Презентация по электротехнике на тему трансформаторы. Электротехника и электроника Трансформаторы

Что такое трансформатор?ЧТО ТАКОЕ ТРАНСФОРМАТОР?
Трансформатор - это очень простое устройство, которое
позволяет как повышать, так и понижать напряжение, и
преобразовывать переменный ток.
Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г.
русским ученым П. Н. Яблочковым для питания
изобретенных им «электрических свечей»

Устройство

УСТРОЙСТВО
Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на
который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными
обмотками. Одна из обмоток, называемая первичной,
подключается к источнику переменного напряжения. Вторая
обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и
устройства, потребляющие электроэнергию, называется
вторичной. Схема устройства трансформатора с двумя обмотками
приведена на рисунке.

Схема И устройствО

СХЕМА И УСТРОЙСТВО

Принцип действия

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной
индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке
в железном сердечнике появляется переменный магнитный поток,
который возбуждает электродвижущую силу индукции в каждой
обмотке. Это означает, что, повышая с помощью трансформатора
напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу
тока, и наоборот.

Виды трансформаторов

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

Автотрансформатор - вариант
трансформатора, в котором первичная и
вторичная обмотки соединены напрямую, и
имеют за счёт этого не только
электромагнитную связь, но и электрическую.
Обмотка автотрансформатора имеет
несколько выводов (как минимум 3),
подключаясь к которым, можно получать
разные напряжения. Недостатком является
отсутствие электрической изоляции
(гальванической развязки) между первичной
и вторичной цепью. Преимущество
автотрансформатора - более высокий КПД,
меньший расход стали для сердечника, меди

Трансформатор тока - трансформатор, питающийся
от источника тока. Типичное применение - для
снижения первичного тока до величины,
используемой в цепях измерения, защиты,
управления и сигнализации. Номинальное значение
тока вторичной обмотки 1А, 5А. Первичная обмотка
трансформатора тока включается в цепь с
измеряемым переменным током, а во вторичную
включаются измерительные приборы. Ток,
протекающий по вторичной обмотке трансформатора
тока, равен току первичной обмотки, деленному на
коэффициент трансформации.

Трансформатор напряжения - трансформатор,
питающийся от источника напряжения. Типичное
применение - преобразование высокого напряжения
в низкое в цепях. Применение трансформатора
напряжения позволяет изолировать логические
цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого
напряжения.

Импульсный трансформатор - это трансформатор,
предназначенный для преобразования импульсных
сигналов с длительностью импульса до десятков
микросекунд с минимальным искажением формы
импульса. Основное применение - передача
прямоугольного электрического импульса. Он служит
для трансформации кратковременных
видеоимпульсов напряжения, обычно периодически
повторяющихся с высокой скважностью.

Разделительный трансформатор - это
трансформатор, первичная обмотка которого
электрически не связана со вторичными
обмотками.
Силовые
разделительные
трансформаторы
предназначены
для
повышения безопасности электросетей, при
случайных одновременных прикасаний к земле
и токоведущим частям или нетоковедущим
частям,
которые
могут
оказаться
под
напряжением в случае повреждения изоляции.
Сигнальные разделительные трансформаторы
обеспечивают
гальваническую
развязку
электрических цепей.

Режим короткого замыкания Так как ток I 2к во вторичной обмотке велик, то даже при малом входном напряжении U 1k ток в первичной обмотке I 1k достигает больших значений. Это может привести к перегреву или даже перегоранию одной из обмоток трансформатора.

Режим нагрузки Ток вторичной обмотки I 2 оказывает существенное влияние на ток в первичной обмотке I 1. Это обусловлено встречным включением обмоток, при котором общий магнитный поток в первичной обмотке равен разности магнитных потоков, создаваемых в ней токами первичной и вторичной обмоток: магнитный поток от тока I 2 уменьшает общий магнитный поток через первичную обмотку, а стало быть, уменьшает суммарную, индуцируемую в ней ЭДС, что приводит к увеличению тока I 1 в ней до такой его величины, при которой ее суммарная ЭДС совместно с падением напряжения на активном сопротивлении и, уравновесят приложенное к первичной обмотке напряжение U 1.

Особенности автотрансформаторов Ток в общей части обмотки автотрансформатора меньше, чем в остальной ее части, поскольку по общей части обмотки протекают почти встречные токи первичной и вторичной цепей. Мощность первичной цепи передается во вторичную цепь как электромагнитным (трансформаторным), так и электрическим способами.

Достоинства автотрансформаторов: экономичность обмоточные материалы расходуются только на одну обмотку; меньшие потери в меди и больший КПД - токи в общей части направлены встречно; возможность плавной регулировки напряжения U 2 вторичной цепи при непрерывном скольжении контакта по зачищенной поверхности витков.

