Одним из важнейших преимуществ переменного тока перед постоянным является легкость и простота, с которой можно преобразовать переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Достигается это посредством простого и остроумного устройства – трансформатора, созданного в 1876 г. замечательным русским ученым Павлом Николаевичем Яблочковым.

П.Н. Яблочков предложил способ «дробления света» для своих свечей при помощи трансформатора. В дальнейшем конструкцию трансформаторов разрабатывал другой русский изобретатель И.Ф. Усагин, который предложил применять трансформаторы для питания не только свечей Яблочкова, но и других приемников.

В дальнейшем несколько конструкций однофазных трансформаторов с замкнутым магнитопроводом были созданы венгерскими электротехниками О. Блати, М. Дери и К. Циперновским. Для развития трансформаторостроения и вообще электромашиностроения большое значение имели работы профессора А.Г. Столетов по исследованию магнитных свойств стали и расчету магнитных цепей.

Важная роль в развитии электротехники принадлежит М.О. Доливо-Добровольскому. Он разработал основы теории многофазных и, в частности, трехфазных переменных токов и создал первые трехфазные электрические машины и трансформаторы. Трехфазный трансформатор современной формы с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости, был сконструирован им в 1891 г. С тех пор происходило дальнейшее конструктивное усовершенствования трансформаторов, уменьшалась их масса и габариты, повышалась экономичность. Основные положения теории трансформаторов были разработаны в трудах Е. Арнольда и М. Видмара.

В развитии теории трансформаторов и совершенствовании их конструкции большое значение имели работы советских ученых В.В. Корицкого, Л.М. Пиотровского, Г.Н. Петрова, А.В. Сапожникова, А.В. Трамбицкого и др.

Трансформатор представляет собой сердечник из тонких стальных изолированных одна от другой пластин, на котором помещаются две, а иногда и больше обмоток из изолированного провода. Обмотка, к которой присоединяется источник электрической энергии переменного тока, называется первичной обмоткой, остальные обмотки – вторичными.

Если во вторичной обмотке трансформатора намотано в три раза больше витков, чем в первичной, то магнитное поле, созданное в сердечнике первичной обмоткой, пересекая витки вторичной обмотки, создаст в ней в три раза больше напряжение.

Применив трансформатор с обратным соотношением витков, можно так же легко и просто получить пониженное напряжение.

С допустимой для практики точностью можно считать, что отношение числа витков первичной обмотки к вторичной равно отношению приложенного напряжения к выходному.

Это отношение, называемое коэффициентом трансформации, обычно сокращают на меньшее из чисел, и тогда коэффициент трансформации получают в виде отношения единицы к некоторому числу (1:4; 1:50) или, наоборот, некоторого числа к единице (4:1; 50:1).

В радиоаппаратуре трансформаторы используются в первую очередь в питающих устройствах, позволяющих питать приемники от осветительной сети переменного тока. Такие трансформаторы называются силовыми. Кроме того, трансформаторы используются для понижения и повышения напряжения различной частоты в усилителях и радиоприемниках. Для низких (звуковых) частот эти трансформаторы изготовляются с сердечниками из листовой стали. Для токов сравнительно высокой частоты трансформаторы, как и катушки индуктивности, делаются или совсем без стальных сердечников или с сердечниками из магнетита, альсифера, карбонильного железа и других специальных металлов.

Иногда для экономии провода и стали применяют трансформаторы, в которых одна обмотка является частью другой, то есть гальванической развязки между входной и выходной цепью нет. Такие трансформаторы, называют автотрансформаторами, они могут повышать напряжение, для чего обмотка, включаемая в сеть, должна составлять часть обмотки, дающей выходное напряжение, и понижать его, для чего обмотка, с которой снимается напряжение, должна составлять часть сетевой обмотки.

Применение автотрансформаторов в радиоприемниках связано с некоторыми неудобствами, поэтому в любительских и улучшенных промышленных радиоприёмниках автотрансформаторы широкого распространения не получили. В основном они нашли применение в дешевых массовых промышленных приемниках, а также в качестве устройств для поддержания необходимого напряжения при питании радиоприемников от осветительной сети, напряжение которой подвержено колебаниям.

2. Области применения трансформаторов.

Трансформаторы широко используются для следующих целей:

1. Для передачи и распределения электрической энергии.

В настоящие время для высоковольтных линий электропередач применяются силовые трансформаторы с масляным охлаждением напряжением 330, 500 и 750 кВ, мощностью до 1200 – 1600 МВ*А.

2. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на входе и выходе преобразователя.

Трансформаторы, применяются для этой цели, называются преобразовательными. Их мощность достигает тысячи киловольт-ампер, напряжение 110 кВ; они работают при частоте 50 Гц и более. Рассматриваемые трансформаторы выполняют одно-, трех- и многофазными с регулированием выходного напряжения в широких пределах и без регулирования.

3. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питание электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др. Мощность их достигает десятков тысяч киловольт-ампер при напряжение до 10 кВ; они работают обычно при частоте 50 Гц.

4. Для включение электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов, например реле, в электрические цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности.

Трансформаторы, применяемые для этой цели, называются измерительными. Они имеют сравнительно большую мощность, определяемую мощность, потребляемой электроизмерительными приборами, реле и др.

5. Для питания различных цепей радио- и телевизионной аппаратуры; устройств связи, автоматики и телемеханики, электробытовых приборов; для разделения электрических цепей различных элементов этих устройств; для согласования напряжений и т.п.

Трансформаторы, используемые в этих устройствах, обычно имеют малую мощность (от нескольких вольт-ампер до нескольких киловольт-ампер), невысокое напряжение, работают при частоте 50 Гц и более. Их выполняют двух-, трех- и многообмоточными; условия работы, предъявляемые к ним требования и принципы проектирования весьма специфичны.

Как правило, трансформаторы питания изготавливаются комбинированными, т.е. позволяющими снимать несколько напряжений; при этом первичная обмотка (сетевая) может быть выполнена в виде одной обмотки с двумя отводами или двух одинаковых обмоток с одним отводом в каждом из них. Во втором варианте первичная обмотка на различные напряжения (110, 127 или 220 В) переключается специальным сетевым переключателем.

3. Общее устройство и назначение трансформаторов для бытовой радиоэлектронной аппаратуры.

Общее устройство трансформатора видно из представленного рисунка – это магнитопровод, набранный из отдельных пластин; обмотки, выполненные проводом; каркас из изоляционного материала, на котором намотаны обмотки.

Трансформатор, входящий в состав выпрямителя и предназначенный для питания лампового радиоприёмника, имеет следующие обмотки:

первичную, включаемую в сеть;

вторичную повышающую, дающую выпрямляемое напряжение;

вторичную понижающую, дающую напряжение для накала кенотрона;

вторичную понижающую, дающую напряжение для накала усилительных ламп радиоприёмника.

Иногда между первичной и вторичной обмотками помещается ещё экранная обмотка, предназначенная для защиты приемника от проникновения в него из сети всевозможных помех. Один конец этой обмотки заземляется, а другой изолирован и никуда не включается.

Первичная обмотка делается из нескольких секций, позволяющих включать трансформатор в сеть с различным напряжением.

Напряжение сети нередко колеблется под влиянием изменения нагрузки. Днем оно бывает нормальным, например 220 В, а вечером падает до 180-190 В, ночью и ранним утром повышается до 230-240 В. В таких случаях первичную обмотку иногда разбивают на ещё более мелкие секции (делают отводы, рассчитанные на напряжение 90, 100, 110, 120, 130, 180, 200, 220 и 240 В). Такая секционированная первичная обмотка позволяет подключать к сети количество витков, соответствующее фактическому напряжению, и таким образом обеспечивает нормальные напряжения для работы приемника.

Если от сети с колеблющимся напряжением питается радиоприемник или какое-либо другое радиоустройство, трансформатор которого не имеет подобных мелкосекционированных обмоток, приходится прибегать к помощи автотрансформатора. Последний специально изготовляется с большим числом отводов, переключая которые можно регулировать напряжение, подводимое к приемнику.

Вторичная повышающая обмотка силового трансформатора при однополупериодном выпрямлении состоит из одной секции без всяких отводов, а при двухполупериодном выпрямлении она рассчитывается на вдвое большее напряжение и имеет отвод от средней точки.

На качество изготовления вторичной обмотки должно быть обращено особое внимание, так как в ней получаются высокие напряжения. Для получения хорошего сглаженного тока при двухполупериодном выпрямлении обе половины повышающей обмотки должны быть совершено одинаковы. Поэтому их лучше наматывать не одну поверх другой, а располагать в соседних секциях каркаса.

Накальные обмотки трансформаторов наматываются из относительно толстого провода (1-2 мм). Обмотка накала кенотрона в схеме выпрямителя соединена с плюсом высокого напряжения, поэтому она должна быть особенно тщательно изолирована от сердечника трансформатора, других его обмоток и экрана.

Все обмотки трансформатора для лучшего использования его объема и для предохранения от пробоя изоляции проводов следует наматывать аккуратно, виток к витку. Слои обмоток нужно отделить один от другого тонкой пропарафинированной бумагой, а между обмотками прокладывать слой изолировочной ленты, тонкого электрокартона или два-три слоя лакоткани (специально изоляционной ткани, пропитанной лаком).

Чтобы крайние витки сползали в щель между щечкой каркаса и краем обмотки и верхние витки не касались нижних, находящихся под большим напряжением один относительно другого, прокладки следует делать на 6-8 мм шире длины каркаса, а края этой прокладки надрезаны и загнуты.

Каркас для намотки трансформатора обычно изготовляется из специального электрокартона или обычного плотного картона. Размеры каркаса определяются размерами стального сердечника трансформатора.

Сердечник трансформатора для уменьшения в нем вихревых токов изготовляется из тонких листов (0,35-0,5 мм) специальное трансформаторной стали. Каждая пластина трансформатора с одной стороны оклеивается тонкой папиросной бумагой или покрывается слоем изолирующего лака. Используемые в настоящее время трансформаторные пластины чаще всего имеют Ш-образную форму. Применяются также пластины Г-образной формы.

После намотки трансформатора каркас должен быть возможно плотнее заполнен трансформаторной сталью. Набивать силовой трансформатор надо вперекрышку: на то место, где был стык пластин, следующие пластины класть сплошной частью. Все пластины кладутся изолированной поверхностью в одну сторону.

Пластины трансформатора должны быть туго стянуты болтами, проходящими через специальные отверстия. Если пластины не имеют отверстий, они стягиваются при помощи стальных обжимок или деревянных брусочков.

Выходной трансформатор.

Кроме силовых трансформаторов, в ламповых радиоприемниках и усилителях употребляют выходные, междуламповые (или переходные) и входные (в усилителях низкой частоты) трансформаторы.

Выходные трансформаторы применяются для согласования сопротивления громкоговорителя с сопротивлением анодной цепи выходной лампы. Согласование это необходимо для того, чтобы можно было получить от лампы ту мощность, на которую она рассчитана. Отдать же наибольшую мощность лампа может только в том случае, если в анодной цепи ее стоит нагрузка с сопротивлением, являющимся оптимальным для данной лампы. В справочниках эта оптимальная нагрузка обозначается обычно Rа или Rа опт.

Анодная нагрузка выходных низкочастотных ламп составляет обычно несколько тысяч ом, в то время как сопротивление обмоток современных громкоговорителей равна единицам ом. Если громкоговоритель с такой низкоомной звуковой катушкой включить прямо в анодную цепь лампы, то только маленькая доля мощности будет расходоваться на громкоговорителе, а вся остальная мощность будет бесполезно тратиться на нагрев лампы. При включение же в анодную цепь лампы понижающего трансформатора, к выходной обмотке которого подключен громкоговоритель, положение резко изменится.

Трансформатор, понижая напряжение, действующее в анодной цепи лампы, в то же время как бы «повышает» сопротивление, подключенное к анодной цепи. Если коэффициент трансформации выходного трансформатора равен 20:1, т.е. во вторичной (выходной) обмотке в 20 раз меньше витков, чем в первичной (анодной), то напряжение, подводимое к громкоговорителю, будет в 20 раз меньше действующего на аноде лампы, а сопротивление, «ощущаемое» лампой, станет в 400 раз больше сопротивления обмотки громкоговорителя, т.е. возрастет в 20*20=202 раз.

Расчет выходного трансформатора сложен для начинающего радиолюбителя, поэтому в таблице приведены данные обмоток выходных трансформаторов для наиболее употребляемых выходных ламп и громкоговорителей.

Таблица 1.

Данные наиболее употребляемых выходных трансформаторов.

Сопротивление анодной нагрузки в ом	Кол-во витков вторичной обмотки при первичной обмотке, имеющей 2 400 витков
	Сопротивление звуковой катушки динамического громкоговорителя
	2 ом	2,2 ом	2,8 ом	3,0 ом	3,4 ом	3,8 ом	4,3 ом	10 ом
2 000	76	80	90	92	100	104	110	170
2 500	70	72	80	83	90	93	100	150
3 000	62	65	73	76	81	86	91	140
4 500	50	53	60	62	66	70	74	112
5 000	48	50	57	60	62	66	70	108
5 500	46	48	55	56	60	63	66	102
7 000	41	42	48	50	53	56	60	90
8 000	38	40	45	46	50	52	56	86
8 500	37	39	43	45	48	50	54	83
12 000	30	32	36	38	40	42	45	70
30 000	20	21	23	24	26	27	28	44

Примечание. Для мощностей до 1 Вт сечение сердечника должно быть 2,5 – 3 см2; первичная обмотка наматывается проводом ПЭ диаметром 0,1 – 0,12 мм, вторичная – проводом ПЭ диаметром 0,6 – 0,7 мм. Для мощностей 1 – 3 Вт сечение сердечника 4 – 5 см2; первичная обмотка наматывается проводом ПЭ диаметром

0,12 – 0,15 мм, вторичная – проводом ПЭ диаметром 0,7 – 0,9 мм.

Надо указать на особенность сборки сердечников выходных трансформаторов. Здесь, так же как и в дросселях фильтра, пластины сердечника собираются в стык с зазором между пакетами пластин в 0,1 – 0,2 мм. Необходимо это потому, что при отсутствии зазора постоянный анодный ток лампы, проходящий через трансформатор, может слишком сильно намагнитить сердечник, вследствие чего индуктивность трансформатора уменьшится, а это приведет к ухудшению трансформирования нижних звуковых частот.

Входные трансформаторы.

Входные трансформаторы служат для согласования входа усилителя звуковой частоты с микрофоном, звукоснимателем или магнитной головкой. Так как максимальная амплитуда переменного напряжения для входных трансформаторов бывает не более 1В, то их изготовляют повышающими. Входные трансформаторы должны иметь повышенную помехозащищенность и слабую чувствительность к воздействию внешних магнитных полей, так как в противном случае в них могут появиться значительные напряжения помех.

Для уменьшения помех входные трансформаторы тщательно экранируют, оси их обмоток располагают перпендикулярно к магнитным силовым линиям источника помех, а также принимают меры по возможно большему удалению входных цепей от выходного трансформатора и трансформатора питания. Учитывая, что наименьшей чувствительностью к воздействию внешних магнитных полей обладают трансформаторы с магнитопроводами броневого или тороидального типа, входные трансформаторы изготавливаются на штампованных или ленточных сердечниках из пермаллоя. 80НХС или 79НМ, а также из стали. Входные трансформаторы помещают в экран или опрессовывают пластмассой. Их крепят на печатных платах с помощью «лапок» или непосредственно пайкой выводов из луженой проволоки диаметром 1 – 1,5 мм.

Междуламповые и междукаскадные трансформаторы.

Междукаскадные трансформаторы применяются для связи в УЗЧ, получающих питание от автономных источников, так как в этом случае от усилителя необходимо получить максимальный коэффициент усиления при минимальном количестве транзисторов и радиоламп.

Конструктивно междукаскадные трансформаторы не отличаются от входных. Они изготавливаются с коэффициентом трансформации не более чем 1:4, так как больший коэффициент вызывает большие гармонические искажения.

Междуламповые трансформаторы употребляются, когда при ограниченном количестве ламп и небольшом анодном напряжении необходимо получить большое усиление. Такие требования часто предъявляются к батарейным радиоприемникам.

Междуламповые трансформаторы большей частью делают с малым сечением стального сердечника (1,5 – 3 см2). Первичные обмотки, включаемые в анодную цепь лампы, обычно состоят из 3000 – 5000 витков эмалированного провода диаметром 0,08 – 0,1 мм. Вторичные обмотки трансформаторов имеют от 6000 до 20 000 витков того же провода, что и первичная обмотка.

Коэффициент трансформации междуламповых трансформаторов, т.е. отношение количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичной обмотки, берутся в пределах от 1:2 до 1:5.

Казалось бы, что для большего усиления надо иметь большие коэффициенты трансформации. Однако при повышении коэффициента трансформации даже только до 1:4, 1:5 трансформаторы уже дают заметно худшее качество воспроизведения звука, чем трансформаторы с коэффициентом 1:2. Причина в том, что при очень большом количестве витков во вторичной обмотке ее собственная емкость становится настолько большой, что ухудшает трансформацию верхних звуковых частот.

Кроме того, намотанный тонким проводом междуламповый трансформатор является наиболее надежной деталью приемника или усилителя.

Поэтому по возможности междуламповый трансформатор не следует применять.

