РГР - Расчет трансформатора / електротехника.....история

Введення

ІСТРІЯ РОЗВИТКУ ТРАНСФОРМАТОРА:

Явище, вкладене в основі дії електричного трансформатора, було відкрите|відчиняти| англійським фізиком Майклом Фарадєєм  в 1831 р. при проведенні ним основоположних досліджень в області електрики. Через,приблизно ,45 років з'явилися|появлялися| перші трансформатори, що містили|утримували| всі основні елементи сучасних пристроїв|устроїв|.

Ця подія стала справжньою|теперішньою| революцією в молодій тоді області електротехніки, пов'язаної із створенням|створінням| ланцюгів|цепів| електричного освітлення. На рубежі століть|віків| електроенергетичні системи змінного струму|току| стали вже загальноприйнятими, і трансформатор отримав|одержував| ключову|джерельну| роль в передачі і розподілі електроенергії. А надалі він також зайняв|позичав| істотне|суттєве| місце|місце-милю| як в техніці електрозв'язку, так і в радіоелектронній апаратурі.

Сучасні трансформатори перевершують своїх попередників, створених на початок XX сторіччя|століття|, по потужності в 500, а по напрузі|напруженню| - в 15 разів; їх маса з розрахунку на|розраховуючи на| одиницю потужності знизилася приблизно в 10 разів, а коефіцієнт корисної дії близький до 99%.

Вінахідником трансформатора е російський| вчений| П.Н.Яблочков. У 1876г та у 1876 запатентував у Парижі. Яблочков використав| індуктивну катушку|катушку| з двума| обмотками| в якості| трансформатора для живлення| винайденим| ним электричьних| свічей|. Трансформатор Яблочкова мав незамкнутий| сердечник|осердя|. Трансформатори із|із| замкнутим сердечником|осердею|, подібні вживаним в наш час|нині|, з'явилися|появлялися| значно пізніше, в 1884г|. З|із| винаходом трансформатора виник технічний інтерес до змінного струму|току|, який до того часу не застосовувався.

Видатний|визначний| російський електротехнік М.О.Доліво-добровольський в 1889г|. Запрпонував трифазну систему змінного струму|току|, побудував|спорудив| перший трифазний асинхронний двигун і перший трифазний трансформатор. На електротехнічній виставці у Франкфурте-на-Майне в 1891г|. Доліво-добровольський демонстрував дослідну|дослідну| високовольтну електропередачу трифазного струму|току| протяжністю 175 км.; трифазний генератор мав потужність 230| кВт при напрузі|напруженні| 95 В.

ПРИЗНАЧЕННЯ, ПРИСТРІЙ|устрій| І ПРИНЦИП ДІЇ ТРАНСФОРМАТОРА

Мал. 8.1. До пояснення пристрою|устрою| і принципу дії трансфор­матора|

З метою економічної передачі електроенергії на дальні|далекі| відстані і розподіли її між різноманітними|всілякими| споживачами| з'являється|появляється| необхідність в її трансформації. По­следнєє здійснюється за допомогою тих, що підвищують і понижаючих| трансформаторів.

Трансформатор — статичний електромагнітний апарат, його дія заснована на явищі взаємній індукції, він призначений для перетворення електричної енергії змінного струму з параметрами U₁ I₁ енергію змінного струму з параметрами U₂, 1₂ тієї ж частоти.

Трансформатор (мал. 8.1) складається з феромагнітного магнітопровода 1, зібраного з окремих листів електротехнічної сталі, на якому розташовано дві (W₁, w₂) обмотки, виконані з мідного або алюмінієвого дроту. Обмотку, підключену до джерела живлення, прийнято називати первинною, а обмотку, до якої підключаються приймачі, — вторинною. Всі величини, що відносяться до первинної і вторинної обмоткам, прийнято відповідно позначати індексами 1 і 2.

Якщо первинну обмотку трансформатора з числом витків W1 включити в мережу змінного струму, то напруга мережі U₁ викличе в ній струм I₁ і МДС I₁W₁ створить змінний магнітний потік Ф. Переменний магнітний потік Ф створить в обмотці W₁ ЕДС Е₁,а в обмотці W₂ ЕДС Е₂. Коли є навантаження, електричний ланцюг вторинної обмотки виявляється замкнутим і ЕДС Е₂ викличе в ній струм I₂. Таким чином, електрична енергія первинного ланцюга з параметрами U₁,I₁ і частотою f буде перетворена в енергію змінного струму вторинного ланцюга з параметрами U₂, 1₂ і f.

Миттєві значення ЕДС первинною і вторинною|повторною| обмо­ток|, як випливає з явища електромагнітній індукції, мають вирази

їх значення (при синусоїдальній зміні) дорівнюють

(8.1)

(8.2)

Розділивши значення ЕДС первинному ланцюгу|цепу| на певне| значення ЕДС вторинному|повторному| ланцюгу|цепу|, отримаємо|одержуватимемо|

(8.3)

Величина п називається коефіцієнтом трансформації трансформатора. Електрична енергія з первинного ланцюга у вторинну в трансформаторі передається за допомогою змінного магнітного потоку, оскільки гальванічний зв'язок між первинною і вторинною обмотками трансформатора відсутній. Відношення значень ЕДС Е₁ і Е₂ дорівнює відношенню чисел витків первинної і вторинної обмоток.

Для з'ясування співвідношення між первинним і вто­ринною| напругою|напруженням| необхідно висловити наступні|такі| висновки|.

