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.
Снижение — напряжение — холостой ход
Снижение напряжения холостого хода достигается путем отключения электродержателя от сварочного трансформатора и подачей на сварочный электрод малого напряжения ( не более 12 В) от схемы блока.
Снижение напряжения холостого хода i -го поста ( / х: ухудшает условия возбуждения сварочной дуги ( см. гл.
Устройство снижения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов УСНТ-06У2, разработанное ВНИИЭСО и выпускаемое Симферопольским электромашиностроительным заводом, служит для повышения электробезопасности при сварке, резке и наплавке металлов от однофазных сварочных трансформаторов.
Устройство снижения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов УСНТ-06У2, разработанное ВНИИЭСО и выпускаемое Симферопольским электромашиностроительным заводом, служит для повышения электробезопасности при сварке, резке и наплавке металлов от однофазных сварочных трансформаторов и рассчитано для работы в открытых помещениях ( под навесом, в кузовах, палатках, кожухах и др.) в условиях умеренного климата при высоте над уровнем моря не более 1000 м, температуре окружающего воздуха от — 45 до 45 С и относительной влажности воздуха не более 80 % при температуре 20 С.
| Принципиальная схема устройства защиты человека от поражения. |
Блок снижения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов БСНТ-08У2 предназначен для повышения электробезопасности при дуговой сварке штучными электродами, резке и наплавке металлов от однофазных сварочных трансформаторов.
Трансформаторы ТД-500-4 дополнительно снабжены устройством для снижения напряжения холостого хода с 80 до 12 В, что значительно уменьшает возможность поражения током сварщика при смене электродов.
Основной недостаток тиристоров применительно к устройствам снижения напряжения холостого хода — относительно большие токи утечки. При включении тиристоров в первичную обмотку сварочного трансформатора токи утечки, даже если они составляют 50 — 60 мА, практически не влияют на напряжение вторичной обмотки ( сварочной цепи) и не представляют опасности.
| Безопасный электродержатель. |
В связи с тем что устройства для снижения напряжения холостого хода в сварочных трансформаторах могут быть неисправными и возникает опасность поражения током, для предупреждения электротравматизма электросварщиков обеспечивают диэлектрическими перчатками.
Необходимо отметить, что различные устройства для снижения напряжения холостого хода источников питания не являются средством защиты от поражения электрическим током. Они лишь повышают электробезопасность при ручной сварке. Наличие этих устройств не освобождает сварщика от полного соблюдения им всех правил и требований безопасности труда.
СТ и выполняет функции регулятора тока и устройства снижения напряжения холостого хода.
Устройство УСНП разработано Вильнюсским филиалом ВНИИЭСО и предназначено для автоматического снижения напряжения холостого хода сварочных генераторов постоянного тока и выпрямителей для ручной дуговой электросварки с пределами регулирования сварочного тока от 40 до 315 А.
Опыт эксплуатации показал, что применение тиристоров в качестве коммутирующих элементов устройств снижения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов весьма эффективно. Это обусловлено практически мгновенным включением их в момент прикосновения электродом к свариваемой детали, что существенно облегчает зажигание дуги и повышает производительность труда сварщика, а также практически неограниченным числом включений, которое они выдерживают.
При ручной дуговой сварке используются устройства УСНП-1 и УСНТ-4 ( табл. VII.1) для автоматического снижения напряжения холостого хода сварочных преобразователей постоянного тока, трансформаторов и выпрямителей.
Чем определяется напряжение и ток при коротком замыкании?
Подписывайтесь! Там тоже интересно!
Выше я сказал, что КЗ может произойти в любой точке линии. Давайте разбираться, как будет зависеть ток и напряжение в зависимости от места КЗ.
