Почему не происходит короткого замыкания в трансформаторе

Какие магнитные потоки условно выделяют в трансформаторах, как (по каким путям) они замыкаются?

При включении первичной обмотки трансформатора в сеть переменного тока по этой обмотке протекает ток, создающий магнитное поле. Большая часть магнитных линий замыкается по стальному магнитопроводу. Эта часть магнитных линий образует основной магнитный поток Ф, который пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Некоторая часть магнитных линий замыкается по немагнитной среде, образуя поток рассеяния первичной обмотки Ф1. При нагрузке трансформатора в его вторичной обмотке протекает ток I2, возбуждающий свое магнитное поле. Основной магнитный поток в магнитопроводе трансформатора сцеплен со всеми витками первичной и вторичной обмоток, поэтому он создается взаимодействием намагничивающих сил или токов этих обмоток. Часть магнитных линий поля, возбуждаемого током вторичной обмотки, замыкается через немагнитную среду, образуя поток рассеяния вторичной обмотки Ф2. Этот магнитный поток не взаимодействует с потоком первичной обмотки и сцеплен только с витками вторичной обмотки.

Почему потоки рассеяния пропорциональны соответствующим МДС, а основной поток связан с суммарной МДС нелинейно?

По уравнению МДС: i₁w₁+i₂w₂=i₀w₁

Из-за нелинейности кривой намагничивания.

Как ЭДС самоиндукции первичной обмотки и ЭДС взаимоиндукции вторичной обмотки трансформатора связаны с основным магнитным потоком?

Самоиндукции взаимоиндукции .

Как связаны в трансформаторе ЭДС рассеяния обмоток с соответствующими токами в них (не в комплексной форме)?

В первичной обмотке:

во вторичной обмотке:

Как будут связаны в трансформаторе ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции с соответствующими токами, если пренебречь потерями в стали и насыщением магнитопровода?

Взаимоиндукции: ; самоиндукции:

Как выглядят уравнения ЭДС и МДС однофазного трансформатора (не в комплексной форме)?

Уравнения ЭДС Уравнения МДС

Что такое коэффициент трансформации трансформатора и как его определить по известным а) ЭДС б) числам витков в) номинальным напряжениям г) номинальным токам?

Отношение напряжений в идеальном трансформаторе называется коэффициентом трансформации

К₁₂=

Если не домотать число витков в обмотке ВН и включить трансформатор на номинальное напряжение, как изменится напряжение НН?

Напряжение НН увеличится.

Если намотать больше, чем нужно число витков в обмотке ВН и включить трансформатор на номинальное напряжение, как изменится напряжение НН?

Напряжение НН уменьшится.

Для чего применяют комплексную запись уравнений трансформатора?

Комплексные уравнения трансформатора позволяют упростить анализ процессов в

Для чего вторичную обмотку трансформатора приводят к первичной?

Для упрощения анализа и расчета. Смысл приведения состоит в том, чтобы сделать ЭДС первичной и вторичной обмоток одинаковыми. Это позволяет получить схему замещения, упростить векторную диаграмму.

Какова разница по фазе между ЭДС рассеяния обмотки и создающим ее током, как выразить эту ЭДС через ток в комплексной форме?

ЭДС рассеяния e_σ1 отстаёт по фазе от создающего её тока i ₁ на 90⁰, и её действующее значение, выраженное в комплексной форме, будет равно:

Соответственно для вторичной обмотки будем иметь:

Здесь x_{1 и} x_2, – индуктивные сопротивления рассеяния первичной и вторичной обмоток.

Как выразить ЭДС, индуцированные в обмотках трансформатора основным потоком через соответствующие токи в комплексной форме, если пренебречь потерями в стали и насыщением магнитопровода?

, индуцируемые потоком в первичной и вторичной обмотках.

Как выглядят уравнения ЭДС и МДС однофазного приведенного трансформатора в комплексной форме?

Как выглядит Т-образная схема замещения трансформатора?

Что такое намагничивающий контур и чем определяется действительная часть полного сопротивления этого контура?

Так как в приведенном трансформаторе w₁= w₂, то обе обмотки трансформатора можно совместить в одну, по которой течет намагничивающий ток I₀= I₁ + I₂ , эта обмотка и играет роль намагничивающего контура, который создает основной магнитный поток, замыкающийся по сердечнику трансформатора.

r_m=Р_с/I₀ 2 , где Р_с — мощность, расходуемая в этой обмотке (контуре), определяется потерями в стали сердечника.

Что такое простейший трансформатор?

Простейший трансформатор – это трансформатор без потерь и без рассеивания.

ХХ и КЗ однофазного трансформатора.

Что такое режим холостого хода трансформатора?

Режимом холостого хода трансформатора называют режим работы при питании одной из обмоток трансформатора от источника с переменным напряжением и при разомкнутых цепях других обмоток.

Какие три важные величины трансформатора можно определить при опыте ХХ?

При опыте ХХ можно определить: коэффициент трансформации, ток и потери холостого хода.

Какие параметры Т-образной схемы замещения трансформатора можно рассчитать в результате опыта ХХ?

В опыте холостого хода трансформатора можно определить индуктивное сопротивление x_m, активное сопротивление r_m, которое обусловлено магнитными потерями и протекающим через них ток холостого хода I₀.

Как выглядит уранение равновесия напряжений обмоток простейшего трансформатора на холостом ходу, чему равны углы сдвига фаз между напряжениями и ЭДС?

Так как в простейшем трансформаторе то уравнения равновесия первичной обмотки приобретает вид: .

и сдвинуты друг относительно друга на 180°.

Как связаны ЭДС обмоток простейшего трансформатора с амплитудой потока, какой угол сдвига между потоком и ЭДС?

; .

E₂ и E₁ отстают от потока на угол .

Как выглядит кривая зависимости основного потока простейшего трансформатора от намагничивающего тока при насыщенной и ненасыщенной стали, когда намагничивающий ток при этом синусоидален, а когда нет?

Синусоидален при ненасыщенной стали, несинусоидален при насыщении.

Как обходится ограничение, касающееся несинусоидальности тока ХХ, при построении векторных диаграмм (где все кривые должны быть синусоидальны)?

Порядок построения диаграммы:

– проводится произвольно вектор магнитного потока Ф;

– с ним по фазе совпадает реактивная составляющая тока , создающая этот поток;

– под углом 90° из вершины тока проводится вектор , в результате получаем .

От магнитного потока Ф эдс отстают на 90° , а вектор повернут на 180° относительно вектора .

Чтобы выполнялось условие уравнения напряжений для первичной обмотки , надо к вектору прибавить вектор падения напряжения , проведя его параллельно току , и вектор под углом 90° к вектору тока .

Как выглядит векторная диаграмма работы простейшего трансформатора на холостом ходу?

Как выглядит уравнение равновесия напряжений обмоток реального однофазного трансформатора на холостом ходу?

Уравнение электрического равновесия трансформатора для режима холостого хода может быть записано в виде

или

Таким образом, подводимое к первичной обмотке напряжение уравновешивается ЭДС самоиндукции Е₁₀ и падением напряжения на сопротивлениях r₁ и х₁ обмотки. Поскольку падение напряжения достаточно мало, последнее уравнение для режима холостого хода часто записывают в виде .

Как выглядит схема замещения трансформатора на холостом ходу?

R₀ – учитывает потери в магнитопроводе (на вихревые токи и на гистерезис);

X₀ – учитывает намагниченность материала сердечника и зависит от марки материала.

R₁ – учитывают потери на нагрев обмоток первичной и вторичной цепей;

X_S1 – индуктивности рассеяния основного потока в обмотках первичной и вторичной цепей;

Как выглядит векторная диаграмма работы реального однофазного трансформатора на холостом ходу?

Из чего состоят потери ХХ, и какая составляющая наибольшая?

Потери холостого хода Р трансформатора состоят главным образом из потерь в активной стали магнитопровода. Электрические потери в первичной обмотке, вызванные током холостого хода, относительно весьма малы и ими обычно пренебрегают

Почему мал ток ХХ трансформатора?

Ток ХХ трансформатора весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки.

Почему намагничивающий ток трансформатора содержит активную и реактивную составляющие?

Кроме реактивной составляющей i_0р, ток ХХ i₀ содержит также относительно малую активную составляющую i_0а, которая синусоидальна и вызвана магнитными потерями в сердечнике. Полный намагничивающий ток

i₀= i_0р+ i_0а имеет несимметричную форму.

Как влияет форма кривой подводимого напряжения на величину потерь в стали трансформатора?

При несинусоидальном напряжении U₁ формы кривых ЭДС и потока изменяются: . При заостренной форме кривой напряжения кривая потока имеет уплощенный характер и наоборот. В первом случае потери в стали снижаются, во втором растут.

В чем опасность КЗ вторичной обмотки трансформатора при номинальном первичном напряжении?

Для трансформатора короткое замыкание очень опасно, так как при этом возникают очень большие токи. При коротком замыкании зажимов вторичной обмотки сопротивление нагрузки Zн практически равно нулю и, следовательно, напряжение на зажимах вторичной обмотки U2 также равно нулю. Таким образом, номинальное первичное напряжение U1, приложенное к первичной обмотке, будет уравновешено падением напряжения в полных сопротивлениях первичной и вторичной обмоток zK=Z1+Z2.

