Введення
Одним знайважливіших переваг змінного струму перед постійним є легкість іпростота, з якою можна перетворити змінний струм однієї напруги взмінний струм іншої напруги. Досягається це за допомогою простого ідотепного пристрою - трансформатора, створеного в 1876 р. чудовимросійським ученим Павлом Миколайовичем Яблочкова.
П.М.Яблочков запропонував спосіб "дроблення світла" для своїх свічок за допомогоютрансформатора. Надалі конструкцію трансформаторів розробляв іншийросійський винахідник І.Ф. Усагін, який запропонував застосовувати трансформаторидля харчування не тільки свічок Яблочкова, але і інших приймачів.
Важлива рольу розвитку електротехніки належить М.О. Доліво-Добровольському. Він розробивоснови теорії багатофазних і, зокрема, трифазних змінних струмів і створивперший трифазний електричні машини і трансформатори. Трифазнийтрансформатор сучасної форми з паралельними стрижнями, розташованими водній площині, був сконструйований ним в 1891 р. З тих пір відбувалося подальшеконструктивне удосконалення трансформаторів, зменшувалася їх маса ігабарити, підвищувалася економічність. Основні положення теорії трансформаторівбули розроблені в працях Е. Арнольда і М. Відмара.
Метавипускної роботи полягає у вивченні трансформаторів, їх застосування, ремонтуі експлуатації.
Глава 1.Загальні відомості про трансформатори
1.1 Призначення трансформаторів
Трансформатором називається статичний електромагнітний апарат,перетворюючий перемінний струм однієї напруги в змінний струм іншоїнапруги тієї ж частоти. Трансформатори дозволяють значно підвищитинапруга, вироблювана джерелами змінного струму, встановленими наелектричних станціях, і здійснити передачу електроенергії на дальнівідстані при високих напругах (110, 220, 500, 750 і 1150 кВ). Завдякицього сильно зменшуються втрати енергії в проводах і забезпечується можливістьзначного зменшення площі перерізу проводів ліній електропередачі.
У місцях споживання електроенергії висока напруга, що подаєтьсявід високовольтних ліній електропередачі, знову знижується трансформаторами допорівняно невеликих значень (127, 220, 380 і 660 В), при яких працюютьелектричні споживачі, встановлені на фабриках, заводах, у депо і житловихбудинках. На е.. п. з. змінного струму трансформатори застосовують для зменшеннянапруги, що подається з контактної мережі до тягових двигунів ідопоміжним ланцюгах.
Крім трансформаторів, застосовуваних у системах передачі тарозподілу електроенергії, промисловістю випускаються трансформатори:тягові (для е.. п. с), для випрямних установок, лабораторні зрегулюванням напруги, для живлення радіоапаратури та ін Всі цітрансформатори називають силовими.
Трансформатори використовують також для включення електровимірювальнихприладів в ланцюзі високої напруги (їх називають вимірювальними), для електрозварюваннята інших цілей.
Рис. 1. Схема включення однофазного трансформатора
1.2 Пристрій трансформаторів
Трансформатори залежно від конфігурації магнітопроводупідрозділяють на стрижневі, броньові і тороїдальні.
У стержневом трансформаторі (рис. 2, а) обмотки 2 охоплюютьстрижні магнітопроводу 1; в броньовому (рис. 2, б), навпаки, магнітопровід 1охоплює частково обмотки 2 і як би бронює їх; в тороидальном (рис. 2, в)обмотки 2 намотані на магнітопровід 1 рівномірно по всьому колу.
Рис. 2. Пристрій стрижневого (а), броньового (б) і тороїдального(В) трансформаторів
Трансформатори великої і середньої потужності зазвичай виконуютьстрижневими. Їх конструкція простіша і дозволяє легше здійснюватиізоляцію та ремонт обмоток. Перевагою їх є також кращі умовиохолодження, тому вони вимагають меншої витрати обмотувальних проводів.Однофазні трансформатори малої потужності найчастіше виконують броньовими ітороїдальними, так як вони мають меншу масу і вартість у порівнянні зістрижневими трансформаторами через меншого числа котушок і спрощення процесускладання й виготовлення. Тягові трансформатори з регулюванням напруги настороні нижчої напруги - стрижневого типу, а з регулюванням на сторонівищої напруги - броньового типу.