Применение переходных трансформаторов в сетевых приемниках нежелательно ещё потому, что при использовании междулампового трансформатора очень трудно избавится от прослушивания фона переменного тока. Это явление вызывается тем, что магнитный поток силового трансформатора не весь замыкается по сердечнику. Часть потока проходит в окружающем пространстве, пересекает витки обмотки междулампового трансформатора и наводит в нем переменное напряжение. Наведенное напряжение усиливается и, попадая в громкоговоритель, создает неприятное гудение.

4. Расчет силового трансформатора.

Силовой трансформатор принадлежит к деталям, которые радиолюбителю приходится часто изготовлять самому. Поэтому необходимо уметь определять данные силового трансформатора и рассчитывать его. Это задача несложная и вполне доступная начинающему радиолюбителю.

Расчет слагается из следующих этапов:

1. В зависимости от назначения устройства, для питания которого рассчитывается силовой трансформатор, устанавливаются число обмоток трансформатора и их токи и напряжения. Затем подсчитывается суммарная полезная мощность трансформатора, для чего находятся мощность, отдаваемые каждой вторичной обмоткой трансформатора (путем перемножения величины тока на напряжение).

2. Находится мощность, потребляемая от сети трансформатором. Как известно, при работе трансформатора в нем происходят потери (на вихревые токи, перемагничивание стали и нагрев обмоток), по этому мощность, потребляемая трансформатором от сети, будет примерно в 1,25 раз больше полезной отдаваемой мощности.

Pпотр=1,25*Pпол

3. Определяется сечение стального сердечника трансформатора, необходимое для данной потребляемой мощности, по графику 1.

График №1.

Определение сечения сердечника трансформатора по его мощности

18
16
14
12
10
8
6
4
2
0	20	40	60	80	100	120	140	160	180	200

Мощность трансформатора в вольт-амперах

По найденному сечению сердечника и по размерам имеющихся подходящих трансформаторных пластин определяется форма сердечника (прежде всего толщина пакета стали б, как показано на графике) и устанавливается форма и размер каркаса трансформатора.

4. Определяется число витков обмотки, проходящих на 1 В напряжения трансформатора (сокращенное «число витков на вольт»), по графику 2.

График №2.

График для определения числа витков на вольт в зависимости от сечения

10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0	4	6	8	10	12	14	16	18	20	22	24

Сечение сердечника в кв.см

5. Подсчитываются числа витков всех обмоток из соотношений:

WI = W1в* U,

где: WI – число витков первичной обмотки, вит.;

W1в – число витков на вольт, вит/В.;

U – напряжение сети, В.

WII = W1в* U2,

где: WII – число витков вторичной обмотки, вит.;

W1в – число витков на вольт, вит/В.;

U – напряжение, даваемое вторичной обмоткой, В.

6. По величинам токов, протекающих по различным обмоткам, определяются диаметры проводов этих обмоток по графику 3.

График №3

График для определения диаметра провода по величине тока в обмотке


1,5



1,0



0,5



0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0

Величина тока в обмотке в амперах

Причем величина тока первичной обмотки находится в результате деления потребляемой трансформатором мощности на напряжение сети, а величина тока в анодной обмотке при двухполупериодном выпрямлении берется равной половине выпрямленного тока (в этом случае каждая половина повышающей обмотки пропускает ток только в течение «своего» полупериода, т.е. половину выпрямленного тока).

7. На этом простейший расчет трансформатора может считаться оконченным, поскольку все необходимые данные для его изготовления найдены. Однако в заключение следует проверить, уместится ли в «окне» сердечника рассчитанные обмотки. Для этого подсчитывается площадь, занимаемая каждой обмоткой:

Sоб =W / Ws ,

где: Sоб – площадь, занимаемая одной обмоткой, см2;

W – количество витков данной обмотки, вит.;

Ws – количество витков, умещающихся в см2 сечения обмотки, вит.

Число витков, умещающихся в одном квадратном сантиметре сечения обмотки, находится для данного диаметра провода из таблицы 2.

Таблица 2.

Зависимость числа витков, укладывающихся в одном квадратном сантиметре сечения обмотки, от диаметра провода.

Диаметр провода без изоляции, мм	Число витков, умещающихся в одном см2 сечения обмотки	Диаметр провода без изоляции, мм	Число витков, умещающихся в одном см2 сечения обмотки
0,10	5 000	0,6	175
0,12	3 200	0,7	130
0,14	2 500	0,8	100
0,16	2 000	0,9	90
0,18	1 660	1,0	68
0,20	1 380	1,1	55
0,22	1 120	1,2	48
0,25	910	1,3	40
0,30	650	1,4	36
0,35	480	1,5	31
0,40	375	1,6	25
0,45	250

Сложив площади, занимаемые каждой обмоткой, получим площадь, занимаемую всеми обмотками. Эта площадь недолжна превышать ѕ площади «окна» трансформатора, так как остальную часть площади «окна» трансформатора должны занять изоляция провода, прокладки, каркас и т.п.

Если площадь, занимаемая всеми обмотками, получилась больше ѕ площади окна, то придется несколько увеличить сечение сердечника и заново произвести расчет.

Пользуясь изложенным способом расчета, рассчитаем трансформатор для двухлампового усилителя, работающих на лампах 6Ж7 и 6П6С.

1. В справочниках по лампам находим напряжения и токи, требующиеся для данных ламп.

Для накала этих ламп необходимо напряжение 6,3 В, при этом лампа 6Ж7 потребляет ток 0,3 А, а 6П6С –0,45 А. Для питания анодных цепей и цепей экранирующих сеток необходимо напряжение 200-250 В. При этом анодный ток лампы 6Ж7 составит 2 мА, ток экранирующей сетки – 0,5 мА. Всего эта лампа будет потреблять ток 2,5 мА. Анодный ток лампы 6П6С равен 45 мА, а ток экранирующей сетки – 4,5 мА. Всего она потребляет 49,5 мА.

Поскольку общее потребление тока от источника высокого напряжения составляет 49,5+2,5=52 мА, т.е. оно сравнительно невелико, то можно применить схему однополупериодного выпрямителя как более простую, а кенотрон взять самый маломощный типа 6Ц5С. применение его позволит обойтись одной обмоткой накала, так как катод в этом кенотроне изолирован от нити накала, а последняя требует, как и нити накала усилительных ламп, напряжение 6,3 В. Ток, потребляемый на накал кенотроном, равен 0,6 А.

Таким образам, трансформатор должен иметь всего три обмотки:

Первичную на 220 В с отводами для питания от сети напряжением в 127 и 110 В;

Вторичную для питания анодных цепей напряжением 220 В при найденной величине тока в 52 мА;

Вторичную для питания накала ламп напряжением 6,3 В при токе

0,3+0,45+0,6=1,35 А.

Мощность, потребляемая от анодной обмотки,

220*0,052=11,4 Вт.

Мощность, потребляемая от накальной обмотки,

6,3*1,35=8,5 Вт.

Общая потребляемая от трансформатора мощность

11,4+8,5=19,9 Вт.

2. Мощность, потребляемая трансформатором от сети,

1,25*19,9=25 Вт.

3. Сечение сердечника при мощности 25 вт (по графику №1) должен быть равно 6 см2.

При этом подходящими трансформаторными пластинами будут пластины типа Ш-19, Ш-20 и Ш-24.

4. Число витков на вольт при сечение железа в 6 см2 (по графику №2) должно быть равно 9,5 витка на вольт.

5. Число первичной обмотки

9,5*220=2090 витков.

Отводы надо будет сделать от

9,5*127=1260 витков.

9,5*110=1045 витков.

Число витков анодной обмотки

9,5*220=2090 витков.

Число витков накальной обмотки

9,5*6,3=60 витков.

6. Определяем по графику №3 диаметр проводов обмоток в зависимости от протекающих по ним токов.

Диаметр провода анодной обмотки может быть взят от 0,13 до 0,16 мм. Из таблицы 2 найдем, что при диаметре 0,16 мм число витков, умещающихся в одном квадратном сантиметре сечения обмотки, равно 2000.

Диаметр провода накальной обмотки может быть взят от 0,75 до 0,90 мм (при диаметре 0,8 мм число витков, умещающихся в одном квадратном сантиметре сечения обмотки, равно 100).

Ток первичной обмотки при питании от сети напряжением 110 В будет 25/110=0,23 А.

При таком токе диаметр провода должен быть взят в пределах 0,3-0,35 мм.

При напряжении в сети 220 В ток будет вдвое меньше, что позволит для соответствующей части обмотки взять провод несколько меньшего диаметра (от 0,2 до 0,25 мм). Однако в данном трансформаторе (сравнительно маломощном) применять для первичной обмотки провода разных диаметров нецелесообразно. Можно для всей обмотки использовать провод диаметром 0,3-0,35 мм.

При диаметре 0,3 мм число витков, умещающихся в одном квадратном сантиметре сечение обмотки, равно 650.

7. В заключение проверим, уместиться ли обмотки в «окне» трансформатора.

Предположим, что для сердечника выбрана трансформаторная сталь типа Ш-20, у которой «окно» имеет площадь 1,75*4,7=8,23 см2.

Площадь, занимаемая первичной обмоткой,

2090/650=3,21 см2.

Площадь, занимаемая анодной обмоткой,

2090/2000=1,04 см2.

Площадь, занимаемая накальной обмоткой,

60/100=0,60 см2.

Общая площадь

3,21+1,04+0,60=4,85 см2.

Отношение площадей

4,85/8,23»0,59,

что значительно меньше 0,75 (⅜).

Следовательно, рассчитанные обмотки легко уместятся на выбранном сердечнике.

Список используемой литературы:

Боровик С.С., Бродский М.А. Ремонт и регулировка бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Вышэйшая школа. Минск, 1989.

Брускин Д.Э. и др. Электрические машины. Т.1. Высшая школа. М., 1987.

Кабардин О.Ф. Физика. Справочные материалы. Просвещение. М., 1991.

Костыков Ю.В., Ермолаев Л.Н. Первая книга радиолюбителя. Воениздат МО СССР. М., 1955.

Кузнецов М.И. Основы электротехники. Трудрезервиздат. М., 1957.

Сворень Р.А. Электроника шаг за шагом. Детская литература. М., 1991.

alive-inter.net

Реферат - Трансформаторы - Физика

Федеральное агентство по образованию

Рязанский Государственный Радиотехнический Университет

Контрольная работа

по предмету

«Электротехника»

на тему

«Трансформаторы»

Выполнил:

Ст. гр. 8046

Большаков М.Б.

Проверил:

Рязань, 2009

План

Введение

Общее устройство трансформаторов

Классификация трансформаторов

Конструктивные особенности некоторых видов трансформаторов

Виды трансформаторов

Расчет сетевого (силового) трансформатора

Практическое применение трансформатора

Список используемой литературы

Введение

Одним из главных положительных особенностей переменного тока является легкость преобразования переменного тока одного напряжение в переменный ток другого. Этот процесс осуществляется при помощи устройства под названием трансформатор.

Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Изобретателем трансформатора является русский ученый П.Н.Яблочков. В 1876г. Яблочков использовал индукционную катушку с двумя обмотками в качестве трансформатора для питания изобретенных им электрических свечей. Трансформатор Яблочкова имел незамкнутый сердечник. Трансформаторы с замкнутым сердечником, подобные применяемым в настоящее время, появились значительно позднее, в 1884г. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого времени не применялся.

Трансформаторы широко применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.

Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформатор представляет собой сердечник из тонких стальных изолированных одна от другой пластин, на котором помещаются две, а иногда и больше обмоток из изолированного провода. Обмотка, к которой присоединяется источник электрической энергии переменного тока, называется первичной обмоткой, остальные обмотки – вторичными.

Общее устройство трансформаторов

Рисунок 1. Общее устройство трансформатора

первичную, включаемую в сеть;

вторичную повышающую, дающую выпрямляемое напряжение;

вторичную понижающую, дающую напряжение для накала кенотрона;

вторичную понижающую, дающую напряжение для накала усилительных ламп радиоприёмника.

Сердечник трансформатора для уменьшения в нем вихревых токов изготовляется из тонких листов (0,35-0,5 мм)специальное трансформаторной стали. Каждая пластина трансформатора с одной стороны оклеивается тонкой папиросной бумагой или покрывается слоем изолирующего лака. Используемые в настоящее время трансформаторные пластины чаще всего имеют Ш-образную форму. Применяются также пластины Г-образной формы.

Рисунок 2. Виды пластин в сердечнике трансформатора

--PAGE_BREAK--

Классификация трансформаторов

Трансформаторы можно классифицировать по признаку функционального назначения как: трансформаторы питания и трансформаторы согласования.

Рассмотрим трансформаторы питания, их можно классифицировать

По напряжению:

низковольтные

высоковольтные

высокопотенциальные

В зависимости от числа фаз преобразуемого напряжения

однофазные

трёхфазные

В зависимости от числа обмоток

двухобмоточные

многообмоточные

В зависимости от конфигурации магнитопровода

стержневые

броневые

тороидальные

В зависимости от мощности

малой мощности

средней мощности

большой мощности

В зависимости от способа изготовления магнитопровода

пластинчатые

ленточные

В зависимости от коэффициента трансформации:

повышающие

понижающие

В зависимости от вида связи между обмотками:

с электромагнитной связью (с изолированными обмотками)

с электромагнитной и электрической связью(со связанными обмоками)

В зависимости от конструкции обмотки:

катушечные

галетные

тороидальные

В зависимости от конструкции всего трансформатора

открытые

капсулированные

закрытые

В зависимости от назначения:

выпрямительные

накальные

анодно-накальные и т.д.

В зависимости от рабочей частоты трансформаторы делят на трансформаторы:

пониженной частоты (менее 50 Гц)

промышленной частоты (50 Гц)

повышенной промышленной частоты (400, 1000, 2000 Гц)

повышенной частоты (до 10000 Гц)

высокой частоты

Конструктивные особенности некоторых видов трансформаторов

Основными частями трансформатора являются магнитопровод и катушка с обмотками.

Материалом для магнитопровода трансформаторов служит листовая электротехническая сталь различных марок и толщины, горячей прокатки и холоднокатаная; от содержания кремния, которое отражено в марке стали, а также от толщины листа зависят потери мощности в магнитопроводе от вихревых токов. Толщину листа применяемой стали выбирают в зависимости от частоты сети, питающей трансформатор: с увеличением частоты толщину листа надо уменьшать. Ленточные (витые) магнитопроводы изготавливают из лент рулонной стали; предварительно лента покрывается изолирующим и склеивающим составом.

Стержневые магнитопроводысобираютизпрямоугольных пластин одинаковой ширины. Части магнитопровода, на которых находятся обмотки, называются стержнями. Часть магнитопровода, соединяющая стержни между собой, называется ярмом.

Сборка частей магнитопровода может производиться встык и вперекрышку, причем в последнем случае увеличивается механическая прочность и уменьшается магнитное сопротивление магнитопровода. При сборке встык пластины собирают в единый пакет и предусматривают изоляционную прокладку между пакетами для предохранения от замыкания между отдельными листами магнитопровода. Сборка встык упрощает монтаж и демонтаж трансформатора. Пластины магнитопровода скрепляют в пакет либо с помощью изолированных от магнитопровода шпилек либо с помощью специальных бандажей из капроновых ниток.

Броневые магнитопроводысобирают из пластин Ш-образной формы и прямоугольных пластин, замыкающих Ш-образную пластину. Эти магнитопроводы имеют один стержень, на котором располагают все обмотки трансформатора. Сборка броневого магнитопровода производится так же, как и магнитопровода стержневого типа, описанного выше.

Поскольку в броневом магнитопроводе обмотка размещается на среднем стержне, магнитный поток разветвляется на правую и левую части и, таким образом, в крайних стержнях его значение будет в 2 раза меньше, чем в центральном; это позволяет уменьшить сечение крайних стержней в 2 раза по сравнению с центральным. собирают из отдельных штампованных колец, покрытых изолирующим лаком; сборка производится с помощью намотки на пакет пластин ленточной лакоткани. Этот магнитопровод обладает наилучшими магнитными свойствами: наименьшее магнитное сопротивление, минимальные индуктивность рассеивания и чувствительность к внешним магнитным полям, однако изготовление обмоток в данном случае может производиться только на специальных станках челночного типа или вручную.

Ленточные магнитопроводы стержневого и броневого типасобираются из отдельных, соединяемых встык, магнитопроводов подковообразной формы, а затем стягиваются специальными накладками (хомутами). Такая конструкция магнитопровода значительно упрощает сборку трансформатора. Ленточные магнитопроводы по сравнению с пластинчатыми допускают магнитную индукцию на 20—30 % выше, потерь в них меньше, заполнение объема магнитопровода и КПД трансформатора выше. По этим причинам ленточные магнитопроводы находят все более широкое применение.

Тороидальные ленточные магнитопроводыизготавливают путем навивки ленты на оправку заданного размера. Обмотки трансформатора производятся на намоточных станках челночного типа.

Рисунок 3. Конструкция магнитопроводов трансформаторов

Обмотки трансформатора выполняют из медного или алюминиевого изолированного провода. При изготовлении катушки с обмотками предусматриваются изолирующие прокладки: межобмоточная, межслойная и внешняя.

