Электрические параметры трансформаторов

Содержание 

  Введение................................................................................................................................. 2

1. Основные  термины и определения......................................................................................... 3

2. Классификация  трансформаторов............................................................................................5

3. Основные  элементы конструкции трансформаторов............................................................ 7

  3.1. Сердечники магнитопроводов трансформаторов........................................................7

  3.2. Катушки трансформаторов...........................................................................................11

  3.3. Защита трансформаторов от внешних воздействий..................................................12

4. Принцип  работы трансформатора..........................................................................................14

5. Потери  в трансформаторах.................................................................................................... 14

6. Режимы  работы трансформатора...........................................................................................16

6.1. Режим  холостого хода..........................................................................................................16

  6.2. Режим работы под нагрузкой.......................................................................................17

  6.3. Режим короткого замыкания........................................................................................18

7. Электрические  параметры трансформаторов.......................................................................18

  7.1. Электрические параметры трансформаторов  питания..............................................18

  7.2. Электрические параметры согласующих  трансформаторов.....................................17

  7.3. Электрические параметры импульсных  трансформаторов......................................19

8. Обозначения  трансформаторов..............................................................................................20

9. Отказы  трансформаторов........................................................................................................21

  Список  литературы..............................................................................................................23

  Приложение

 

Введение 

  Изобретателем трансформатора является русский ученый П.Н. Яблочков, который в 1876 году использовал  индукционную катушку с двумя  обмотками в качестве трансформатора для питания изобретенных им электрических свечей. Этот трансформатор имел незамкнутый магнитопровод. С изобретением трансформатора повысился интерес к переменному току, который до этого времени не применялся.

  Выдающийся  русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский в 1889 году предложил трехфазную систему переменного тока, построил первый трехфазный трансформатор.

  В дальнейшем происходит быстрый рост промышленности и транспорта. К трансформаторам  предъявляют более высокие требования в отношении повышения их экономичности и уменьшения веса и габаритов. Проводится большая работа по изучению электромагнитных и тепловых процессов, происходящих при работе трансформатора; изысканию новых изоляционных материалов и улучшению свойств электротехнической стали.

  В настоящее время при разработке ЭВС используют электромагнитные устройства, и в первую очередь трансформаторы различных типов. В большинстве  случаев используемые трансформаторы во многом определяют такие технические  характеристики ЭВС как надежность, устойчивую работу и некоторые другие. Поэтому к их изготовлению и  выбору магнитопроводов, обмоточных проводов и материалов для них предъявляются специальные жесткие технические требования, позволяющие обеспечить надежную эксплуатацию. Материалы, из которых изготавливают магнитопроводы и сердечники для трансформаторов, должны обладать высокой магнитной проницаемостью в сильных электрических полях, имеющих переменные значения; малыми потерями на вихревые токи и перемагничивание; высокой технологичностью при изготовлении; невысокой стоимостью /1/.

 

  1. Основные термины  и определения 

  При изготовлении трансформаторов промышленного  и бытового назначения РЭА применяют  стандартизованные термины и  определения, обязательные для применения в документации всех видов, научно-технической и справочной литературе. Приведенные ниже термины и их определения соответствуют государственным стандартам /2, 3, 4, 5/.

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

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

  Трансформатор малой мощности - трансформатор с  выходной мощностью 4 кВА и ниже для  однофазных, 5 кВА и ниже для трехфазных.

  Различают электромагнитную, полезную, полную, расчетную и типовую мощности трансформатора /6/.

  Электромагнитная  мощность трансформатора - мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную  электромагнитным путем.

  Полезная  или отдаваемая мощность трансформатора - произведение действующих значений напряжения вторичной обмотки на величину протекающего по ней тока (тока нагрузки).

  Полная  потребляемая мощность трансформатора – произведение действующих значений напряжения на зажимах первичной  обмотки на величину тока, потребляемого трансформатором из сети. Величина мощности, потребляемая трансформатором из сети, больше мощности, отдаваемой  нагрузке,  за счет потерь энергии в магнитопроводе и обмотках.

  Расчетная (номинальная) мощность трансформатора - произведение действующих значений токов, протекающих по вторичным обмоткам, на величину напряжений на их зажимах. Эта мощность характеризует собой габаритные размеры трансформатора. В том случае, когда трансформатор работает на чисто активную нагрузку, отдаваемая им мощность равна расчетной мощности вторичной обмотки.

  Типовая или габаритная мощность трансформатора - мощность, определяющая размеры трансформатора.