Что такое режим короткого замыкания трансформатора?

Режимом короткого замыкания называется режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко. На первичную обмотку трансформатора подается напряжение такой величины, при которой ток в первичной цепи равен номинальному. При этом измеряется мощность, потребляемая трансформатором из сети, напряжение, ток.

Что такое напряжение короткого замыкания трансформатора?

Напряжением короткого замыкания uz называют напряжение номинальной частоты, которое необходимо приложить к первичной обмотке трансформатора, чтобы в закороченной вторичной обмотке протекал ток Iном.

Как выглядят уравнения напряжений и МДС обмоток трансформатора при КЗ (если сопротивление закоротки равно нулю и основной поток при подаче напряжения КЗ пренебрежимо мал)?

Что такое параметры КЗ?

Называются параметрами короткого замыкания.

Как выглядит векторная диаграмма КЗ?

Как выглядит векторная диаграмма КЗ, если пренебречь током холостого хода?

Как выглядит схема замещения трансформатора при КЗ?

Что такое треугольник КЗ, как он выглядит, чем являются его катеты и гипотенуза?

Треугольник АВО, построенный на катетах, равных суммам активных и реактивных падений напряжения обеих обмоток, называется треугольником короткого замыкания:

Какая составляющая напряжения КЗ больше в трансформаторе и почему?

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания больше, потому что падение напряжений на реактивных элементах больше, чем на активных.

Из чего состоят потери КЗ и какая составляющая наибольшая?

Потери короткого замыкания состоят из потерь в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и добавочных потерь в обмотках и конструкциях трансформатора. Добавочные потери вызваны магнитными полями рассеяния, создающими вихревые токи в крайних витках обмотки и конструкциях трансформатора (стенки бака, ярмовые балки и др.). Потери в обмотках составляют наибольшую часть.

Что такое угол короткого замыкания, как он изменяется в зависимости от мощности и составляющих напряжения КЗ трансформатора?

Угол φк между векторами напряжения и тока. Зависит от соотношения между активной и индуктивной составляющими сопротивления трансформатора.

Соотношение увеличивается с ростом мощности, так как составляющие и зависят от мощности.

Почему (в режиме КЗ) полное сопротивление намагничивающего контура Т-образной схемы замещения трансформатора больше сопротивления короткого замыкания?

Потому что отсутствует ток холостогоонечно. хода, сопротивление намагничивающего контура бесконечно.

Какие параметры Т-образной схемы замещения трансформатора можно рассчитать в результате опыта КЗ?

Активные и индуктивные сопротивления обмоток, напряжение короткого замыкания.

Какую важную величину трансформатора можно определить из сочетания опытов ХХ и КЗ?

Потери в стали и в обмотках, коэффициент трансформации, напряжение короткого замыкания.

Работа трансформаторов под нагрузкой.

Почему в режиме нагрузки трансформатора при увеличении тока во вторичной обмотке увеличивается ток в первичной обмотке?

При нагрузке трансформатора ток первичной обмотки представляет собой геометрическую сумму намагничивающего и приведённого тока вторичной обмотки: I₁=I₀+(-I₂). Если нагрузочный ток увеличивается, соответственно увеличивается ток первичной обмотки.

Как выглядит векторная диаграмма простейшего трансформатора?

Как выглядит векторная диаграмма трансформатора при преобладании индуктивной нагрузки?

Как выглядит векторная диаграмма трансформатора при преобладании емкостной нагрузки?

В чем два главных отличия векторных диаграмм трансформатора при индуктивной и емкостной нагрузке?

1) Для индуктивной нагрузки вектор тока отстает по фазе от на угол 90 градусов.

В случае емкостной нагрузки вектор тока опережает по фазе на угол 90 градусов. .

2) При индуктивной нагрузке U₂<; при емкостной нагрузке U₂>.

Зависит ли от нагрузки вектор намагничивающего тока у простейшего и реального трансформатора?

В простейшем трансформаторе независимо от нагрузки , поэтому намагничивающий ток не зависит от нагрузки. У реального зависит, т.к. ; .

Зависит ли от нагрузки вектор основного потока у простейшего и реального трансформатора?

Вектор основного потока у простейшего трансформатора не зависит от нагрузки, у реального зависит.

Как выглядит упрощенная (пренебрегается током XX) схема замещения трансформатора под нагрузкой?

Почему изменяется вторичное напряжение при нагрузке?

Так как ток нагрузки создает падение напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях вторичной обмотки.

Что такое изменение напряжения трансформатора?

Изменение напряжения — разность между номинальным вторичным напряжением при холостом ходе и напряжением при номинальной нагрузке.

Как определить приближенно изменение напряжения трансформатора по известному напряжению КЗ и углу между напряжением и током?

Что такое внешняя характеристика трансформатора, как она выглядит при активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузке?

Внешней характеристикой трансформатора называется зависимость U₂=f(I₂)

U₁=const; cosφ= const;

Что такое КПД трансформатора, как его найти через отдаваемую трансформатором мощность и потери?

КПД=p₂/p₁*100%;- отношение отдаваемой мощности к подводимой

p_с – потери в стали; p_м – потери в меди;

Квадрату каких величин приблизительно пропорциональны потери в стали трансформатора?

Потери в стали Т практически не зависят от нагрузки, они пропорциональны квадрату индукции.

При какой нагрузке потери в стали будут меньше по сравнению с этими потерями при холостом ходе?

При активно-индуктивной нагрузке.

При какой нагрузке потери в стали будут больше по сравнению с этими потерями при холостом ходе?

При емкостной нагрузке.

При какой нагрузке потери в меди будут больше по сравнению с этими потерями при холостом ходе?

При индуктивной нагрузке.

При какой нагрузке потери в меди будут больше по сравнению с этими потерями при холостом ходе?

При емкостной нагрузке.

При какой нагрузке КПД трансформатора достигает максимума?

КПД достигает максимального значения, когда потери в меди равны потерям в стали.

Как влияет на КПД трансформатора увеличение коэффициента мощности потребителей?

Повышение коэффициента мощности потребителей увеличит КПД трансформатора, т.к. уменьшаются реактивные составляющие токов и потери в обмотках.

Трехфазные трансформаторы.

В чем проявляется несимметричность связанной магнитной системы трехстержневого трансформатора?

В том, что имеется незначительная несимметрия фазных напряжений.

Для чего используется понятие группы соединения обмоток?

При включении трансформаторов на параллельную работу необходимо соединять начала обмоток одного трансформатора с началами обмоток другого и стандартизировать обозначения. Чтобы не было ошибок при включении на параллельную работу введено понятие угла сдвига между напряжениями первичной и вторичной обмоток. Этот обозначается по часовому методу.

В каких случаях применяется соединение Y/ Y₀–0?

Применяется для нагрузки осветительно-силового характера. На ВН до 35 кВ и на НН до 400 В.

В каких случаях применяется соединение Y/∆–11?

Применяется, когда необходимо повысить напряжение высшей обмотки 35 кВ, НН от 525 В.

В каких случаях применяется соединение Y₀/∆–11?

Обслуживает главным образом линии передачи, где необходимо заземлять высокую сторону ВН 110 кВ и выше.

В чем особенность режима ХХ трехфазного группового, броневого и бронестержневого трансформатора с соединением Y/ Y₀–0 (в кривых тока ХХ, основного потока, фазных и линейных ЭДС)?

При таком соединении нет третьих гармонических токов, отсутствие их в кривой тока ХХ искажает кривую потока, в ней появляется поток третьей гармоники, т.к. каждая фаза тр-ра имеет самостоятельную магнитную систему, то поток третьей гармоники замыкается по тому же пути, что и поток первой гармоники. Поток третей гармоники наводит ЭДС в обмотках е₁₃ и е₂₃ . Несмотря на изменения кривых фазных напряжений, линейные напряжения остаются синусоидальны, так как при соединении звездой трети гармоники в линейных напряжениях исчезают.

В чем особенность режима ХХ трехфазного стержневого трансформатора с соединением Y/ Y₀–0 (в кривых тока ХХ, основного потока, фазных и линейных ЭДС)?

Потоки Ф₃ во всех трех фазах, так же как и токи I₃ совпадают во времени, т.е. потоки Ф3 не могут замкнуться по магнитопроводу и они замыкаются от ярма к ярму через воздух (гораздо больше сопротивление). В результате фазные напряжения остаются практически синусоидальными но появляются потери в баке, которые могут составлять 10-65% потерь в сердечнике.

В чем особенность режима ХХ трехфазного трансформатора с соединением ∆/Y (в кривых тока ХХ, основного потока, фазных и линейных ЭДС)?

3-и гармоники тока холостого хода протекают в одном направлении от начала к концу каждой фазы и замыкаются внутри треугольника. Поток, фазные и линейные напряжения остаются синусоидальными.

В чем особенность режима ХХ трехфазного трансформатора с соединением Y/∆ (в кривых тока ХХ, основного потока, фазных и линейных ЭДС)?

Из кривой тока ХХ первичной обмотки выпадает третья гармоника, но она возникает во вторичной обмотке, поэтому поток и все ЭДС синусоидальны.

