Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Теория >> Общие сведения о трансформаторах

Общие сведения о трансформаторах

Оглавление
Общие сведения о трансформаторах
Магнитная система трансформатора
Обмотки трансформаторов
Бак масляного трансформатора
Регулирование напряжения в трансформаторах
Трансформаторы с плавным регулированием напряжения
Нагрев трансформатора

трансформаторы

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНСФОРМАТОРАХ И ЭЛЕМЕНТЫ ИХ КОНСТРУКЦИИ

Из истории развития трансформатора

Еще в середине XIX в. был предложен ряд индукционных катушек, содержавших идею будущего трансформатора. Катушки предназначались для преобразования постоянного тока одного напряжения в пульсирующий ток (постоянный) другого напряжения, а не для трансформации переменного тока одного напряжения в переменный ток другого.
Основной же элемент новизны индукционных катушек П. Н. Яблочкова заключался в том, что первичная обмотка включалась в питательную сеть переменного тока, а приемники электрической энергии — во вторичную цепь переменного тока (это и есть трансформатор переменного тока). Замкнутый магнитный сердечник в индукционных аппаратах впервые был предложен в 1884 г. братьями Гопкинсонами.
В 1885 г. инженеры венгерской фирмы Ганс и К° Т. О. Блати, М. Дери и К. Ципериовский, подчеркнув важность применения замкнутого сердечника, создали однофазный трансформатор с шихтованным сердечником, подобный используемым в настоящее время (рис. 7). Они же ввели термин «трансформатор».
В том же 1885 г. Дери получил патент на параллельное включение первичных и вторичных обмоток трансформаторов.
Д. Свинберн в 1889 г. впервые применил масляное охлаждение, используя керамические сосуды.
В 1889 и 1891 гг. М. О. Доливо-Добровольским были изобретены и построены трехфазные трансформаторы, сперва радиальный, а затем стержневой с расположением стержней в одной плоскости (рис. 8).
За период 1876—1891 гг. наметились черты и определились основные элементы конструкции силовых трансформаторов.

Назначение и типы трансформаторов

По назначению трансформаторы делятся на силовые, используемые при передаче и распределении электрической энергии, и специальные — сварочные, печные, для выпрямительных установок и т. д.
Однофазный трансформатор стержневого типа
Рис. 7. Однофазный трансформатор стержневого типа:
Трехфазные трансформаторы
Рис. 8. Трехфазные трансформаторы:
а — радиальный; б —стержневой
1 — сердечник; 2 и 3 — обмотки.

Схема передачи и распределения электроэнергии
Рис. 9. Схема передачи и распределения электроэнергии в сельской электрификации.

Поскольку напряжение электрической энергии, выработанной на электростанциях, на пути к потребителю несколько раз трансформируется, суммарная мощность силовых трансформаторов, установленных в энергетических    системах, обычно в 3—4 раза превосходит суммарную мощность генераторов электрических станций. Это наглядно иллюстрирует представленная на рисунке 9 схема передачи и распределения электрической энергии, являющаяся одной из основных в сельской электрификации.
По числу фаз трансформаторы делятся на трехфазные и однофазные. Трансформаторы другого числа фаз встречаются редко. При принятой в энергетике трехфазной системе распределения электрической энергии наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы, однофазные применяются ограниченно.
По типу трансформаторы бывают стержневые и броневые (рис. 10). Принято считать, что в трансформаторе стержневого типа обмотки охватывают сердечник, в броневом, наоборот, обмотка охвачена сердечником.
Оба типа трансформатора сопоставляются таким образом. Конструктивно целесообразнее в броневом трансформаторе сечение стержня Sc, на который насажена обмотка, брать большим, чем в стержневом:

Иначе, поскольку в броневом трансформаторе обмотка расположена лишь на одном стержне, трансформатор получался бы слишком высоким и недостаточно устойчивым. Но тогда при индукции В поток стержня Ф = BSс и э.д.с. в витке ев в броневом трансформаторе будут больше, а число витков при данном напряжении обмотки — меньше:
Однофазные трансформаторы
Рис. 10. Однофазные трансформаторы: а — стержневой; б — броневой.
В конструктивном отношении и по технологии изготовления броневые трансформаторы значительно уступают стержневым, так как требуют специальной запрессовки боковых частей магнитопровода, установка и крепление обмоток в них сложнее, обмотки менее доступны для охлаждения, осмотра и ремонта. Поэтому броневой тип трансформатора в нашей стране и в европейской практике распространения не получил и применяется лишь в трансформаторах специальных типов (измерительных, испытательных и т. п.). Здесь имеют значение такие свойства броневого трансформатора, как уменьшение тока холостого хода вследствие разветвления потока при выходе из среднего стержня по двум параллельным путям и уменьшение индуктивности из-за меньшего числа витков.

Трехфазный стержневой трансформатор (рис. 8,б) характеризуется простотой конструкции, большей доступностью обмоток, что в эксплуатации имеет большое значение. Трехфазный стержневой трансформатор с расположением всех стержней в одной плоскости в принципе является трансформатором с несимметричной магнитной цепью.

Рис. 11. Схема образования трсхфазпого стержневого трансформатора.
Трехфазный пятистержневой
групповой трансформатор
Рис. 12. Трехфазный пятистержневой (а) и групповой (б) трансформаторы.

Образование этого трансформатора можно представить таким! образом (рис. 11). Три однофазных стержневых трансформатора составлены вместе (рис. 11, а). Поскольку при трехфазной системе синусоидальных напряжений, приложенных к первичной обмотке, справедливо положение, что и поля в стержнях изменяются по времени синусоидально со сдвигом на 1\3Т то сумма их в любой момент времени будет равна нулю (Ф1+Ф2 + Фз = 0). Следовательно, средний (четвертый) стержень, через который замыкаются все потоки, не нужен (рис. 11,6).
Если расположить вес три стержня в одной плоскости, то есть убрать верхнюю и нижнюю части сердечника одного из трансформаторов, получится предложенная М. О. Доливо-Добровольским компактная конструкция (рис. 11,в). Точки а и б являются узловыми для такой объединенной магнитной системы.
Расположение трех стержней в одной плоскости — основное конструктивное исполнение современного трехфазного трансформатора.
С ростом мощности трансформатора соответственно растут его размеры и при номинальной мощности на фазу, превосходящей 80— 100 тыс. кВА, габаритные размеры трансформатора по высоте становятся такими, что исключают возможность его транспортировки по железным дорогам. Снижение высоты достигается в трансформаторах бронестержневой (многостержневой) конструкции (рис. 12,а), хотя общий расход стали при этом несколько увеличивается.
Кроме такого решения, когда магнитная система трехфазного трансформатора остается общей, возможно и другое — групповой трансформатор. Он состоит из трех одинаковых однофазных трансформаторов, объединенных в трехфазную группу на электрической стороне (рис. 12,6).



 
« О параллельной работе трансформаторов   Ограничение шума и вибрации трансформаторов и реакторов »
электрические сети