  Трансформатор питания электронной аппаратуры – трансформатор малой мощности, предназначенный для преобразования напряжения электрических сетей в напряжения, необходимые для питания электронной аппаратуры.

  Сетевой трансформатор питания - трансформатор  питания электронной аппаратуры, предназначенный для работы от сети переменного тока.

  Трансформатор общего назначения - силовой трансформатор, предназначенный для включения в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, или для непосредственного питания приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы.

  Понижающий трансформатор - трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка высшего напряжения.

  Повышающий  трансформатор - трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка  низшего напряжения.

  Высокопотенциальный трансформатор питания электронной аппаратуры - трансформатор питания электронной аппаратуры, имеющий хотя бы в одной из точек его электрической цепи максимальный потенциал, превышающий 1500 В амплитудного значения.

  Однофазный  трансформатор - трансформатор, в магнитной  системе которого создается однофазное магнитное поле.

  Трехфазный  трансформатор - трансформатор, в магнитной  системе которого создается трехфазное магнитное поле.

  Двухобмоточный  трансформатор - трансформатор, имеющий  две основные гальванически не связанные  обмотки.

  Многообмоточный трансформатор - трансформатор, имеющий более двух основных гальванически не связанных обмоток.

  Регулируемый  трансформатор - трансформатор, допускающий  регулирование напряжения одной  или более обмоток с помощью  специальных устройств, встроенных в конструкцию трансформатора.

  Сигнальный  трансформатор - трансформатор малой  мощности, предназначенный для передачи, преобразования, запоминания электрических  сигналов.

  Автотрансформатор - трансформатор, две или более  обмотки которого гальванически  связаны так, что имеют общую часть.

  Герметичный трансформатор - трансформатор, выполненный  так, что исключается возможность  сообщения между внутренним пространством  его бака и окружающей средой.

  Согласующий сигнальный трансформатор - сигнальный трансформатор, предназначенный для согласования различных полных сопротивлений электрических цепей при преобразовании и передаче электрических сигналов.

  Импульсный  сигнальный трансформатор - сигнальный трансформатор, предназначенный для  передачи, формирования, преобразования и запоминания импульсных сигналов.

  Входной согласующий сигнальный трансформатор  – согласующий сигнальный трансформатор  для согласования внутреннего полного  электрического сопротивления источника  сигнала с полным входным сопротивлением функционального узла электронной аппаратуры.

  Выходной  согласующий сигнальный трансформатор  – согласующий сигнальный трансформатор  для согласования выходного полного  электрического сопротивления каскада  электронной аппаратуры с полным сопротивлением нагрузки.

  Коэффициент полезного действия (КПД) - отношение полезной активной мощности, отдаваемой в нагрузку, к полной активной мощности, потребляемой трансформатором из сети /6/. 

2. Классификация трансформаторов 

  При разработке ЭВС наибольшее распространение  получили малогабаритные трансформаторы малой мощности с выходной мощностью до 4 кВА.

  Трансформаторы  классифицируют по различным признакам /7/.

  По  функциональному назначению  трансформаторы подразделяются на:

  1. трансформаторы питания;

  2. согласующие трансформаторы;

  3. импульсные трансформаторы.

  Трансформаторы  питания предназначены для преобразования электрической энергии с максимальным коэффициентом полезного действия.

  Трансформаторы  согласования предназначены для  передачи переменных электрических  сигналов, несущих информацию с изменением уровня напряжений или токов или с гальванической развязкой цепей при минимальном искажении сигнала и потерь мощности в необходимом диапазоне частот. Трансформаторы согласования должны согласовывать сопротивление нагрузки с сопротивлением источников мощности в заданном диапазоне частот. Они должны иметь незначительные частотные искажения в определенной области частот и в них должны отсутствовать или быть в допустимых пределах нелинейные искажения. Трансформаторы согласования с целью уменьшения искажений работают при малых мощностях, их перегрев незначителен. Из-за значительных габаритов и массы трансформаторы согласования редко используются в ЭВС с интегральными схемами, они широко используются в бытовой ЭВС.

  Импульсные  трансформаторы предназначены для передачи коротких импульсов напряжения, обычно прямоугольной формы и работают в широком диапазоне частот. К ним предъявляются жесткие требования к индуктивности обмоток, особенно первичной, индуктивности рассеяния, собственной емкости обмоток, то есть к тем реактивностям, которые влияют на форму импульса. Импульсные трансформаторы широко применяются в аппаратуре для радиолокации, телевидения и импульсной радиосвязи. Они должны возможно меньше искажать форму трансформируемых сигналов напряжения.