При диаметре провода более 1 мм каркас выполняется из электрокартона, а отдельные слои обмотки перевязываются хлопчатобумажной лентой.

Обмоточные провода маркируются по диаметру, виду изоляции и нагревостойкости.

Для повышения электрической прочности трансформаторы после сборки пропитывают электроизоляционными лаками, а иногда заливают специальными компаундами.

В трансформаторах средней мощностиближе к стержню располагают обмотку низшего напряжения. Это позволяет уменьшить слой изоляции между обмоткой и стержнем, а также создает лучшие условия охлаждения обмотки низшего напряжения, по которой протекает больший ток.

В низковольтных трансформаторах (до 100 В) малой мощностиближе к стержню помещают обмотку высшего напряжения. Эта мера позволяет уменьшить стоимость трансформатора, так как средняя длина витка обмотки высшего напряжения, выполняемой из дорогостоящего провода малого сечения, получается в этом случае меньше.

В высоковольтных трансформаторах (свыше 1000В)применяется раздельное расположение обмоток на стержнях магнитопровода.

В низковольтных трансформаторахобмотки располагаются в соответствии с рис.1.2, б

Рисунок 4. Расположение обмоток на каркасе: а – в высоковольтном трансформаторе; б — в низковольтном; в — в броневом

Достоинство такого расположения обмоток — небольшое значение магнитного потока рассеяния из-за меньшей толщины намотки и небольшой расход обмоточных проводов, так как снижение толщины намотки ведет к уменьшению средней длины витка обмотки.

В трансформаторах с броневыми магнитопроводами обмотки располагаются на одном стержне.

В трехфазном трансформаторена каждом из стержней располагаются первичная и вторичная обмотки данной фазы.

В тороидальных трансформаторахобмотки располагаются по всей длине магнитопровода.

Стержневыеи броневыемагнитопроводы с находящимися на них обмотками собирают в узел с помощью шпилек и накладок либо путем запрессовки в скобу.

продолжение --PAGE_BREAK--

Тороидальные магнитопроводыс находящимися на них обмотками собирают в узел и крепят к шасси с помощью крепежных шайб и винта с гайкой.

В конструкции трансформатора должна быть предусмотрена панель, к которой припаиваются выводы обмоток. Корпус трансформатора (накладки, обоймы, скобы) электрически соединяется с магнитопроводом и заземляется. Эта мера необходима из соображений техники безопасности на случай пробоя одной из обмоток.

Виды трансформаторов

Выходной трансформатор

Анодная нагрузка выходных низкочастотных ламп составляет обычно несколько тысяч Ом, в то время как сопротивление обмоток современных громкоговорителей равна единицам Ом. Если громкоговоритель с такой низкоомной звуковой катушкой включить прямо в анодную цепь лампы, то только маленькая доля мощности будет расходоваться на громкоговорителе, а вся остальная мощность будет бесполезно тратиться на нагрев лампы. При включение же в анодную цепь лампы понижающего трансформатора, к выходной обмотке которого подключен громкоговоритель, положение резко изменится.

Входные трансформаторы

Учитывая, что наименьшей чувствительностью к воздействию внешних магнитных полей обладают трансформаторы с магнитопроводами броневого или тороидального типа, входные трансформаторы изготавливаются на штампованных или ленточных сердечниках из пермаллоя. 80НХС или 79НМ, а также из стали. Входные трансформаторы помещают в экран или опрессовывают пластмассой. Их крепят на печатных платах с помощью «лапок» или непосредственно пайкой выводов из луженой проволоки диаметром 1 – 1,5 мм.

Междуламповые и междукаскадные трансформаторы.

Поэтому по возможности междуламповый трансформатор не следует применять.

Расчет сетевого (силового) трансформатора

Классический расчет трансформатора достаточно сложен и требует знания почти всех характеристик, которые мы не можем знать, т.к. для использования мы берем всегда случайно попавший к нам сердечник. Поэтому, здесь для расчета трансформатора предлагается эмпирический метод, многократно проверенный радиолюбителями и основанный на практическом применении.

Для расчета сетевого трансформатора необходимо знать исходные данные, а именно напряжения и токи каждой обмотки. Первым шагом является определение суммарной мощности, которая вычисляется как сумма мощностей, потребляемой каждой об-моткой (мощность — это произведение тока на напряжение), поэтому:

/>, где U1I1, U2I2 и т.д. — произведения напряжений и то-ков вторичных обмоток (здесь ток — это максимальный ток нагрузки). Теперь определяем габаритную мощность, которая получается при делении на КПД:

КПД заранее знать нельзя, но ее можно определить по таблице 1:

Зная габаритную мощность трансформатора, находим сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:/>

S — получается в квадратных сантиметрах.

Теперь находим ширину рабочего керна сердечника по формуле: />

По полученному значению а(см.) выбираем из имеющихся в наличии сердечников данное значение (можно больше), и находим толщину пакета с(см.):

Теперь определяем количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения:

Коэффициент К обычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь он зависит от свойств пластин стали сердечника. Для стали толщиной 0,35 мм, для сердечников С-образной формы, витых из тонкой стали, К=35. Для сердечников О-образной формы, собранный из П- или Г-образных пластин без отверстий по углам, берем К=40. Если применяются пластины типа Ш без отверстий, то К=45, с отверстиями К=50. Для пластин Ш-образной формы с отверстиями, толщиной 0,35 мм, К=60. Т.е. значением К можно варьировать, но учитывать, что уменьшение К облегчает намотку, но ужесточает работу трансформатора. При применении пластин из высококачественной стали этот коэффициент можно немного уменьшить, а при низком качестве нужно увеличить.

Теперь можно найти количество витков первичной обмотки: />

Для определения количества витков вторичной обмотки, необходимо вводить дополнительный коэффициент m, учитывающий падение напряжения на ней:

Коэффициент m зависит от силы тока, протекающего по данной обмотке, табл.2:

Диаметр проводов вторичных обмоток можно найти:/>

где d-диаметр провода по меди, мм; I-сила тока в обмотке, А; p-коэффициент, учитывающий допустимый нагрев, зависящий от марки провода, табл. 3:

Силу тока в первичной обмотке можно определить так:

Пример расчета

Нужно рассчитать трансформатор со следующими данными:

U1=6,3В, I1=1,5А; U2=12В, I2=0,3А; U3=120В, I3=0,059А. Находим суммарную мощность: Рсумм=6,3*1,5+12*0,3+120*0,059=20,13 Вт. С помощью табл.1 определяем габаритную мощность: Рг=20,13/0,85=23,7 Вт. Находим сечение трансформатора:

Находим приближенное значение ширины рабочего керна:

продолжение --PAGE_BREAK--

Выбираем пластины трансформатора типа Ш-19, для которых а=1,9 см, и находим толщину пакета:

с=S/a=5,84/1,9=3,1 см.

Фактически полученное сечение рабочего керна сердечника:

S=ac=1,9*3,1=5,89 см2.

Определяем коэффициент К. Допустим, что используются пластины трансформаторной стали типа Ш-19 без отверстий по углам. Тогда К=45. Находим количество витков на 1 В:

n=K/S=45/5,89=7,64.

Определяем количество витков первичной обмотки при питании от сети напряжением 220 В:

WI=UI*n=220*7,64=1680 витков.

Находим из табл. 3 коэффициент m для каждой из вторичных обмоток: при I1=1,5A, m1=1,04;

приI2=0,3A, m2=1,02;

приI3=0,059A, m3=1,00.

Определяем количество витков каждой из вторичных обмоток с округлением до ближайшего целого числа:

W1=m1U1n=1,04*6,3*7,64=50 витков;

W2=m2U2n=1,02*12*7,64=94 витков;

W3=m3U3n=1,00*120*7,64=917 витков;

Находим силу тока в первичной обмотке: I1=Pг/Uсети=23,7/220=0,108 А.

Находим диаметр провода первичной обмотки: />

Находим диаметры проводов вторичных обмоток. Для этого составляем таблицу намоточных данных, где диаметры проводов по меди выбраны из ближайших больших стандартных значений, а диаметры проводов в изоляции взяты на 10% больше, чем диаметры проводов по меди, табл. 4.

Практическое применение трансформатора

Трансформаторы широко используются в промышленности и быту для различных целей:

1. Для передачи и распределения электрической энергии.

Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-24 кВ, а передавать электроэнергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500, и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения.

Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населёнными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям, при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех распределительных узлах должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение до величины 220, 380 и 660 В (рис. 6)

Рис. 6. Трансформатор в схеме передачи и распределения энергии

2. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входе преобразователя. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются преобразовательными.

3. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др.

4. Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры, устройств связи и автоматики, электробытовых приборов, для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств, для согласования напряжения и пр.

5. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопастности. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются измерительными.

Список используемой литературы

Брускин Д.Э. и др. Электрические машины. Т.1. Высшая школа. М., 1987.

Сидоров И.Н., Скорняков С.В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры, Москва «Радио и связь», 1994.

elcs.narod.ru/articles2.html

model.exponenta.ru/electro/0070.htm

Ссылки (links): elcs.narod.ru/articles2.html

www.ronl.ru

Реферат Трансформатор

скачать

Реферат на тему:

План:

1 История
2 Виды трансформаторов
- 2.1 Силовой трансформатор
- 2.2 Автотрансформатор
- 2.3 Трансформатор тока
- 2.4 Трансформатор напряжения
- 2.5 Импульсный трансформатор
- 2.6 Разделительный трансформатор
- 2.7 Пик-трансформатор
- 2.8 Сдвоенный дроссель
- 2.9 Трансфлюксор
3 Основные части конструкции трансформатора
- 3.1 Магнитная система (магнитопровод)
- 3.2 Обмотки
  - 3.2.1 Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов
- 3.3 Бак
4 Базовые принципы действия трансформатора
- 4.1 Режим холостого хода
- 4.2 Режим короткого замыкания
- 4.3 Режим с нагрузкой
- 4.4 Закон Фарадея
- 4.5 Уравнения идеального трансформатора
5 Обозначение на схемах
6 Применение трансформаторов
- 6.1 Применение в электросетях
- 6.2 Применение в источниках электропитания
- 6.3 Другие применения трансформатора
7 Теория трансформаторов
- 7.1 Уравнения линейного трансформатора.
- 7.2 Т-образная схема замещения трансформатора.
- 7.3 Потери в трансформаторах
- 7.4 Режимы работы трансформатора
- 7.5 Габаритная мощность
- 7.6 КПД трансформатора
8 Эксплуатация
- 8.1 Срок службы
- 8.2 Работа в параллельном режиме
- 8.3 Частота
- 8.4 Регулирование напряжения трансформатора
- 8.5 Диагностика причин неисправности
9 Перенапряжения трансформатора
- 9.1 Виды перенапряжений
  - 9.1.1 Способность трансформатора выдерживать перенапряжения
11 Нормативные документы

Введение

Трансформатор

Мачтовая трансформаторная подстанция с трёхфазным понижающим трансформатором

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — электрический аппарат, имеющий две или более индуктивно связанные 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 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.

1. История

Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.[1]

Столетов Александр Григорьевич (профессор МУ)сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (1880-е).[1]

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.[1]

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[2].

В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора.[1]

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.

Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон[2].

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.[3]

С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока, построил первый трёхфазный асинхронный двигатель и первый трёхфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 кВт при напряжении 95 В.

1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).[4]

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.[5]

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.[5]

2. Виды трансформаторов

2.1. Силовой трансформатор

Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

2.2. Автотрансформатор

Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4.Существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

2.3. Трансформатор тока

Трансформа́тор то́ка — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации. ВНИМАНИЕ! Вторичная обмотка токового трансформатора должна быть надёжно замкнута на низкоомную нагрузку измерительного прибора или накоротко. При случайном или умышленном разрыве цепи возникает скачок напряжения, опасный для изоляции, окружающих электроприборов и жизни техперсонала!

2.4. Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

2.5. Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса[6]. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

2.6. Разделительный трансформатор

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.[7] Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

2.7. Пик-трансформатор

Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

2.8. Сдвоенный дроссель

Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.

2.9. Трансфлюксор

Трансфлюксор — разновидность трансформатора, используемая для хранения информации[8][9]. Основное отличие от обычного трансформатора — это большая величина остаточной намагниченности магнитопровода. Иными словами трансфлюксоры могут выполнять роль элементов памяти. Помимо этого трансфлюксоры часто снабжались дополнительными обмотками, обеспечивающими начальное намагничивание и задающими режимы их работы. Эта особенность позволяла (в сочетании с другими элементами) строить на трансфлюксорах управляемых генераторов, элементов сравнения и искусственных нейронов.

3. Основные части конструкции трансформатора

Стержневой тип трёхфазных трансформаторов

Броневой тип трёхфазных трансформаторов

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

Стержневой
Броневой
Тороидальный

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Основными частями конструкции трансформатора являются:

магнитная система (магнитопровод)
обмотки
система охлаждения

3.1. Магнитная система (магнитопровод)

Магнитная система (магнитопровод) трансформатора — комплект элементов (чаще всего пластин) электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, собранных в определённой геометрической форме, предназначенный для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора.

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется — стержень[10]

Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, называется — ярмо[10]

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости
Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях
Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней
Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня

3.2. Обмотки

Основным элементом обмотки является виток — электрический проводник, или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.

Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Проводник обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства (для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При увеличении площади проводника проводник может быть разделён на два и более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы называется жилой.

Транспонированный кабель применяемый в обмотке трансформатора

Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем.

Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный кабель. Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с постоянным шагом и применения общей внешней изоляции[11].

Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения требуемой общей толщины.

Дисковая обмотка

Обмотки разделяют по:

Назначению
- Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.
- Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
- Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.
Исполнению
- Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
- Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.
- Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.
- Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.

3.2.1. Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов

Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:

Y-соединение, так называемой соединение звездой, где все три обмотки соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной точке, называемой нейтральной точкой или звездой
Δ-соединение, так называемое дельта-соединение, или соединение треугольником, где три фазных обмотки соединены последовательно и образуют кольцо (или треугольник)
Z-соединение, так называемое соединение зигзагом

Первичная и вторичная стороны трансформатора могут быть соединены любым из трёх способов, показанным выше. Данные способы предлагают несколько различных комбинаций соединений в трансформаторах с различными характеристиками, выбор которых также может быть обусловлен типом сердечника.

Y-соединение обычно является естественным выбором для самых высоких напряжений, когда нейтральная точка предназначена для зарядки. В любом случае в целях защиты от перенапряжения или для прямого заземления предусмотрено наличие нейтрального проходного изолятора. В последнем случае в целях экономии уровень изоляции нейтрали может быть ниже, чем уровень изоляции фазного конца обмотки. Соединённая звездой обмотка также имеет то преимущество, что переключение регулирования коэффициента трансформации может быть предусмотрено на нейтральном конце, где также может быть размещён переключатель числа витков. Поэтому переключатель числа витков сможет функционировать при напряжении низкого логического уровня, а разница напряжений между фазами также будет незначительная. По сравнению с расходами, затраченными на установку переключателя числа витков, при более высоком уровне напряжения экономические затраты будут ниже.

Соединение звездой используется на одной стороне трансформатора, другая сторона должна быть соединена треугольником, особенно в случаях, если нейтраль соединения звездой планируется для зарядки. Соединение обмотки треугольником обеспечивает баланс ампер-виток для тока нулевой последовательности, следующего по нейтрали, и каждой фазы соединения звездой, что даёт приемлемый уровень полного сопротивления нулевой последовательности. Без соединения треугольником обмотки ток нулевой последовательности привёл бы к образованию поля токов нулевой последовательности в сердечнике. Если сердечник имеет три стержня, данное поле от ярма к ярму проникнет сквозь стенки бака и приведёт к выделению тепла. В случае с броневым сердечником, или при наличии пяти стержней сердечника, данное поле проникнет между раскрученными боковыми стержнями и полное сопротивление нулевой последовательности существенно повысится. Вследствие этого ток, в случае пробоя на землю может стать настолько слабым, что защитное реле не сработает.

В соединенной треугольником обмотке ток, протекающий по каждой фазовой обмотке равен фазному току, разделённому на , в то время как в соединении звездой, линейный ток каждой фазной обмотки идентичен линейному току сети. С другой стороны, для одинакового напряжения соединение треугольником требует наличия трёхкратного количества витков по сравнению с соединением звездой. Соединение обмотки треугольником выгодно использовать в высоковольтных трансформаторах, когда сила тока высока, а напряжение относительно низкое, как например, в обмотке низшего напряжения в повышающих трансформаторах.

Соединение обмотки треугольником позволяет циркулировать третьей (и кратным ей) гармонике тока внутри треугольника, образованного тремя последовательно соединёнными фазными обмотками. Токи третьей гармоники необходимы во избежание искажения синусоидальности потока магнитных, и, следовательно, наведённой ЭДС во вторичной обмотке. Третья гармоника тока во всех трёх фазах имеет одинаковое направление, данные токи не могут циркулировать в обмотке, соединённой звездой, с изолированной нейтралью.