В чем особенность симметричного трехфазного КЗ трансформатора по сравнению с КЗ однофазного трансформатора?

Не имеет особенностей от КЗ однофазного трансформатора.

Параллельная работа трансформаторов.

По каким причинам необходима параллельная работа трансформаторов?

Параллельная работа трансформаторов необходима для обеспечения бесперебойного электроснабжения при выключении трансформаторов для ремонта. Далее оно целесообразно в тех случаях, года мощность нагрузки сильно изменяется в течение суток; тогда можно в зависимости от общей нагрузке оставлять в работе столько трансформаторов, чтобы потери в них были наименьшие.

Какие три условия необходимо соблюдать при подключении двух трансформаторов на параллельную работу?

Одинаковые группы соединения обмоток

Равные коэффициенты трансформации (равные первичные и вторичные напряжения)

Равные напряжения КЗ

Будут ли протекать уравнительные токи, если два трансформатора с одинаковой группой соединения обмоток и равными коэффициентами трансформации подключить на параллельную работу на холостом ходу?

При отсутствии нагрузки не возникнут уравнительные токи

Будут ли протекать уравнительные токи, если два трансформатора с одинаковыми вторичными ЭДС и напряжениями КЗ подключить на параллельную работу под нагрузку, если их сопротивления КЗ отличаются углами КЗ?

В чем опасность возникновения уравнительных токов?

При не соблюдении 1 и 2 условия в обмотках трансформаторов возникают уравнительные токи, которые в отдельных случаях, особенно при не совпадении групп, могут достигнуть и даже превысить значение тока КЗ.

Из-за чего возникает уравнительный ток в параллельных трансформаторах с разной группой соединения обмоток?

Если группы соединения различны, то между соответствующими векторами вторичных напряжений трансформаторов, включаемых параллельно, образуется сдвиг фаз. Он повлечет за собой разность напряжений. А так как в одной и той же точке одновременно не могут существовать разные напряжения, то для их выравнивания между трансформаторами возникнет уравнительный ток.

Как определить уравнительный ток в относительных единицах при разных группах двух параллельно соединенных трансформаторов, если известны их напряжения КЗ в относительных единицах?

Как будут нагружены (недогрузка, перегрузка) при индуктивной нагрузке два параллельно включенных трансформатора при разных коэффициентах трансформации?

При этом первый трансформатор перегружен, а второй недогружен.

Если К₁ и К₂ поменять местами, то перегруженный и недогруженный тоже поменяются местами.

Как будут нагружены (недогрузка, перегрузка) при емкостной нагрузке два параллельно включенных трансформатора при разных коэффициентах трансформации?

Оба трансформатора перегружены .

При какой нагрузке при неравенстве коэффициентов трансформации двух параллельных трансформаторов следует предпочесть, чтобы трансформатор меньшей мощности имел больший коэффициент трансформации?

При индуктивной нагрузке

При какой нагрузке при неравенстве коэффициентов трансформации двух параллельных трансформаторов следует предпочесть, чтобы трансформатор большей мощности имел больший коэффициент трансформации?

При емкостной нагрузке

Как соотносятся коэффициенты нагрузки параллельно работающих трансформаторов с их напряжениями короткого замыкания?

К_нг1: К_нг2: К_нг3 = : :

Как соотносятся кажущиеся мощности параллельно работающих трансформаторов с их напряжениями короткого замыкания?

: : = : :

Как распределяются токи параллельно работающих трансформаторов с разными напряжениями КЗ?

Пропорциональны номинальным мощностям.

Могут ли два параллельно работающих трансформатора иметь равные напряжения КЗ, но отличные активные и реактивные составляющие напряжения КЗ, и если могут, то как это отражается на уравнительных токах?

Могут. Уравнительных токов не будет.

Параллельно работающий трансформатор с какой (меньшей, большей) величиной напряжения КЗ перегружается больше всего?

С меньшей величиной напряжения КЗ U_k

Какие из трансформаторов Y/Y-6, Y/Y-0, Y/Δ-11, Δ/Δ-0, Δ/Y-5, Δ/Y-11 можно включать параллельно при одинаковых остальных параметрах и характеристиках?

Y/Y-6, Y/Y-0 , Δ/Y-5, Δ/Y-11

Как направлены вектора уравнительных токов двух параллельно включенных трансформаторов?

Встречно друг другу

Какое максимальное различие в коэффициентах трансформации допускается для включения трансформаторов на параллельную работу?

Раз­личие в коэффициентах трансформации допускается не бо­лее чем на 0,5 % от их среднего значения.

Какое максимальное различие в напряжениях КЗ допускается для включения трансформаторов на параллельную работу?

Несимметричные режимы работы трехфазных трансформаторов.

Что такое несимметричный режим работы трансформатора?

Несимметричные режимы работы трехфазных трансформаторов возникают при подключении к ним мощной однофазной нагрузки. В несимметричных режимах вследствие неравномерного распределения токов по фазам трансформатора происходит искажение его напряжений, что приводит к ухудшению работы смежных потребителей.

В чем суть метода симметричных составляющих?

Суть метода заключается в разложении заданных или искомых векторов напряжения или тока на сумму векторов прямой, обратной и нулевой последовательности.

Чему равна сумма токов трех фаз при отсутствии токов нулевой последовательности?

Чему равна сумма токов трех фаз при присутствии токов нулевой последовательности?

сумма токов всех фаз равна тройному току нулевой последовательности

Чему равна сумма напряжений трех фаз при отсутствии токов нулевой последовательности?

Чему равна сумма напряжений трех фаз при присутствии токов нулевой последовательности?

сумма напряжений всех фаз равна тройному напряжению нулевой последовательности

Можно ли применять метод симметричных составляющих, если для всех участков магнитной цепи трансформатора ?

Применение метода симметричных составляющих, как известно, основано на принципе наложения. Тем самым предполагается, что для всех участков магнитной цепи трансформатора , чем и обусловлена возможность его применения.

Когда могут возникнуть токи нулевой последовательности в обмотке, соединенной звездой?

Токи нулевой последовательности будут протекать только в обмотках, соединенных в звезду с выведенной нулевой точкой и включаются между фазой и нулем однофазного потребителя, а также при 1Ф КЗ.

Когда и где могут возникнуть токи нулевой последовательности в обмотке, соединенной треугольником?

Токи нулевой последовательности в обмотке, соединенной треугольником, могут возникать только в результате индуцирования их другой обмоткой трансформатора.

В чем аналогия и различие в действии в трехфазном трансформаторе потока нулевой последовательности и в действии в нем из-за насыщения магнитной цепи третьей гармоники основного потока?

Ф₀ проявляется и действует аналогично третьим гармоникам намагничивающего потока. Разница в том, что поток изменяется с основной, а гармоники- с трехкратной частотой.

Что может искажать систему фазных и линейных ЭДС сильнее, несинусоидальный намагничивающий ток или ток нулевой последовательности?

Ток нулевой последовательности.

Почему при отсутствии токов нулевой последовательности необходимость разложения токов и напряжений на симметричные составляющие отпадает?

Так как токи прямой и обратной последовательности во всех случаях одинаковым образом трансформируются из одной обмотки в другую и сопротивления трансформатора для этих токов одинаковы, то их действие можно учитывать совместно.

Вызывает ли несимметричная нагрузка значительное искажение симметрии фазных и линейных напряжений при отсутствии тока нулевой последовательности и почему?

Искажается слабо. При несимметричной нагрузке падения напряжения U в отдельных фазах трансформатора различны. Но если токи отдельных фаз не превышают номинальных значений, то при = 0 величины U относительно малы, так как сопротивление Z_K трансформатора относительно мало.

При каком соединении и какой обмотки обычно возникают токи нулевой последовательности?

Токи нулевой последовательности возникают обычно тогда, когда вторичная обмотка соединена в звезду с нулевым проводом и между нулевым и линейным проводами включаются однофазные потребители, а также при однофазном коротком замыкании на вторичной стороне такого трансформатора.

При каком соединении или система фазных ЭДС и напряжений сильнее искажается и почему?

В трансформаторе с соединением обмоток Y/Yo токи нулевой последовательности I_а0 не уравновешены токами I_Ао в первичной обмотке ЭДС, нулевой последовательности поэтому могут достичь больших значений. В результате система фазных ЭДС и напряжений сильно искажается.

При каких трех условиях (упрощениях) производится анализ несимметричных режимов трансформатора?

Упрощения: трансформатор имеет симметричное устройство; Питающая сеть бесконечной мощности; пренебрежение токами намагничивания трансформатора.

Как влияет наличие тока нулевой последовательности на сдвиг нулевой точки трехфазной системы?

Ток нулевой последовательности вызывает свой поток, который в свою очередь вызывает ЭДС нулевой последовательности. Он может вызвать сильный сдвиг нулевой точки.

При какой конструкции магнитной системы трехфазных трансформаторов возможны значительные различия величин фазных напряжений, чем обусловлено это явление?

Независимая магнитная система. Потоки нулевой последовательности проходят по магнитопроводам каждой фазы, возможно значительное различие величин фазных напряжений.

Какие из следующих схем Y/Y, Δ/Y-0, Y/Y-0, Y/Δ, Δ/Y, Δ/Δ нежелательно использовать для соединения обмоток трехфазных групповых, броневых, бронестержневых трансформаторов и почему?

