напряжения и тока.

№3

По каким признакам классифицируются трансформаторы?

Ответ: классифицируются трансформаторы по нескольким признакам: назначению, виду охлаждения, числу фаз, форме магнитопровода, обмоток на фазу, по частоте.

№4

      Из каких элементов состоит активная часть трансформатора? Каковы их назначение и конструкция?

Ответ: Первичная обмотка, вторичная обмотка и магнитопровод (на магнитопровод одеты обе обмотки)... На первичную обмотку подается переменное напряжение в следствии чего в проводнике протекает переменный ток. Ток, который протекает по первичной обмотке создает переменный магнитный поток, который протекает по магнитопроводу. В следствии чего, тот же магнитный поток протекает и через вторичную обмотку и наводит в ней ЭДС

№5

Какова роль трансформаторного масла?

Ответ: Применяются для заливки силовых и измерительных трансформаторов, реакторного оборудования, а также масляных выключателей. Предназначено для изоляции находящихся под напряжением частей и узлов силового трансформатора, отвода тепла от нагревающихся при работе трансформатора частей, а также предохранения изоляции от увлажнения. Трансформаторные масла, так-же выполняют функции дугогасящей среды.

№6

 Как определяются номинальные значения токов в трансформаторах?

Номинальный ток трансформатора - значения тока в обмотках, указанные в заводском паспорте, при которых допускается нормальная длительная работа прибора.

Некоторые характеристики показателя.

Номинальные токи на обмотках высшего напряжения (ВН) и обмотках низшего напряжения (НН) относятся к основным параметрам данного вида оборудования.

Обозначается ток символом I, единица измерения – Ампер (А).

Вычисление значений номинального тока.

Для однофазного трансформатора, мощность которого определяется по формуле S = UI, номинальные токи будут следующими:

Iном.ВН= (Sном.)/(Uном.ВН)

Iном.НН= (Sном.)/(Uном.НН)

Для трехфазного при равномерной нагрузке фаз (S=√3*UI):

Iном.ВН= (Sном.)/(√3*Uном.ВН)

Iном.НН= (Sном.)/(√3*Uном.НН)

Iном.ВН= (Sном.)/(Uном.ВН)

Iном.НН= (Sном.)/(Uном.НН)

Для трехфазного при равномерной нагрузке фаз (S=√3*UI):

Iном.ВН= (Sном.)/(√3*Uном.ВН)

Iном.НН= (Sном.)/(√3*Uном.НН)

Таким образом, по значениям мощности (Sном.) и напря¬жений обмоток ВН и НН (Uном.), указанным в паспорте объекта, можно рассчитать показатели номинальных токов трансформатора (Iном.).

Во время работы величина рабочих токов в обмотках не должна превышать номинальную, т.е. трансформатор не должен перегружаться. Лишь изредка допускаются кратковременные перегрузки в определенных пределах значений

№7 Основные уравнения трансформаторов

Можно предположить, что результирующий переменный магнитный поток Ф в магнитопроводе трансформатора является синусоидальной функцией времени.

Тогда мгновенное значение ЭДС, наводимой им в первичной обмотке, равно:



где со = 2л • /.

По аналогии для вторичной обмотки



Таким образом, ЭДС е и е₂ отстают по фазе от результирующего потока Ф на угол  .

Действующие значения ЭДС



Отношение ЭДС обмоток ВН и НН называют коэффициентом трансформации:



Токи /, и /₂ в обмотках трансформатора кроме результирующего магнитного потока Ф создают магнитные потоки рассеяния Ф^, и Ф_а2 (рис. 1.4). Каждый из этих потоков сцеплен с витками лишь собственной обмотки и индуктирует в ней ЭДС рассеяния.



Рис. 1.4

Действующие значения ЭДС рассеяния пропорциональны токам в соответствующих обмотках



где х_а1,х_а2 - индуктивные сопротивления рассеяния первичной и вторичной обмоток соответственно. Знак минус в этих выражениях свидетельствует о реактивности ЭДС рассеяния.