Недостаток троичных синусоидальных токов в намагничивающем токе может привести к значительным искажениям наведённого напряжения, в случаях, если у сердечника 5 стержней, или он исполнен в броневом варианте. Соединённая треугольником обмотка трансформатора устранит данное нарушение, так как обмотка с соединением треугольником обеспечит затухание гармонических токов. Иногда в трансформаторах предусмотрено наличие третичной Δ-соединённой обмотки, предусмотренной не для зарядки, а для предотвращения искажения напряжения и понижения полного сопротивления нулевой последовательности. Такие обмотки называются компенсационными. Распределительные трансформаторы, предназначенные для зарядки, между фазой и нейтралью на стороне первого контура, снабжены обычно соединённой треугольником обмоткой. Однако ток в соединённой треугольником обмотке может быть очень слабым для достижения минимума номинальной мощности, а требуемый размер проводника обмотки чрезвычайно неудобен для заводского изготовления. В подобных случаях высоковольтная обмотка может быть соединена звездой, а вторичная обмотка — зигзагообразно. Токи нулевой последовательности, циркулирующие в двух отводах зигзагообразно соединённой обмотки будут балансировать друг друга, полное сопротивление нулевой последовательности вторичной стороны главным образом определяется полем рассеяния магнитного поля между двумя разветвлениями обмоток, и выражается весьма незначительной цифрой.

При использовании соединения пары обмоток различными способами возможно достигнуть различных степеней напряжения смещения между сторонами трансформатора.

Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток принято выражать группой соединений. Для описания напряжения смещения между первичной и вторичной, или первичной и третичной обмотками, традиционно используется пример с циферблатом часов. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0° до 360°,а кратность сдвига составляет 30°, то для обозначения группы соединений выбирается ряд чисел от 1 до 12, в котором каждая единица соответствует углу сдвига в 30°. Одна фаза первичной указывает на 12, а соответствующая фаза другой стороны указывает на другую цифру циферблата.

Наиболее часто используемая комбинация Yd11 означает, например, наличие 30º смещения нейтрали между напряжениями двух сторон

Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов[12][13] (не закончена, в работе) Схема соединения обмоток Диаграмма векторов напряженияхолостого хода* Условноеобозначение ВН НН

У/Д-11

Примечание: на диаграмме зелёным цветом обозначены вектора обмотки ВН, синим — НН, красным смещение вектора AB.

В железнодорожных трансформаторах также встречается группа соединений «разомкнутый треугольник — неполная звезда».

3.3. Бак

Бак в первую очередь представляет собой резервуар для масла, а также обеспечивает физическую защиту для активного компонента. Он также служит в качестве опорной конструкции для вспомогательных устройств и аппаратуры управления.

Перед заполнением маслом бака с активным компонентом внутри из него выкачивается весь воздух, который может подвергнуть опасности диэлектрическую прочность изоляции трансформатора (поэтому бак предназначен для выдерживания давления атмосферы с минимальной деформацией).

Ещё одним явлением, учитываемым при проектировании баков, является совпадение звуковых частот, вырабатываемых сердечником трансформатора, и частот резонанса деталей бака, что может усилить шум, излучаемый в окружающую среду.

Конструкция бака допускает температурно-зависимое расширение масла. Чаще всего устанавливается отдельный расширительный бачок, который также называется расширителем.

При увеличении номинальной мощности трансформатора воздействие больших токов внутри и снаружи трансформатора оказывает влияние на конструкцию. То же самое происходит с магнитным потоком рассеяния внутри бака. Вставки из немагнитного материала вокруг сильноточных проходных изоляторов снижают риск перегрева. Внутренняя облицовка бака из высокопроводящих щитков не допускает попадания потока через стенки бака. С другой стороны, материал с низким магнитным сопротивлением поглощает поток перед его прохождением через стенки бака.

4. Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора. 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная

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)

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.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

4.1. Режим холостого хода

Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью[14] компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток через первичную обмотку невелик. Для трансформатора с сердечником из магнитомягкого материала (например, ферромагнитного материала, например, из трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике на вихревые токи и на гистерезис. Мощность потерь можно вычислить умножив ток холостого хода на напряжение, подаваемое на трансформатор.

Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется сопротивлением индуктивности первичной обмотки, которое пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности.

Векторная диаграмма напряжений и токов в трансформаторе на холостом ходу при согласном включении обмоток приведена в [15] на рис.1.6 б).

Напряжение на вторичной обмотке в первом приближении определяется законом Фарадея

4.2. Режим короткого замыкания

В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подается переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такой, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчетному) току трансформатора. В таких условиях величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Мощность потерь можно вычислить умножив напряжение короткого замыкания на ток короткого замыкания.

Данный режим широко используется в измерительных трансформаторах тока.

4.3. Режим с нагрузкой

При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения.

Схематично, процесс преобразования можно изобразить следующим образом:

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке. Векторная диаграмма напряжений и токов в трансформаторе с нагрузкой при согласном включении обмоток приведена в [15] на рис.1.6 в).

4.4. Закон Фарадея

ЭДС, создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит, что:

Где

U2 — Напряжение на вторичной обмотке, N2 — число витков во вторичной обмотке, Φ — суммарный магнитный поток, через один виток обмотки. Если витки обмотки расположены перпендикулярно линиям магнитного поля, то поток будет пропорционален магнитному полю B и площади S через которую он проходит.

ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно:

Где

U1 — мгновенное значение напряжения на концах первичной обмотки, N1 — число витков в первичной обмотке.

Поделив уравнение U2 на U1, получим отношение[16]:

4.5. Уравнения идеального трансформатора

Схема

Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток[17]. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков[18]. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии:

Где

P1 — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи, P2 — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.

Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:

Таким образом получаем, что при увеличении напряжения на концах вторичной обмотки U2, уменьшается ток вторичной цепи I2.

Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения.[19] Например, сопротивление Z2 подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет . Данное правило справедливо также и для вторичной цепи: .

5. Обозначение на схемах

На схемах трансформатор обозначается следующим образом:

Центральная толстая линия соответствует сердечнику, 1 — первичная обмотка (обычно слева), 2,3 — вторичные обмотки. Число полуокружностей в очень грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности).

При обозначении трансформатора жирной точкой около вывода могут быть указаны начала катушек (не менее чем на двух катушках, знаки мгновенно действующей ЭДС на этих выводах одинаковы). Применяется при обозначении промежуточных трансформаторов в усилительных (преобразовательных) каскадах для подчёркивание син- или противофазности, а также в случае нескольких (первичных или вторичных) обмоток, если соблюдение «полярности» их подключения необходимо для работы остальной части схемы. Если начала обмоток не указаны явно, то предполагается, что все они направлены в одну сторону (после конца одной обмотки — начало следующей).

В схемах трёхфазных трансформаторах «обмотки» располагают перпендикулярно «сердечнику» (Ш-образно, вторичные обмотки напротив соответствующих первичных), начала всех обмоток направлены в сторону «сердечника».

6. Применение трансформаторов

Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

6.1. Применение в электросетях

Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

Несмотря на высокий КПД трансформатора (для трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности (до 16000 кВт).

6.2. Применение в источниках электропитания

Компактный сетевой трансформатор

Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до 30 киловольт (для питания анода кинескопа).

В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц.

В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств (например в блоках питания персональных компьютеров) широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В импульсных блоках питания переменное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют при помощи инвертора в высокочастотные импульсы. Система управления с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение.

В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому современные импульсные блоки питания при одинаковой мощности значительно легче.

Трансформаторы 50-60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в тех случаях, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например при высококачественном звуковоспроизведении.

6.3. Другие применения трансформатора

Разделительные трансформаторы (трансформаторная гальваническая развязка). Нейтральный провод электросети может иметь контакт с «землёй», поэтому при одновременном касании человеком фазового провода (а также корпуса прибора с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же прибор включён в сеть через трансформатор, касание прибора одной рукой вполне безопасно, поскольку вторичная цепь трансформатора никакого контакта с землёй не имеет.
Импульсные трансформаторы (ИТ). Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ, заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.
Измерительные трансформаторы. Применяют для измерения очень больших или очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях РЗиА.
Измерительный трансформатор постоянного тока. На самом деле представляет собой магнитный усилитель, при помощи постоянного тока малой мощности управляющий мощным переменным током. При использовании выпрямителя ток выхода будет постоянным и зависеть от величины входного сигнала.
Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют широкое применение в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до мегаватта), например, в дизель-генераторах. Такой трансформатор представляет собой измерительный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор — трёхфазный, обязательно применяется и трёхфазный трансформатор). Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора — чем больше нагрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и наоборот.
Согласующие трансформаторы. Из законов преобразования напряжения и тока для первичной и вторичной обмотки (I1=I2w2/w1,U1=U2w1/w2) видно, что со стороны цепи первичной обмотки всякое сопротивление во вторичной обмотке выглядит в (w1/w2)² раз больше. Поэтому согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадам электронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление. Например, высоким выходным сопротивлением может обладать выходной каскад усилителя звуковой частоты, особенно, если он собран на лампах, в то время как динамики имеют очень низкое сопротивление. Согласующие трансформаторы также исключительно полезны в высокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.

Фазоинвертирующие и согласующие трансформаторы в выходном каскаде усилителя звуковой частоты с транзисторами одного типа проводимости. Транзистор в такой схеме усиливает только половину периода выходного сигнала. Чтобы усилить оба полупериода, нужно подать сигнал на два транзистора в противофазе. Это и обеспечивает трансформатор T1. Трансформатор T2 суммирует выходные импульсы VT1 и VT2 в противофазе и согласует выходной каскад с низкоомным динамиком

Фазоинвертирующие трансформаторы. Трансформатор передаёт только переменную компоненту сигнала, поэтому даже если все постоянные напряжения в цепи имеют один знак относительно общего провода, сигнал на выходе вторичной обмотки трансформатора будет содержать как положительную, так и отрицательную полуволны, причём, если центр вторичной обмотки трансформатора подключить к общему проводу, то напряжение на двух крайних выводах этой обмотки будет иметь противоположную фазу. До появления широко доступных транзисторов с npn типом проводимости фазоинвертирующие трансформаторы применялись в двухтактных выходных каскадах усилителей, для подачи противоположных по полярности сигналов на базы двух транзисторов каскада. К тому же, из-за отсутствия «ламп с противоположным зарядом электрона», фазоинвертирующий трансформатор необходим в ламповых усилителях с двухтактным выходным каскадом.

7. Теория трансформаторов

7.1. Уравнения линейного трансформатора.

Пусть i1, i2 — мгновенные значения тока в первичной и вторичной обмотке соответственно, u1 — мгновенное напряжение на первичной обмотке, RH — сопротивление нагрузки. Тогда

Здесь L1, R1— индуктивность и активное сопротивление первичной обмотки, L2, R2— то же самое для вторичной обмотки, L12— взаимная индуктивность обмоток. Если магнитный поток первичной обмотки полностью пронизывает вторичную, то есть если отсутствует поле рассеяния, то . Индуктивности обмоток в первом приближении пропорциональны квадрату количества витков в них.

Мы получили систему линейных дифференциальных уравнений для токов в обмотках. Можно преобразовать эти дифференциальные уравнения в обычные алгебраические, если воспользоваться методом комплексных амплитуд.

Для этого рассмотрим отклик системы на синусоидальный сигнал u1=U1 e-jω t (ω=2π f, где f — частота сигнала, j — мнимая единица). Тогда i1=I1 e-jω t и т. д., сокращая экспоненциальные множители получим

U1=-jωL1 I1 -jωL12 I2+I1 R1

-jωL2 I2 -jω L12 I1+I2 R2 =-I2 Zн

Метод комплексных амплитуд позволяет исследовать не только чисто активную, но и произвольную нагрузку, при этом достаточно заменить сопротивление нагрузки Rн её импедансом Zн. Из полученных линейных уравнений можно легко выразить ток через нагрузку, воспользовавшись законом Ома— напряжение на нагрузке, и т. п.

7.2. Т-образная схема замещения трансформатора.

На рисунке показана эквивалентная схема трансформатора с подключенной нагрузкой, как он видится со стороны первичной обмотки.

Здесь T — коэффициент трансформации, L12 — «полезная» индуктивность первичной обмотки, L1п, L2п — индуктивности первичной и вторичной обмотки связанные с рассеянием,R1п, R2п — активные сопротивления первичной и вторичной обмотки соответственно, Zн — импеданс нагрузки.

7.3. Потери в трансформаторах

Степень потерь (и снижения КПД) в трансформаторе зависит, главным образом, от качества, конструкции и материала «трансформаторного железа» (электротехническая сталь). Потери в стали состоят в основном из потерь на нагрев сердечника, на гистерезис и вихревые токи. Потери в трансформаторе, где «железо» монолитное, значительно больше, чем в трансформаторе, где оно составлено из многих секций (так как в этом случае уменьшается количество вихревых токов). На практике монолитные сердечники не применяются. Для снижения потерь в магнитопроводе трансформатора магнитопровод может изготавливаться из специальных сортов трансформаторной стали с добавлением кремния, который повышает удельное сопротивление железа электрическому току, а сами пластины лакируются для изоляции друг от друга.

7.4. Режимы работы трансформатора

1. Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в стали.

2. Нагрузочный режим. Этот режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепи трансформатора. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

3. Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. С его помощью можно определить потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора. Это учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

7.5. Габаритная мощность

Габаритная мощность трансформатора описывается следующей формулой:

Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2

1 — первичной обмотки
2 — вторичной обмотки

Однако, это конечный результат. Или академическое определение. Изначально габаритная мощность, как следует из названия, определяется габаритами сердечника и материалом, его магнитными и частотными свойствами.

7.6. КПД трансформатора

КПД трансформатора находится по следующей формуле:

где

P0 — потери холостого хода (кВт) при номинальном напряжении PL — нагрузочные потери (кВт) при номинальном токе P2 — активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузку n — относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1).

8. Эксплуатация

8.1. Срок службы

Срок службы трансформатора может быть разделен на две категории:

Экономический срок службы — экономический срок службы заканчивается, когда капитализированная стоимость непрерывной работы существующего трансформатора превысит капитализированную стоимость доходов от эксплуатации этого трансформатора. Или экономический срок жизни трансформатора (как актива) заканчивается тогда, когда удельные затраты на трансформацию энергии с его помощью становятся выше удельной стоимости аналогичных услуг на рынке трансформации энергии.
Технический срок службы

8.2. Работа в параллельном режиме

Параллельная работа трансформаторов нужна по очень простой причине. При малой нагрузке мощный трансформатор имеет большие потери холостого хода, поэтому вместо него подключают несколько трансформаторов меньшей мощности, которые отключаются, если в них нет необходимости.

При параллельном подключении двух и более трансформаторов требуется следующее[20]:

Параллельно могут работать только трансформаторы, имеющие одинаковую угловую погрешность между первичным и вторичным напряжениями.
Полюса с одинаковой полярностью на сторонах высокого и низкого напряжения должны быть соединены параллельно.
Трансформаторы должны иметь примерно тот же самый коэффициент передачи по напряжению.
Напряжение полного сопротивления короткого замыкания должно быть одинаковым, в пределах ±10 %.
Отношение мощностей трансформаторов не должно отклоняться более чем 1:3.
Переключатели числа витков должны стоять в положениях, дающих коэффициент передачи по напряжению как можно ближе.

Другими словами, это значит, что следует использовать наиболее схожие трансформаторы. Одинаковые модели трансформаторов являются лучшим вариантом. Отклонение от вышеприведенных требований возможны при использовании соответствующих знаний.

8.3. Частота

При одинаковых напряжениях первичной обмотки трансформатор, разработанный для частоты 50 Гц, может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не наоборот. При этом необходимо принять во внимание, что возможно потребуется заменить навесное электрооборудование. При частоте меньше номинальной материал магнитопровода входит в насыщение, что ведёт к увеличению токов через первичную обмотку и, как следствие, её перегрев с вытекающими последствиями.

8.4. Регулирование напряжения трансформатора

В зависимости от нагрузки электрической сети меняется её напряжение. Для нормальной работы электроприёмников потребителей необходимо, чтобы напряжение не отклонялось от заданного уровня больше допустимых пределов, в связи с чем применяются различные способы регулирования напряжения в сети.[21]

8.5. Диагностика причин неисправности

Вид неисправности Причина

Перегрев	Перегрузка
Перегрев	Низкий уровень масла
Перегрев	Замыкания
Перегрев	Недостаточное охлаждение
Пробой	Перегрузка
Пробой	Загрязнение масла
Пробой	Низкий уровень масла
Пробой	Старение изоляции витков
Обрыв	Плохое качество пайки
Обрыв	Сильные электромеханические деформации при КЗ
Повышенное гудение	Ослабление прессовки шихтованного магнитопровода
Повышенное гудение	Перегрузка
Повышенное гудение	Несимметричная нагрузка
Повышенное гудение	КЗ в обмотке

9. Перенапряжения трансформатора

9.1. Виды перенапряжений

В процессе использования трансформаторы могут подвергаться напряжению, превосходящему рабочие параметры. Данные перенапряжения классифицируются по их продолжительности на две группы:

Кратковременное перенапряжение — напряжение промышленной частоты относительной продолжительности, колеблющейся в пределах менее 1 секунды до нескольких часов.
Переходное перенапряжение — кратковременное перенапряжение в пределах от наносекунд до нескольких миллисекунд. Период нарастания может колебаться от нескольких наносекунд до нескольких миллисекунд. Переходное перенапряжение может быть колебательным и неколебательным. Они обычно имеют однонаправленное действие.

Трансформатор также может быть подвергнут комбинации кратковременных и переходных перенапряжений. Кратковременные перенапряжения могут следовать сразу за переходными перенапряжениями.