Рис. 3. Магнітопроводи однофазного тягового (а) і силовоготрифазного (б) трансформаторів: 1 - стрижень; 2 - ярмовие балки; 3 - стяжнішпильки; 4 - підстава для установки котушок; 5 - ярмо
Магнітопроводи трансформаторів (рис. 3) для зменшення втрат відвихрових струмів збирають з листів електротехнічної сталі товщиною 0,35 або0,5 мм. Зазвичай застосовують гарячекатану сталь з високим вмістом кремнію абохолоднокатану сталь. Листи ізолюють один від іншого тонким папером або лаком.Стрижні магнітопровода трансформатора середньої потужності мають квадратне абохрестоподібна, перетин, а у більш потужних трансформаторів - ступеневе, за формоюнаближається до кола (рис.4, а). При такій формі забезпечується мінімальнийпериметр стрижня при заданій площі поперечного перерізу, що дозволяєзменшити довжину витків обмоток, а отже, і витрата обмотувальних проводів.У потужних трансформаторах між окремими сталевими пакетами з яких збираютьсястрижні, влаштовують канали шириною 5-6 мм для циркуляції охолоджуючого масла.Ярмо, що з'єднує стрижні, має зазвичай прямокутний перетин, площа якогона 10-15% більше площі перерізу стержнів. Це зменшує нагрів сталі і втратипотужності в ній.
У силових трансформаторах магнітопровід збирають із прямокутнихлистів. Зчленування стрижнів і ярма зазвичай виконують з взаємним перекриттям їхлистів внахлестку. Для цього аркуші у двох суміжних шарах сердечника розташовують,як показано на рис. 4, б, г, тобто листи стрижнів 1, 3 і ярма 2, 4 кожногоподальшого шару перекривають стик у відповідних аркушах попереднього шару,суттєво зменшуючи магнітний опір в місці зчленування. Остаточнузбірку магнітопровода здійснюють після установки котушок на стрижні (рис. 4,в).
У трансформаторах малої потужності магнітопроводи збирають зштампованих листів П-і Ш-подібної форми або з штампованих кілець (рис. 5,а-в).
Рис. 4. Форми поперечного перерізу (а) і послідовність складаннямагнітопроводу (б - г)
Великого поширення набули також магнітопроводи (рис.5, г-ж), навиті з вузької стрічки електротехнічної сталі (зазвичай зхолоднокатаної сталі) або зі спеціальних залізо-нікелевих сплавів.
Рис. 5. Сердечники однофазних трансформаторів малої потужності,зібрані з штампованих листів (о, б), кілець (в) і сталевої стрічки (г-ж)
Обмотки. Первинну і вторинну обмотки для кращої магнітної зв'язкурозпорядженні якомога ближче один до одного: на кожному стрижні 1магнітопроводарозміщують або обидві обмотки 2 і 3 концентрично одну поверх іншої (рис.6, а),або обмотки 2 і 3 виконують у вигляді чергуються дискових секцій - котушок(Рис.6, б). У першому випадку обмотки називають концентричними, у другому -чергуються, або дисковими. У силових трансформаторах зазвичай застосовуютьконцентричні обмотки, причому ближче до стрижням зазвичай розташовують обмоткунижчої напруги, що вимагає меншою ізоляції відносно магніто-проводитрансформатора, зовні - обмотку вищої напруги.
У трансформаторах броньового типу іноді застосовують дисковіобмотки. По краях стрижня встановлюють котушки, що належать обмотці нижчогонапруги. Окремі котушки з'єднують послідовно або паралельно. Втрансформаторах е.. п. с, у яких вторинна обмотка має ряд висновків длязміни напруги, що подається до тяговим двигунам, на кожному стрижнірозташовують по три концентричні обмотки (рис.6, в). Ближче до стрижнярозміщують нерегульовану частина 4 вторинної обмотки, в середині - первиннуобмотку 5 вищої напруги і поверх неї - регульовану частина 6 вторинноїобмотки. Розміщення регульованою частини цієї обмотки зовні спрощує виконаннявисновків від окремих її витків.
У трансформаторах малої потужності використовують багатошарові обмоткиз проводу круглого ...
