Рабочий процесс трансформатора. Общие сведения о трансформаторах

Лекция №10

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Рабочий процесс трансформатора. Общие сведения о трансформаторах

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

История развития трансформаторостроения

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 своем приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.

В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку. Она явилась прообразом трансформатора.

30 ноября 1876 года считается датой рождения первого трансформатора, это дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем,. 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.

С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току.

Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трехфазную систему переменного тока, построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трехфазного тока протяженностью 175 км трехфазный генератор имел мощность 230 кВт при напряжении 95 В.

1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в России, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии - Московский электрозавод).

В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провел 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 проката 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.

Специальные трансформаторы

Что касается специальных трансформаторов, то они могут быть выполнены с различным количеством обмоток, отводов, на различное количество фаз и на различные частоты (могут быть на 50Гц, на 400Гц и на любую другую частоту по заказу).

Специальные трансформаторы включают очень большую группу трансформаторов.

Наиболее широко специальные трансформаторы применяются в схемах электрического питания радиотехнических устройств, в выпрямителях, фильтрах, статических преобразователях, стабилизаторах, регуляторах напряжения и тока, усилителях звуковой частоты. В схемах преобразователей с помощью трансформаторов можно преобразовывать основные параметры электрической энергии в цепях переменного тока: напряжение, ток, число фаз и форму кривой. Каждое из преобразований, обычно, осуществляется одновременно с передачей электроэнергии электромагнитным путем в другую электрическую цепь, не связанную непосредственно с той цепью, откуда эта энергия подводится. Передача энергии при помощи трансформаторов возможна не только электромагнитным путем, но и комбинированным (электромагнитно-электрическим). Трансформаторы с таким типом передачи энергии относятся к автотрансформаторам. Существуют практические схемы, в которых трансформатор используется также для передачи электроэнергии электромагнитным путем без ее преобразования. Такой тип трансформатора, применяемый для изоляции одной электрической цепи от другой, называется изолирующим.

К специальным трансформаторам относятся в том числе и преобразовательные трансформаторы ТРСЗП и другие силовые трансформаторфы.

Специальные силовые преобразовательные трансформаторы

Дальнейшую классификацию можно проводить по различным признакам, например:

- по напряжению — низковольтные, высоковольтные и высокопотенциальные;

- по частоте питающей сети;

- по числу фаз — однофазные, трехфазные, шестифазные и т. д.;

- по коэффициенту трансформации — повышающие и понижающие;

- по числу обмоток — двухобмоточные и многообмоточные;

- по виду связи между обмотками — трансформаторы с электромагнитной связью (с изолированными обмотками) и трансформаторы с электромагнитной и электрической связью, то есть со связанными обмотками;

- по конструкции магнитопроводов;

- по конструкции обмоток — катушечные, галетные и тороидальные;

- по конструкции всего трансформатора — открытые, капсулированные и закрытые;

- по назначению — выпрямительные, накальные, анодные, анодно-накальные и т. д.

Каждый трансформатор снабжен щитком из материала, не подверженного атмосферным влияниям. Щиток прикреплен к баку трансформатора на видном месте и содержит его номинальные данные, которые нанесены травлением, гравировкой, выбиванием или другим способом, обеспечивающим долговечность знаков. На щитке трансформатора указаны следующие данные:

1. Марка завода-изготовителя.

2. Год выпуска.

3. Заводской номер.

4. Обозначение типа.

5. Номер стандарта, которому соответствует изготовленный трансформатор.

6. Номинальная мощность ( кВА ). (Для трехобмоточных трансформаторов указывают мощность каждой обмотки. )

7. Номинальные напряжения и напряжения ответвлений обмоток (В или кВ ).

8. Номинальные токи каждой обмотки ( А ).

9. Число фаз.

10. Частота тока ( Гц ).

11. Схема и группа соединения обмоток трансформатора.

12. Напряжение короткого замыкания ( % ).

13. Род установки ( внутренняя или наружная ).

14. Способ охлаждения.

15. Полная масса трансформатора ( кг или т ).

16. Масса масла ( кг или т ).