По-перше, окрім основного магнітного потоку Ф або просто магнітного потоку трансформатора, як далі ми його називатимемо, який повністю розташовується у феромагнітному сердечнику і пронизує всі витки первинної і вторинної обмоток, струм первинної обмотки створює магнітний потік розсіяння Фр₁. Потік розсіяння Фр₁ на відміну від основного охоплює витки тільки первинної обмотки і, як це видно на мал. 8.1, розташовується головним чином в немагнітному середовищі (повітряному просторі або трансформаторному маслі, що оточує обмотку). Цей потік створює в первинній обмотці ЕДС Ер₁. По-друге, первинна обмотка володіє певним активним опором. Тому, як витікає з рівняння електричного стану первинного ланцюга

(8.4)

значення напруги U₁, і ЕДС Е₁ не рівні. ЕДС _Е1 менше напруги U₁ на значення падіння напруги, обумовлене ЕДС Ер₁ і активним опором обмотки.

Проте|однак| ця різниця невелика, і якщо нею нехтувати, то можна допустити, що

або або

При роботі трансформатора з навантаженням в його вторинній обмотці діє струм 1₂. Струм вторинної обмотки бере участь в створенні основного магнітного потоку Ф, а також створює потік розсіяння Фр₂, розташований в немагнітному середовищі, як Фр₁ і навідний в цій обмотці ЕДС Ер₂.

Напруга U₂, як витікає з рівняння електричного стану вторинного ланцюга

менше ЕДС Е₂ на значення падіння напруги, обумовлене ЕДС Ер₂ і активним опором обмотки. Проте ця різниця невелика, і якщо нею нехтувати, то можна вважати, що

Мал. 8.2. Умовні позначення однофазного трансформатора

Підставивши в рівняння (8.3) замість Е₁ і Е₂ відповідно напруга U₁ і U₂, отримаємо

звідки витікає, що

Тому можна вважати|лічити|, що коефіцієнтом трансформації трансформатора є відношення|ставлення| значень пер­вичної| напруги|напруження| до вторинної|повторного|. Співвідношення між пер­винним| і вторинним|повторним| струмами|токами| можна визначити з|із| рівності первинної і вторинної|повторної| потужностей. Дійсно, якщо знехтувати | втратами активної потужності в обмотках| і реактивною потужністю, обумовленою головним магнітним потоком і потоками розсіяння трансформатора, то

Звідки

і, отже

Однофазні трансформатори на схемах електричних ланцюгів зображаються так, як це вказано на мал. 8.2, а-в. Почало і кінець первинної обмотки позначаються великими буквами: почало А, кінець X, вторинної обмотки - малими буквами: почало а, кінець х. Передбачається, що напрям намотування від початку до кінця відносного магнітопровода обох обмоток однакове або по вартовий, або проти годинникової стрілки.

СФЕРИ ЗАСТОСУВАННЯ ТРАНСФОРМАТОРІВ

Передача електричній енергії великої потужності на великі відстані технічно|технічний| можлива і економічно цілком виправданно| при малих перетинах проводів лінії передачі і малих втратах енергії в них. Перетин проводів і втрати потужності в них визначаються струмом|током|, а струм|тік| при заданій потужності|, як відомо, залежить від напруги|напруження|:

S = UI.

Природно, чим вище напруга|напруження|, тим менше струм|тік|, зріз| проводів і втрати потужності.

Напруга|напруження| синхронних|синхрон| генераторів електричних стан­ций| відносно невелика: 15000 — 24000 В, перетин проводів і втрати потужності в проводах лінії передачі при цьому на­пруги| були б дуже|занадто| великі. Тому на електричних станціях за допомогою трансформаторів напругу|напруження| підвищують до 110000 — 750000 В і електроенергію передають при такій на­прузі| до місць|місце-миль| споживання|вжитку|. Енергія такої|настільки| високої на­пруги| не може бути безпосередньо використана більшим числом споживачів, оскільки вони розраховані по техніко-економічних міркуваннях|тямі| і умовах безпеки| для роботи при відносно низькій напрузі|напруженні| — приблизно| 220 — 380 — 500 В..Слід зазначити, що|слід відзначити , що| є|наявний| | широка група споживачів, що працюють при напрузі|напруженні| 10 (6) кВ. Тому в місцях|місце-милях| споживання|вжитку| електричної енергії (в кінці|у кінці| лінії передачі) напругу|напруження| знижують до необхідних значень також за допомогою трансформаторів. Це — одна з основних сфер застосування трансформаторів, де без них обійтися неможливо.

Трансформатори широко використовуються у всякого|усякого| роду вимірювальних| пристроях|устроях|, радіоприймачах, телевізорах, ос­циллографах|, для місцевого освітлення і тому подібне. В цих випадках трансформатор перетворить те, що є|наявний| стандартною напругою| електричної мережі|сіті| в напругу|напруження| іншого значення, котре| необхідне для живлення|харчування| окремих елементів электротех­нічних| пристроїв|устроїв|. У багатьох випадках трансформатори мають декілька обмоток|. Трансформатори використовуються в зварювальних і електротермічних установках. Трансформа­тори широко використовуються при вимірюванні|вимірі| струму|току|, напруга|напруження| і потужності в електричних ланцюгах|цепах| з|із| великою напругою|напруженням| або з|із| великими струмами|токами|. Вони називаються вимірниками. Існує багато спеціальних трансформаторів, працюючих| у всякого|усякого| роду автоматичних установках, напруга|напруження| на їх обмотках| у багатьох випадках несинусоїдальне.

5