Перенапряжения классифицируются на две основные группы, характеризующих их происхождение:

Перенапряжения, вызванные атмосферными воздействиями. Чаще всего переходные перенапряжения возникают вследствие грозовых разрядов вблизи высоковольтных линий передач, подсоединенных к трансформатору, однако иногда грозовой импульс может поразить трансформатор или саму линию передачи. Пиковая величина напряжения зависит от тока грозового импульса, является статистической переменной. Зарегистрированы токи грозового импульса свыше 100 кА. В соответствии с измерениями, проведенными на высоковольтных линиях электропередач в 50 % случаях пиковая величина токов грозового импульса находится в пределах от 10 до 20 кА. Расстояние между трансформатором и точкой воздействия грозового импульса влияет на время нарастания импульса, поразившего трансформатор, чем короче расстояние до трансформатора, тем короче время.
Перенапряжения, сформированные внутри силовой системы. Данная группа охватывает как кратковременные так и переходные перенапряжения, возникшие вследствие изменения условий эксплуатации и обслуживания силовой системы. Данные изменения могут быть вызваны нарушением процесса коммутации или поломкой. Временные перенапряжения вызваны коротким замыканием на землю, сбросом нагрузки или феноменом низкочастотного резонанса. Переходные перенапряжения возникают в случаях, когда часто отключаются или подключаются к системе. Также они могут возникнуть при возгорании внешней изоляции. При переключении реактивной нагрузки, переходное напряжение может возрасти до 6-7 p.u. вследствие многочисленных прерываний тока переходного процесса в автоматическом прерывателе с временем нарастания импульса до нескольких долей микросекунд.

9.1.1. Способность трансформатора выдерживать перенапряжения

Трансформаторы должны пройти определённые испытания электрической прочности изоляции перед выпуском с завода. Прохождение данных испытаний свидетельствуют о вероятности бесперебойной эксплуатации трансформатора.

Испытания описаны в международных и национальных стандартах. Трансформаторы, прошедшие испытания, подтверждают высокую надёжность эксплуатации.

Дополнительным условием высокой степени надёжности является обеспечение приемлемых ограничений перенапряжения, так как трансформатор в процессе эксплуатации может быть подвергнут более серьёзным перенапряжениям по сравнению с условиями тестовых испытаний.

Необходимо подчеркнуть чрезвычайную важность планирования и учёта всех типов перенапряжений, которые могут возникнуть в силовой системе. Для нормального выполнения данного условия необходимо понимание происхождения различных типов перенапряжений. Величина различных типов перенапряжений является статистической переменной. Способность изоляции выдерживать перенапряжения также является статистической переменной.

Примечания

↑ 1234 Харламова Т. Е. История науки и техники. Электроэнергетика. Учебное пособие.-СПб:СЗТУ, 2006. 126 с.
↑ 12 Кислицын А. Л. Трансформаторы: Учебное пособие по курсу «Электромеханика».- Ульяновск: УлГТУ, 2001. — 76 с ISBN 5-89146-202-8
Силовые трансформаторы: основные вехи развития к.т. н. Савинцев Ю.М - www.rus-trans.com/index.php?show_aux_page=41. Доступно на 25.01.2010
Силовой трансформатор: этапы эволюции. Д.т. н., проф. Попов Г. В. на transform.ru - www.transform.ru/articles/html/04production/prod00001.article. Доступно на 02.08.2008
↑ 12 История трансформатора на energoportal.ru - www.energoportal.ru/article16.htm. Доступно на 02.08.2008
Словарь Бензаря
ГОСТ 30030-93 Трансформаторы разделительные и безопасные разделительные трансформаторы. Технические требования (МЭК 742-83)
Ассоциативное запоминающее устройство - bse.sci-lib.com/article077414.html — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
Не стоит путать с «трансфлюктором», который выполняет роль фильтра.
↑ 12 ГОСТ 16110-82. ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ. Термины и определения
ABB Transformer Handbook - www.abb.com/transformers
ГОСТ 11677-85. ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ: Общие технические условия
Кацман М.М. Электрические машины и трансформаторы. Учебник для техникумов для электротехнических и энергетических специальностей. М., "Высшая школа", 1971, 416с.
В случае достаточной индуктивности трансформатора и частоты тока.
↑ 12 http://model.exponenta.ru/electro/0070.htm - model.exponenta.ru/electro/0070.htm Дубовицкий Г. П. Трансформаторы
Winders Power Transformer Principles and Applications. — P. 20–21.
Толмачёв — лекция 8 - ets.ifmo.ru/tolmachev/et1/ET1_8/text.htm
История Трансформатора - innovatory.narod.ru/transformer.html
Flanagan William M. Handbook of Transformer Design and Applications. — McGraw-Hill Professional. — P. Chap. 1, p. 1–2. — ISBN 0070212910
IEC 60076-8. Силовые трансформаторы — Руководство по применению, пункт 6, страницы 81-91.
Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63

11. Нормативные документы

ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. Общие технические условия - protect.gost.ru/document.aspx?control=26&baseC=25&page=0&month=1&year=2009&search=7746&id=130267. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (01.01.2003).
ГОСТ 18685-73. Трансформаторы тока и напряжения. Термины и определения - protect.gost.ru/document.aspx?control=26&baseC=25&page=0&month=1&year=2009&search=18685&id=167490. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (01.07.1974).
ГОСТ 1983-2001. Трансформаторы напряжения. Общие технические условия - protect.gost.ru/document.aspx?control=26&baseC=25&page=0&month=1&year=2009&search=Трансформаторы напряжения&id=130523. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (01.01.2003).
ГОСТ 8.216-88. Государственная система обеспечения единства измерений. Трансформаторы напряжения. Методика поверки - protect.gost.ru/document.aspx?control=26&baseC=25&page=0&month=1&year=2009&search=Трансформаторы напряжения&id=130523. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (01.01.1989).
ГОСТ 8.217-2003. Государственная система обеспечения единства измерений. Трансформаторы тока. Методика поверки - protect.gost.ru/document.aspx?control=26&baseC=25&page=0&month=1&year=2009&search=217&id=130058. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (01.04.2004).

Литература

Основы теории цепей, Г. И. Атабеков, Лань, С-Пб.,-М.,-Краснодар, 2006.
Электрические машины, Л. М. Пиотровский, Л., «Энергия», 1972.
Силовые трансформаторы. Справочная книга/Под ред. С. Д. Лизунова, А. К. Лоханина. М.:Энергоиздат 2004. — 616 с ISBN 5-98073-004-4
Электрические машины: Трансформаторы: Учебное пособие для электромех. спец. вузов/Б. Н. Сергеенков, В. М. Киселёв, Н. А. Акимова; Под ред. И. П. Копылова. — М.: Высш. шк., 1989—352 с ISBN 5-06-000450-3
Электрические машины, А. И. Вольдек, Л., «Энергия», 1974.
Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. — М.: Энергия, 1981—392 с.
Конструирование трансформаторов. А. В. Сапожников. М.: Госэнергоиздат. 1959.
Расчёт трансформаторов. Учебное пособие для вузов. П. М. Тихомиров. М.: Энергия, 1976. — 544 с.

wreferat.baza-referat.ru

Доклад - Трансформаторы - Физика

Федеральное агентство по образованиюРязанский ГосударственныйРадиотехнический УниверситетКонтрольная работапо предмету«Электротехника»

на тему

«Трансформаторы»

Выполнил:Ст. гр. 8046Большаков М.Б.Проверил:Рязань, 2009ПланВведениеОбщее устройство трансформаторовКлассификация трансформаторовКонструктивные особенности некоторых видов трансформаторовВиды трансформаторовРасчет сетевого (силового) трансформатораПрактическое применение трансформатораСписок используемой литературыВведение

Одним из главныхположительных особенностей переменного тока является легкость преобразованияпеременного тока одного напряжение в переменный ток другого. Этот процессосуществляется при помощи устройства под названием трансформатор.

Трансформатор — статическое электромагнитноеустройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки ипредназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции однойили нескольких систем переменного тока в одну или несколько других системпеременного тока.

Изобретателем трансформатора является русский ученыйП.Н.Яблочков. В 1876г. Яблочков использовал индукционную катушку с двумяобмотками в качестве трансформатора для питания изобретенных им электрическихсвечей. Трансформатор Яблочкова имел незамкнутый сердечник. Трансформаторы сзамкнутым сердечником, подобные применяемым в настоящее время, появилисьзначительно позднее, в 1884г. С изобретением трансформатора возник техническийинтерес к переменному току, который до этого времени не применялся.

Трансформаторы широкоприменяются при передаче электрической энергии на большие расстояния,распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных,усилительных, сигнализационных и других устройствах.

Преобразование энергии втрансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформаторпредставляет собой сердечник из тонких стальных изолированных одна от другойпластин, на котором помещаются две, а иногда и больше обмоток из изолированногопровода. Обмотка, к которой присоединяется источник электрической энергиипеременного тока, называется первичной обмоткой, остальные обмотки –вторичными.

Если во вторичной обмоткетрансформатора намотано в три раза больше витков, чем в первичной, то магнитноеполе, созданное в сердечнике первичной обмоткой, пересекая витки вторичнойобмотки, создаст в ней в три раза больше напряжение.

Применив трансформатор собратным соотношением витков, можно так же легко и просто получить пониженноенапряжение.

С допустимой для практикиточностью можно считать, что отношение числа витков первичной обмотки квторичной равно отношению приложенного напряжения к выходному.

Это отношение,называемое коэффициентом трансформации, обычно сокращают на меньшее изчисел, и тогда коэффициент трансформации получают в виде отношения единицы кнекоторому числу (1:4; 1:50) или, наоборот, некоторого числа к единице (4:1;50:1).

В радиоаппаратуретрансформаторы используются в первую очередь в питающих устройствах,позволяющих питать приемники от осветительной сети переменного тока. Такиетрансформаторы называются силовыми. Кроме того, трансформаторыиспользуются для понижения и повышения напряжения различной частоты вусилителях и радиоприемниках. Для низких (звуковых) частот эти трансформаторыизготовляются с сердечниками из листовой стали. Для токов сравнительно высокойчастоты трансформаторы, как и катушки индуктивности, делаются или совсем безстальных сердечников или с сердечниками из магнетита, альсифера, карбонильногожелеза и других специальных металлов.

Общееустройство трансформаторов

Общее устройство трансформатора видно из представленногорисунка – это магнитопровод, набранный из отдельных пластин; обмотки,выполненные проводом; каркас из изоляционного материала, на котором намотаныобмотки.

Рисунок 1. Общее устройство трансформатора

Трансформатор, входящий в составвыпрямителя и предназначенный для питания лампового радиоприёмника, имеетследующие обмотки:

· первичную,включаемую в сеть;

· вторичную повышающую,дающую выпрямляемое напряжение;

· вторичнуюпонижающую, дающую напряжение для накала кенотрона;

· вторичнуюпонижающую, дающую напряжение для накала усилительных ламп радиоприёмника.

Иногда между первичной ивторичной обмотками помещается ещё экранная обмотка, предназначенная длязащиты приемника от проникновения в него из сети всевозможных помех. Один конецэтой обмотки заземляется, а другой изолирован и никуда не включается.

Первичная обмотка делается из нескольких секций,позволяющих включать трансформатор в сеть с различным напряжением.

Напряжение сети нередкоколеблется под влиянием изменения нагрузки. Днем оно бывает нормальным,например 220 В, а вечером падает до 180-190 В, ночью и ранним утромповышается до 230-240 В. В таких случаях первичную обмотку иногдаразбивают на ещё более мелкие секции (делают отводы, рассчитанные на напряжение90, 100, 110, 120, 130, 180, 200, 220 и 240 В). Такая секционированнаяпервичная обмотка позволяет подключать к сети количество витков,соответствующее фактическому напряжению, и таким образом обеспечиваетнормальные напряжения для работы приемника.

Если от сети сколеблющимся напряжением питается радиоприемник или какое-либо другоерадиоустройство, трансформатор которого не имеет подобных мелкосекционированныхобмоток, приходится прибегать к помощи автотрансформатора. Последний специальноизготовляется с большим числом отводов, переключая которые можно регулироватьнапряжение, подводимое к приемнику.

Вторичная повышающаяобмотка силовоготрансформатора при однополупериодном выпрямлении состоит из одной секции безвсяких отводов, а при двухполупериодном выпрямлении она рассчитывается на вдвоебольшее напряжение и имеет отвод от средней точки.

На качество изготовлениявторичной обмотки должно быть обращено особое внимание, так как в нейполучаются высокие напряжения. Для получения хорошего сглаженного тока придвухполупериодном выпрямлении обе половины повышающей обмотки должны быть совершеноодинаковы. Поэтому их лучше наматывать не одну поверх другой, а располагатьв соседних секциях каркаса.

Накальные обмотки трансформаторов наматываются изотносительно толстого провода (1-2 мм). Обмотка накала кенотрона в схемевыпрямителя соединена с плюсом высокого напряжения, поэтому она должна бытьособенно тщательно изолирована от сердечника трансформатора, других его обмотоки экрана.

Все обмоткитрансформатора для лучшего использования его объема и для предохранения отпробоя изоляции проводов следует наматывать аккуратно, виток к витку. Слоиобмоток нужно отделить один от другого тонкой пропарафинированной бумагой, амежду обмотками прокладывать слой изолировочной ленты, тонкого электрокартонаили два-три слоя лакоткани (специально изоляционной ткани, пропитанной лаком).

Чтобы крайние витки сползалив щель между щечкой каркаса и краем обмотки и верхние витки не касались нижних,находящихся под большим напряжением один относительно другого, прокладкиследует делать на 6-8 мм шире длины каркаса, а края этой прокладкинадрезаны и загнуты.

Каркас для намотки трансформатора обычноизготовляется из специального электрокартона или обычного плотного картона.Размеры каркаса определяются размерами стального сердечника трансформатора.

Сердечник трансформатора для уменьшения в немвихревых токов изготовляется из тонких листов (0,35-0,5 мм)специальное трансформаторной стали. Каждая пластина трансформатора с однойстороны оклеивается тонкой папиросной бумагой или покрывается слоем изолирующеголака. Используемые в настоящее время трансформаторные пластины чаще всего имеютШ-образную форму. Применяются также пластины Г-образной формы.

Рисунок 2. Виды пластин в сердечникетрансформатора

После намоткитрансформатора каркас должен быть возможно плотнее заполнен трансформаторнойсталью. Набивать силовой трансформатор надо вперекрышку: на то место, где былстык пластин, следующие пластины класть сплошной частью. Все пластины кладутсяизолированной поверхностью в одну сторону.

Пластины трансформаторадолжны быть туго стянуты болтами, проходящими через специальные отверстия. Еслипластины не имеют отверстий, они стягиваются при помощи стальных обжимок илидеревянных брусочков.

Классификациятрансформаторов

Трансформаторы можноклассифицировать по признаку функционального назначения как: трансформаторыпитания и трансформаторы согласования.

Рассмотрим трансформаторыпитания, их можно классифицировать

1. По напряжению:

— низковольтные

— высоковольтные

— высокопотенциальные

2. В зависимости отчисла фаз преобразуемого напряжения

— однофазные

— трёхфазные

3. В зависимости отчисла обмоток

— двухобмоточные

— многообмоточные

4. В зависимости отконфигурации магнитопровода

— стержневые

— броневые

— тороидальные

5. В зависимости отмощности

— малой мощности

— средней мощности

— большой мощности

6. В зависимости отспособа изготовления магнитопровода

— пластинчатые

— ленточные

7. В зависимости откоэффициента трансформации:

— повышающие

— понижающие

8. В зависимости отвида связи между обмотками:

— с электромагнитной связью (сизолированными обмотками)

— с электромагнитной и электрическойсвязью(со связанными обмоками)

9. В зависимости отконструкции обмотки:

— катушечные

— галетные

— тороидальные

10. В зависимости отконструкции всего трансформатора

— открытые

— капсулированные

— закрытые

11. В зависимости отназначения:

— выпрямительные

— накальные

— анодно-накальные и т.д.

12. В зависимости отрабочей частоты трансформаторы делят на трансформаторы:

— пониженной частоты (менее 50 Гц)

— промышленной частоты (50 Гц)

— повышенной промышленной частоты (400,1000, 2000 Гц)

— повышенной частоты (до 10000 Гц)

— высокой частоты

Конструктивныеособенности некоторых видов трансформаторов

Основными частямитрансформатора являются магнитопровод и катушка с обмотками.

Материалом длямагнитопровода трансформаторов служит листовая электротехническая стальразличных марок и толщины, горячей прокатки и холоднокатаная; от содержаниякремния, которое отражено в марке стали, а также от толщины листа зависятпотери мощности в магнитопроводе от вихревых токов. Толщину листа применяемойстали выбирают в зависимости от частоты сети, питающей трансформатор: сувеличением частоты толщину листа надо уменьшать. Ленточные (витые) магнитопроводыизготавливают из лент рулонной стали; предварительно лента покрываетсяизолирующим и склеивающим составом.

Стержневыемагнитопроводысобираютизпрямоугольных пластин одинаковой ширины. Части магнитопровода,на которых находятся обмотки, называются стержнями. Часть магнитопровода,соединяющая стержни между собой, называется ярмом.

