Контрольные вопросы к теме

1. Что такое магнитное поле, как выявляется? магнитная цепь?

2. Каковы основные характеристики и законы магнитного поля?

3. Каковы свойства ферромагнитных материалов в постоянном и переменном магнитном поле?

4. В чем состоят и как реализуются прямая и обратная задачи расчета магнитной цепи при постоянном воздействии?

5. Знать, какие процессы происходят в катушке с ферромагнитным сердечником при гармоническом воздействии. Как они отражаются в эквивалентной схеме?

Тема 5. Электрические машины переменного тока

5.1. Электрические трансформаторы

5.1.1. Общие сведения

Электрический трансформатор - электромагнитное устройство, пре­образующее напряжение и ток одного уровня в напряжение и ток другого уровня при неизменной частоте и малой потере мощности.

Генераторы электрических станций вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6, 10, 15 кВ, так как на более высокие напряжения конструировать электрогенераторы сложно в связи с трудностью обеспечить хорошую изоляцию обмоток.

В то же время в линиях электропередачи применяют напряжения до 110, 220, 400, 500 кВ и более, чтобы уменьшить силу тока в линии, а значит и сечение проводов, что позволяет резко снизить мощность потерь и стоимость линий электропередач.

Таким образом, необходимы повышающие трансформаторы, уве­личивающие напряжение генераторов электрических станций до напряжения линий электропередач. В местах же потребления электрической энергии, на производстве, в быту и так далее необходимы понижающие трансформаторы, чтобы иметь напряжения 380, 220, 127 В и менее.

Силовые трансфоматоры существую в трехфазном или однофазном исполнении.

Силовые трансформаторы менее одного кВА выполняют с воздушным охлаждением, выше – с масляным.

По конструкции магнитоповода: с броневым или со стержневым

Существуют специальные измерительные, радиотехнические и др.

Электрические трансформаторы имеют высокий коэффициент полезного действия, доходящий до 99 % и высокую надежность, так как не содержат движущихся частей.

Изобрел электрический трансформатор в 1876 году П.Н. Яблочков.

В 1891 году М.О. Доливо-Добровольским была разработана конструкция первого трехфазного электрического трансформатора.

В дальнейшем трансформаторы стали использоваться повсеместно. Они применяются в измерительной технике: трансформатор тока и трансформатор напряжения, в радиотехнике: трансформаторы развязки, согласования и др., в автоматике и во многих др. отраслях.

Простейший однофазный электрический трансформатор (рис. 39) состоит из двух обмоток, размещенных на ферромагнитном магнитопроводе, который набран из изолированных друг от друга листов электротехнической стали толщиной 0.3-0.5 мм, с целью уменьшения потерь на вихревые токи (потерь в стали) P_с.

Обмотка, подключаемая к источнику электрической энергии (генера­тору) или к линии электропередач (электрической сети) называется первичной (входной). Обмотка, к которой подключается приемник электрической энергии - вторичной (выходной).

Рис. 39. Схема электрической цепи с трансформатором.

На щитке электрического трансформатора указываются:

высшее и низшее номинальные напряжения; номинальная полная мощность S = U_1НI_1Н, ВА или кВА; частота f (Гц); токи в первичной и вторичной (I_1Н,I₂ н) обмотках при номинальной мощности; коэффициент трансформации К; число фаз; схема соединений обмоток (звездой или треугольником) в случае трехфазного электрического трансформатора; режим работы (длительный или кратковременный); способ охлаждения (масляный, воздушный).

Крупный силовой трансформатор обязательно имеет масляное охлаждение, поэтому вся активная часть располагается в баке, который имеет масляный расширитель (для сезонного регулирования масла и для связи с атмосферой), радиаторы охлаждения, высоковольтные и низковольтные проходные изоляторы для соединения с внешними устройствами.