Для первичной обмотки трансформатора, включенной в сеть на напряжение С/,, с учетом падения напряжения в ее активном сопротивлении 1, уравнение напряжения имеет следующий вид:



В силовом трансформаторе индуктивное и активное падения напряжения невелики, поэтому можно считать, что 

Для вторичной обмотки трансформатора падение напряжения на нагрузке равно напряжению на клеммах вторичной обмотки, и уравнение напряжения имеет следующий вид:



где г₂ - активное сопротивление вторичной обмотки.

Если трансформатор работает при первичной обмотке, включенной на напряжение (/,, и разомкнутой вторичной обмотке, то режим работы называется холостым ходом. Ток в первичной обмотке при этих условиях называют током холостого хода.

Магнитодвижущая сила (МДС) /₀ • , созданная этим током, наводит в магнитопроводе трансформатора магнитный поток с амплитудой



где /?_м - магнитное сопротивление магнитопровода.

При замкнутой вторичной обмотке на нагрузку Z_н в ней возникает ток /₂, а в первичной обмотке ток увеличивается до значения /,. Теперь магнитный поток в магнитопроводе создастся действиями двух МДС /, • и /₂ • н>2.

Таким образом, можно считать, что значение результирующего магнитного потока при неизменном напряжении , практически не зависит от нагрузки трансформатора, если ее величина не превышает номинальную. Принятое положение позволяет получить уравнение МДС трансформатора



и уравнение токов трансформатора



где  - ток вторичной обмотки, приведенный к числу витков

первичной обмотки.

№ 8 Что такое приведенный трансформатор?

Приведённым называют трансформатор, не предусматривающий изменения характеристик напряжения и тока. Он влияет на электрическую цепь аналогичным образом, что и обычный агрегат, но коэффициент трансформации такого трансформатора равен 1.

№9

Порядок построение векторных диаграмм трансформатора

У равнения Кирхгофа для цепей первичной и вторичной обмоток можно представить в графической форме в виде векторной диаграммы (рис. 1.4). Она позволяет наглядно представить соотношения между всеми величинами, определяющими работу трансформатора.

Построение диаграммы начинаем с вектора основного магнитного потока  , который совмещаем с вещественной осью. Тогда вектор ЭДС первичной обмотки  и равный ему вектор приведенной ЭДС вторичной обмотки  расположатся на мнимой отрицательной полуоси, т.к. ЭДС отстает от потока на  . Ток холостого хода  будет опережать вектор основного потока на угол магнитных потерь  . Его реактивная  составляющая (ток намагничивания) совпадает с потоком, а активная составляющая  опережает поток на  .

Для дальнейшего построения нужно определить характер нагрузки трансформатора. Если она активно-индуктивная, то ток вторичной обмотки  должен отставать от ЭДС  на некоторый угол в пределах от 0 до . Если активно-емкостная, то опережать ЭДС на угол в тех же пределах. Пусть нагузка активно-индуктивная. Тогда вектор  будет находиться в третьем квадранте.

Пристроим к концу вектора  вектор  перпендикулярный вектору тока  , а к его началу – вектор  , совпадающий по направлению с током. В соответствии с уравнением Кирхгофа для цепи вторичной обмотки, вектор равный разности между  и  , а также  , будет вектором падения напряжения на нагрузке  , т.е. его нужно провести из начала координат в точку начала вектора  .

Для построения векторов уравнения первичной обмотки нужно определить вектор тока  . Он равен разности между  и  . Поэтому к концу вектора  пристроим вектор  и получим  .

Теперь на положительной мнимой полуоси построим вектор  , а затем, пристроив к нему вектор  , совпадающий по направлению с  , и вектор  , перпендикулярный  , получим точку конца вектора напряжения питания  .

10 При каких условиях и почему напряжение на выходе трансформатора с ростом нагрузки становится больше, чем ЭДС?

При емкостной нагрузке. С ростом активно-индуктивной нагрузки напряжение вычитается из напряжения холостого хода (уменьшается), равное ЕДС. При емкостной нагрузке напряжение складывается с напряжением холостого хода, вторичное напряжение увеличивается.

№11

Чем объясняется несимметрия токов х. х. в трехфазном трансформаторе?

Трансформатор симметричная нагрузка и токи хх симметричны. Может токи в режиме короткого замыкания. В зависимости от условий проведения измерения, схемы обмоток и группы соединения с токами такие чудеса происходят. При включении трансформатора, не зависимо от нагрузки возникает бросок тока намагничивания, имеет апериодический характер.Величина броска в каждой фазе зависит от фазового состояния в момент включения на нагрузку.

№ 12

Что такое трансформаторная группа и когда она применяется?

МНОГОФАЗНАЯ ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ГРУППА – группа однофазных трансформаторов, обмотки которых соединены так, что в каждой из обмоток группы может быть создана система переменного тока с числом фаз, равным числу трансформаторов.

Многофазная трансформаторная группа, имеющая три однофазных трансформатора, называется трехфазной трансформаторной группой.

Применяются на трансформаторных подстанциях, для преобразования напряжения. Трансформирование трехфазной системы напряжений можно осуществить тремя однофазными трансформаторами, соединенными в трансформаторную группу . Однако относительная громоздкость, большой вес, повышенная стоимость являются недостатками трансформаторной группы, поэтому она применяется только в установках большой мощности с целью уменьшения веса и габаритов единицы оборудования, что важно при его монтаже и транспортировке.

№13

Как изменится отношение линейных напряжений трехфазного трансформатора, если его обмотки переключить со схемы Л/Y наY/ Л?

При переключении обмоток, напряжение изменяется только на вторичной обмотки.

Вопрос 14

 На что расходуется мощность, потребляемая трансформатором при опы­тах х.х. и к.з.?

Ответ: Так как полезная мощность при работе трансформатора вхо­лостую равна нулю, то мощность на входе трансформатора в ре­жиме х.х.   расходуется на магнитные потери в магнитопроводе  , (потери на перемагничивание магнитопровода и вихревые то­ки) и электрические потери в меди  , (потери на нагрев обмотки при прохождении по ней тока) одной лишь первичной обмотки.

мощность  , потребляемая трансформатором при опыте к.з., идет полностью на покрытие электрических потерь в обмотках трансформатора

15 Что называется напряжением к. з.? Каково обычно значение этого напряжения (в процентах)?

Напряжение короткого замыкания - напряжение, которое следует приложить к первичной обмотке при нормальной температуре для того, чтобы замкнутая накоротко вторичная обмотка нагрузилась током, равным номинальному вторичному току. В идеале, напряжение КЗ = 0.

№16

 Почему при перегрузках уменьшается КПД трансформатора?

Ответ: Величина КПД зависит от потерь энергии, которые допускаются в процессе работы аппарата. Эти потери существуют следующего типа:электрического – в проводниках катушек;магнитного – в материале сердечника.

Снижение потерь в агрегате достигается в процессе проектирования устройства, с применением для изготовления сердечника магнито-мягких ферромагнитных материалов. Электротехническая сталь набирается в тонкие пластины, изолированные друг относительно друга специальным слоем нанесённого лака.

Всегда есть потери на перемагничивание сердечника. При малых токах полезная работа сравнима с потерями, КПД низкий, При увеличении тока полезная работа уже существенно больше потерь. При перегрузке происходит либо насыщение сердечника, либо сечение проводов низкое, трансформатор греется, потери растут. КПД снижается

Вопрос №17

Каковы достоинства трехобмоточных трансформаторов?

Ответ: Экономическую целесообразность применения трехобмоточных трансформаторов можно объяснить тем, что первичный ток трехобмоточного трансформатора равен не арифметической, а геометрической сумме приведенных вторичных токов. Учитывая это равенство, а также и то, что нагрузка на вторичные обмотки достигает номинального значения не одновременно, первичную обмотку трехобмоточного трансформатора рассчитывают на мощность, меньшую арифметической суммы номинальных мощностей обеих вторичных обмоток. Еще одно достоинство трехобмоточного трансформатора состоит в том, что он фактически заменяет два двухобмоточных.

18.              Перечислите достоинства и недостатки автотрансформатора по сравнению с трансформатором.