Y/Y-0 потому что будут возникать токи нулевой последовательности.

Как выглядит схема «открытого треугольника», в чем практическая ценность и особенности работы данной схемы?

На рисунке 2, а в открытый треугольник соединены два однофазных силовых трансформатора.Особенности такого соединения состоят в следующем: в фазах ab и ac проходят линейные токи, сдвинутые по фазе при активной нагрузке относительно соответствующих фазных напряжений на 30°. Значит, каждый трансформатор при активной нагрузке работает с cos φ = 0,866 (а не cos φ = 1). Поэтому отдаваемая мощность двух трансформаторов, соединенных в открытый треугольник, составляет не 2/3, а только 58% (2/3 от 86,6%) мощности, которая была бы при закрытом треугольнике.

Рисунок 2. Примеры соединений в открытый треугольник.

Переходные режимы трансформаторов.

Когда возникают переходные режимы трансформатора?

При всяком изменении одной или нескольких величин, определяющих работу трансформатора: напряжения, частоты, нагрузки и т. д.,

Какие две главные группы явлений различают при исследовании переходных режимов трансформатора?

Явления сверхтоков и явления перенапряжений.

В каких двух основных случаях возникают сверхтоки?

1)При включение трансформатора в сеть на напряжение, близкое к номинальному;

2) При внезапном коротком замыкании трансформатора.

Что такое свободный поток, как он изменяется во время переходного процесса у простейшего и реального трансформатора?

Свободный поток — это поток, создаваемый в трансформаторе для того, чтобы свести установившийся поток к нулю. У простейшего трансформатора не затухает, у реального затухает по экспоненте.

Какие условия включения трансформатора наиболее благоприятны?

Наиболее благоприятные условия включения имеют место при Ψ₀= и Ф_ост=0 В этом случае в трансформаторе сразу устанавливается поток, соответствующий установившемуся режиму.

Какие условия включения трансформатора наименее благоприятны?

Наименее благоприятны условия включения при ψ₀ = 0 , т. е. когда напряжение в момент включения равно нулю u1 =0 и поток Ф_св противоположен по знаку потоку Ф_уст. В этом случае Ф_t=Ф_m+Ф_m*+(0,2÷0,3)Ф_m.

Почему намагничивающий ток в момент включения трансформатора может превышать номинальный в несколько раз?

Намагничивающий ток i₀ , необходимый для создания двойной величины потока, определяется по кривой намагничивания. На рисунке точки A и B на кривой соответствуют нормальному и двойному значению магнитной индукции силовых трансформаторов, т. е. нормальному и двойному значению потока Фуст.

Мы видим, что амплитуда тока включения i_0m может превысить амплитуду установившегося тока холостого хода I_0m во много раз.

У какого трансформатора (более насыщенного или менее насыщенного) броски тока ХХ во время переходного процесса будут в общем случае больше и почему?

У насыщенного, так как в этом случае оба потока направлены по контуру сердечника одинаково, в связи с чем возрастает ток холостого хода.

Чем неприятен большой ток включения трансформатора, опасен ли он для самого трансформатора?

Ток включения не представляет опасности непосредственно для трансформатора, но он может привести к выключению его из сети.

У какого трансформатора, однофазного или трехфазного более вероятно получить большой ток включения и почему?

У трёхфазного так как у него три фазы и вероятность следовательно возрастает в три раза.

Почему при реальном коротком замыкании можно считать индуктивность трансформатора постоянной?

Из-за того, поток в магнитопроводе мал.

Каковы наиболее благоприятные условия для внезапного КЗ трансформатора?

Наиболее благоприятоготные условия имеют место при и Ф_ост=0 т. е. в трансформаторе сразу устанавливается ток, соответствующий установившемуся к.з.

Каковы наименее благоприятные условия для внезапного КЗ трансформатора?

Наименее благоприятны условия при , т.е. когда напряжение проходит через ноль U₁=0.

Как по известному напряжению КЗ определить установившийся ток короткого замыкания?

Как соотносятся между собой амплитуды тока КЗ в конце переходного процесса у простейшего и реального трансформатора и почему?

Ток внезапного короткого замыкания может достигать двойного значения установившегося тока короткого замыкания и в раз превышать номинальное значение тока.

В предельном случае, при r_k/L_k=0, ток св i не затухает и, следовательно, через полупериод от момента внезапного короткого замыкания амплитуда i_mk тока внезапного короткого замыкания достигает двойного значения амплитуды установившегося тока короткого замыкания, т.е.i_mk/( i_k·)=k_k=2

В реальных трансформаторах ток св. i_k затухает тем быстрее, чем больше отношениеr_k/L_k.

Переходный процесс при внезапном коротком замыкании у трансформаторов малой мощности длится не более одного периодаk_k=1.2-1.3, а у трансформаторов большой мощности — периодов,k_k=1.7-1.85.

Трансформатор

kuku17

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 5
Регистрация: 2.5.2010
Пользователь №: 18172

1. Почему в режиме холостого хода трансформатора его сердечник нагревается, а обмотки остаются холодными?
2. Почему в режиме короткого замыкания трансформатора обе его обмотки нагреваются, а сердечник остается холодным?
3. Почему в опыте короткого замыкания значительно снижают напряжение на первичной обмотке?
4. Почему ток холостого хода трансформатора значительно меньше номинального тока?

Не могу найти ответы на эти вопросы ни в учебника, ни в инете, если можете помогите пожалуйста.

Сообщение отредактировал kuku17 — 18.5.2010, 18:20

mic61

Просмотр профиля

Группа: Модераторы
Сообщений: 1505
Регистрация: 7.2.2008
Из: Россия, ДНР, Донецк
Пользователь №: 10408

kuku17

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 5
Регистрация: 2.5.2010
Пользователь №: 18172

Я не электрик, и в этом ничего не понимаю, если прямым текстом не написано я и не разберусь.
и для меня — эти 200 листов теории трансформаторов — простой набор слов, за исключением лишь основных моментов.

P.S. Может хоть кно-нибудь в 2-3х предложениях ответить на вопросы (мне не нужна вся теория по ним, она у меня есть, или хотя бы намекните, а там уж как-нибудь потытаюсь разобраться)

asverevkin

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 191
Регистрация: 19.11.2009
Из: Россия
Пользователь №: 16274

oldbmw

Просмотр профиля

Группа: Новые пользователи
Сообщений: 4
Регистрация: 13.2.2010
Пользователь №: 17331

kuku17

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 5
Регистрация: 2.5.2010
Пользователь №: 18172

А не подскажешь название своего учебника?

Сообщение отредактировал kuku17 — 18.5.2010, 17:48

oldbmw

Почему первичная обмотка трансформатора не создает Короткого Замыкания?

Так провод изолированный и имеет сопротивление. Лампочка тоже фазу с нулём соединяет!
—-
Кор. замыкание это ноль сопротивления току. Обмотка имеет определенное сопр. переменному току.
—-
Вот в этом то и прикол, потому что она закручена в спираль вокруг металлического штыря, образуя индуктивность, а индуктивность это обладает сопротивление для переменного тока. А ещё обмотка трансформатора обладает сопротивлением, например сопротивление первичной обмотки трансформатора в телевизоре «Рекорд» около 8 ом.
————————

————————
Хорошо, получается, что обмотка имеет сопротивление, но не бесконечное.. . Значит, без подключения нагрузки (или с нагрузкой, но недостаточной) трансформатор будет греться, потребляя то количество энергии, которое он должен расчётно отдавать (но не отдает или отдаёт, но не полностью) на вторичную обмотку при нагрузке?

Почему не происходит короткого замыкания в трансформаторе

В режиме короткого замыкания сопротивление внешней цепи равно нулю, т. е. вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко. Этот режим следует рас­сматривать как аварийный. При нем во вторичной обмотке транс­форматора протекает ток, во много раз превышающий номинальный. Такой ток безусловно опасен для трансформатора и допустим толь­ко на очень короткое время.

Так как при режиме короткого замыкания можно получить ряд данных для характеристики рабо­ты трансформатора и определитьпотери короткого замыкания, равные электрическим потерям в обмотках, этот режим создают искусственно при проведении опы­та короткого замыкания. Для это­го к первичной обмотке подводят пониженное напряжение U_K._З., при котором токи в обмотках I₁ и I₂ имеют номинальные значения.