Сборка частеймагнитопровода может производиться встык и вперекрышку, причем в последнемслучае увеличивается механическая прочность и уменьшается магнитноесопротивление магнитопровода. При сборке встык пластины собирают в единый пакети предусматривают изоляционную прокладку между пакетами для предохранения отзамыкания между отдельными листами магнитопровода. Сборка встык упрощает монтажи демонтаж трансформатора. Пластины магнитопровода скрепляют в пакет либо спомощью изолированных от магнитопровода шпилек либо с помощью специальныхбандажей из капроновых ниток.

Броневыемагнитопроводысобирают из пластин Ш-образной формы и прямоугольных пластин, замыкающихШ-образную пластину. Эти магнитопроводы имеют один стержень, на которомрасполагают все обмотки трансформатора. Сборка броневого магнитопроводапроизводится так же, как и магнитопровода стержневого типа, описанного выше.

Поскольку в броневоммагнитопроводе обмотка размещается на среднем стержне, магнитный потокразветвляется на правую и левую части и, таким образом, в крайних стержнях егозначение будет в 2 раза меньше, чем в центральном; это позволяет уменьшитьсечение крайних стержней в 2 раза по сравнению с центральным. собирают изотдельных штампованных колец, покрытых изолирующим лаком; сборка производится спомощью намотки на пакет пластин ленточной лакоткани. Этот магнитопроводобладает наилучшими магнитными свойствами: наименьшее магнитное сопротивление,минимальные индуктивность рассеивания и чувствительность к внешним магнитнымполям, однако изготовление обмоток в данном случае может производиться толькона специальных станках челночного типа или вручную.

Ленточныемагнитопроводы стержневого и броневого типа собираются из отдельных, соединяемых встык,магнитопроводов подковообразной формы, а затем стягиваются специальныминакладками (хомутами). Такая конструкция магнитопровода значительно упрощаетсборку трансформатора. Ленточные магнитопроводы по сравнению с пластинчатымидопускают магнитную индукцию на 20—30 % выше, потерь в них меньше, заполнениеобъема магнитопровода и КПД трансформатора выше. По этим причинам ленточныемагнитопроводы находят все более широкое применение.

Тороидальные ленточныемагнитопроводы изготавливаютпутем навивки ленты на оправку заданного размера. Обмотки трансформаторапроизводятся на намоточных станках челночного типа.

Рисунок3. Конструкциямагнитопроводов трансформаторов

Обмотки трансформатора выполняют из медного или алюминиевого изолированногопровода. При изготовлении катушки с обмотками предусматриваются изолирующиепрокладки: межобмоточная, межслойная и внешняя.

Обмоточныепровода маркируются по диаметру, виду изоляции и нагревостойкости.

Дляповышения электрической прочности трансформаторы после сборки пропитываютэлектроизоляционными лаками, а иногда заливают специальными компаундами.

В трансформаторахсредней мощности ближе к стержню располагают обмотку низшего напряжения.Это позволяет уменьшить слой изоляции между обмоткой и стержнем, а также создаетлучшие условия охлаждения обмотки низшего напряжения, по которой протекаетбольший ток.

В низковольтныхтрансформаторах (до 100 В) малой мощности ближе к стержню помещают обмоткувысшего напряжения. Эта мера позволяет уменьшить стоимость трансформатора, таккак средняя длина витка обмотки высшего напряжения, выполняемой издорогостоящего провода малого сечения, получается в этом случае меньше.

В высоковольтныхтрансформаторах (свыше 1000В)применяется раздельноерасположение обмоток на стержнях магнитопровода.

В низковольтныхтрансформаторах обмотки располагаются в соответствии с рис.1.2, б

Рисунок4. Расположениеобмоток на каркасе: а – в высоковольтном трансформаторе; б — в низковольтном; в— в броневом

Достоинствотакого расположения обмоток — небольшое значение магнитного потока рассеянияиз-за меньшей толщины намотки и небольшой расход обмоточных проводов, так какснижение толщины намотки ведет к уменьшению средней длины витка обмотки.

В трансформаторахс броневыми магнитопроводами обмотки располагаются на одном стержне.

В трехфазномтрансформаторе на каждом из стержней располагаются первичная и вторичнаяобмотки данной фазы.

В тороидальныхтрансформаторах обмотки располагаются по всей длине магнитопровода.

Стержневые и броневые магнитопроводы снаходящимися на них обмотками собирают в узел с помощью шпилек и накладок либопутем запрессовки в скобу.

Тороидальныемагнитопроводы снаходящимися на них обмотками собирают в узел и крепят к шасси с помощьюкрепежных шайб и винта с гайкой.

В конструкции трансформатора должна бытьпредусмотрена панель, к которой припаиваются выводы обмоток. Корпустрансформатора (накладки, обоймы, скобы) электрически соединяется смагнитопроводом и заземляется. Эта мера необходима из соображений техникибезопасности на случай пробоя одной из обмоток.Видытрансформаторов

Выходной трансформатор

Кроме силовыхтрансформаторов, в ламповых радиоприемниках и усилителях употребляют выходные,междуламповые (или переходные) и входные (в усилителях низкой частоты)трансформаторы.

Выходные трансформаторыприменяются для согласования сопротивления громкоговорителя с сопротивлениеманодной цепи выходной лампы. Согласование это необходимо для того, чтобы можнобыло получить от лампы ту мощность, на которую она рассчитана. Отдать женаибольшую мощность лампа может только в том случае, если в анодной цепи еестоит нагрузка с сопротивлением, являющимся оптимальным для данной лампы. Всправочниках эта оптимальная нагрузка обозначается обычно Rа или Rаопт.

Анодная нагрузка выходныхнизкочастотных ламп составляет обычно несколько тысяч Ом, в то время каксопротивление обмоток современных громкоговорителей равна единицам Ом. Еслигромкоговоритель с такой низкоомной звуковой катушкой включить прямо в аноднуюцепь лампы, то только маленькая доля мощности будет расходоваться нагромкоговорителе, а вся остальная мощность будет бесполезно тратиться на нагревлампы. При включение же в анодную цепь лампы понижающего трансформатора, к выходнойобмотке которого подключен громкоговоритель, положение резко изменится.

Трансформатор, понижаянапряжение, действующее в анодной цепи лампы, в то же время как бы «повышает»сопротивление, подключенное к анодной цепи. Если коэффициент трансформации выходноготрансформатора равен 20:1, т.е. во вторичной (выходной) обмотке в 20 раз меньшевитков, чем в первичной (анодной), то напряжение, подводимое кгромкоговорителю, будет в 20 раз меньше действующего на аноде лампы, асопротивление, «ощущаемое» лампой, станет в 400 раз больше сопротивленияобмотки громкоговорителя, т.е. возрастет в 20*20=202 раз.

Расчет выходноготрансформатора сложен для начинающего радиолюбителя, поэтому в таблицеприведены данные обмоток выходных трансформаторов для наиболее употребляемыхвыходных ламп и громкоговорителей.

Входные трансформаторы

Входные трансформаторыслужат для согласования входа усилителя звуковой частоты с микрофоном,звукоснимателем или магнитной головкой. Так как максимальная амплитудапеременного напряжения для входных трансформаторов бывает не более 1В, то ихизготовляют повышающими. Входные трансформаторы должны иметь повышеннуюпомехозащищенность и слабую чувствительность к воздействию внешних магнитныхполей, так как в противном случае в них могут появиться значительные напряженияпомех.

Учитывая, что наименьшейчувствительностью к воздействию внешних магнитных полей обладают трансформаторыс магнитопроводами броневого или тороидального типа, входные трансформаторыизготавливаются на штампованных или ленточных сердечниках из пермаллоя. 80НХСили 79НМ, а также из стали. Входные трансформаторы помещают в экран илиопрессовывают пластмассой. Их крепят на печатных платах с помощью «лапок» илинепосредственно пайкой выводов из луженой проволоки диаметром 1 – 1,5 мм.

Междуламповые имеждукаскадные трансформаторы.

Междукаскадные трансформаторы применяются для связи в УЗЧ,получающих питание от автономных источников, так как в этом случае от усилителянеобходимо получить максимальный коэффициент усиления при минимальномколичестве транзисторов и радиоламп.

Конструктивномеждукаскадные трансформаторы не отличаются от входных. Они изготавливаются скоэффициентом трансформации не более чем 1:4, так как больший коэффициент вызываетбольшие гармонические искажения.

Междуламповыетрансформаторы употребляются, когда при ограниченном количестве ламп инебольшом анодном напряжении необходимо получить большое усиление. Такиетребования часто предъявляются к батарейным радиоприемникам.

Междуламповыетрансформаторы большей частью делают с малым сечением стального сердечника (1,5– 3 см2). Первичные обмотки, включаемые в анодную цепь лампы,обычно состоят из 3000 – 5000 витков эмалированного провода диаметром 0,08 – 0,1 мм. Вторичные обмотки трансформаторов имеют от 6000 до 20 000 витков того же провода, чтои первичная обмотка.

Коэффициент трансформациимеждуламповых трансформаторов, т.е. отношение количества витков первичнойобмотки к количеству витков вторичной обмотки, берутся в пределах от 1:2 до1:5.

Казалось бы, что длябольшего усиления надо иметь большие коэффициенты трансформации. Однако приповышении коэффициента трансформации даже только до 1:4, 1:5 трансформаторы ужедают заметно худшее качество воспроизведения звука, чем трансформаторы скоэффициентом 1:2. Причина в том, что при очень большом количестве витков вовторичной обмотке ее собственная емкость становится настолько большой, чтоухудшает трансформацию верхних звуковых частот.

Кроме того, намотанныйтонким проводом междуламповый трансформатор является наиболее надежной детальюприемника или усилителя.

Поэтому по возможностимеждуламповый трансформатор не следует применять.

Применение переходныхтрансформаторов в сетевых приемниках нежелательно ещё потому, что прииспользовании междулампового трансформатора очень трудно избавится отпрослушивания фона переменного тока. Это явление вызывается тем, что магнитныйпоток силового трансформатора не весь замыкается по сердечнику. Часть потока проходитв окружающем пространстве, пересекает витки обмотки междуламповоготрансформатора и наводит в нем переменное напряжение. Наведенное напряжениеусиливается и, попадая в громкоговоритель, создает неприятное гудение.

Расчетсетевого (силового) трансформатора

Классический расчеттрансформатора достаточно сложен и требует знания почти всех характеристик,которые мы не можем знать, т.к. для использования мы берем всегда случайнопопавший к нам сердечник. Поэтому, здесь для расчета трансформатора предлагаетсяэмпирический метод, многократно проверенный радиолюбителями и основанный напрактическом применении.

Для расчетасетевого трансформатора необходимо знать исходные данные, а именно напряжения итоки каждой обмотки. Первым шагом является определение суммарной мощности,которая вычисляется как сумма мощностей, потребляемой каждой об-моткой(мощность — это произведение тока на напряжение), поэтому:

/>, где U1I1, U2I2 ит.д. — произведения напряжений и то-ков вторичных обмоток (здесь ток — этомаксимальный ток нагрузки). Теперь определяем габаритную мощность, котораяполучается при делении на КПД:

КПД заранеезнать нельзя, но ее можно определить по таблице 1:

Знаягабаритную мощность трансформатора, находим сечение рабочего керна егосердечника, на котором находится катушка:/>

S — получается в квадратных сантиметрах.

Теперьнаходим ширину рабочего керна сердечника по формуле: />

Пополученному значению а (см.) выбираем из имеющихся в наличии сердечниковданное значение (можно больше), и находим толщину пакета с (см.):

Теперьопределяем количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения:

Коэффициент Кобычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь он зависит от свойствпластин стали сердечника. Для стали толщиной 0,35 мм, для сердечников С-образной формы, витых из тонкой стали, К=35. Для сердечников О-образнойформы, собранный из П- или Г-образных пластин без отверстий по углам, беремК=40. Если применяются пластины типа Ш без отверстий, то К=45, с отверстиямиК=50. Для пластин Ш-образной формы с отверстиями, толщиной 0,35 мм, К=60. Т.е. значением К можно варьировать, но учитывать, что уменьшение К облегчает намотку,но ужесточает работу трансформатора. При применении пластин извысококачественной стали этот коэффициент можно немного уменьшить, а при низкомкачестве нужно увеличить.

Теперь можнонайти количество витков первичной обмотки: />

Дляопределения количества витков вторичной обмотки, необходимо вводить дополнительныйкоэффициент m, учитывающий падение напряжения на ней:

Коэффициент mзависит от силы тока, протекающего по данной обмотке, табл.2:

Диаметрпроводов вторичных обмоток можно найти:/>

где d-диаметрпровода по меди, мм; I-сила тока в обмотке, А; p-коэффициент, учитывающийдопустимый нагрев, зависящий от марки провода, табл. 3:

Силу тока впервичной обмотке можно определить так:

Примеррасчета

Нужнорассчитать трансформатор со следующими данными:

U1=6,3В, I1=1,5А;U2=12В, I2=0,3А; U3=120В, I3=0,059А. Находим суммарную мощность:Рсумм=6,3*1,5+12*0,3+120*0,059=20,13 Вт. С помощью табл.1 определяем габаритнуюмощность: Рг=20,13/0,85=23,7 Вт. Находим сечение трансформатора:

Находимприближенное значение ширины рабочего керна:

Выбираемпластины трансформатора типа Ш-19, для которых а=1,9 см, и находим толщинупакета:

с=S/a=5,84/1,9=3,1см.

Фактическиполученное сечение рабочего керна сердечника:

S=ac=1,9*3,1=5,89см2.

Определяемкоэффициент К. Допустим, что используются пластины трансформаторной стали типаШ-19 без отверстий по углам. Тогда К=45. Находим количество витков на 1 В:

n=K/S=45/5,89=7,64.

Определяемколичество витков первичной обмотки при питании от сети напряжением 220 В:

WI=UI*n=220*7,64=1680витков.

Находим изтабл. 3 коэффициент m для каждой из вторичных обмоток: при I1=1,5A, m1=1,04;

при I2=0,3A, m2=1,02;

при I3=0,059A, m3=1,00.

Определяемколичество витков каждой из вторичных обмоток с округлением до ближайшегоцелого числа:

W1=m1U1n=1,04*6,3*7,64=50витков;

W2=m2U2n=1,02*12*7,64=94витков;

W3=m3U3n=1,00*120*7,64=917витков;

Находим силутока в первичной обмотке: I1=Pг/Uсети=23,7/220=0,108 А.

Находимдиаметр провода первичной обмотки: />

Находимдиаметры проводов вторичных обмоток. Для этого составляем таблицу намоточныхданных, где диаметры проводов по меди выбраны из ближайших больших стандартныхзначений, а диаметры проводов в изоляции взяты на 10% больше, чем диаметрыпроводов по меди, табл. 4.

Практическоеприменение трансформатора

Трансформаторы широко используются в промышленности и быту для различныхцелей:

1. Для передачи и распределения электрической энергии.

Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатываютэлектрическую энергию при напряжении 6-24 кВ, а передавать электроэнергию надальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330,400, 500, и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливаюттрансформаторы, осуществляющие повышение напряжения.

Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями,населёнными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутрипромышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям, принапряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех распределительныхузлах должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение до величины220, 380 и 660 В (рис. 6)

Рис. 6.Трансформатор в схеме передачи и распределения энергии

2. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей впреобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входепреобразователя. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называютсяпреобразовательными.

3. Для различных технологических целей: сварки (сварочныетрансформаторы), питания электротермических установок (электропечныетрансформаторы) и др.

4. Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры,устройств связи и автоматики, электробытовых приборов, для разделенияэлектрических цепей различных элементов указанных устройств, для согласованиянапряжения и пр.

5. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов(реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которымпроходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспеченияэлектробезопастности. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называютсяизмерительными.

Список используемойлитературы

1. Боровик С.С.,Бродский М.А. Ремонт и регулировка бытовой радиоэлектронной аппаратуры.Вышэйшая школа. Минск, 1989.

2. Брускин Д.Э. идр. Электрические машины. Т.1. Высшая школа. М., 1987.

3. Сидоров И.Н.,Скорняков С.В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры, Москва«Радио и связь», 1994.

4. http://elcs.narod.ru/articles2.html

5. http://model.exponenta.ru/electro/0070.htm

www.ronl.ru

Читать реферат по электротехнике: "Трансформатор: создание и принцип действия"

(Назад) (Cкачать работу)

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЛИЦЕЙ №4“Òðàíñôîðìàòîðû”Выполнил: Комиссаров Д.В.

Преподаватель: Антонова Т.А.

г. Пенза

1999г.

ПЛАН:

Трансформатор: создание и принцип действия.

Области применения трансформаторов.

Общее устройство и назначение трансформаторов для бытовой радиоэлектронной аппаратуры.

Расчёт силового трансформатора.

Трансформатор: создание и принцип действия.

П.Н. Яблочков предложил способ “дробления света” для своих свечей при помощи трансформатора. В дальнейшем конструкцию трансформаторов разрабатывал другой русский изобретатель И.Ф. Усагин, который предложил применять трансформаторы для питания не только свечей Яблочкова, но и других приемников.

В дальнейшем несколько конструкций однофазных трансформаторов с замкнутым магнитопроводом были созданы венгерскими электротехниками О. Блати, М. Дери иК. Циперновским. Для развития трансформаторостроения и вообще электромашиностроения большое значение имели работы профессора А.Г. Столетов по исследованию магнитных свойств стали и расчету магнитных цепей.