Конструкция трансформаторов Конструктивное исполнение трансформатора зависит от его назначения и области применения. Однако почти все трансформаторы имеют одни и те же главные конструктивные элементы магнитную систему и обмотки. Наиболее широко применяются силовые трансформаторы, которые служат для передачи электрической энергии и распределения ее между потребителями.

Плотность тока в обмотках Плотность тока в обмотках выбирают по условиям нагрева в пределах (1-2,5)·10 6 А/м 2 в сухих и (2-4,5)·10 6 А/м 2 в масляных в зависимости от мощности и конструктивного выполнения трансформатора. По условиям технологии максимальное сечение круглого проводника выбирается примерно до 20 мм 2, а прямоугольного 80 мм 2. Предельный ток одного проводника соответственно 45 и 360 А.

Элементы обмотки Основным элементом обмотки является виток, который выполняется одним или группой параллельных проводов. Ряд витков на цилиндрической поверхности называется слоем. Витки могут группироваться в катушки. По направлению намотки обмотки делятся на правые и левые подобно резьбе винта. Большинство обмоток трансформаторов выполняются с левой намоткой для удобства изготовления.

Разновидности обмоток Определяющими для конструкции обмотки являются число витков, сечение витка и класс напряжения. По способу размещения обмоток на стержне различают обмотки концентрические и дисковые или чередующиеся. По конструктивно-технологическим признакам обмотки делятся на следующие основные типы: цилиндрические, винтовые и непрерывные.

Разновидности обмоток Обмотки каждого из этих типов могут подразделяться на одно- или многослойные цилиндрические, одно- или многоходовые винтовые, дисковые, переплетенные. В мощных трансформаторах, предназначенных для питания электропечей, применяют обмотки из листовой меди или алюминия, а также кованые катушки выполненные из шинной меди или алюминия.

Цилиндрические слоевые обмотки Цилиндрические слоевые обмотки выполняются из проводов прямоугольного или круглого сечения. Слои обмотки составляют витки, наматываемые по винтовой линии. При намотке каждый виток слоя укладывают вплотную к предыдущему витку в направлении высоты обмотки. Переход из слоя в слой осуществляется в процессе намотки без пайки. Витки состоят из одного или нескольких параллельных проводов, располагаемых обычно рядом в осевом направлении.

Катушечная многослойная цилиндрическая обмотка состоит из ряда последовательно соединенных многослойных катушек. Такое разделение необходимо для уменьшения напряжения между слоями. Обычно катушечные обмотки выполняют в виде последовательно соединенных парных (двойных) катушек.

Дисковые катушечные обмотки Дисковые катушечные обмотки состоят из ряда одинарных или двойных катушек. Число витков в одной катушке достигает 2025, число параллельных проводников в витке - до 8. Витки катушки намотаны один на другой по спирали в радиальном направлении. Намотанные катушки собирают на шаблоне и соединяют пайкой. Осевые и радиальные каналы образуются П-образными замковыми прокладками. Такие обмотки широко применяются в высоковольтных трансформаторах в качестве входных катушек.

Винтовые обмотки Винтовая обмотка состоит из ряда витков, наматываемых по винтовой линии. В трансформаторах большой мощности число параллельных проводников может достигать многих десятков. Винтовые обмотки бывают одно-, двух- и многоходовыми. Двухходовые и многоходовые обмотки состоят соответственно из двух или более отдельных винтовых обмоток, вмотанных одна в другую. Каналы для охлаждения образуются так же, как и в непрерывной обмотке.

Непрерывные обмотки Непрерывная обмотка состоит из ряда катушек, расположенных в осевом направлении и соединенных между собой последовательно без пайки. Число катушек в обмотке - от 30 до 150. Витки в катушке наматываются плашмя по спирали в радиальном направлении. Катушки наматываются на рейках, образующих вертикальные каналы. На рейки надеваются прокладки, создающие радиальные каналы между катушками.

Непрерывные обмотки Каждый виток обмотки может состоять из одного или нескольких параллельных проводов. Путем перестановки (транспозиции) параллельных проводов на переходах из катушки в катушку обеспечивается выравнивание их активного и индуктивного сопротивлений.

Трехфазный броневой трансформатор Трехфазный броневой трансформатор получается из трех однофазных, если их поставить друг на друга. При такой конструкции потоки в ярмах равны половине потока в стержнях. 1, 2, 3 обмотки НН фаз А, В, С; 1, 2", 3" обмотки ВН фаз А, В, С.