Немецкий физик Ом со школьных лет учит нас, что напряжение и ток определяются через сопротивление цепи:
Ток короткого замыкания, как и любой ток, тоже рассчитывается по закону Ома и зависит от напряжения и сопротивления на данном участке цепи. Поскольку сопротивление проводов в реальной жизни – это не только то, что показывает мультиметр, но и индуктивная составляющая, закон Ома для тока КЗ запишем в более общем виде:
В числителе U – номинальное напряжение в сети (напряжение холостого хода на выходе трансформатора на ТП). Число, которое получается при расчетах в знаменателе – полное сопротивление цепи Z, от которого и зависит ток КЗ. Рассмотрим схему однофазного питания квартиры и реальный случай КЗ с замкнувшим феном:
Замыкание в конце питающей линии (ток КЗ минимальный)
В схеме обозначены полные сопротивления различных участков питающей сети:
- Z1 – внутреннее сопротивление трансформатора на подстанции с учетом пересчитанного сопротивления высоковольтной части,
- Z2 – кабельная линия от ТП к распределительному пункту (РП) многоквартирного дома,
- Z3 – кабельная линия от РП до квартирного щитка,
- Z4 – кабель от щитка до розетки в одной из комнат,
- Z5 – переноска от розетки до замкнувшего фена.
Фен сгорел и устроил короткое замыкание
Вот как может выглядеть график уровня напряжения на разных участках – от клемм трансформатора на подстанции до замкнувшей вилки фена:
Понижение напряжения до нуля в результате КЗ в конце линии
Падение напряжения сопровождается выделением тепла на всех участках питающей линии. На мощных участках с большим сечением проводов доля “квартирного” тока КЗ ничтожна, поэтому там падение небольшое (участки с сопротивлением Z1, Z2).
В связи с понижением напряжения в результате КЗ можно отметить, что это будет заметно на параллельных нагрузках, подключенных например к тому же РП. При КЗ или сильной перегрузке у одного из потребителей лампочки в соседних домах и подъездах станут гореть тусклее. Бывало?
А вот как может выглядеть изменение тока КЗ от источника до места замыкания:
Уменьшение тока при удалении от источника электроэнергии
Трансформатор на подстанции 10000/0,4 кВ мощностью 1000 кВА с глухозаземленной нейтралью вторичной обмотки. Примерно от таких питаются наши “районы, кварталы, жилые массивы”.
История создания трансформаторов
Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.
Столетов Александр Григорьевич (профессор Московского университета) сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (1880-е).
Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.
В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.
Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.
В 1848 году французский механик Г.Румкорф изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора.
30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора переменного тока. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.
Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон. В 1885г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°» Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери изобрели трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов.
Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.
С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889г. предложил трёхфазную систему переменного тока с тремя проводами (трехфазная система переменного тока с шестью проводами изобретена Николой Тесла), построил первый трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка» и трехфазной обмоткой на роторе (трехфазный асинхронный двигатель изобретен Николой Тесла), первый трёхфазный трансформатор с тремя стержнями магнитопровода, расположенными в одной плоскости. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 кВт при напряжении 95 В.
1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).
В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.
Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50%, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.