Это пониженное напряжение,выраженное в процентах от номинального, называется напряжением короткого замыкания:

Напряжение короткого замыкания является очень важным параметром трансформатора и обычно указывается на его щитке-паспорте. Для силовых трансформаторов оно составляет от 5,5 до 10,5%, причем чем больше мощность трансформатора, тем выше зна­чение u _KЗ

Величиной напряжения короткого замыкания определяется и кратность тока короткого замыкания

На рис. 8.10 дана векторная диаграмма для режима короткого замыкания. Эта диаграмма строится так же, как и векторная диа­грамма работы трансформатора под нагрузкой. Векторы E₁ и E₂‘ отстают от вектора магнитного потока Ф на 90 0 . Вектор тока I₂

отстает от вектора э. д. с. Ё₂‘ на угол Ψ₂. Так как напряжение U_K._З, приложенное к первичной обмотке трансформатора, невелико и ток холостого хода I₀ будет мал, то им можно пренебречь. Тогда вектор тока I₁ будет сдвинут относительно вектора тока I₂ на 180° и равен ему по величине, что видно из следующего. Если прене­бречь током Iо, то

В приведенном трансформаторе , тогда

Вектор падения напряжения I₂‘ r₂‘ на активном сопротивлении г₂‘ совпадает по фазе с вектором тока I₂‘, а вектор падения напря­жения jI₂‘x₂‘ на реактивном сопротивлении x₂‘ сдвинут по фазе на 90 0 относительно вектора тока I₂‘, он откладывается от конца вектора I₂‘r₂‘. Вектор напряжения короткого замыкания U_1К.З оп­ределится в результате сложения векторов I₁r₁ и jI₁x₁. Для этого отложим вверх составляющую напряжения – E₁ геометрически сложим с ней векторы I₁r₁ и jI₁x₁. Этому режиму соответствует упрощенная схема замеще­ния, приведенная на рис. 8.11, так как при коротком замыкании трансформатор может быть представлен в виде цепи, состоящей из пос­ледовательно соединенных активных и индуктивных соп­ротивлений первичной и вто­ричной обмоток. Из вектор­ной диаграммы для режима короткого замыкания получа­ют треугольник короткого замыкания ОВГ (рис. 8.12). Для этого век­торы напряжения и э. д. с. вторичной обмотки поворачивают на 180° так, чтобы вектор E₂‘ совпал по направлению с вектором —E₁. При этом векторы токов первичной и вторичной обмоток I₂‘ и I₁ также совпадают.

Складывая между собой векторы активного падения напряжения I₁r₁ и I₂‘ r₂‘ и индуктивные падения напряжения jI₁x₁ и jI₂‘x₂‘ получаем треугольник короткого замыкания, в котором

Рис. 8.12. Треугольник короткого замыка­ния

Сопротивления и x_К,_З=x₁+ x₂‘ называются актив­ным и индуктивным сопротивлениями короткого замыкания или параметрами короткого замыкания.

Активная U_K,₃.а и реактивная U_к.з.х составляющие напряжения короткого замыкания U_K.₃ также выражаются в процентах от но­минального напряжения:

Опыт короткого замыкания производят по схеме, данной на рис. 8.13. Чтобы иметь в цепи меньшие токи, выгоднее подводить напряжение к обмотке высшего напряжения, а обмотку низшего напряжения замыкать накоротко. Постепенно повышая напряже­ние, подводимое к первичной обмотке трансформатора, от 0,3 U_H доводят его до величины, при которой токи в обмотках будут равны номинальным. При этом по приборам измеряют мощность и напря­жение.

Если в трехфазном трансформаторе токи и напряжения в фазах отличаются друг от друга, то ток короткого замыкания определяют из отношений:

Мощность короткого замыкания определя­ется как алгебраическая сумма показаний двух ваттметров:

По данным опыта короткого замыкания нахо­дят полное сопротивление короткого замыкания трансформатора

Активное и реактивное сопротивления ко­роткого замыкания определяются по формулам:

Коэффициент мощности при коротком замыкании

Опыт короткого замыкания позволяет определить потери в меди. Так как напряжение, приложенное к трансформатору, не­значительно и магнитный поток мал, потерями в стали можно пре­небречь. Тогда показания ваттметра в опыте короткого замыкания соответствуют потерям мощности в меди.

Режим короткого замыкания трансформатора

Режимом короткого замыкания трансформатора называется такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.

В лабораторных условиях можно провести испытательное короткое замыкание трансформатора, при котором накоротко замыкают зажимы вторичной обмотки, а к первичной подводят такое напряжение Uк, при котором ток в первичной обмотке не превышает номинального значения (Iк

где U1ном — номинальное первичное напряжение.

Напряжение короткого замыкания зависит от высшего напряжения обмоток трансформатора. Так, например, при высшем напряжении 6—10 кВ uK = 5,5%, при 35 кВ uK = 6,5÷7,5%, при 110 кВ uK = 10,5% и т. д. Как видно, с повышением номинального высшего напряжения увеличивается напряжение короткого замыкания трансформатора.

При напряжении Uк составляющем 5—10% от номинального первичного напряжения, намагничивающий ток (ток холостого хода) уменьшается в 10—20 раз или еще более значительно. Поэтому в режиме короткого замыкания считают, что

Основной магнитный поток Ф также уменьшается в 10—20 раз, и потоки рассеяния обмоток становятся соизмеримыми с основным потоком.

Так как при коротком замыкании вторичной обмотки трансформатора напряжение на ее зажимах U2 = 0, уравнение э. д. с. для нее принимает вид

а уравнение напряжения для трансформатора записывается как

Этому уравнению соответствует схема замещения трансформатора, изображенная на рис. 1.

Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании соответствующая уравнению и схеме рис. 1, показана на рис. 2. Напряжение короткого замыкания имеет активную и реактивную составляющие. Угол φк между векторами этих напряжений и тока зависит от соотношения между активной и реактивной индуктивной составляющими сопротивления трансформатора.

Рис. 1. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

Рис. 2. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании

У трансформаторов с номинальной мощностью 5—50 кВА XK/RK = 1 ÷ 2; с номинальной мощностью 6300 кВА и более XK/RK = 10 и более. Поэтому считают, что у трансформаторов большой мощности UK = Uкр, а полное сопротивление ZК = Хк.

Этот опыт, как и опыт холостого хода, проводят для определения параметров трансформатора. Собирают схему (рис. 3), в которой вторичная обмотка замкнута накоротко металлической перемычкой или проводником с сопротивлением, близким к нулю. К первичной обмотке подводится такое напряжение Uк, при котором ток в ней равен номинальному значению I1ном.

Рис. 3. Схема опыта короткого замыкания трансформатора

По данным измерений определяют следующие параметры трансформатора.

Напряжение короткого замыкания

где UK — измеренное вольтметром напряжение при I1, = I1ном. В режиме короткого замыкания UK очень мало, поэтому потери холостого хода в сотни раз меньше, чем при номинальном напряжении. Таким образом, можно считать, что Рпо = 0 и измеряемая ваттметром мощность — это потери мощности Рпк, обусловленные активным сопротивлением обмоток трансформатора.

При токе I1, = I1ном получают номинальные потери мощности на нагрев обмоток Рпк.ном, которые называются электрическими потерями или потерями короткого замыкания .

Из уравнения напряжения для трансформатора, а также из схемы замещения (см. рис. 1) получаем

где ZK — полное сопротивление трансформатора.

Измерив Uк и I1 можно вычислить полное сопротивление трансформатора

Потери мощности при коротком замыкании можно выразить формулой

поэтому активное сопротивление обмоток трансформатора

находят из показаний ваттметра и амперметра. Зная Zк и RК, можно вычислить индуктивное сопротивление обмоток:

Зная Zк, RК и Хк трансформатора, можно построить основной треугольник напряжений короткого замыкания (треугольник ОАВ на рис. 2), а также определить активную и индуктивную составляющие напряжения короткого замыкания:

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Устройство и принцип работы трансформаторов

Как работает трансформатор

Трансформатор работает за счет взаимоиндукции. Для начала разберем, что такое индукция.

Что такое индукция

Если по проводу пустить электрический ток, то возникнет магнитное поле.

Магнитное поле — неотъемлемая часть электрического. И в магнитном поле сохраняется энергия электрического.

У постоянных магнитов наличие магнитного поля объясняется направлением «доменов в одну сторону». Т.е. у каждого отдельно взятого атома есть свое маленькое магнитное поле. У постоянных магнитов эти маленькие магнитные поля направлены в одну сторону. Поэтому у постоянного магнита такое сильное магнитное поле.

И другие материалы можно намагнитить, т.е. сделать так, чтобы магнитные поля были направлены в одну сторону. Так получится «искусственно созданный» магнит.

Кстати, среди ремонтников очень популярен магнит, который намагничивает и размагничивает отвертки. Таким отвертками удобно пользоваться, поскольку маленькие болтики и винтики останутся на отвертке и не упадут в случае неосторожного движения.

А индуктивность — это способность материала накапливать магнитное поле, когда по этому материалу течет электрический ток.

Чем больше материал может создать магнитное поле, тем выше его индуктивность.

Магнитное поле можно увеличить, если сделать катушку.

Достаточно взять проволоку, намотать ее на каркас. И магнитные поля витков будут складываться.

Это и есть катушка индуктивности.

Провод в катушке индуктивности должен быть изолирован. Потому, что если хотя бы один виток будет в коротком замыкании с другим, то магнитное поле будет неравномерным. Будет межвитковое замыкание, из-за которого магнитное поле потеряет свою равномерность.

Если мы подаем на катушку постоянный ток, то и магнитное поле будет постоянным. Оно не будет меняться. А что если отключить катушку от источника? Тогда наступит явление самоиндукции. Так как ток уменьшается, то магнитное поле больше нечем поддерживать. И вся так энергия, которая была в магнитном поле, переходит в электрическую.

Изменение магнитного поля создает электрическое поле.