Области применения трансформаторов.

Трансформаторы широко используются для следующих целей:

Для передачи и распределения электрической энергии.

Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на входе и выходе преобразователя.

Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питание электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др. Мощность их достигает десятков тысяч киловольт-ампер при напряжение до 10 кВ; они работают обычно при частоте 50 Гц.

Для включение электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов, например реле, в электрические цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности.

Для питания различных цепей радио- и телевизионной аппаратуры; устройств связи, автоматики и телемеханики, электробытовых приборов; для разделения электрических цепей различных элементов этих устройств; для согласования напряжений и т.п.

Повышающая обмотка трансформатора питания выполняется со средним выводом при использовании двухполупериодного выпрямителя на двух диодах и без среднего вывода для мостовой схемы выпрямителя.3. Общее устройство и назначение трансформаторов для бытовой радиоэлектронной аппаратуры.

Общее устройство трансформатора видно из представленного

referat.co

Реферат - Принципы работы трансформаторов

Принципы работы трансформаторов

Введение

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — статическое (не имеющее подвижных частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока обычно другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности.

Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток, охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

1. История

Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.

Столетов Александр Григорьевич (профессор МУ) сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика. Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.

В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку. Она явилась прообразом трансформатора.

Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон.

С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока, построил первый трёхфазный асинхронный двигатель и первый трёхфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км трёхфазный генератор имел мощность 230 КВт при напряжении 95 В.

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 проката 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.

2. Виды трансформаторов

2.1 Силовой трансформатор

2.2 Автотрансформатор

Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет. Зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость. Особенно эффективен автотрансформатор в случаях, когда необходимо получить вторичное напряжение, не сильно отличающееся от первичного.

2.3 Трансформатор тока

2.4 Трансформатор напряжения

2.5 Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

2.6 Разделительный трансформатор

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

2.7 Пик-трансформатор

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между двумя различными базовыми концепциями.

3. Конструкция трансформтора

Основными частями конструкции трансформатора являются:

магнитная система (магнитопровод)

обмотки

система охлаждения

3.1 Магнитная система (магнитопровод)

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется — стержень.Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, называется — ярмо.

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости .

--PAGE_BREAK--

Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях.

Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней.

Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня .

3.2 Обмотки

3.3 Дисковая обмотка

Обмотки разделяют по:

Назначению

Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.

Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.

Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.

Исполнению

Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.

Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.

Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.

Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.

3.3.1 Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов

Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:

Y-соединение, так называемой соединение звездой, где все три обмотки соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной точке, называемой нейтральной точкой или звездой

D-соединение, так называемое дельта-соединение, или соединение треугольником, где три фазных обмотки соединены последовательно и образуют кольцо (или треугольник)

Z-соединение, так называемое соединение зигзагом

Первичная, вторичная и третичная стороны трансформатора могут быть соединены любым из трёх способов, показанным выше. Данные способы предлагают несколько различных комбинаций соединений в трансформаторах с различными характеристиками, выбор которых также может быть обусловлен типом сердечника.

В соединенной треугольником обмотке ток, протекающий по каждой фазовой обмотке равен фазному току, разделённому на />, в то время как в соединении звездой, линейный ток каждой фазной обмотки идентичен линейному току сети. С другой стороны, для одинакового напряжения соединение треугольником требует наличия трёхкратного количества витков по сравнению с соединением звездой. Соединение обмотки треугольником выгодно использовать в высоковольтных трансформаторах, когда сила тока высока, а напряжение относительно низкое, как например, в обмотке низшего напряжения в повышающих трансформаторах.

Соединение обмотки треугольником позволяет циркулировать троичным синусоидальным токам внутри треугольника, образованного тремя последовательно соединёнными фазными обмотками. Троичные синусоидальные токи необходимы во избежание искажения потока магнитных индукций в сердечнике, а также искажения при синусоидальной форме наведённого напряжения. Троичные синусоидальные токи во всех трёх фазах имеют одинаковую продолжительность, данные токи не могут циркулировать в обмотке, соединённой звездой, пока нейтраль обмотки не замкнута.

Недостаток троичных синусоидальных токов в намагничивающем токе может привести к значительным искажениям наведённого напряжения, в случаях, если у сердечника 5 стержней, или он исполнен в броневом варианте. Соединённая треугольником обмотка трансформатора устранит данное нарушение, так как обмотка с соединением треугольником обеспечит затухание гармонических токов. Иногда в трансформаторах предусмотрено наличие третичной D-соединённой обмотки, предусмотренной не для зарядки, а для предотвращения искажения напряжения и понижения полного сопротивления нулевой последовательности. Такие обмотки называются компенсационными. Распределительные трансформаторы, предназначенные для зарядки, между фазой и нейтралью на стороне первого контура, снабжены обычно соединённой треугольником обмоткой. Однако ток в соединённой треугольником обмотке может быть очень слабым для достижения минимума номинальной мощности, а требуемый размер проводника обмотки чрезвычайно неудобен для заводского изготовления. В подобных случаях высоковольтная обмотка может быть соединена звездой, а вторичная обмотка — зигзагообразно. Токи нулевой последовательности, циркулирующие в двух отводах зигзагообразно соединённой обмотки будут балансировать друг друга, полное сопротивление нулевой последовательности вторичной стороны главным образом определяется полем рассеяния магнитного поля между двумя разветвлениями обмоток, и выражается весьма незначительной цифрой.

Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток принято выражать группой соединений. Для описания напряжения смещения между первичной и вторичной, или первичной и третичной обмотками, традиционно используется пример с циферблатом часов. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0° до 360°, а кратность сдвига составляет 30°, то для обозначения группы соединений выбирается ряд чисел от 1 до 12, в котором каждая единица соответствует углу сдвига в 30°. Одна фаза первичной указывает на 12, а соответствующая фаза другой стороны указывает на другую цифру циферблата.

Наиболее часто используемая комбинация Yd11 означает, например, наличие 30º смещения нейтрали между напряжениями двух.

Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов

Схема соединения обмоток

Диаграмма векторов напряжения холостого хода*

Условное обозначение

ВН

НН

У/Д-11

продолжение --PAGE_BREAK--

3.4 Бак

4.Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора. 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная

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)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе, сдвинутый по фазе, при синусоидальном токе, на 90° по отношению к току в первичной обмотке. 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.

4.1 Режим холостого хода

Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток через первичную обмотку невелик, и определяется в основном её индуктивным сопротивлением. Возможен вариант исполнения трансформатора с приблизительно равными токами холостого хода и под нагрузкой. Трансформаторы, не имеющие режима холостого хода, получаются меньше и легче.

4.2 Режим с нагрузкой

Схематично, процесс преобразования можно изобразить следующим образом: />

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке, и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока, и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке.

4.3.Закон Фарадея

ЭДС, создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит, что:

Где

U2 — Напряжение на вторичной обмотке,

N2 — число витков во вторичной обмотке,

Φ — суммарный магнитный поток, через один виток обмотки. Если витки обмотки расположены перпендикулярно линиям магнитного поля, то поток будет пропорционален магнитному полю B и площади S через которую он проходит.

ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно:

Где

U1 — мгновенное значение напряжения на концах первичной обмотки,

N1 — число витков в первичной обмотке.

Поделив уравнение U2 на U1, получим отношение:

4.4 Уравнения идеального трансформатора

Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток.В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия, равна преобразованной энергии:

Где P1 — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи,

P2 — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.

Соединив это уравнение с отношение напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:

Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения.[15] Например, сопротивление Z2 подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет

/>.

Данное правило справедливо также и для вторичной цепи:

/>.

5. Обозначение на схемах

На схемах трансформатор обозначается следующим образом:

Центральная толстая линия соответствует сердечнику, 1 — первичная обмотка (обычно слева), 2,3 — вторичные обмотки. Число полуокружностей в каком-то грубом приближении символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности).

6. Применение трансформаторов

Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

6.1 Применение в электросетях

Несмотря на высокий КПД трансформатора (свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности (до 4000 кВт).

продолжение --PAGE_BREAK--

6.2 Применение в источниках питания

Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Например, в телевизоре используются напряжения от 5 вольт для питания микросхем и транзисторов, до 30 киловольт для питания анода кинескопа. Все эти напряжения обычно получаются с помощью строчного трансформатора). В блоке питания персонального компьютера обычно также применяется трансформатор, на который подаётся переменный ток от специального управляемого электронного генератора. С помощью обратных связей выходное напряжение поддерживается на необходимом уровне. Блоки питания в устройствах, которые используют несколько существенно различных напряжений, зачастую содержат трансформаторы со многими вторичными обмотками.

В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому в современных блоках питания переменное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют в высокочастотные импульсы, которые подаются на импульсный трансформатор, который преобразует их во все нужные напряжения. Такая конструкция заметно уменьшает массу блока питания.

6.3 Другие применения трансформатора

Разделительные трансформаторы (трансформаторная гальваническая развязка). Нейтральный провод электросети может иметь контакт с «землёй», поэтому при одновременном касании человеком фазового провода (а также корпуса прибора с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же прибор включён в сеть через трансформатор, касание прибора одной рукой вполне безопасно, поскольку вторичная цепь трансформатора никакого контакта с землёй не имеет.

Импульсные трансформаторы (ИТ). Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

Измерительные трансформаторы. Применяют для измерения очень больших или очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях РЗиА.

Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют широкое применение в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до мегаватта), например, в дизель-генераторах. Такой трансформатор представляет собой измерительный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор — трёхфазный, обязательно применяется и трёхфазный трансформатор). Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора — чем больше нагрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и наоборот.

Согласующие трансформаторы. Из законов преобразования напряжения и тока для первичной и вторичной обмотки (I1=I2w2/w1,U1=U2w1/w2) видно, что со стороны цепи первичной обмотки всякое сопротивление во вторичной обмотке выглядит в (w1/w2)² раз больше. Поэтому согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадам электронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление. Например, высоким выходным сопротивлением может обладать выходной каскад усилителя звуковой частоты, особенно, если он собран на лампах, в то время как динамики имеют очень низкое сопротивление. Согласующие трансформаторы также исключительно полезны в высокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.

Фазоинвертирующие трансформаторы. Трансформатор передаёт только переменную компоненту сигнала, поэтому даже если все постоянные напряжения в цепи имеют один знак относительно общего провода, сигнал на выходе вторичной обмотки трансформатора будет содержать как положительную, так и отрицательную полуволны, причём, если центр вторичной обмотки трансформатора подключить к общему проводу, то напряжение на двух крайних выводах этой обмотки будет иметь противоположную фазу. До появления широко доступных транзисторов с npn типом проводимости фазоинвертирующие трансформаторы применялись в двухтактных выходных каскадах усилителей, для подачи противоположных по полярности сигналов на базы двух транзисторов каскада. К тому же, из-за отсутствия «ламп с противоположным зарядом электрона», фазоинвертирующий трансформатор необходим в ламповых усилителях с двухтактным выходным каскадом.

7. Теория трансформаторов

7.1 Уравнения линейного трансформатора

/>.

Индуктивности обмоток в первом приближении пропорциональны квадрату количества витков в них.

Для этого рассмотрим отклик системы на синусоидальный сигнал

u1=U1 e-jω t

(ω=2π f, где f — частота сигнала, j — мнимая единица).

Тогда i1=I1 e-jω t и т. д., сокращая экспоненциальные множители получим

U1=-jωL1 I1 -jωL12 I2+I1 R1

-jωL2 I2 -jωL12 I1+I2 R2 =-I2 Zн

7.2 Т-образная схема замещения трансформатора

Здесь T — коэффициент трансформации, L12 — «полезная» индуктивность первичной обмотки, L1п, L2п — паразитные индуктивности первичной и вторичной обмотки (связанные с рассеянием),R1п, R2п — паразитные сопротивления первичной и вторичной обмотки соответственно, Zн — импеданс нагрузки.

7.3 Потери в трансформаторах

Степень потерь (и снижения КПД) в трансформаторе зависит, главным образом, от качества, конструкции и материала «трансформаторного железа» (электротехническая сталь). Потери в стали состоят в основном из потерь на нагрев сердечника, на гистерезис и вихревые токи. Потери в трансформаторе, где «железо» монолитное значительно больше, чем в трансформаторе, где оно составлено из многих секций (так как в этом случае уменьшается количество вихревых токов). На практике монолитные сердечники не применяются. Для снижения потерь в магнитопроводе трансформатора, также, магнитопровод изготавливается из специальных сортов трансформаторной стали с добавлением кремния, который повышает удельное сопротивление железа электрическому току, а сами пластины лакируются для изоляции друг от друга. Кроме того потери в трансформаторе добавляются за счёт нагрева проводов. Это учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления.

7.4 Режимы работы трансформатора

7.5 Габаритная мощность

Габаритная мощность трансформатора описывается следующей формулой:

Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2

1 — первичной обмотки

2 — вторичной обмотки

7.6 КПД трансформатора

КПД трансформатора нах Габаритная мощность трансформатора описывается следующей формулой:

Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2

1 — первичной обмотки

2 — вторичной обмотки

продолжение --PAGE_BREAK--

И находится по следующей формуле:

где

P0 — потери холостого хода (кВт) при номинальном напряжении

PL — нагрузочные потери (кВт) при номинальном токе

P2 — активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузку

n — относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1).

8.Эксплуатация

8.1 Срок службы

Срок службы трансформатора может быть разделен на две категории:

Экономический срок службы — экономический срок службы заканчивается, когда капитализированная стоимость непрерывной работы существующего трансформатора превысит капитализированную стоимость нового капиталовложения. На практике это обычно означает что стоимость общих потерь старого трансформатора становится слишком высокой. Увеличивается доля косвенных рисков и убытков, связанных со временем простоя электрооборудования.

Технический срок службы

8.2 Работа в параллельном режиме

При параллельном подключении двух и более трансформаторов требуется следующее:

1.параллельно могут работать только трансформаторы, имеющие одинаковую угловую погрешность между первичным и вторичным напряжениями;

2.полюса с одинаковой полярностью на сторонах высокого и низкого напряжения должны быть соединены параллельно;

3.трансформаторы должны иметь примерно тот же самый коэффициент передачи по напряжению;

4.напряжение полного сопротивления короткого замыкания должно быть одинаковым, в пределах ±10 %;

5.отношение мощностей трансформаторов не должно отклоняться более чем 1:3;

6.переключатели числа витков должны стоять в положениях, дающих коэффициент передачи по напряжению как можно ближе. Отклонение от вышеприведенных требований возможны при условии, что имеются в наличии соответствующие знания.

8.3 Частота

При одинаковых напряжениях первичной обмотки трансформатор, разработанный для частоты 50 Гц, может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не наоборот. При этом необходимо принять во внимание, что возможно потребуется заменить навесное электрооборудование. При частоте меньше номинальной материал магнитопровода входит в насыщение, что ведёт к увеличению токов через первичную обмотку и, как следствие, ее перегрев с вытекающими последствиями.

8.4 Регулирование напряжения трансформатора

9. Перенапряжения трансформатора

9.1 Виды перенапряжений

Кратковременное перенапряжение — напряжение промышленной частоты относительной продолжительности, колеблющейся в пределах менее 1 секунды до нескольких часов.

Переходное перенапряжение — кратковременное перенапряжение в пределах от наносекунд до нескольких миллисекунд. Период нарастания может колебаться от нескольких наносекунд до нескольких миллисекунд. Переходное перенапряжение может быть колебательным и неколебательным. Они обычно имеют однонаправленное действие.

Перенапряжения классифицируются на две основные группы, характеризующих их происхождение:

Перенапряжения, вызванные атмосферными воздействиями. Чаще всего переходные перенапряжения возникают вследствие грозовых разрядов вблизи высоковольтных линий передач, подсоединенных к трансформатору, однако иногда грозовой импульс может поразить трансформатор или саму линию передачи. Пиковая величина напряжения зависит от тока грозового импульса, является статистической переменной. Зарегистрированы токи грозового импульса свыше 100 кА. В соответствии с измерениями, проведенными на высоковольтных линиях электропередач в 50 % случаях пиковая величина токов грозового импульса находится в пределах от 10 до 20 кА. Расстояние между трансформатором и точкой воздействия грозового импульса влияет на время нарастания импульса, поразившего трансформатор, чем короче расстояние до трансформатора, тем короче время.

Перенапряжения, сформированные внутри силовой системы. Данная группа охватывает как кратковременные так и переходные перенапряжения, возникшие вследствие изменения условий эксплуатации и обслуживания силовой системы. Данные изменения могут быть вызваны нарушением процесса коммутации или поломкой. Временные перенапряжения вызваны коротким замыканием на землю, сбросом нагрузки или феноменом низкочастотного резонанса. Переходные перенапряжения возникают в случаях, когда часто отключается или подключается к системе. Также они могут возникнуть при возгорании внешней изоляции. При переключении реактивной нагрузки, переходное напряжение может возрасти до 6-7 p.u. вследствие многочисленных прерываний тока переходного процесса в автоматическом прерывателе с временем нарастания импульса до нескольких долей микросекунд.

