Трансформаторы

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  ТРАНСФОРМАТОРЫ
  

• 

  2 слайд

  Трансформатор — электрический аппарат, имеющий две или более индуктивносвязанные 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 осуществляет преобразование напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения - электроэнергетике, электронике и радиотехнике.
  Конструктивно 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.
  

• 

  3 слайд

  Получение и распределение энергии
  

• 

  4 слайд

• 

  5 слайд

  ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
  И ИЗУЧЕНИЕ ЕГО СВОЙСТВ
  

• 

  6 слайд

  Столетов Александр Григорьевич (профессор МУ) сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (в начале 80-х IX века).
  В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.
  Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.
  В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора.
  30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.
  

• 

  7 слайд

  Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон.
  В 1885 г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°» Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери изобрели трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов.
  Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д. Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.
  1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).
  В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.
  Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.
  С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току.
  

• 

  8 слайд

  ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
  

• 

  9 слайд

  Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:
  Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
  Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)
  Принцип действия
  На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.
  Внешний источник
  Первичная обмотка
  Вторичная обмотка
  Сердечник (магнитопровод) состоит из изолированных листов электротехнической стали и служит для усиления магнитной связи между обмотками.
  Нагрузка
  Система охлаждения
  

• 

  10 слайд

  КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ
  

• 

  11 слайд

  Концепция
  Стержневой тип
  Броневой тип
  Тороидальный тип
  

• 

  12 слайд

  Обмотки
  Первичная
  Вторичная
  Обмотки
  Высшего напряжения
  Низшего напряжения
  

• 

  13 слайд

  По числу фаз
  однофазные
  трехфазные
  многофазные
  По способу
  охлаждения
  сухие
  масляные
  По области
  применения
  Силовые
  Автотрансформаторы
  Измерительные
  Специальные
  

• 

  14 слайд

  Идеализированный трансформатор
  Для выяснения сущности физических процессов, происходящих в трансформаторе, рассмотрим идеализированный трансформатор, у которого магнитный поток Ф полностью замыкается по стальному магнитопроводу и сцеплен с обеими обмотками, а потери в стали отсутствуют.
  К первичной обмотке трансформатора (а) подводится синусоидальное напряжение
  Векторная диаграмма идеализированного трансформатора, работающего без нагрузки (рис. б) и с нагрузкой (рис. в).
  

• 

  15 слайд

  В реальном трансформаторе помимо основного магнитного потока Ф, замыкающегося по магнитопроводу и сцепленного со всеми обмотками трансформатора, имеются также потоки рассеяния Фσ1 и Фσ2 , которые сцеплены только с одной из обмоток. Потоки рассеяния не участвуют в передаче энергии, но создают в каждой из обмоток соответствующие ЭДС самоиндукции
  Комплексные уравнения и векторная диаграмма реального трансформатора
  

• 

  16 слайд

  C учетом ЭДС самоиндукции и падений напряжения в активных сопротивлениях обмоток можно составить комплексные уравнения для первичной и вторичной обмоток трансформатора. Получим следующую систему уравнений:
  

• 

  17 слайд

  СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
  

• 

  18 слайд

  Условная схема работы трансформатора
  U1
  i1
  Ф
  Е1и Е2
  U2
  i2
  W1 и W2 – число витков в первичной и вторичной обмотках
  Уравнения напряжения трансформатора
  Пусть Ф = Фmsin ωt.
  Учитывая, что cosωt = - sin(ωt – π/2)
  

• 

  19 слайд

  По аналогии:
  Э.Д.С. е1 и е2 отстают по фазе от Ф на угол π/2
  Е1m = ωW1Фm
  При
  и ω = 2πf
  Амплитуда
  Получим действующее значение Э.Д.С.
  или
  Это трансформаторное э.д.с.
  По аналогии
  

• 

  20 слайд

  Отношение э.д.с. обмотки высшего напряжения к э.д.с. обмотки низшего напряжения называется коэффициентом трансформации
  n12 = E1 / E2 = W1 / W2
  Учитывая, что S1 ≈ S2 или U1HI1H≈ U2HI2H
  n12 ≈ U1H / U2H ≈ I2H / I1H
  

