Семинар 1 Специальные трансформаторы
2 трансформаторы специального назначения, изготовленные для узкой специальной области применения Приведите примеры…
3
4 выполняются с 3-мя обмотками: одна первичная, две – вторичные Применяются для питания радиотехнических устройств Трехобмоточный трансформатор заменяет собой два двухобмоточных, что позволяет получить экономию в капитальных затратах за счет изготовления и установки меньшего количества трансформаторов
5 На каждом стержне расположено три обмотки: высшего, среднего, и низшего напряжения Основной магнитный поток создается совместным действием токов в обмотках. В приведенном трансформаторе Основной магнитный поток индуктирует в обмотках трансформатора ЭДС, которые в приведенном трансформаторе равны между собой
6 Трехобмоточный трансформатор имеет 2 коэффициента трансформации ; Уравнения равновесия напряжения где ; ; Уравнение токов
7
8 Изменение режима работы в одной из вторичных обмоток влияет на величину напряжения другой вторичной обмотки, т.к. при этом изменяется падение напряжения При учете распределения потока рассеяния приходится отдельно учитывать потоки рассеяния, сцепленные с одной и с двумя обмотками За номинальную принимается мощность первичной обмотки Трехфазные выполняются с группами соединений обмоток и Однофазные имеют группу соединения 0
9
10 Применяются если необходимо регулировать напряжение под нагрузкой Пределы регулирования до от номинального, число ступеней - до 10 Ступенчатое регулирование напряжения должно происходить без разрыва рабочей цепи 2 способа: изменением числа витков обмоток ВН трансформатора посредством специального вольтодобавочного трансформатора, включаемого последовательно в цепь главного трансформатора и имеющего переменный коэффициент трансформации
11 Переключаемые участки обмотки расположены в средней по высоте ее части Для повышения динамической стойкости обмотки, регулируемую часть выполняют в форме цилиндра, располагаемого концентрично с основной частью обмотки снаружи нее и имеющую ту же высоту При нормальной работе В 1 и В 2 замкнуты, рукоятки П 1 и П 2 установлены на одноименных зажимах. Токи в обеих половинах реактора направлены в разные стороны и создают МДС, направленные встречно, поэтому индуктивное сопротивление реактора мало Для изменения напряжения: размыкается В 1, рукоятка П 1 переводится в п. 2 и снова замыкается В 1. При этом часть обмотки между контактами 1 и 2 оказывается замкнутой через реактор, который служит для ограничения величины тока. Затем те же операции выполняются с правой частью схемы ( В 2, П 2 ) Аппаратура включается последовательно в обмотку ВН трансформатора, поэтому она рассчитывается на напряжение и ток этой обмотки – обм. ВН P – реактор В 1 и В 2 – выключатели П 1 и П 2 – переключатели
12 Применяется когда необходимо изолировать переключающую аппаратуру от сети высокого напряжения Обмотка ВН ВДТ включается последовательно с основным трансформатором Обмотка НН подключена к регулировочному трансформатору, напряжение которого изменяется ступенями
13
14 Первичная обмотка выполнена из двух катушек, уложенных в кольцевых выемках магнитопровода и. Они создают магнитные потоки, направленные встречно друг другу Внутри неподвижной части магнитопровода расположен подвижный сердечник ПС со вторичной обмоткой
15 При среднем положении ПС в не наводится ЭДС, т.к. действие и взаимно компенсируется. При смещении ПС влево или вправо в наводится ЭДС, фаза которой зависит от того, в зоне какой из первичных обмоток находится вторичная. При перемещении этой обмотки из зоны одной первичной катушки в зону другой фаза изменится на 180 ° Изменяя положение ПС, можно плавно регулировать
16 Магнитопровод состоит из 4 стержней: главных и шунтов Первичная обмотка состоит из трех последовательно и согласно соединенных катушек: и расположены на главных стержнях и – на шунтах Вторичная обмотка состоит из трех последовательно соединенных катушек, и, но включена встречно относительно и ТРПШ на шунтах имеет две катушки постоянного тока (катушки подмагничивания), которые соединяются последовательно
17 При прохождении постоянного тока по увеличивается магнитное насыщение шунтов, при этом их магнитное сопротивление увеличивается и уменьшается., уменьшается, что приводит к увеличению вторичного напряжения При включении первичной обмотки в сеть переменного тока и создают переменный магнитный поток, который замыкается по главным стержням и ярмам, сцепляется с и и наводит в них ЭДС и. Катушка также создает переменный магнитный поток, разделенный на две части, каждая из которых замыкается по одному из шунтов и по одному главному стержню. При этом в одном из стержней и складываются, а в другом – вычитаются., сцепляясь с наводит в ней ЭДС. Т.к. включен встречно вторичным катушкам главных стержней, то напряжение на выходе трансформатора
