Тема 3.1. Однофазні трансформатори

1. Призначення й області застосування трансформаторів.

2. Принцип дії та класифікація трансформаторів.

3. Будова трансформаторів.

Тема 3.2.Трифазні трансформатори

1 Дослідне вивчення параметрів схеми заміщення трансформаторів.

2. Дослід холостого ходу.

3. Дослід короткого замикання.

4. Зовнішня характеристика трансформаторів.

5. Втрати потужності та ККД трансформаторів.

1 Призначення й області застосування трансформаторів.

Сучасний технічний прогрес у галузях матеріального виробництва великою мірою зумовлений розвитком електроніки, мікроелектроніки і вимірювальної техніки.У свою чергу бурхливий розвиток виробництва, запровадження новітніх технологій, особливо у таких галузях, як мікроелектроніка і комп’ютерна техніка, відкрило широкі можливості для створення багатофункціональних вторинних джерел живлення для вимірювальної, лабораторної та промислової техніки на базі сучасних інтегральних мікросхем високого рівня інтеграції.Нині важко знайти сучасний технологічний пристрій чи спеціальне технологічне обладнання на базі мікропроцесорів та мікро-ЕОМ, до складу якого не входив один чи декілька сучасних блоків живлення, силовим елементом яких виступає однофазний дво- або багатообмотковий узгоджувальний трансформатор.

Трансформатор – статичний електромагнітний апарат із двома або більшим числом індуктивно зв’язаних обмоток, який служить для перетворення за допомогою електромагнітної індукції змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги при сталій частоті

Класифікація

За призначенням трансформатори поділяють на:

-Силові;

-Спеціальні;

Силові трансформатори призначені для трансформації (перетворення) електричної енергії в електричних мережах та установках для її приймання, розподілу і використання.

Спеціальні трансформатори за своїм функціональним призначенням поділяють на: силові узгоджувальні для блоків живлення пристроїв промелектроніки, побутової та спеціальної техніки, зварювальні – зварювання металів електродуговим методом на змінному струмі, вимірювальні трансформатори струму і напруги – для розширення меж вимірювання КВП (контрольно-вимірювальних приладів).

Імпульсні трансформатори – формування імпульсних сигналів в імпульсній техніці.

Залежно від потужності трансформатори виготовляють з природним повітряним охолодженням. Активні частини потужних трансформаторів занурюють в мінеральне трансформаторне масло для кращого відведення тепла, поліпшення ізоляції обмоток між собою і корпусом бака, а також відведення продуктів конденсації водяної пари при коливаннях температури навколишнього середовища. В більшості випадків для живлення пристроїв промелектроніки на сучасних радіоелементах використовують трансформатори однофазні багатообмоткові малої потужності з повітряним охолодженням.

Основні частини трансформатора:

Магнітопровід – феромагнітне коло, в якому замикається основний магнітний потік, складається з тонких листів електротехнічної сталі, легованої кремнієм, ізольованих окалиною, шаром лаку, папером. Це потрібно для зменшення активних втрат потужності у сталі на перемагнічування та нагрівання вихровими струмами. Основне призначення магніто проводу – підсилення магнітного зв’язку між обмотками трансформатора, тобто зменшення магнітного опору контуру, крізь який проходить магнітний потік. Магнітопроводи можуть мати П- або Ш-подібну форму. П-подібні магнітопроводи називають стержньовими, а Ш-подібні – броньовими. Частини магніто проводу, на яких розміщуються обмотки, називають стержнями, а замикаючі – ярмом

- Обмотки трансформаторів виготовляють з мідного (рідше – з алюмінієвого) дроту круглого або прямокутного перерізу.

Обмотки трансформаторів середньої і великої потужності виконують із обмоточних проводів круглого або прямокутного перерізу, ізольованих хлопчатобумажною пряжою або кабельним папером. Основою обмотки в більшості випадків є паперово-бакелітовий циліндр, на якому кріпляться елементи (рейки, кутові шайби і та ін.), які забезпечують обмотці механічну і електроізоляційну міцність.

По взаємному розміщенню на стержні обмотки розділяють на концентричні і чередовані.

-Концентричні обмотки виконують в вигляді циліндрів, розміщуваних на стержні концентрично: ближче до стержня зазвичай розташовують обмотку НН (яка потребує меншої ізоляції від стержня), а ззовні – обмотку ВН.

-Чередовані (дискові) обмотки виконують в вигляді окремих секцій (дисків) НН і ВН і розміщують на стержні в чередованому порядку. Обмотка, до якої підводиться енергія змінного струму від зовнішнього джерела (генератор, лінія, мережа ЗС), називається первинною. Обмотка, від якої відводиться електрична енергія споживачам – вторинна

Умовне позначення однофазного трансформатора

Режими роботи однофазного трансформатора.

Під час випробування трансформаторів під навантаженням виникають великі втрати електроенергії. Тому використовують режими холостого ходу і короткого штучного замикання у вторинній обмотці.

У режимі холостого ходу трансформатора у вторинній обмотці струм не виникає, оскільки її електричне коло розімкнуте. Отже, вторинна обмотка не впливає на режим роботи первинної обмотки. В момент подачі номінальної напруги U1 на первинну обмотку вимірювальні прилади покажуть: струм холостого ходу I10, втрати активної потужності – Р0, напруги вторинної обмотки – U2. Відношення показань вольтметрів дорівнює коефіцієнтові трансформації трансформатора:

kтр.= .

При kтр.>1, трансформатор називають знижувальним – U1>U2;

при kтр.<1 – підвищувальний трансформатор U2>U1.

Активна потужність Р0 у режимі холостого ходу витрачається на втрати потужності у магнітопроводі та електричні втрати у первинній обмотці:

Р0=Рст.+Роб.

Оскільки активний опір первинної обмотки і струм холостого ходу малі, то втрати в обмотці незначні. А це означає, що ватметр практично показує потужність втрат у магнітопроводі трансформатора (Р0 Рст.). На підставі цих випробувань можна визначити активний r0 і реактивний х0 та повний опір первинного кола трансформатора, а також активну і реактивну складові струму.

Режим короткого замикання для основних типів трансформаторів є аварійним, за винятком зварювальних та вимірювальних трансформаторів струму – основний, а тому при випробуваннях використовують дослід штучного короткого замикання.

На вхідні зажими схеми подають регульовану напругу починаючи з нуля через автотрансформатор. Напруга, яку зафіксує вольтметр, називається напругою короткого замикання – U1к.

Сучасні трансформатори мають коефіцієнт корисної дії при повному навантаженні :

η = 95...99,5%.

Коефіцієнт корисної дії багато обмоткового (радіо)- трансформатора визначається як відношення суми потужностей, знятих із всіх вторинних обмоток, до потужності, споживаної трансформатором від мережі змінного струму.

Потужність, яку віддає к.к.д.

трансформатор, ВА: %

10-20 65-75

20-50 70-80

50-100 75-85

100-200 82-88

200-500 85-90

500-1000 90-95

Лекція