б) Общие условия испытания
При операционных или специальных электромагнитных испытаниях методом КЗ опыт производят после второй сборки трансформатора с целью определения потерь и напряжения КЗ без бака или измерения полей рассеяния в различных местах активной части трансформатора. При приемо-сдаточных испытаниях опыт КЗ производят, на собранном и залитом маслом трансформаторе. При квалификационных и периодических испытаниях на нагрев методом КЗ трансформатор собирается полностью вместе с системой охлаждения (гл. 12). Результаты измерения потерь и напряжения КЗ практически не зависят от того, с какой стороны подводится питание. Поэтому из соображений удобства испытания на двухобмоточных трансформаторах замыкают накоротко обмотку НН, а питание подводят к обмотке ВН. Па трехобмоточных трансформаторах при опыте КЗ пары обмоток ВП и СН напряжение подают на обмотку СН при замкнутой накоротко обмотке ВН. Перед опытом КЗ должно быть обеспечено надежное замыкание накоротко соответствующей обмотки, а также зажимов всех вторичных обмоток ТТ, встроенных в трансформатор. Замыкание вводов замыкаемой накоротко обмотки следует делать как можно тщательнее, применяя короткие медные провода или шины, сечение которых должно быть не менее сечения токоведущей шпильки или шины ввода этой обмотки. Согласно при испытании каждого первого образца трансформаторов данного типа плотности тока в подводящих проводах и в проводах, применяемых для выполнения КЗ обмоток, при проведении опытов не должны быть более 1,8 в медных и 1,2 А/мм2 в алюминиевых. При приемо-сдаточных испытаниях опыт КЗ производят на ступени номинального напряжения, а при квалификационных и периодических испытаниях, кроме того, на ступенях максимального и минимального напряжения обмоток. Перед опытом устройства переключения ответвлений обмоток должны быть установлены на требуемые ступени, а их приводы должны быть застопорены. При неправильной установке приводов устройств, например ПБВ, между подвижными и неподвижными контактами переключателя может образоваться небольшой зазор. Напряжение КЗ при опыте может оказаться достаточным для пробоя зазора между контактами, а возникающая между ними электрическая дуга может вызвать повреждение (оплавление) контактов.
Принцип работы трансформатора в режиме холостого хода
Когда на обмотку прибора подают напряжение синусоиды, в ней возникает слабый ток, как правило, не превышающий 0,05-0,1 от номинального значения (это и есть холостой ток). Его создает обмоточная магнитодвижущая сила, именно из-за ее действия в замкнутом магнитопроводном элементе возникают ведущий магнитный поток (обозначается Ф) и рассеивающийся поток Ф1, замкнутый вокруг обмоточного тела. Значение магнитодвижущей силы равно произведению холостого тока на число обмоточных витков.
Ведущий поток создает в приборе две электродвижущие силы: самоиндукционную у первой обмотки и взаимной индукции – у второй. Ф1 продуцирует у первой катушки ЭДС рассеяния. Она имеет очень небольшую величину, ведь создающий ее поток замыкается, по большей части, по воздушным массам, ведущий поток Ф – по магнитопроводу. Поскольку главный поток имеет гораздо большие масштабы, то и генерируемая им для первичной катушки электродвижущая сила тоже имеет намного большее значение.
Важно! Так как подаваемое напряжение имеет вид синусоиды, такие же характеристики имеют главный поток и создаваемые им обмоточные электродвижущие силы. Но по причине магнитного насыщения имеющийся в приборе поток непропорционален электротоку, создающему намагничивание, так что последний синусоидальным не будет. Практикуется замена его реальной кривой соответствующей ей синусоидой с таким же значением
Искажение тока связано с третьей гармонической составляющей (величина, определяемая вихревыми потоками и магнитопроводным насыщением)
Практикуется замена его реальной кривой соответствующей ей синусоидой с таким же значением. Искажение тока связано с третьей гармонической составляющей (величина, определяемая вихревыми потоками и магнитопроводным насыщением).
Как проводится опыт холостого хода
При проведении опыта холостого хода появляется возможность определить следующие характеристики агрегата:
- коэффициент трансформации;
- мощность потерь в стали;
- параметры намагничивающей ветви в замещающей схеме.
Для опыта на устройство подаётся номинальная нагрузка.
При проведении опыта холостого хода и расчёте характеристик на основе данной методики необходимо учитывать разновидность устройства.
В данном состоянии трансформатор обладает нулевой полезной мощностью по причине отсутствия на выходной катушке электротока. Поданная нагрузка преобразуется в потери тепла на входной катушке I02×r1 и магнитные потери сердечника Pm. По причине незначительности значения потерь тепла на входе, их в большинстве случае в расчёт не принимают. Поэтому общее значение потерь при холостом ходе определяется магнитной составляющей.