18
19 - пульсирующий, т.к. создается только положительными полуволнами и имеет 2 составляющие: постоянную и переменную Пренебрегая током ХХ уравнение МДС можно записать В первичную обмотку трансформируется только переменная составляющая вторичного тока, поэтому МДС остается неуравновешенной и создает в магнитопроводе трансформатора постоянный поток возбужденного намагничивания. Он вызывает дополнительное магнитное насыщение элементов магнитопровода и, чтобы оно не превышало допустимого значения, необходимо увеличить сечение сердечников и ярем. Это приводит к увеличению габаритов, массы и стоимости трансформатора, т.к. увеличивается расход стали и меди. Применяют для маломощных выпрямителей
20 имеет тот же недостаток, но значительно меньше, т.к., действуя одновременно во всех 3-х стержнях магнитопровода, он замыкается вне его – через медь, воздух, стенки бака Применяется в выпрямителях небольшой мощности
21 П ри соединении обмоток в равноплечий зигзаг на каждом из стержней оказывается по две вторичные катушки со встречным соединением., проходя по всем фазам вторичной обмотки, создает на каждом стержне по два потока, но т.к. эти потоки направленны в противоположные стороны, то они уравновешиваются Можно применять при значительных мощностях
22
23 Применяются в устройствах импульсной техники для измерения амплитуды импульсов, исключения постоянной составляющей, размножения импульсов и т.д. Основное требование - минимальное искажение формы трансформируемых импульсов
24 На вход трансформатора подают однополярные импульсы прямоугольной формы продолжительностью с периодом Первичный контур трансформатора обладает постоянной времени имеет вид кривой, отличной от прямоугольной значительно искажена и в интервале времени 1-2, т.к. при , при трансформирование импульсов невозможно
25 Продолжительность импульсов обычно не превышает с. При этом импульсы на выходе трансформатора не имеют значительных искажений Отрицательную часть импульса можно легко устранить включением диода во вторичную цепь трансформатора
26 В реальном трансформаторе на электромагнитные процессы оказывает влияние гистерезис, вихревые токи, паразитарные емкостные связи между витками и обмоткой и индуктивности рассеяния обмоток Для ослабления этих факторов трансформаторы проектируют так, чтобы они работали на линейной части магнитной характеристики и магнитный материал сердечника должен обладать небольшой остаточной индукцией Магнитопроводы импульсных трансформаторов изготавливают из материалов с повышенной магнитной проницаемостью (холоднокатаная сталь, железоникелевые сплавы и т.п.) с толщиной листа мм Для уменьшения паразитарных емкостей и индуктивностей рассеяния обмотки выполняются с небольшим числом витков
27
28 Предназначены для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсы напряжения пикообразной формы в цепях управления тиристоров и других полупроводниковых приборов Принцип работы основан на явлении магнитного насыщения ферромагнитных материалов
29 Первичную обмотку подключают к сети с синусоидальным напряжением через добавочное сопротивление небольшой величины. Магнитопровод должен находится в состоянии сильного магнитного насыщения. Намагничивающий ток при этом будет синусоидальным и его величина зависит от. Магнитный поток в магнитопроводе изменяется по уплощенной кривой, а ЭДС вторичной обмотки имеет пикообразную форму, достигая максимальных значений в те моменты времени, когда и проходят через 0, т.е. когда скорость их изменения максимальна
30 Вторичная обмотка располагается на стержне уменьшенного сечения, находящемся в состоянии сильного магнитного насыщения. Остальные участки магнитопровода магнитно не насыщены и кривая имеет синусоидальную форму. Уплощенная форма обеспечивает получение пикообразной формы вторичной ЭДС
31 Магнитопровод пик-трансформаторов изготавливают обычно из железоникелевого сплава (пермаллоя )
32
33 С их помощью возможно увеличение частоты переменного тока в раза
34 Магнитная система трансформатора состоит из двух независимых магнитопроводов и Первичная обмотка включена в сеть с и охватывает оба магнитопровода. На магнитопроводах имеется обмотка 0, состоящая из двух частей. Она подмагничивает магнитопровод т.о., что усиливает и ослабляет и в каждом магнитопроводе создает МДС , сцеплен с первичной обмоткой и наводит в ней, которая направлена навстречу и.
