Лекція №1-2 (4 год)

Тема 1.1 будова та принцип дії трансформатора

МЕТА:

навчальна: ознайомити з будовою та принципом дії однофазного трансформатора; вивести рівняння електричного стану для режимів роботи трансформатора; навчити будувати векторні діаграми та зображувати схеми заміщення для різних режимів роботи, визначити характеристики та втрати енергії трансформатора;

розвиваюча:

• розвивати пізнавальні можливості, увагу, пам’ять, логічне мислення, просторову уяву;

• розвивати навички логічного ведення формул, вміння узагальнювати і систематизувати матеріал, аналізувати інформацію, робити висновки, вміння правильно застосовувати фізичні терміни та символіку

виховна:

• виховувати прагнення отримати нові знання, зацікавленість дисципліною;

• виховувати культуру мовного спілкування в ході бесіди;

• виховувати активність, зосередженість, старанність, вміння мислити, працелюбність, дисциплінованість;

• формувати осмислене ставлення до виконуваної роботи, вміння працювати ефективно, якісно, економічно;

• виховувати охайність, слухову культуру, графічну культуру та культуру писемного мовлення.

ОБЛАДНАННЯ: ілюстративний матеріал, презентації

ПЛАН

1 Призначення, принцип дії і будова однофазного трансформатора

2 Режими роботи однофазного трансформатора

3 Характеристики трансформатора

4 Витрати енергії і ККД трансформаторів

Зміст лекції

1 Призначення й будова трансформаторів

Трансформатори – статичні електромагнітні пристрої з двома індуктивно зв’язаними обмотками або з великим числом індуктивно зв’язаних обмоток, що перетворюють електричну енергію з одним співвідношенням напруги і струму в електричну енергію з іншим співвідношенням цих величин тої самої частоти. Розрізняють двох-, трьох і багато обмоткові трансформатори з гальванічно не зв’язаними обмотками, у яких процес перетворення електричної енергії здійснюється за допомогою змінного магнітного поля.

В енергетичних системах застосовують підвищувальні трансформатори, котрі забезпечують роботу ліній електропередачі при високих напругах і знижених струмах, що істотно знижує витрати кольорових металів на їхнє спорудження. Звичайно ці трансформатори збільшують напругу генераторів електростанції до однієї з наступних генераторних напруг: 38,5; 121; 242; 347; 525; 787; 1200 кВ, що наприкінці лінії, внаслідок втрати напруги в проводах, приймає відповідне експлуатаційне значення: 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750; 1150 кВ. Тут установлюють понижуючі трансформатори, що знижують напругу до однієї з генераторних напруг: 6,3; 10,5 чи 38,5 кВ, при якій електричну енергію розподіляють по трансформаторних підстанціях різних підприємств, куди вона надходить при відповідній експлуатаційній напрузі: 6; 10 чи 35 кВ. Понижуючі трансформатори підстанцій підприємств знову знижують напругу до однієї з генераторних - 0,69 чи 0,4 кВ, а потім електрична енергія надходить до окремих приймачів, на затисках яких установлюється відповідна експлуатаційна напруга 0,66 чи 0,38 кВ.

Трансформатори бувають загального і спеціального призначення, одно- і багатофазні, стержневі і броньові, сухі й масляні, із природним і примусовим охолодженням.

Кожен трансформатор характеризують його номінальними даними, тобто номінальними лінійними напругами і струмами, частотою, числом фаз, номінальною потужністю й іншими величинами, що приведені на його табличці.

Трансформатори енергетичних установок виготовляють номінальною потужністю від декількох одиниць до сотень тисяч кіловольт-амперів, а для малопотужних кіл автоматики, електроніки - від одиниць до декількох десятків вольт-амперів.

В енергетиці найбільш розповсюдженні однофазні й трифазні трансформатори, у яких найменша кількість обмоток, відповідно дві або шість (по дві на кожну фазу).

Однофазний двообмотковий трансформатор має дві індуктивно зв’язані обмотки: обмотку 1 вищої напруги (ВН) із числом витків ізольованого мідного або алюмінієвого проводу меншого перерізу і таку ж обмотку 2 нижчої напруги (НН) із меншим числом витків аналогічного проводу більшого перерізу (рис. 1, а). Форма перерізів проводів, що можуть мати круглий чи прямокутний поперечний переріз, обумовлено різними номінальними струмами обмоток трансформатора, що живить електричною енергією приймач. Однойменні обмотки розташовані на гільзах або каркасах з електротехнічного картону, що укріплені на стержнях замкненого феромагнітного магнітопроводу 3. Виводи обмотки вищої напруги позначають А і X, а обмотки нижчої напруги - а і х. Обмотка, до якої підводять електричну енергію, називається первинною, а обмотка, від якої відводять електричну енергію - вторинною. Трансформатори на електричних схемах зображають умовними позначеннями (рис. 1, б).

Магнітопровід трансформатора забезпечує посилення електромагнітного зв’язку між первинною й вторинною обмотками. Його збирають із тонких, ізольованих один від одного лаком чи окалиною, листів електротехнічної сталі Г-, П- і Ш-подібної форми з невеликою домішкою кремнію, що підвищує питомий опір і сприяє зменшенню втрат енергії на вихрові струми в ньому.

Рисунок - 1 Однофазний трансформатор:

а) будова: б) умовне позначення: 1 - однофазного; 2 - трифазного.

Частини магнітопроводу квадратного або ступінчастого перерізу, на яких розміщені обмотки, називають стержнями, а частини його без обмотки - ярмом. За типом та конструкцією магнітопроводу розрізняють трансформатори стержневі, броньові та кільцеві. У перших обмотки встановлюють на стержнях магнітопроводу (рис. 1, а). У броньових трансформаторах обмотки вищої й нижчої напруг розташовують на середньому стержні й охоплюють згори та знизу ярмами, що частково захищають їх від механічних пошкоджень.

Магнітопроводи кільцевих та стержневих трансформаторів невеликої потужності виконують зі стрічки електротехнічної сталі, що дозволяє зменшити повітряні проміжки і, відповідно, магнітні опір та струм холостого ходу.

Трансформатори енергетичних установок - силові трансформатори - звичайно поміщають у металевий бак із кришкою, що заливають ізоляційним маслом або синтетичною рідиною, які забезпечують добру ізоляцію й охолодження активних частин трансформатора (рис. 2).

Рисунок 2 - Конструктивна схема однофазного трансформатора: 1) обмотка вищої напруги; 2) обмотка нижчої напруги; 3) магнітопровід; 4) масло; 5) вивідні ізолятори нижчої напруги; 6) вивідні ізолятори вищої напруги; 7) вихлопна труба для викиду газів при аварії; 8)маслорозширювач; 9) труби для циркуляції і охолодження масла; 10) бак.

Трансформатори малої потужності, які використовуються в малопотужних колах різних установок при частотах понад 50 Гц, виготовляють з магнітопроводів з феритів - особливого виду магнітодіелектриків із малими магнітними втратами, а при частотах вище 100 кГц - повітряними, тобто без феромагнітного магнітопроводу, тому що при таких частотах магнітний потік сильно витісняється до поверхні магнітопроводу і втрати енергії у ньому на перемагнічування і вихрові струми значно зростають.