17. Масса активной части ( кг или т ).

18. Положения переключателя, обозначенные на его приводе.

Для трансформатора с искусственным воздушным охлаждением дополнительно указана мощность его при отключенном охлаждении. Заводской номер трансформатора выбит также на баке под щитком, на крышке около ввода ВН фазы А и на левом конце верхней полки ярмовой балки магнитопровода.

Условное обозначение трансформатора состоит из буквенной и цифровой частей. Буквы означают следующее: Т - трехфазный трансформатор, О - однофазный, М - естественное масляное охлаждение, Д - масляное охлаждение с дутьем ( искусственное воздушное и с естественной циркуляцией масла ), Ц - масляное охлаждение с принудительной циркуляцией масла через водяной охладитель, ДЦ - масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла, Г - грозоупорный трансформатор, Н в конце обозначения - трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой, Н на втором месте - заполненный негорючим жидким диэлектриком, Т на третьем месте - трехобмоточный трансформатор.

Первое число, стоящее после буквенного обозначения трансформатора, показывает номинальную мощность ( кВА ), второе число - номинальное напряжение обмотки ВН ( кВ ). Так, тип ТМ 6300/35 означает трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением мощностью 6300 кВА и напряжением обмотки ВН 35 кВ.

Буква А в обозначении типа трансформатора означает автотрансформатор. В обозначении трехобмоточных автотрансформаторов букву А ставят либо первой, либо последней. Если автотрансформаторная схема является основной ( обмотки ВН и СН образуют автотрансформатор, а обмотка НН дополнительная ), букву А ставят первой, если автотрансформаторная схема является дополнительной, букву А ставят последней.

Силовые трансформаторы

В КТП (комплектная трансформаторная подстанция) применяются силовые трансформаторы следующих типов:

ТМГ12 (трехфазный, с естественной циркуляцией масла, герметичный) мощностью до 2500 кВА производства Минского электротехнического завода имени В. И. Козлова. Трансформаторы типа ТМГ12 изготавливаются в герметичном исполнении (их внутренний объем не имеет сообщения с окружающей средой), поэтому производить отбор пробы масла не требуется;

ТСГЛ (трехфазный, сухого типа, с защитным кожухом) с медной обмоткой, мощностью до 2500 кВА производства Минского электротехнического завода им. В. И. Козлова;

Тrihal (трехфазный, сухого типа, с защитным кожухом) с медной обмоткой, мощностью до 2500 кВА производства «Schneider Electric»;

Основные преимущества

Изготовление КТП на базе блочно-модульных зданий (БМЗ) существенно снижает стоимость по сравнению с капитальными строениями. Причины, по которым достигается уменьшение стоимости, следующие:

§ блоки БМЗ изготавливаются в заводских условиях, что позволяет резко повысить технологичность их производства (по сравнению со строительной площадкой), доводя степень их заводской готовности до 100% и сводя строительство на объекте к несложным операциям монтажа здания из готовых блоков;

§ монтаж БМЗ, как правило, ведется «с колес», требует меньшего количества строительной техники и занимает несоизмеримо меньше времени по сравнению с капитальным строительством. Не менее важным, а нередко и более значимым фактором (например, в условиях крайнего севера), является возможность монтажа и наладки устанавливаемого в БМЗ оборудования непосредственно на площадке изготовления БМЗ. Результатом является снижение сроков ввода в эксплуатацию оборудования на объекте;

§ все инженерные системы здания (освещение, отопление и вентиляция, охранная и пожарная сигнализация) монтируются на этапе изготовления БМЗ, что существенно упрощает и ускоряет ввод БМЗ в эксплуатацию;

§ вес БМЗ несоизмеримо меньше веса капитальных строений. Как следствие, фундаменты под БМЗ существенно проще, что вносит немалую долю в уменьшение времени строительства и его общей стоимости (наиболее предпочтителен свайный фундамент, так как в этом случае существенно облегчается ввод в здание силовых кабелей).

Лекция №10

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Рабочий процесс трансформатора. Общие сведения о трансформаторах