35 Вторичная обмотка состоит из двух частей, расположенных на разных магнитопроводах. Части обмотки включены встречно, поэтому результирующее потокосцепление вторичной обмотки пропорционально Если к первичной обмотке приложено синусоидальное напряжение, то будет практически синусоидальным и изменяется во времени с частотой. Т.о., поток, сцепленный с вторичной обмоткой, будет иметь пульсирующий характер с частотой пульсации
36 Для уменьшения падения напряжения в цепи вторичной обмотки при нагрузке последовательно с ней включают конденсатор, компенсирующий индуктивность обмотки Регулирование напряжения производится изменением тока в подмагничивающей обмотке
37 Состоит из трех однофазных трансформаторов, работающих при сильно насыщенном магнитопроводе. Первичные обмотки трансформатора соединены, а вторичные – последовательно. Намагничивающий ток, кроме основной, содержит 3-ю гармонику с частотой При соединении обмоток токи 3-ей гармоники взаимно уравновешиваются и тогда появляется 3-я гармоника потока.
38 В трехстержневом магнитопроводе эти гармоники ослаблены, но в утроителе частоты магнитопроводы однофазных трансформаторов работают независимо, поэтому в них достигают больших значений и наводят во вторичных обмотке ЭДС 3-ей гармоники. Т.к. во всех фазах обмотки совпадают по фазе, то на выходе устанавливается напряжение, = частотой. ЭДС первой гармоники не входит в состав напряжения на выходе утроителя, т.к. при сдвиге фаз между ЭДС в 120° их
39
40 Трансформкатор для дуговой электросварки – однофазный двухобмоточный понижающий трансформатор, преобразующий напряжение сети 220 или 380 В в В, необходимое для надежного зажигания и устойчивого горения электрической дуги между металлическим электродом и свариваемыми деталями
41 Работа заключается в прерывистом режиме работы: зажигание электрической дуги происходит за счет КЗ вторичной цепи, а обрыв дуги создает режим ХХ Номинальный режим работы соответствует устойчивому горению электрической дуги Для ограничения тока первичную обмотку располагают на одном стержне, а вторичную – на другом, что приводит к увеличению магнитного рассеяния, а,, к увеличению индуктивного сопротивления обмотки и уменьшению тока
42 Во вторичную цепь последовательно включают дроссель ( Др ), который снабжен устройством типа «винт – гайка», позволяющий вращением винта перемещать ярмо так, чтобы воздушный зазор между ярмом и стержнями менялся от 0 до максимального значения. При этом минимальному значению воздушного зазора соответствует наибольшее индуктивное сопротивление дросселя, а минимальное значение рабочего тока, и наоборот
43 Повышенное индуктивное сопротивление обмоток и наличие дросселя обеспечивает круто падающие внешние характеристики, необходимые для устойчивого горения электрической дуги Изменяя величину зазора можно плавно менять угол наклона внешней характеристики : при наклон наибольший (1 ), при – минимальный (2) Рабочий ток сварочного трансформатора соответствует напряжению электрической дуги 30 В
44
45 используются для подключения электроизмерительных приборов к цепи переменного тока ВН. При этом измерительные приборы оказываются изолированными от цепей ВН, что обеспечивает безопасность работы персонала Благодаря измерительным трансформаторам, можно расширить пределы измерения приборов (измерять большие токи и напряжения с помощью несложных приборов, рассчитанных на измерение малых токов и напряжений) В некоторых случаях измерительные трансформаторы служат для подключения к цепям ВН обмоток реле, обеспечивающих защиту электроустановок от аварийных режимов Два типа: трансформаторы напряжения (ТН) и трансформаторы тока(ТТ)
46 применяются если требуется измерить напряжение более или получить сигнал, пропорциональный ВН Во вторичную обмотку включают вольтметр, т.о. ТН работает на ХХ. Тогда коэффициент трансформации В паспорте указывается номинальное значение коэффициента трансформации Тогда по известному коэффициенту и показаниям вольтметра вычисляется измеряемое напряжение
47 применяют для измерения больших токов или токов без разрыва электрической цепи. Во вторичную обмотку включают амперметр. ТТ работает в режиме КЗ, т.к. сопротивление амперметра мало. Поэтому при отсутствии амперметра вторичная обмотка должна быть замкнута накоротко, иначе в ней возникает большая ЭДС, опасная для жизни Амперметром измеряют значение тока, т.о. зная, можно вычислить ток в измеряемой цепи
48 Автотрансформаторы
такой трансформатор, в котором помимо магнитной связи между обмотками, есть и электрическая, т.е. обмотка НН является частью обмотки ВН Может быть как повышающим, так и понижающим, однофазным или трехфазным Устройство как и обычного трансформатора: имеется ферромагнитный сердечник, на котором расположены обмотки 49