Конструкция силовых трансформаторов В силовых трансформаторах мощностью свыше 100 МВ·А и напряжениями 220 кВ и выше применяют бронестержневую или многостержневую конструкцию. Эта конструкция получается из стержневой, если добавить два стержня,закрывающих обмотки двух фаз, расположенных на крайних стержнях трехфазного стержневого трансформатора. По сравнению со стержневыми бронестержневые трансформаторы имеют меньшую высоту магнитопроводов, что очень важно при транспортировке, так как позволяет им лучше вписаться в железнодорожные габариты.

Стыковые конструкции Стержни и ярма собираются отдельно и крепятся друг с другом стяжными шпильками. В месте стыков ставятся изоляционные прокладки, которые устраняют замыкание листов стали стержней и ярм. Немагнитные зазоры при стыковой конструкции увеличивают магнитное сопротивление, что приводит к увеличению тока холостого хода. Поэтому стыковые соединения применяются редко, хотя стыковые конструкции менее трудоемки.

Материал магнитной системы В качестве материала магнитной системы используется главным образом холоднокатаная текстурованная электротехническая сталь марок 3413, 3404, 3405, 3406, которая поставляется на заводы в рулонах. Толщина стали 0,3; 0,35; 0,5 мм. Сталь толщиной 0,3 и 0,35 мм имеет электроизоляционное нагревостойкое покрытие, а сталь толщиной 0,5 мм не имеет электроизоляционного покрытия. Применение этой стали позволило повысить магнитную индукцию в магнитопроводах силовых трансформаторов до 1,71,8 Тл при одновременном уменьшении массы, потерь и тока холостого хода.

Шихтованные конструкции В шихтованных конструкциях стержни и ярма не являются отдельными элементами, а их пластины переплетаются (шихтуются) в смежных слоях. Магнитная система собирается из отдельных слоев, каждый из которых состоит из одной или нескольких пластин, уложенных в слое встык. По форме стыка шихтованные магнитные системы могут выполняться с прямым и косым стыками, что необходимо для уменьшения длины участков магнитной цепи, на которых направление магнитного потока не совпадает с направлением прокатки электротехнической стали.

55 Схемы и группы соединений В однофазных трансформаторах начала обмоток обозначаются А, а, а концы X, х. Большие буквы относятся к обмоткам высшего напряжения, а малые к обмоткам низшего напряжения. В трехфазных трансформаторах начала обмоток высшего напряжения обозначаются А, В, С, а концы X, У,Z. Начала обмоток низшего напряжения а, в, с, а концы х, у,z. Нулевые точки О и о. Если есть третья обмотка среднего напряжения, используются обозначения А m, B m, С m и Х т, У m,Z т.

Группы соединений однофазных трансформаторов Дня однофазных трансформаторов возможны две группы соединений: нулевая и шестая. Для нулевой (или двенадцатой) сдвиг между напряжениями равен 0° - минутная и часовая стрелки совпадают. Для шестой группы сдвиг между напряжениями 180°, стрелки показывают 6 ч. Эти группы обозначаются соответственно I/I-0 и I/I-6. Стандартизована и применяется группа 0.

Схемы и группы соединений Принято сдвиг фаз между линейными напряжениями обмоток характеризовать положением стрелок на циферблате часов. Электродвижущую силу обмотки высшего напряжения совмещают с минутной стрелкой и устанавливают на цифре 12. Часовая (малая) стрелка совмещается с напряжением обмотки низшего напряжения.

Схемы и группы соединений В трехфазных и многофазных трансформаторах наибольшее применение имеют схемы соединения в звезду и треугольник. Схема соединения в зигзаг применяется редко, а другие комбинации соединений обмоток практически не применяются. Схема соединения в звезду обозначается буквой Y, соединения в треугольник, в зигзаг Z.

Группы соединений трехфазных систем В трехфазной системе схемы соединений Y и образуют 12 групп соединений со сдвигом фаз линейных напряжений на 30°, что соответствует 12 цифрам циферблата часов. Стандартизованы две группы соединений Y/Y-О и Y/-11 со сдвигом фаз 0° и 330°. В эксплуатации вполне достаточно иметь две группы соединений и не выпускать 10 остальных групп.
Определение группы соединений Соединяют одноименные выводы обмоток высшего и низшего напряжений, например А и а. Присоединяют трансформатор к сети с симметричным напряжением и измеряют напряжения между выводами трансформатора. По измеренным напряжениям строят векторную диаграмму, которая должна совпасть с одной из диаграмм таблицы 1. После этого определяют группу соединения трансформатора.

Трансформаторы Презентация к уроку по электротехнике Касьянова О.А. 14.06.2012 г.