Далее приведены особенности расчёта характеристик для различных видов трансформаторов.
Для однофазного трансформатора
Опыт холостого хода для однофазного трансформатора проводится с подключением:
- вольтметров на первичной и вторичной катушках;
- ваттметра на первичной обмотке;
- амперметра на входе.
Приборы подключаются по следующей схеме:
Для определения электротока холостого хода Iо используют показания амперметра. Его сравнивают со значением электротока по номинальным характеристикам с использованием следующей формулы, получая итог в процентах:
Iо% = I0×100/I10.
Чтобы определить коэффициент трансформации k, определяют величину номинального напряжения U1н по показаниям вольтметра V1, подключённого на входе. Затем по вольтметру V2 на выходе снимают значение номинального напряжения U2О.
Коэффициент рассчитывается по формуле:
K = w1/w2 = U1н/ U2О.
Величина потерь составляет сумму из электрической и магнитной составляющих:
P0 = I02×r1 + I02×r0.
Но, если пренебречь электрическими потерями, первую часть суммы можно из формулы исключить. Однако незначительная величина электрических потерь характерна только для оборудования небольшой мощности. Поэтому при расчёте характеристик мощных агрегатов данную часть формулы следует учитывать.
Потери холостого хода для трансформаторов мощностью 30-2500 кВА
Для трёхфазного трансформатора
Трёхфазные агрегаты испытываются по аналогичной схеме. Но напряжение подаётся отдельно по каждой фазе, с соответствующей установкой вольтметров. Их потребуется 6 единиц. Можно провести опыт с одним прибором, подключая его в необходимые точки поочерёдно.
При номинальном напряжении электротока обмотки более 6 кВ, для испытания подаётся 380 В. Высоковольтный режим для проведения опыта не позволит добиться необходимой точности для определения показателей. Кроме точности, низковольтный режим позволяет обеспечить безопасность.
Применяется следующая схема:
Работа аппарата в режиме холостого хода определяется его магнитной системой. Если речь идёт о типе прибора, сходного с однофазным трансформатором или бронестержневой системе, замыкание третьей гармонической составляющей по каждой из фаз будет происходить отдельно, с набором величины до 20 процентов активного магнитного потока.
В результате возникает дополнительная ЭДС с достаточно высоким показателем – до 60 процентов от главной. Создаётся опасность повреждения изолирующего слоя покрытия с вероятностью выхода из строя аппарата.
Предпочтительнее использовать трехстержневую систему, когда одна из составляющих будет проходить не по сердечнику, с замыканием по воздуху или другой среде (к примеру, масляной), с низкой магнитной проницаемостью. В такой ситуации не произойдёт развитие большой дополнительной ЭДС, приводящей к серьёзным искажениям.
Для сварочного трансформатора
Для сварочных трансформаторов холостой ход – один из режимов их постоянного использования в работе. В процессе выполнения сварки при рабочем режиме происходит замыкание второй обмотки между электродом и металлом детали. В результате расплавляются кромки и образуется неразъёмное соединение.
После окончания работы электроцепь разрывается, и агрегат переходит в режим холостого хода. Если вторичная цепь разомкнута, величина напряжения в ней соответствует значению ЭДС. Эта составляющая силового потока отделяется от главного и замыкается по воздушной среде.
Чтобы избежать опасности для человека при нахождении аппарата на холостом ходу, значение напряжения не должно превышать 46 В. Учитывая, что у отдельных моделей значение данных характеристик превышает указанное, достигая 70 В, сварочный агрегат выполняют со встроенным ограничителем характеристик для режима холостого хода.
Основные части конструкции трансформатора
Основными частями конструкции трансформатора являются:
- магнитопровод
- обмотки
- каркас для обмоток
- изоляция
- система охлаждения
- прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты трансформатора и т.п.)
В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:
- Стержневой
- Броневой
- Тороидальный
Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надежность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.
В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.
Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.