50 (на примере однофазного понижающего трансформатора) Общее количество витков первичной обмотки.Часть этого числа витков составляет вторичную обмотку
51 Режим ХХ автотрансформатора не отличается от такого же режима обычного трансформатора Отношение напряжения можно принять равным отношению ЭДС Что мы получим? Если пренебречь током ХХ, то токи в обмотках и сдвинуты на 180º и,, в общей части обмотки ток где – ток вторичной обмотки
52 , при и общая часть обмоток выполняется из провода того же сечения, что и первичная обмотка Т.о., заменяя обычный трансформатор автотрансформатором, мы не выполняем вторичную обмотку, и поэтому расходуем обмоточного провода в 2 раза меньше При общая часть обмоток выполняется из провода меньшего сечения ( т.к. ) и экономия обмоточного провода будет больше
53 Выражение для тока вторичной обмотки можно записать в виде Умножим правую и левую часть этого уравнения на Т.о., мощность, передаваемую во вторичную цепь, можно представить как сумму мощности, передаваемой электрическим путем, и мощности, передаваемой электромагнитным путем Эти составляющие можно представить в виде где – мощность, подводимая к первичной обмотке
54 Сердечник автотрансформатора рассчитывают на мощность, передаваемую электромагнитным п утем При равных условиях сечение стержня автотрансформатора составляет часть от сечения стержня обычного трансформатора. Это приводит к еще большей экономии обмоточного провода Т.о., при вес и объем обмоток и сердечника у автотрансформатора значительно меньше, чем у трансформатора той же мощности
55 С иловые автотрансформаторы обычно применяются при для соединения высоковольтных ЛЭП с напряжением 110 и 220 кВ, 154 и 220 кВ и т.п. Мощные автотрансформаторы имеют высокий КПД (до ) Автотрансформаторы применяются для снижения напряжения при пуске мощных двигателей переменного тока В лабораториях широкое применение находят автотрансформаторы низкого напряжения для плавного регулирования выходного напряжения – ЛАТРы (лабораторные автотрансформаторы)
56 Недостатки автотрансформаторов : приемники приходится защищать от высоких напряжений, поскольку обмотки ВН и НН соединены электрически большие токи КЗ
57 Специальные трансформаторы - трансформаторы специального назначения, изготовленные для узкой специальной области применения Автотрансформатор - такой трансформатор, в котором помимо магнитной связи между обмотками, есть и электрическая, т.е. обмотки НН является частью обмоток ВН
58 Закрепление знаний
59 Почему в трехобмоточных трансформаторах изменение напряжения нагрузки в одной из вторичных обмоток влияет на значения напряжения другой вторичной обмотки? Каковы достоинства трехобмоточных трансформаторов? От чего зависит фаза ЭДС во вторичной обмотке трансформатора с подвижным сердечником? Объясните взаимодействие магнитного потока в ТРПШ
60 Какова причина возникновения потока вынужденного намагничивания в трансформаторе выпрямительной установки ? Что необходимо сделать в импульсном трансформаторе для уменьшения остаточной индукции ? Перечислите достоинства и недостатки автотрансформатора Зависят ли достоинства автотрансформатора от коэффициента трансформации? Объясните почему
61
62 С помощью вольтодобавочного трансформатора Включением последовательно с нагрузкой активных сопротивлений, на которые падает часть вторичного напряжения трансформатора Изменением числа витков первичной обмотки Изменением числа витков вторичной обмотки
63 Режим КЗ является эксплуатационным режимом Напряжение на зажимах вторичной обмотки на ХХ В В рабочем режиме Внешняя характеристика является «жесткой »
64 Укажите неправильный ответ Меньше расход меди, т.к. имеется только одна обмотка ВН и при общая часть обм отки выполняется из провода меньшего сечения Меньше размеры сердечника, т.к. его размеры определяются лишь частью общей мощности, передаваемой электромагнитным путем, который равен Общий вес автотрансформатора и его размеры значительно меньше обычного трансформатора КПД автотрансформатора меньше, чем у обычного трансформатора
65 , и увеличатся и увеличатся, уменьшится увеличится, и уменьшатся , и уменьшатся
66 Соотношение не является однозначно определенным
67 225 кг 337,5 кг 450 кг 562,5 кг
68 Допустимо без каких-либо ограничений Принципиально недопустимо Допустимо при заземлении корпуса паяльника Допустимо при использовании в автотрансформаторе обм отки с повышенной эл. прочностью изоляции
69 М. Кацман, Электрические машины, с.71 - 72, 84 – 94 Интернет-ресурсы Конспект Домашнее задание