Увеличение индуктивности сердечником

А как увеличить индуктивность? Только с помощью количества витков и диаметром провода? На индуктивность еще влияет окружающая среда. Воздух — не самый лучший материал для накопления или передачи магнитного поля. У него низкая магнитная проницаемость. Тем более, при изменении плотности и температуры воздуха, это значение меняется. Поэтому, для увеличения индуктивности используют ферромагнетики. К ним относят железо, никель, кобальт и др.

Если сделать сердечник в центре катушки из таких материалов, то можно многократно повысить индуктивность катушки.

Из ферромагнетиков делают сердечники (магнитопроводы). В основном используют электротехническую сталь, которую специально делают для этих целей.

Кстати, теперь намного проще регулировать индуктивность с сердечником. Достаточно плавно передвигать сердечник внутри катушки, и индуктивность будет плавно меняться. Это удобнее, чем двигать витки друг от друга.

Взаимоиндукция и принцип передачи тока

Раз можно накопить энергию в катушке за счет магнитного поля, то можно передать эту энергию в другую катушку.

Допустим, есть две одинаковые катушки индуктивности. Одна подключена к питанию, другая нет.

При подключении питания, у первой катушки возникнет магнитное поле. И если приблизить вторую катушку к первой, у второй катушки индуцируется ЭДС за счет магнитного поля первой.

Но ЭДС второй катушки будет не долгим явлением. Если на первую катушку подается постоянное напряжение, то и магнитное поле будет постоянным.

А электрический ток возникает только при переменном магнитное поле. Поэтому, ток во второй катушке сразу исчезнет, как только стабилизируется магнитное поле.

Если поменяем полярность на первой катушке, то и изменится ее магнитное поле. А это значит, что оно будет изменяться и во второй катушке. Это снова индуцирует ток во второй катушке, но не надолго.

Чтобы непрерывно можно было передать ток от первой катушки ко второй, нужен переменный источник тока. Переменный ток создает переменное магнитное поле. А переменное магнитное поле проницая проводник создает в нем переменный наведенный ток.

И поэтому, если на первую катушку будет подано переменное напряжение, то возникнет и переменное магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует во второй катушке электромагнитное поле, и ток будет во второй катушке.

Такое явление называют взаимоиндукцией. Когда за счет индуктивности ток из одной части цепи можно передать в другую используя электромагнитное поле.

Многие путают электромагнитную индукцию и взаимоиндукцию. Но это разные явления, хоть и принцип действия во многом схож.

Кроме переменного тока можно использовать и импульсный ток, в котором плюс и минус не меняются местами. Главное выполнять правило — ток должен менять свое значение. И тогда будет переменное магнитное поле.

Кстати, когда работают блоки питания и светильники, издаваемый гул от них — это звук от катушек или их сердечников. Это из-за индукции. Магнитное поле из-за разного направления в катушках частично сдвигает витки и сердечники, отсюда и появляется тот самый звон. Это касается и электродвигателей. Поэтому такие детали заливают смолой или компаундом, чтобы уменьшить издаваемый звук.

Устройство трансформатора

А если катушки будут разными? Тогда можно преобразовать напряжение из одной величины в другую. Так и работает трансформатор. Трансформатор преобразует напряжение с первичной обмотки в напряжение другой величины на вторичной обмотке.

Трансформатор работает только с переменным, импульсным или любым другим током, у которого изменяется значение со временем.

Трансформатор преобразует ток и напряжение, но он не позволяет увеличить мощность. Даже наоборот, из-за нагрева он немного забирает мощность. И не смотря на это, его КПД может доходить вплоть до 99%.

Классический трансформатор

Разберем устройство классического трансформатора.

Основная его функция — это снижение или повышение напряжения для блока питания. Работает за счет сетевого напряжения и низкой частоты (от 50 Гц). Частота переменного тока важна для расчетов.

Классический трансформатор состоит из первичной и вторичной обмотки, а также сердечника (магнитопровода).

На первичную обмотку подается то напряжение, которое нужно преобразовать. А со вторичной обмотки снимают то напряжение, которое получилось за счет взаимоиндукции. Сердечник увеличивает магнитный поток.

Как же происходит преобразование? Все просто. Можно рассчитать индуктивность первичной и вторичной обмотки. Если нужно низкое напряжение, то вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная. Раз первичная работает за счет сетевого напряжения, то и рассчитывается на 220 В с небольшим запасом из-за колебаний сети.

Напряжение на вторичной обмотке сдвинуто по фазе относительно первичной. Это связано с явлением взаимоиндукции. На графике показана примерная разница по синусоиде.

Трансформаторы могут быть источниками фазовых искажений. Они изменяют сигналы по фазе из-за индуктивности, как показано на графике выше.

На принципиальных схемах классический трансформатор обозначается двумя катушками с сердечником.

Соответственно, если у трансформатора несколько вторичных обмоток, то и количество катушек на схеме будет другим.

Количество обмоток на трансформаторе может быть любым. Могут быть и несколько первичных и вторичных обмоток. А еще есть трансформаторы с общей точкой для двуполярного питания.

Кстати, если вы думаете, что у трансформатора нет сторон, как у диодов или транзисторов, то вы ошибаетесь. У трансформатора тоже есть начало обмотки и конец обмотки. На принципиальных схемах обозначение начала обмотки обозначается точкой и цифрами.

Зачем это надо? Дело в том, что магнитная индукция имеет свое направление, и на этом заложен весь принцип работы схемы. Если подключить обмотку не так, как показано на схеме, то вся схема перестанет работать как изначально задумывалось. Еще как пример можно привести трёхфазные электродвигатели. У них и вовсе для правильной работы важно знать начало и конец обмотки.

Коэффициент трансформации

У трансформаторов есть такое понятие, как коэффициент трансформации. Это отношение его входных и выходных характеристик (отношение количества витков первичной обмотки к вторичной).

Например, если трансформатор понижающий, с 220 В до 12 В, то его коэффициент больше единицы, то есть К 1. У разделительного коэффициент равен 1.

От чего зависит мощность трансформатора

При расчете учитываются следующие параметры:

• Размеры магнитопровода (сердечника);
• Количество витков;
• Сечение провода;
• Количество обмоток;
• Частота работы.

И все эти значения меняются в зависимости от расчетной мощности и требуемых параметров.

Типы классических трансформаторов

Классические трансформаторы по типу магнитопровода и расположению катушек разделяются на три основных вида:

Броневые чаще всего состоят из Е-пластин (или Ш, как многие называют), которые изолируются друг от друга лаком. В этом типе катушки заключены внутри сердечника как под броней. Поэтому они так и называются.

А еще сердечник может быть ленточным, но расположение катушек от этого не меняется.

Однако в плане эффективности преобразования мощности — это не самый лучший вариант. Магнитный поток получается неравномерным. Да и броневой трансформатор более уязвим к наводкам и помехам извне. Но зато у такого типа есть неоспоримое преимущество. Катушка наматывается достаточно просто, а сборка магнитопровода не составляет особого труда.

Такие трансформаторы чаще всего применяются в мелкогабаритной бытовой технике. Например, их можно часто встретить в мощных звуковых колонках от компьютеров.

Стержневые отличаются особенностями расположения катушек и конструкцией магнитопровода. Такой тип трансформаторов еще называют П-образным. Это связано с тем, что конструктивно сердечник такого трансформатора ленточный, и он собирается из узкой ленты электротехнической стали. И чтобы установить катушки в сердечник, его делают из двух форм в виде буквы П.

После установки двух катушек на первую часть сердечника, вторая часть замыкает ее при окончательной сборке.

Этот тип противоположность броневому. У такого трансформатора обмотки находятся снаружи, а у броневого наоборот, внутри.

Тороидальные трансформаторы являются самыми эффективными, и в тоже время самыми сложными в изготовлении. Сложности изготовления заключаются в том, что сердечник имеет форму тора. Он замкнут, и поместить катушки в сердечник так просто как в стержневых и броневых не получится.

Можно и разъединить трансформаторное железо на две полукруглые части (как П-образный трансформатор), но обмотку не получится намотать. Она будет не такая плотная и ровная.

Поэтому наматывают витки сразу на сердечник. А это намного дольше, да и автоматизировать такой процесс сложнее. Соответственно, и цена на такой трансформатор будет выше.

Режимы работы трансформаторов

Есть три основных режима:
1. Режим холостого хода. Первичная обмотка подключена к сети, но вторичная обмотка не подключена к нагрузке.

2. Режим нагрузки. Это рабочий режим. Первичная обмотка преобразует сетевое напряжение, а вторичная принимает его и подает в нагрузку.

3. Режим короткого замыкания. Вторичная обмотка находится в коротком замыкании. Это аварийный режим для большинства трансформаторов. В этой ситуации он может быстро нагреться и выйти из строя.

Все режимы и их критические параметры также зависят и от типа трансформатора. Например, для трансформатора тока, холостой режим является аварийным.

Импульсные трансформаторы

У импульсных трансформаторов другой тип действия. Они преобразуют напряжение до высоких частот с помощью схемы управления. Конечно из-за этого усложняется схема работы, но это позволяет накапливать большое количество энергии в катушках. Большое преимущество перед классическим трансформаторов — это компактность. Если классический трансформатор на 100 Вт будет большим, то импульсный в десятки раз меньше.

Из недостатков импульсных блоков питания — это наличие импульсных помех. Но и эти помехи удается сглаживать. Поэтому, все блоки питания в компьютерах, ноутбуках и зарядных устройствах чаще всего сделаны на импульсных трансформаторах.

Еще импульсные трансформаторы питают лампы подсветки в мониторах, которые подсвечивают матрицу. Это касается TFT мониторов.

Отличия импульсных трансформаторов от классических

Тезисно можно выделить несколько различий:

• Частота работы;
• Состав сердечника;
• Размеры;
• Схема работы;
• Стоимость.

А еще, как правило, у импульсных трансформаторов больше обмоток, чем у классических.

Почему сердечник не делают сплошным

Сердечники (магнитопроводы) делают из железных пластин потому, что во время работы появляются токи Фуко. Их называют еще вихревыми токами. Эти токи появляются от наводок обмоток в сердечнике. В итоге сердечник может перегреться, и даже расплавить катушки.

Поэтому, для трансформаторов низкой частоты делают сердечники из изолированных друг от друга пластин.

Пластины могут быть покрыты лаком, или изолированы бумагой между собой. Это уменьшает короткие замыкания в пластинах.

А можно ли сделать сердечник сплошным? Да, так можно сделать. И у импульсных трансформаторов сердечники сделаны из ферромагнитного порошка, у которого частицы друг от друга изолированы. Он называется ферродиэлектрическим сердечником. Но это возможно только на высоких частотах, на которых работает импульсный трансформатор.

Что делает трансформатор

У трансформатора много полезных и важных функций:

• Передает электричество на расстояние. Он способен повышать переменное напряжение. Это помогает передавать переменный ток на большие расстояния. Так как у проводов тоже есть сопротивление, от источника тока требуется высокое напряжение, чтобы преодолеть сопротивление проводов. Поэтому, трансформаторы незаменимы в электросетях, где они повышают напряжение до десятки тысяч вольт. Еще возле электростанций, которые вырабатывают электрический ток, стоят распределительные трансформаторы. Они повышают напряжение для передачи их потребителям. А возле потребителей стоит понижающий трансформатор, который уменьшает напряжение до 220 В 50 Гц.

• Питает электронику. Трансформатор — это часть блока питания. Он понижает входное сетевое напряжение, которое затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется и подается на плату. По сути, он используется практически в любом блоке питания и преобразователе.

• Питает радиолампы и электронно-лучевые трубки. Для радиоламп нужен большой спектр напряжений. Это и 12 В и 300 В и др.

• Для этих целей и делают трансформаторы, которые понижают и повышают сетевое напряжение. Это делается за счет разных обмоток на одном сердечнике. Разновидностью ламп являются электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). Они используются в электронных микроскопах, где с помощью пучка электронов можно получить детальные изображения микроскопических поверхностей. Для них нужны высокие напряжения, порядка нескольких десятков тысяч киловольт. Это нужно для того, чтобы в вакуумной трубке можно было разогнать пучок электронов до больших скоростей. Электрон в вакууме может повышать скорость своего передвижения за счет повышения напряжения. И здесь, кстати, используется импульсный трансформатор. Он повышает напряжение за счет работы ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Такие трансформаторы называются строчными (или развертки).

Это название неспроста, так как такой трансформатор выполняет функцию строчной развертки. По сути кинескоп — это и есть электронно-лучевая трубка. Поэтому, для работы телевизоров, где используется кинескоп, нужен строчный трансформатор.

• Согласует сопротивления. В усилителях звука согласование источника и потребителя играет важную роль. Поэтому, есть согласующие трансформаторы, которые позволяют передать максимум мощности в нагрузку. Если бы не было такого трансформатора, то лаповые усилители, которые были рассчитаны на 100 Вт, выдавали бы менее 50 Вт в нагрузку.

Например, выход усилителя 2 кОм, а трансформатор согласует сопротивление и понижает напряжение для щадящей работы динамиков. А на его вторичной обмотке сопротивление всего несколько десятков Ом.

• Для безопасности. Трансформатор создает гальваническую развязку между сетью и блоком питания. Это последний рубеж безопасности в блоке питания, если что-то пойдет не так. Будет время для срабатывания предохранителя. Или же катушки и магнитопровод расплавятся, но потребителю не дадут сетевую нагрузку. Он физически не связан с сетью 220 В. Связь есть только с помощью магнитного поля (взаимоиндукции). И если трансформатор рассчитан на 100 Вт, то он сможет выдать только 100 Вт.

Поэтому, потребитель будет защищен от опасных высоких токов. Именно из-за этого бестрансформаторные блоки питания считаются опасными.

• Деталь оружия. В электрошокерах используются высокие напряжения. И их помогает форматировать высоковольтный трансформатор. А еще он используется в некоторых схемах Гаусс пушки.

Вопросы об устройстве трансформатора

-Почему зазор между катушками делается минимальным?
Это делается для лучшего контакта магнитных полей. Если зазор будет большим — то и эффективность трансформатора будет низкая.

-А можно ли сделать трансформатор без сердечника аналогичный мощности с сердечником?
Да, но тогда придется увеличивать количество витков, чтобы увеличить магнитный поток. Например, с сердечником у обмоток витки могут быть по несколько тысяч. А без сердечника придется увеличивать магнитный поток за счет витков. И количество витков будет по несколько десяток тысяч. Это не только увеличивает размеры катушек, но и снижает их эффективность и увеличивает шансы перегрева.

-Можно ли подключить понижающий трансформатор как повышающий?
Если у вас есть трансформатор, который понижает сетевое напряжение с 220 В в 12 В, то его можно подключить как повышающий. То есть, вы можете подать на него переменное напряжение 12 В на вторичную обмотку и получить повышенное на первичной 220 В.

-А что будет, если на вторичную обмотку понижающего трансфоратора подать сетевое напряжение?
Тогда обмотка сгорит. Её сопротивление, количество витков и сечение провода не рассчитаны на такие напряжения.

-Можно ли сделать трансформатор самостоятельно своими руками в домашних условия?
Да, это вполне реально. И многие радиолюбители и электронщики этим занимаются. А некоторые еще и зарабатывают. продавая готовую продукцию. Но стоит помнить о том, что это долгий, сложный и не простой труд. Нужны качественные материалы. Это трансформаторное железо, эмалированные медные провода различного сечения, изоляционные материалы.

Все материалы должны быть высокого качества. Если медный провод будет с плохой изоляцией, то возможно межвитковое замыкание, которое неминуемо приведет к перегреву. А для начала нужно рассчитать все параметры будущего трансформатора. Это можно сделать с помощью различных программ, которые доступны в сети.

Далее, это долгие часы сборки. Особенно если вы решили намотать тороидальные трансформатор.

Нужно плотно и равномерно наматывать витки, записывать каждый десяток, чтобы не запутаться и не изменить характеристики будущего преобразователя или блока питания.

-Что будет, если включить трансформатор без сердечника?
Так как трансформатор рассчитывался изначально с сердечником, то и преобразовать полностью напряжение он не сможет. То есть, на вторичке что-то будет, но явно не те параметры. Да и если подключите нагрузку к обмоткам без сердечника, они быстро нагреются и сгорят.

Неисправности трансформаторов

К основным неисправностям трансформаторов можно отнести:

• Коррозия и наличие ржавчины на сердечнике;
• Перегрев и нарушение изоляции;
• Межвитковое короткое замыкание;
• Деформация корпуса, обмоток и сердечника
• Попадание воды в обмотку.

Как проверить на целостность

Трансформатор можно проверить обычным мультиметром. Установите прибор в режим измерения сопротивления и проверьте обмотки.

Они не должны быть в обрыве, никогда. Если нигде обрывов нет, то можно найти первичную и вторичную обмотки при помощи измерения сопротивления. У первичной обмотки понижающего трансформатора сопротивление будет выше, чем у вторичной. Это все из-за количества витков. Чем больше витков и чем меньше диаметр провода — тем больше сопротивление обмотки.

Так же вы можете найти паспорт на свой трансформатор. В нем указываются сопротивления обмоток, и их параметры, которые нужно будет проверить мультиметром.

Безопасная проверка работы трансформатора

Если вы решили намотать свой трансформатор или проверить старый, то обязательно подключайте лампочку в разрыв цепи (последовательно!). Если что-то не так произойдет то, лампочка загорится и заберет ток на себя и сможет спасти неисправный трансформатор.

Трансформаторы много где используются. Их конструкция разная и для каждой задачи она по-своему уникальна.

Интересные факты про трансформаторы

Трансформатор — это самый эффективный преобразователь. Его КПД (коэффициент полезного действия) может доходить до 99% (силовые трансформаторы). А вот у ДВС (двигатель внутреннего сгорания), КПД обычно не выше 30%.

Самый эффективный, но в тоже время и самый сложный в изготовлении — это тороидальный трансформатор. Он эффективен благодаря расположению катушек и магнитопроводу. Это усложняет процесс изготовления, особенно в промышленных масштабах.

Как проверить исправность трансформатора 220 В мультиметром

Трансформаторы получили широкое применение в радиоэлектронике. Они являются преобразователями переменного напряжения и, в отличие от других радиоэлементов, выходят из строя редко. Для определения их исправности нужно знать, как проверить трансформатор мультиметром. Этот способ достаточно простой, и необходимо понять принцип работы трансформатора и его основные характеристики.