По сравнению с обычными трансформаторами, автотрансформаторы имеют ряд преимуществ. Среди преимуществ можно выделить то, что КПД автотрансформаторов намного выше, чем у обычных трансформаторов, количество витков, размеры и вес магнитопровода меньше, что значительно экономит материал и соответственно цену автотрансформаторов. Недостатком является то, что устройство, использующее автотрансформатор соединено с электрической сетью, то есть ни одну из точек схемы такого устройства нельзя заземлить. Это может привести к короткому замыканию или к выходу из строя устройства.
В автотрансформаторах существует электрическая связь помимо магнитной. Таким образом, расчетная мощность представляет собой часть проходной. В обычных же трансформаторах вся проходная мощность является расчетной (зависит от габаритов и веса трансформатора) из-за существования исключительно магнитной связи. Целесообразнее всего использовать автотрансформаторы с коэффициентом трансформации, имеющим значение меньше 2. В случае, если коэффициент имеет значение большее, у автотрансформаторов появляются некоторые недостатки.
В наше время, в бытовой технике и автоматических устройствах широко применяются автотрансформаторы со значением мощности до 1кВА. Автотрансформаторы с большей мощностью применяют обычно в устройствах с мощными двигателями переменного тока - так называемые силовые автотрансформаторы. Их мощность достигает значения нескольких сотен МВА.

19.              Зависят ли достоинства автотрансформатора от коэффициента трансфор­мации? Объясните, почему.

Достоинства автотрансформаторов (меньший вес, габариты, экономия меди и стали, более высокий КПД) не зависят от коэффициента трансформации. На практике применяют силовые автотрансформаторы с Ктр = 1,1 - 2 из соображений безопасности. Как достоинства, так и недостатки (возможность перехода ВН на обмотку НН) связаны с принципом действия и конструкцией автотрансформаторов.

№20

  Можно ли двухобмоточный трансформатор преобразовать в автотранс­форматор?

Ответ: Обычный двухобмоточный трансформатор может быть преобразован в автотрансформатор. Он может быть преобразован в повышающий автотрансформатор путем последовательного электрического соединения двух обмоток с аддитивной полярностью. Если обмотки электрически соединены последовательно с убывающей полярностью, то получается

понижающий автотрансформатор.

№ 21 Какие виды перенапряжений возможны в трансформаторах?

В процессе использования трансформаторы могут подвергаться напряжению, превосходящему рабочие параметры. Данные перенапряжения классифицируются по их продолжительности на две группы:

Кратковременное перенапряжение — напряжение промышленной частоты относительной продолжительности, колеблющейся в пределах менее 1 секунды до нескольких часов.

Переходное перенапряжение — кратковременное перенапряжение в пределах от наносекунд до нескольких миллисекунд. Период нарастания может колебаться от нескольких наносекунд до нескольких миллисекунд. Переходное перенапряжение может быть колебательным и неколебательным. Они обычно имеют однонаправленное действие.

Перенапряжения классифицируются на две основные группы, характеризующих их происхождение:

Перенапряжения, вызванные атмосферными воздействиями. Чаще всего переходные перенапряжения возникают вследствие грозовых разрядов вблизи высоковольтных линий передач, подсоединенных к трансформатору, однако иногда грозовой импульс может поразить трансформатор или саму линию передачи.

Перенапряжения, сформированные внутри силовой системы. Данная группа охватывает как кратковременные так и переходные перенапряжения, возникшие вследствие изменения условий эксплуатации и обслуживания силовой системы. Данные изменения могут быть вызваны нарушением процесса коммутации или поломкой.

№22

В чем состоит внешняя и внутренняя защита трансформаторов от перенапряжений?
Ответ: Для защиты обмоток трансформаторов от перенапряжений применяются внешняя и внутренняя защита.

Первая группа мероприятий, внешняя защита — это применение заземленных тросов и ограничителей перенапряжений (ОПН). Эти меры позволяют ограничить амплитуду волн напряжения, подходящих к трансформатору. Хотя ПУЭ указывает также применение вентильных разрядников в качестве защитных мероприятий, но в настоящее время они все-таки повсеместно заменяются на ОПН из-за преимуществ последних.