9.1.1 Способность трансформатора выдерживать перенапряжения

Дополнительным уФсловием высокой степени надёжности является обеспечение приемлемых ограничений перенапряжения, так как трансформатор в процессе эксплуатации может быть подвергнут более серьёзным перенапряжениям по сравнению с условиями тестовых испытаний.

Необходимо подчеркнуть чрезвычайную важность планирования и учёта всех типов перенапряжений, которые могут возникнуть в силовой системе. Для нормального выполнения данного условия, необходимо понимание происхождения различных типов перенапряжения. Величина различных типов перенапряжений является статистической переменной. Способность изоляции выдерживать перенапряжения также является статистической переменной.

Литература

1.Основы теории цепей, Г. И. Атабеков, Лань, С-Пб.,-М.,-Краснодар, 2006.

2.Электрические машины, Л. М. Пиотровский, Л., «Энергия», 1972.

3.Силовые трансформаторы. Справочная книга/Под ред. С. Д. Лизунова, А. К. Лоханина. М.: Энергоиздат 2004

4.Электрические машины: Трансформаторы: Учебное пособие для электромех. спец. вузов/Б. Н. Сергеенков, В. М. Киселёв, Н. А. Акимова; Под ред. И. П. Копылова. — М.: Высш. шк., 1989

5.Электрические машины, А. И. Вольдек, Л., «Энергия», 1974.

6.Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. — М.: Энергия, 1981

7.Конструирование трансформаторов. А. В. Сапожников. М.: Госэнергоиздат. 1959.

8.Расчёт трансформаторов. Учебное пособие для вузов. П. М. Тихомиров. М.: Энергия, 1976

www.ronl.ru

Реферат Трансформатор

скачать

Реферат на тему:

План:

1 История
2 Виды трансформаторов
- 2.1 Силовой трансформатор
- 2.2 Автотрансформатор
- 2.3 Трансформатор тока
- 2.4 Трансформатор напряжения
- 2.5 Импульсный трансформатор
- 2.6 Разделительный трансформатор
- 2.7 Пик-трансформатор
- 2.8 Сдвоенный дроссель
- 2.9 Трансфлюксор
3 Основные части конструкции трансформатора
- 3.1 Магнитная система (магнитопровод)
- 3.2 Обмотки
  - 3.2.1 Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов
- 3.3 Бак
4 Базовые принципы действия трансформатора
- 4.1 Режим холостого хода
- 4.2 Режим короткого замыкания
- 4.3 Режим с нагрузкой
- 4.4 Закон Фарадея
- 4.5 Уравнения идеального трансформатора
5 Обозначение на схемах
6 Применение трансформаторов
- 6.1 Применение в электросетях
- 6.2 Применение в источниках электропитания
- 6.3 Другие применения трансформатора
7 Теория трансформаторов
- 7.1 Уравнения линейного трансформатора.
- 7.2 Т-образная схема замещения трансформатора.
- 7.3 Потери в трансформаторах
- 7.4 Режимы работы трансформатора
- 7.5 Габаритная мощность
- 7.6 КПД трансформатора
8 Эксплуатация
- 8.1 Срок службы
- 8.2 Работа в параллельном режиме
- 8.3 Частота
- 8.4 Регулирование напряжения трансформатора
- 8.5 Диагностика причин неисправности
9 Перенапряжения трансформатора
- 9.1 Виды перенапряжений
  - 9.1.1 Способность трансформатора выдерживать перенапряжения
11 Нормативные документы

Введение

Трансформатор

Мачтовая трансформаторная подстанция с трёхфазным понижающим трансформатором

1. История

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.[1]

2. Виды трансформаторов

2.1. Силовой трансформатор

2.2. Автотрансформатор

2.3. Трансформатор тока

2.4. Трансформатор напряжения

2.5. Импульсный трансформатор

2.6. Разделительный трансформатор

2.7. Пик-трансформатор

2.8. Сдвоенный дроссель

2.9. Трансфлюксор

3. Основные части конструкции трансформатора

Стержневой тип трёхфазных трансформаторов

Броневой тип трёхфазных трансформаторов

Стержневой
Броневой
Тороидальный

Основными частями конструкции трансформатора являются:

магнитная система (магнитопровод)
обмотки
система охлаждения

3.1. Магнитная система (магнитопровод)

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется — стержень[10]

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости
Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях
Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней
Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня

3.2. Обмотки

Транспонированный кабель применяемый в обмотке трансформатора

Дисковая обмотка

Обмотки разделяют по:

Назначению
- Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.
- Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
- Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.
Исполнению
- Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
- Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.
- Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.
- Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.

3.2.1. Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов

Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:

Y-соединение, так называемой соединение звездой, где все три обмотки соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной точке, называемой нейтральной точкой или звездой
Δ-соединение, так называемое дельта-соединение, или соединение треугольником, где три фазных обмотки соединены последовательно и образуют кольцо (или треугольник)
Z-соединение, так называемое соединение зигзагом

У/Д-11

3.3. Бак

4. Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора. 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная

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)

4.1. Режим холостого хода

Напряжение на вторичной обмотке в первом приближении определяется законом Фарадея

4.2. Режим короткого замыкания

Данный режим широко используется в измерительных трансформаторах тока.

4.3. Режим с нагрузкой

Схематично, процесс преобразования можно изобразить следующим образом:

4.4. Закон Фарадея

ЭДС, создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит, что:

Где

ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно:

Где

U1 — мгновенное значение напряжения на концах первичной обмотки, N1 — число витков в первичной обмотке.

Поделив уравнение U2 на U1, получим отношение[16]:

4.5. Уравнения идеального трансформатора

Схема

Где

5. Обозначение на схемах

На схемах трансформатор обозначается следующим образом:

6. Применение трансформаторов

Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

6.1. Применение в электросетях

6.2. Применение в источниках электропитания

Компактный сетевой трансформатор

В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц.

6.3. Другие применения трансформатора

Разделительные трансформаторы (трансформаторная гальваническая развязка). Нейтральный провод электросети может иметь контакт с «землёй», поэтому при одновременном касании человеком фазового провода (а также корпуса прибора с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же прибор включён в сеть через трансформатор, касание прибора одной рукой вполне безопасно, поскольку вторичная цепь трансформатора никакого контакта с землёй не имеет.
Импульсные трансформаторы (ИТ). Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ, заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.
Измерительные трансформаторы. Применяют для измерения очень больших или очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях РЗиА.
Измерительный трансформатор постоянного тока. На самом деле представляет собой магнитный усилитель, при помощи постоянного тока малой мощности управляющий мощным переменным током. При использовании выпрямителя ток выхода будет постоянным и зависеть от величины входного сигнала.
Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют широкое применение в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до мегаватта), например, в дизель-генераторах. Такой трансформатор представляет собой измерительный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор — трёхфазный, обязательно применяется и трёхфазный трансформатор). Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора — чем больше нагрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и наоборот.
Согласующие трансформаторы. Из законов преобразования напряжения и тока для первичной и вторичной обмотки (I1=I2w2/w1,U1=U2w1/w2) видно, что со стороны цепи первичной обмотки всякое сопротивление во вторичной обмотке выглядит в (w1/w2)² раз больше. Поэтому согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадам электронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление. Например, высоким выходным сопротивлением может обладать выходной каскад усилителя звуковой частоты, особенно, если он собран на лампах, в то время как динамики имеют очень низкое сопротивление. Согласующие трансформаторы также исключительно полезны в высокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям.

Фазоинвертирующие трансформаторы. Трансформатор передаёт только переменную компоненту сигнала, поэтому даже если все постоянные напряжения в цепи имеют один знак относительно общего провода, сигнал на выходе вторичной обмотки трансформатора будет содержать как положительную, так и отрицательную полуволны, причём, если центр вторичной обмотки трансформатора подключить к общему проводу, то напряжение на двух крайних выводах этой обмотки будет иметь противоположную фазу. До появления широко доступных транзисторов с npn типом проводимости фазоинвертирующие трансформаторы применялись в двухтактных выходных каскадах усилителей, для подачи противоположных по полярности сигналов на базы двух транзисторов каскада. К тому же, из-за отсутствия «ламп с противоположным зарядом электрона», фазоинвертирующий трансформатор необходим в ламповых усилителях с двухтактным выходным каскадом.

7. Теория трансформаторов

7.1. Уравнения линейного трансформатора.

U1=-jωL1 I1 -jωL12 I2+I1 R1

-jωL2 I2 -jω L12 I1+I2 R2 =-I2 Zн

7.2. Т-образная схема замещения трансформатора.

7.3. Потери в трансформаторах

7.4. Режимы работы трансформатора

7.5. Габаритная мощность

Габаритная мощность трансформатора описывается следующей формулой:

Pгаб=(P1 + P2)/2=(U1I1 + U2I2)/2

1 — первичной обмотки
2 — вторичной обмотки

7.6. КПД трансформатора

КПД трансформатора находится по следующей формуле:

где

8. Эксплуатация

8.1. Срок службы

Срок службы трансформатора может быть разделен на две категории:

Экономический срок службы — экономический срок службы заканчивается, когда капитализированная стоимость непрерывной работы существующего трансформатора превысит капитализированную стоимость доходов от эксплуатации этого трансформатора. Или экономический срок жизни трансформатора (как актива) заканчивается тогда, когда удельные затраты на трансформацию энергии с его помощью становятся выше удельной стоимости аналогичных услуг на рынке трансформации энергии.
Технический срок службы

8.2. Работа в параллельном режиме

При параллельном подключении двух и более трансформаторов требуется следующее[20]:

Параллельно могут работать только трансформаторы, имеющие одинаковую угловую погрешность между первичным и вторичным напряжениями.
Полюса с одинаковой полярностью на сторонах высокого и низкого напряжения должны быть соединены параллельно.
Трансформаторы должны иметь примерно тот же самый коэффициент передачи по напряжению.
Напряжение полного сопротивления короткого замыкания должно быть одинаковым, в пределах ±10 %.
Отношение мощностей трансформаторов не должно отклоняться более чем 1:3.
Переключатели числа витков должны стоять в положениях, дающих коэффициент передачи по напряжению как можно ближе.

8.3. Частота

8.4. Регулирование напряжения трансформатора

8.5. Диагностика причин неисправности

Вид неисправности Причина

Перегрев	Перегрузка
Перегрев	Низкий уровень масла
Перегрев	Замыкания
Перегрев	Недостаточное охлаждение
Пробой	Перегрузка
Пробой	Загрязнение масла
Пробой	Низкий уровень масла
Пробой	Старение изоляции витков
Обрыв	Плохое качество пайки
Обрыв	Сильные электромеханические деформации при КЗ
Повышенное гудение	Ослабление прессовки шихтованного магнитопровода
Повышенное гудение	Перегрузка
Повышенное гудение	Несимметричная нагрузка
Повышенное гудение	КЗ в обмотке

9. Перенапряжения трансформатора

9.1. Виды перенапряжений

Кратковременное перенапряжение — напряжение промышленной частоты относительной продолжительности, колеблющейся в пределах менее 1 секунды до нескольких часов.
Переходное перенапряжение — кратковременное перенапряжение в пределах от наносекунд до нескольких миллисекунд. Период нарастания может колебаться от нескольких наносекунд до нескольких миллисекунд. Переходное перенапряжение может быть колебательным и неколебательным. Они обычно имеют однонаправленное действие.

Перенапряжения классифицируются на две основные группы, характеризующих их происхождение:

Перенапряжения, вызванные атмосферными воздействиями. Чаще всего переходные перенапряжения возникают вследствие грозовых разрядов вблизи высоковольтных линий передач, подсоединенных к трансформатору, однако иногда грозовой импульс может поразить трансформатор или саму линию передачи. Пиковая величина напряжения зависит от тока грозового импульса, является статистической переменной. Зарегистрированы токи грозового импульса свыше 100 кА. В соответствии с измерениями, проведенными на высоковольтных линиях электропередач в 50 % случаях пиковая величина токов грозового импульса находится в пределах от 10 до 20 кА. Расстояние между трансформатором и точкой воздействия грозового импульса влияет на время нарастания импульса, поразившего трансформатор, чем короче расстояние до трансформатора, тем короче время.
Перенапряжения, сформированные внутри силовой системы. Данная группа охватывает как кратковременные так и переходные перенапряжения, возникшие вследствие изменения условий эксплуатации и обслуживания силовой системы. Данные изменения могут быть вызваны нарушением процесса коммутации или поломкой. Временные перенапряжения вызваны коротким замыканием на землю, сбросом нагрузки или феноменом низкочастотного резонанса. Переходные перенапряжения возникают в случаях, когда часто отключаются или подключаются к системе. Также они могут возникнуть при возгорании внешней изоляции. При переключении реактивной нагрузки, переходное напряжение может возрасти до 6-7 p.u. вследствие многочисленных прерываний тока переходного процесса в автоматическом прерывателе с временем нарастания импульса до нескольких долей микросекунд.

9.1.1. Способность трансформатора выдерживать перенапряжения

Примечания

↑ 1234 Харламова Т. Е. История науки и техники. Электроэнергетика. Учебное пособие.-СПб:СЗТУ, 2006. 126 с.
↑ 12 Кислицын А. Л. Трансформаторы: Учебное пособие по курсу «Электромеханика».- Ульяновск: УлГТУ, 2001. — 76 с ISBN 5-89146-202-8
Силовые трансформаторы: основные вехи развития к.т. н. Савинцев Ю.М - www.rus-trans.com/index.php?show_aux_page=41. Доступно на 25.01.2010
Силовой трансформатор: этапы эволюции. Д.т. н., проф. Попов Г. В. на transform.ru - www.transform.ru/articles/html/04production/prod00001.article. Доступно на 02.08.2008
↑ 12 История трансформатора на energoportal.ru - www.energoportal.ru/article16.htm. Доступно на 02.08.2008
Словарь Бензаря
ГОСТ 30030-93 Трансформаторы разделительные и безопасные разделительные трансформаторы. Технические требования (МЭК 742-83)
Ассоциативное запоминающее устройство - bse.sci-lib.com/article077414.html — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
Не стоит путать с «трансфлюктором», который выполняет роль фильтра.
↑ 12 ГОСТ 16110-82. ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ. Термины и определения
ABB Transformer Handbook - www.abb.com/transformers
ГОСТ 11677-85. ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ: Общие технические условия
Кацман М.М. Электрические машины и трансформаторы. Учебник для техникумов для электротехнических и энергетических специальностей. М., "Высшая школа", 1971, 416с.
В случае достаточной индуктивности трансформатора и частоты тока.
↑ 12 http://model.exponenta.ru/electro/0070.htm - model.exponenta.ru/electro/0070.htm Дубовицкий Г. П. Трансформаторы
Winders Power Transformer Principles and Applications. — P. 20–21.
Толмачёв — лекция 8 - ets.ifmo.ru/tolmachev/et1/ET1_8/text.htm
История Трансформатора - innovatory.narod.ru/transformer.html
Flanagan William M. Handbook of Transformer Design and Applications. — McGraw-Hill Professional. — P. Chap. 1, p. 1–2. — ISBN 0070212910
IEC 60076-8. Силовые трансформаторы — Руководство по применению, пункт 6, страницы 81-91.
Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63

11. Нормативные документы

ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. Общие технические условия - protect.gost.ru/document.aspx?control=26&baseC=25&page=0&month=1&year=2009&search=7746&id=130267. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (01.01.2003).
ГОСТ 18685-73. Трансформаторы тока и напряжения. Термины и определения - protect.gost.ru/document.aspx?control=26&baseC=25&page=0&month=1&year=2009&search=18685&id=167490. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (01.07.1974).
ГОСТ 1983-2001. Трансформаторы напряжения. Общие технические условия - protect.gost.ru/document.aspx?control=26&baseC=25&page=0&month=1&year=2009&search=Трансформаторы напряжения&id=130523. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (01.01.2003).
ГОСТ 8.216-88. Государственная система обеспечения единства измерений. Трансформаторы напряжения. Методика поверки - protect.gost.ru/document.aspx?control=26&baseC=25&page=0&month=1&year=2009&search=Трансформаторы напряжения&id=130523. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (01.01.1989).
ГОСТ 8.217-2003. Государственная система обеспечения единства измерений. Трансформаторы тока. Методика поверки - protect.gost.ru/document.aspx?control=26&baseC=25&page=0&month=1&year=2009&search=217&id=130058. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (01.04.2004).

Литература

Основы теории цепей, Г. И. Атабеков, Лань, С-Пб.,-М.,-Краснодар, 2006.
Электрические машины, Л. М. Пиотровский, Л., «Энергия», 1972.
Силовые трансформаторы. Справочная книга/Под ред. С. Д. Лизунова, А. К. Лоханина. М.:Энергоиздат 2004. — 616 с ISBN 5-98073-004-4
Электрические машины: Трансформаторы: Учебное пособие для электромех. спец. вузов/Б. Н. Сергеенков, В. М. Киселёв, Н. А. Акимова; Под ред. И. П. Копылова. — М.: Высш. шк., 1989—352 с ISBN 5-06-000450-3
Электрические машины, А. И. Вольдек, Л., «Энергия», 1974.
Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. — М.: Энергия, 1981—392 с.
Конструирование трансформаторов. А. В. Сапожников. М.: Госэнергоиздат. 1959.
Расчёт трансформаторов. Учебное пособие для вузов. П. М. Тихомиров. М.: Энергия, 1976. — 544 с.

www.wreferat.baza-referat.ru