• 

  21 слайд

• 

  22 слайд

  Для вторичной обмотки (без вывода) можно записать:
  E2 + E02 = I2R2 + I2ZH,
  U2 = I2ZH ,
  U2 = E2 – j I2X2 – I2R2
  U2 = E2 – I2Z2 = I2ZH
  Баланс напряжений на вторичной обмотке:
  Z2 – мало, то U2 ≈ E2
  Из уравнения баланса м.д.с. можно записать
  или
  Ток в первичной цепи можно рассматривать как сумму двух токов
  где приведенный ток
  

• 

  23 слайд

• 

  24 слайд

  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
  

• 

  25 слайд

  Опыт холостого хода
  

• 

  26 слайд

  Опыт короткого замыкания
  

• 

  27 слайд

  Потери мощности и КПД ТР-РА
  потери в магнитопроводе (стали) на гистерезис и вихревые ток
  мощность потерь на нагревание проводов первичной и вторичной обмоток
  мощность цепи приемников
  мощность первичной обмотки
  мощность во вторичной обмотке
  Энергетическая диаграмма трансформатора
  

• 

  28 слайд

  Т.к. Фт =const
  коэффициент нагрузки ТР
  Рк = RКI21ном
  мощность потерь КЗ
  КПД определяют по формуле:
  

• 

  29 слайд

  Зависимость магнитных, электрических потерь и КПД от коэффициента нагрузки ТР
  
  тах при Рмаг=РЭ
  РЭ
  Рмаг
  
  
  0.2
  0.4
  0.6
  0.8
  1.0
  0
  

• 

  30 слайд

  Внешняя характеристика трансформатора
  Для трансформатора очень важной является его внешняя характеристика, т.е. U2=f(I2) зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки при фиксированном напряжении U1 и постоянном коэффициенте мощности приемника cosφ .
  Чем больше ток нагрузки I2, тем больше падение напряжения на сопротивлении обмоток трансформатора и, значит, тем меньше напряжение U2 .
  

• 

  31 слайд

  Трехфазные трансформаторы
  A
  B
  C
  Z
  Y
  a
  b
  c
  x
  y
  z
  Х
  

• 

  32 слайд

  А
  С
  В
  а
  с
  в
  

• 

  33 слайд

  A
  B
  C
  a
  в
  с
  

• 

  34 слайд

  А
  В
  С
  а
  в
  с
  

• 

  35 слайд

  Специальные трансформаторы
  К специальным трансформаторам относятся: автотрасформаторы, измерительные трансформаторы, сварочные трансформаторы и т.д.
  Автотрансформаторы предназначены для регулирования напряжения в сетях
  Измерительные трансформаторы служат для включение в сеть измерительных приборов, элементов автоматики и т.д.
  Сварочные трансформаторы используются в технологиях соединения или разъединения металлов и др.
  

• 

  36 слайд

  Автотрансформатор
  U1
  I1
  I2
  RH
  I3
  W1
  W2
  Первичная и вторичная
  обмотки гальванически
  связаны.
  I3 = I1- I2
  n = W1/ W2 ≈ I2/ I1≈ U1/ U2
  U2
  

• 

  37 слайд

  Трансформатор тока
  А
  W
  Л1
  Л2
  U1
  U2
  Это повышающий
  тр-р, работающий
  в режиме КЗ
  n= I1 /I2
  I1= nI2
  I2 ≤ 5 A
  

• 

  38 слайд

  Трансформатор напряжения
  U
  W
  A
  a
  X
  x
  Это понижающий тр-р,
  работающий в режиме
  близком к ХХ.
  U1/U2 = n
  U1= nU2
  U2 ≤ 100 B
  

• 

  39 слайд

  Сварочный трансформатор
  δ
  U1
  U2
  Др
  UДр
  i2min
  i2max
  UДр
  U20
  U2
  i2
  δmin
  δmax