Политехнический институт.
Отделение энергетики и ресурсов сбережения.
РЕФЕРАТ
По дисциплине «Общая энергетика»
На тему: «Трансформатор»
Выполнил: Студент группы
Б3120-13.03.01 ээсс Кононенко А.Д
_______________________________
(подпись)
Проверил преподаватель Акуленко В.М
____________________________
(подпись) (ФИО)
Дата «______»________________ 20 г.
Оценка ______________________
6 мая 2021 г.
г. Владивосток
Содержание:
Введение…………………………………………………………………………....3
1.История……………………………………………………………………….....4-5
2.Виды трансформаторов………………………………………………………...6-8
3.Как работает трансформатор…………………………………………………....9
4.Режимы работы………………………………………………………………….10
5.Применение трансформаторов………………………………………………..11-12
Список литературы………………………………………………………………..13
Введение:
Одним из главных положительных особенностей переменного тока является
легкость преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток
другого. Этот процесс осуществляется при помощи устройства под названием
трансформатор.
Трансформатор - это главнейший элемент всей энергосистемы, который
позволяет преобразовывать напряжение и за счет этого передавать энергию на
значительное расстояние. Функционирование абсолютно любого трансформатора
базируется на таком явлении, как электромагнитная индукция.
Если рассмотреть из чего состоит трансформатор, то существуют две
основных составляющих, без которых его работа невозможна: Сердечник, обмотки.
Сердечник выступает соединителем между обмоток, через которые осуществляется
прием и передача тока.
Это самый простой пример принципа работы трансформатора, однако в
электрических системах, которые обслуживают крупные объекты устройство
оборудования будет более сложным. В него будут включены: система охлаждения,
дополнительные обмотки, расширители, баки для масла или воздушные вводы и
выводы и др.
История
Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов:
неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.
Столетов Александр Григорьевич 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. Это был
трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на
который наматывались обмотки.
С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному
току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г.
предложил трёхфазную систему переменного тока, построил первый трёхфазный
асинхронный двигатель и первый трёхфазный трансформатор. На электротехнической
выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. 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.
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.
Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь
часть мощности подвергается преобразованию - это особенно существенно, когда
входное и выходное напряжения отличаются незначительно.
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.
Трансформатор напряжения - трансформатор, питающийся от источника
напряжения. Типичное применение - преобразование высокого напряжения в низкое в
цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. 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
заключается в передаче прямоугольного электрического импульса. Он служит для
трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически
повторяющихся с высокой скважностью.
Разделительный трансформатор - 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.
Пик-трансформатор - трансформатор, преобразующий напряжение
синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые
полпериода полярность.
Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) - конструктивно
является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной
индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель.
Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров
блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также
в звуковой технике.
Согласующий трансформатор - трансформатор, применяемый для согласования
сопротивления различных частей (каскадов) электронных схем при минимальном
искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает
создание гальванической развязки между участками схем.
Сварочный трансформатор - трансформатор, предназначенный для различных
видов сварки. Сварочный трансформатор преобразует напряжение сети (220 или 380 В)
в низкое напряжение, а ток из низкого - в высокий, до тысяч ампер. Сварочный ток
регулируется благодаря изменению величины либо индуктивного сопротивления, либо
вторичного напряжения холостого хода трансформатора, что осуществляется
посредством секционирования числа витков первичной или вторичной обмотки. Это
обеспечивает ступенчатое регулирование тока.
Трансфлюксор - разновидность трансформатора, используемая для хранения
информации. Основное отличие от обычного трансформатора — это большая величина
остаточной намагниченности магнитопровода. Иными словами, Трансфлюксор могут
выполнять роль элементов памяти. Помимо этого, трансфлюксоры часто снабжались
дополнительными обмотками, обеспечивающими начальное намагничивание и
задающими режимы их работы. Эта особенность позволяла (в сочетании с другими
элементами) строить на трансфлюксорах схемы управляемых генераторов, элементов
сравнения и искусственных нейронов.
Трёхфазный трансформатор - Представляет собой устройство для
трансформирования электрической энергии в трёхфазной цепи. Конструктивно состоит
из трёх стержней магнитопровода, соединённых верхним и нижним ярмом. На каждый
стержень надеты обмотки высшего и низшего напряжений каждой фазы.
Как работает трансформатор
Трансформаторы бывают как однофазного исполнения, так и многофазные с
одной и более обмоток. Для понимания каким образом он работает, стоит рассмотреть
самый простой вариант, а именно однофазный трансформатор.
Такой трансформатор выполнен из следующих деталей: металлический
сердечник и две обмотки, которые гальванически развязаны.
Обмотка, именуемая первичной, подсоединяется к источнику переменного тока,
а вторая обмотка (именуемая вторичной) подсоединяется непосредственно к нагрузке.
При подключении первичной обмотки к источнику тока в витках этой обмотки
протекает переменный ток I1, который создает в сердечнике (магнитопроводе)
переменный магнитный поток. Замыкаясь в сердечнике, этот поток сцепляется с
первичной и вторичной обмотками и индуцирует в них ЭДС, пропорциональные числу
витков W.
Режимы работы
Характеристики трансформаторов определяются условиями работы, где ключевая
роль отводится сопротивлению нагрузки. За основу берутся следующие режимы:
§ Режим холостого хода - Выводы вторичной цепи находятся в разомкнутом
состоянии, сопротивление нагрузки приравнивается бесконечности. Измерения
тока намагничивания, протекающего в первичной обмотке, даёт возможность
подсчитать КПД трансформатора. При помощи этого режима вычисляется
коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике;
§ Режим короткого замыкания - Концы вторичной обмотки закорочены,
сопротивление нагрузки равно нулю. Режим информирует о потерях, которые
вызываются нагревом обмоток, что на профессиональном языке значится
«потерями в меди».
§ Режим с нагрузкой - Вторичная цепь нагружается определённым
сопротивлением. Параметры протекающего по ней тока напрямую связаны с
соотношением витков катушек.