Основные сведения о трансформаторах

Для преобразования номиналов переменного напряжения применяются специальные электрические машины — трансформаторы.

Трансформатор — это электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения и тока одной величины в переменный ток и напряжение другой величины.

Устройство и принцип действия

Используется во всех схемах питания потребителей, а также для осуществления передачи электроэнергии на значительные расстояния. Устройство трансформатора достаточно примитивно:

1. Ферромагнитный сердечник выполнен из ферромагнетика и называется магнитопроводом. Ферромагнетики — это вещества, обладающие самопроизвольной намагниченностью, параметры (атомы обладают постоянным спиновым или орбитальным магнитными моментами) сильно изменяются благодаря магнитному полю и температуре.
2. Обмотки: первичная (подключается сетевое напряжение) и вторичная (питание потребителя или группы потребителей). Вторичных обмоток может быть больше 2-х.
3. Дополнительные составляющие применяются для силовых трансформаторов: охладители, газовое реле, индикаторы температуры, поглотители влаги, трансформаторы тока, системы защиты и непрерывной регенерации масла.

Принцип действия основан на нахождении проводника в переменном электрическом поле. При движении проводника, например, соленоида (катушка с сердечником), на его выводах можно снять напряжение, которое зависит прямо пропорционально от количества витков. В трансформаторе реализован этот подход, но осуществляет движение не проводник, а электрическое поле, образованное переменным током. Он движется по магнитопроводу, выполненному из ферромагнетика. Ферромагнетик — это специальный сплав, идеально подходящий для изготовления трансформаторов. Основные материалы для сердечников:

1. Электротехническая сталь содержит большую массовую долю кремния (Si) и соединяется под действием высокой температуры с углеродом, массовая доля которого не более 1%. Ферромагнитные свойства нечетко выражаются, и происходят потери на вихревые токи (токи Фуко). Потери прямо пропорционально растут с увеличением частоты. Для решения этой проблемы и происходит добавление Si в углеродистую сталь (Э42, Э43, Э320, Э330, Э340, Э350, Э360). Расшифровывается аббревиатура Э42: Э — электротехническая сталь, содержащая 4% — Si с 2% магнитных потерь.
2. Пермаллой — вид сплава, и его составляющими частями являются никель и железо. Этот вид характеризуется высоким значением магнитной проницаемости. Применяется в маломощных трансформаторах.

При протекании тока по первичной обмотке (I) в ее витках образуется магнитный поток Ф, который распространяется по магнитопроводу на II обмотку, вследствие чего в ней образуется ЭДС (электродвижущая сила). Устройство может работать в 2-х режимах: нагрузки и холостого хода.

Коэффициент трансформации и его расчет

Коэффициент трансформации (k) является очень важной характеристикой. Благодаря ему можно выявить неисправности. Коэффициент трансформации — это величина, показывающая отношение количества витков I обмотки к числу витков II обмотке. По k трансформаторы бывают:

1. Понижающими (k > 1).
2. Повышающими (k < 1).

Найти его просто, и для этого необходимо узнать отношение напряжений каждой из обмоток. При наличии более 2-х обмоток расчет производится для каждой из них. Для точного определения k нужно пользоваться 2-мя вольтметрами, так как напряжение сети может изменяться, и эти изменения нужно отслеживать. Подавать нужно только напряжение, указанное в характеристиках. Определяется k несколькими способами:

По паспорту, в котором указаны все параметры устройства (напряжение питания, коэффициент трансформации, сечение провода на обмотках, количество витков, тип магнитопровода, габариты).

1. Расчетный метод.
2. При помощи моста Шеринга.
3. При помощи специальной аппаратуры (например, УИКТ-3).

Рассчитать k несложно, и существует ряд формул, позволяющих сделать это. Нет необходимости учитывать потери магнитопровода, применяемые при изготовлении на заводе. Исследования показали взаимосвязь магнитопровода (железняк) и k. Для улучшения КПД трансформатора нужно уменьшить магнитные потери:

1. Использование специальных сплавов для магнитопровода (уменьшение толщины и спецобработка).
2. Уменьшение количества витков при использовании толстого провода, а на высоких частотах большое сечение является пространством для создания вихревых токов.

Для этих целей применяют аморфную сталь. Но и она обладает ограничением, называемым магнитострикцией (изменение геометрических размеров материала под действием электромагнитного поля). При использовании этой технологии удается получать листы для железняка толщиной в сотые доли миллиметров.

Расчетные формулы

При отсутствии соответствующей документации нужно производить расчеты самостоятельно. В каждом конкретном случае способы расчета различны. Основные формулы расчета k:

1. Без учета возможных погрешностей: k = U1 / U2 = n1 / n2, где U1 и U2 — U на I и II обмотках, n1 и n2 — количество витков на I и II обмотках.
2. При учете погрешностей: k = U1 / U2 = (e *n1 + I1 * R1) / (e * n2 + I2 * R2), где U1 и U2 — напряжения на I и II обмотках; n1 и n2 — кол-во витков на I и II обмотках; е — ЭДС (электродвижущая сила) в каждом из витков обмоток; I1 и I2 — силы токов I и II обмоток; R1 и R2 — сопротивления для I и II.
3. По известным мощностям при параллельном подключении обмоток: kz = Z1 / Z2 = ku * ku, где kz — k по мощности, Z1 и Z2 — мощности на первичной и вторичной обмотках, ku — k по напряжению (k = U1 / U2).
4. По токам при последовательном подключении обмоток: k = I1 / I2 = n2 / n1. При учете результирующего тока холостого хода (ток потерь Io): I1 * n1 = I2 * n2 + Io.

Проверка исправности

В основном трансформаторы применяются в блоках питания. Намотка и изготовление самого трансформатора с нуля — сложная задача и под силу не каждому. Поэтому за основу берется уже готовый и модернизируется путем изменения количества витков вторичной обмотки. Основные неисправности трансформатора:

1. Обрыв выводов.
2. Повреждение магнитопровода.
3. Нарушение изоляции.
4. Сгорание при КЗ.

Диагностика начинается с визуального осмотра. Первоначальная диагностика включает в себя осмотр выводов трансформатора, его катушек на предмет обугливаний, целостность магнитопровода.

При изношенных выводах необходимо зачистить их, а в некоторых случаях при обрыве — разобрать трансформатор, припаять их и прозвонить тестером.

При поврежденном магнитопроводе нужно его заменить или узнать из справочников об аналогичном для конкретной модели, так как он ремонту не подлежит. Можно заменить отдельные пластины.

При КЗ необходимо провести диагностику на работоспособность при помощи измерительных приборов (проверка трансформатора мультиметром).

При пробитой изоляции происходит контакт между витками обмоток или на корпус. Определить эту неисправность достаточно сложно. Для этого необходимо произвести следующие действия:

1. Включить прибор в режим измерения сопротивления.
2. Один щуп должен быть на корпусе, а другой нужно присоединить к каждому выводу трансформатора поочередно.
3. Прибор должен во всех случаях прозвонок показывать бесконечность, что свидетельствует об отсутствии КЗ на корпус.
4. При любых показаниях прибора пробой на корпус существует, и нужно полностью разбирать трансформатор и даже разматывать его обмотки для выяснения причины.

Для поиска короткозамкнутых витков нужно определить, где I обмотка (вход), а где II (выход) у неизвестного трансформатора. Для этого стоит воспользоваться следующим алгоритмом:

1. Выяснить сопротивление первичной обмотки трансформатора 220 вольт при помощи измерений мультиметра в режиме «сопротивления». Необходимо записать показания прибора. Выбрать обмотку с наибольшим сопротивлением.
2. Взять лампочку на 50 Вт и подключить ее последовательно с этой обмоткой.
3. Включить в сеть на 5−7 секунд.

После этого отключить и проверить обмотки на нагрев. Если заметного превышения температуры нет, то приступить к поиску короткозамкнутых витков. Как проверить трансформатор на межвитковое замыкание: необходимо воспользоваться мегаомметром при напряжении 1000 В. При измерении пробоя изоляции необходимо прозванивать корпус и выводы обмоток, а также независимые между собой обмотки, например, вывод I и II.

Нужно определить коэффициент трансформации и сравнить его с документом. Если они совпадают — трансформатор исправен.

Существуют еще два метода проверки:

1. Прямой — подразумевает проверку под нагрузкой. Для его осуществления необходимо собрать цепь питания I и II обмоток. Путем измерения значений тока в обмотках, а затем по формулам (4) определить k и сравнить его с паспортными данными.
2. Косвенные методы. Включают в себя: проверку полярности выводов обмоток, определение характеристик намагничивания (используется редко). Полярность находится при помощи вольтметра или амперметра магнитоэлектрического исполнения с определением полярности на выходе. При отклонении стрелки вправо — полярности совпадают.

Проверка импульсного трансформатора достаточна сложная, и ее может произвести только опытный радиолюбитель. Существует много способов проверки исправности импульсников.

Таким образом, трансформатор можно легко проверить мультиметром, зная основные особенности и алгоритм проверки. Для этого нужно выяснить тип трансформатора, найти документацию по нему и рассчитать коэффициент трансформации. Кроме того, необходимо произвести визуальный осмотр прибора.