Основная активная часть ОПН состоит из набора варисторов, соединённых последовательно и составляющих так называемую «колонку». В зависимости от требуемых характеристик ОПН и его конструкции ограничитель может состоять из одной колонки или из ряда колонок, соединённых последовательно либо параллельно. Отличие материала варисторов ОПН от материала резисторов вентильных разрядников состоит в том, что у нелинейных резисторов ограничителей перенапряжения присутствует повышенная пропускная способность, а также высоко нелинейная вольт-амперная характеристика (ВАХ), благодаря которой возможно непрерывное и безопасное нахождение ОПН под напряжением, при котором обеспечивается высокий уровень защиты электрооборудования. Данные качества позволили исключить из конструкции ОПН искровые промежутки.

Внутренними мерами защиты трансформатора от перенапряжений являются: необходимое усиление изоляции входных и концевых катушек, где, как это мы видели выше, могут появиться наибольшие градиенты напряжения; емкостная защита трансформаторов.

№ 23 Каково назначение дополнительных электростатических экранов в транс­форматорах?

Для избежания проблем с возникновением помех и электрических шумов используются экраны межу первичной и вторничной обмоткой. Это стабилизирует магнитное поле, не только влияет на качество и количество подаваемой в приборы энергии, но и срок службы трансформатора. Необходимость этого дополнения обусловлена требованиями оборудования.

№ 24 Что такое типовая мощность трансформатора?

Типовой мощностью трансформатора называют мощность, на которую он рассчитан, чтобы отдавать полезную выпрямленную мощность без превышения температуры обмоток выше допустимых пределов.

25 Типы защит силовых трансформаторов. Перечислите и охарактеризуйте.

 Защита бывает основной и резервной.

Основная автоматика контролирует обмотки, железо трансформатора, а также шины, провода.

Резервная защита должна срабатывать на повреждения за трансформатором, из-за которых могут выйти из строя внутренние детали и проводники. Сегодня применяются различные виды защит трансформаторов:

- Продольная дифференциальная. Этот вид обеспечивает эффективную защиту самого силового оборудования и присоединенных к нему элементов. Защита сравнивает нагрузку токов во всех фазах. 

- Газовая. Газовое реле устанавливается между расширителем и баком трансформатора в соединительной трубке. Когда поплавок погружается в масло, положение будет незамкнутым. При поднятии газов, которые выделились по трубе, поплавок упадет, произойдет замыкание контактов, вследствие чего электросиловой трансформатор будет отключен.

- Релейная. Один из часто применяемых сегодня видов релейных защит – установка реле, контролирующего уровень трансформаторного масла. Если произойдет авария и при пробое начнется утечка масла, защита отключит трансформатор.

- Отсечка тока. Отключение трансформатора, если повреждение произошло внутри оборудования. Устанавливается со стороны вводов трансформатора, но защита распространяется на все обмотки, на которые подается напряжение. Самый простой способ отключения при возникновении аварийной ситуации, но срабатывает только на высокие токи.

№26 Маркировка трансформаторов

Маркировка и их расшифровка трансформаторов

Т - трехфазный;

Р – то, что в трансформаторе обмотка низшего напряжение разделена на два;

С – трансформатор сухой; (не имеющий масла)

М – трансформатор имеет масляное охлаждение с естественной циркуляцией воздуха и масла;

Ц – трансформатор с принудительной циркуляцией масла и воды. Масло также имеет ненаправленный поток. Это означает, что вода течет по трубам, а масло между ними.

МЦ – трансформатор с естественной циркуляцией воздуха и принудительной масла при ненаправленном потоке последнего.

Д – трансформатор масляный, где циркуляция масла принудительна, а воздуха наоборот естественна.

ДЦ – трансформатор, где и масло, и воздух в системе охлаждения циркулируют принудительно.

Н - трансформатор, где напряжение регулируется под нагрузкой.

С – если она стоит в конце обозначение – означает, что трансформатор предназначен для собственных нужд электростанции.

З – трансформатор герметичный, без расширителя, с азотной подушкой.

Трансформаторы трехобмоточные бывают: ТМТН, ТДТН, ТДЦТН – где вторая буквы Т означает, что он трехобмоточный.

Автотрансформаторы: АТДТНГ, АТДЦТНГ, АТДЦТН, АОДЦТН. Тут буква А означает, что это автотрансформатор; О – что он однофазный; Г – что он грозоупорный.