Слайд 2: Содержание

Тема урока Цель урока История создания трансформатора Определение трансформатора Коллективный разум Устройство трансформатора Принцип работы трансформатора Характеристики трансформатора Принцип работы трехфазного трансформатора Группы соединения трансформатор Режимы работы трансформатора Виды трансформаторов Домашнее задание Содержание

Слайд 3: Тема урока

Трехмерная модель трансформатора Трансформаторы

Слайд 4: Цели урока

Когнитивная (знаниевая) : учащиеся должны: Перечислять составные части трансформатора. Различать режимы работы трансформатора. Называть основные технические характеристики трансформатора. Объяснять принцип работы трансформатора. Различать соединения обмоток «звездой» и «треугольником». Распознавать трансформаторы, различать их по назначению и применению. Цели урока

Слайд 5: История создания трансформатора

Индукционная катушка Румкорфа В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку. Она явилась прообразом трансформатора. 30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.

Слайд 6: Определение трансформатора

Трансформатор (от лат. t ransformo - преобразовывать) электрическая машина, имеющая две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенная для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока (ГОСТ Р52002-2003).

Слайд 7: Коллективный разум

Можно ли в двух проводящих катушках получить электрический ток, подключив к источнику, только одну катушку? К источнику какого тока нужно подключить катушку и почему? Вспомните от чего и как зависит ЭДС индукции в катушке. Если число витков обоих катушек равны, то будет ли трансформация напряжения? 1 Источник тока 2

Слайд 8: Усовершенствование трансформатора

Чтобы магнитный поток, созданный переменным током в первичной катушке не рассеивался, и чтобы его сконцентрировать во вторичной катушке, обе катушки насаживаем на замкнутый стальной сердечник. Источник переменного тока

Слайд 9: Устройство трансформатора

Сердечник из стальных листов Схема трансформатора

Слайд 10: Устройство трансформатора

а) б) а) устройство б) внешний вид Трансформатор

Слайд 11: Принцип работы трансформатора

Схема работы двухфазного трансформатора

Слайд 12: Характеристики трансформатора

S – номинальная мощность. U 1, U 2 – номинальные напряжения на концах первичной и вторичной обмоток. I 1, I 2 – номинальные токи в первичной и вторичной обмотках при полной (номинальной) нагрузке. w 1, w 2 – число витков первичной и вторичной обмоток. n – коэффициент трансформации.

Слайд 13: Коэффициент полезного действия

Р 1 и Р 2 – мощность тока в первичной и вторичной обмотках. η – коэффициент полезного действия (КПД)

Слайд 14: Потери мощности

Р 1 и Р 2 – мощность тока в первичной и вторичной обмотках.

Слайд 15: Принцип работы трехфазного трансформатора

Схема работы трехфазного трансформатора

Слайд 16: Группы соединения трансформаторов

Таблица групп соединения трансформаторов

Слайд 17: Группы соединения трансформаторов

Знак перед косой линией - схема соединения обмоток высшего напряжения. Знак после косой линии - схема соединения обмоток низшего напряжения. Цифра - угол между векторами линейных напряжений обмоток высшего и низшего напряжения, выраженный числом угловых единиц по 30.

Слайд 18: Режимы работы трансформатора

Режим холостого хода (трансформатор работает без нагрузки) Рабочий режим(во вторичную обмотку включена нагрузка) Режим короткого замыкания (вторичная обмотка замкнута накоротко) Трансформатор

Слайд 19: Виды трансформаторов

Силовой трансформатор -предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках. Трансформатор

Слайд 20: Виды трансформаторов

Автотрансформатор - трансформатор, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Трансформатор

Слайд 21: Виды трансформаторов

Трансформатор тока - трансформатор, питающийся от источника тока. Применение - для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А, 5А. Трансформатор

Слайд 22: Виды трансформаторов

Трансформатор напряжения - трансформатор, питающийся от источника напряжения. Применение - преобразование высокого напряжения в низкое в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение -изолирование логических цепей защиты и цепей измерения от цепи высокого напряжения Трансформатор

Слайд 23: Виды трансформаторов

Импульсный трансформатор - предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Применение - передача прямоугольного электрического импульса. Служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения Трансформатор

Слайд 2

Определение

Трансформатор - это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного или постоянного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Слайд 3

История

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

Слайд 4

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.

Слайд 5

Принцип работы

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах: Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм). Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция).

Слайд 6

Работа

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

Слайд 7

Слайд 8

Закон Фарадея

ЭДС, создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит: ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно:

Слайд 9

Уравнения идеального трансформатора

Идеальный трансформатор - трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на гистерезис и вихревые токи и потоки рассеяния обмоток. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии.