Электромагнитное устройство для преобразования переменного тока называется

Электромагнитное устройство для преобразования переменного тока называется

Трансформатором называется электромагнитное устройство, служащее для преобразования в цепях переменного тока электрической энергии одного напряжения в другое.

Действие трансформатора основано на принципе взаимной индукции. Если к зажимам первичной обмотки подвести напряжение переменного тока одной величины, то во вторичной обмотке будет наводиться ЭДС другой величины. Протекающий по первичной обмотке ток вызывает переменный магнитный поток, силовые линии которого, замыкаясь по сердечнику пересекают витки вторичной обмотки и наводят в них ЭДС. Если во вторичной обмотке будет меньше витков, то такой трансформатор называют понижающим, а если больше — повышающим.

Понижающий трансформатор служит для питания цепей управления и заряда аккумуляторной батареи.

ТРУ представляет собой трехфазный трансформатор напряжения, состоящий из трехстержневогомагнитопровода набранного из отдельных листов и изолированных друг от друга. Трансформатор имеет две вторичные обмотки — основную и дополнительную, используемую в качестве волътдобавочной при зарядке батареи. Первичные и вторичные обмотки соединены в звезду. Вторая вторичная обмотка — однофазная.

Первичная обмотка — 220В, вторичная обмотка — 110В, вольтдобавочная обмотка — 40В. Первичная обмотка имеет 104 витка, вторичная — 40 витков; вольт-добавка — 24 витка. Масса 93 кг, ток — переменный, мощность 5 кВт.

ТРВ

Трансформатор возбуждения служит для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей в режиме электрического торможения с независимым возбуждением.

Первичная обмотка — 220В; вторичная — 170В. Число витков первичной обмотки — 57, вторичной — 40. Мощность 13 кВт, масса 110 кг. Ток — переменный.

ТРС

Стабилизирующийтрансформатор регулятора частоты служит для стабилизации частоты вращения якоря двигателя преобразователя. Число витков первичнойобмотки — 10; вторичной – 5,900, токпостоянный, масса 1, 9 кг.

Дифференциальный трансформатор служит для контроля за изменением тока в начале и вконце силовой цепитяговых двигателей, т. е. когдаихразницабудетменьшевеличинытокауставкиБВ. Токивпер­вичныхобмоткахнаправленывстречно. Врезультате, при исправной цепи, т. е., когда ток и в начале и в конце силовой цепи будут одина­ковые, ихмагнитные потоки будут направлены встречно исуммарный магнитный поток равен 0. При возникновении КЗ часть тока после первичной обмот­ки будет ответвляться на корпус и во второй первичной обмотке становиться меньше, чем в первой первичной. В результате небаланса токов в магнитопроводе броском появится импульс магнитного потока, который коммутирует во вторичной обмотке ЭДС, которая выдаст сигнал на сра­батывание защиты, т. е. подает сигнал в БУКЗ. Напряжение во вторичной обмотке достигает величины до 50В, вторичная обмотка имеет 100 вит­ков. Этот трансформатор импульсный, мощность 0, 2 кВт, масса 1, 5 кг.

Т Р К

Компаундирующий трансформатор служит для питания выпрямитель­ного моста Д61-Д64. При срабатывании реле РЗП-3 вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко, питание на выпрямительный мост не поступает. Напряжение в первичной обмотке — 7В, а во вторичной -80В. Число витков первичной обмотки — 28, во вторичной — 320, масса 5 кг.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, содержащее от двух до нескольких обмоток, расположенных на общем магнитопроводе, и индуктивно связанных, таким образом, между собой. Служит трансформатор для преобразования электрической энергии переменного тока посредством электромагнитной индукции без изменения частоты тока. Используют трансформаторы как для преобразования переменного напряжения, так и для гальванической развязки в различных сферах электротехники и электроники.

Справедливости ради отметим, что в некоторых случаях трансформатор может содержать и всего одну обмотку (автотрансформатор), а сердечник может и вовсе отсутствовать (ВЧ — трансформатор), однако в большинстве своем трансформаторы имеют сердечник (магнитопровод) из магнитомягкого ферромагнитного материала, и две или более изолированные ленточные или проволочные обмотки, охватываемые общим магнитным потоком, но обо всем по порядку. Рассмотрим, какие же бывают виды трансформаторов, как они устроены и для чего применяются.

Данный вид низкочастотных (50-60 Гц) трансформаторов служит в электрических сетях, а также в установках приема и преобразования электрической энергии. Почему называется силовой? Потому что именно этот тип трансформаторов применяется для подачи и приема электроэнергии на ЛЭП и с ЛЭП, где напряжение может достигать 1150 кВ.

В городских электросетях напряжение достигает 10 кВ. Посредством именно силовых низкочастотных трансформаторов напряжение также и понижается до 0,4 кВ, 380/220 вольт, необходимых потребителям.

Конструктивно типичный силовой трансформатор может содержать две, три или более обмоток, расположенных на броневом сердечнике из электротехнической стали, причем некоторые из обмоток низшего напряжения могут питаться параллельно (трансформатор с расщепленными обмотками).

Это удобно для повышения напряжения, получаемого одновременно с нескольких генераторов. Как правило, силовой трансформатор помещен в бак с трансформаторным маслом, а в случае особо мощных экземпляров добавляется система активного охлаждения.

Трансформаторы силовые трехфазные мощностью до 4000 кВА устанавливаются на подстанциях и электростанциях. Более распространены трехфазные, поскольку потери получаются до 15% меньше, чем с тремя однофазными.

Сетевые трансформаторы еще в 80-е и 90-е годы можно было встретить практически в любом электроприборе. С помощью именно сетевого трансформатора (обычно однофазного) напряжение бытовой сети 220 вольт с частотой 50 Гц понижается до уровня, требуемого электроприбору, например 5, 12, 24 или 48 вольт.

Часто сетевые трансформаторы выполняются с несколькими вторичными обмотками, чтобы несколько источников напряжения можно было бы использовать для питания различных частей схемы. В частности, трансформаторы ТН (трансформатор накальный) всегда можно было (да и сейчас можно) встретить в схемах, где присутствовали радиолампы.

Читайте также:  Как собрать свой компьютерный стол

Современные сетевые трансформаторы конструктивно выполняются на Ш-образных, стержневых или тороидальных сердечниках из набора пластин электротехнической стали, на которые и навиваются обмотки. Тороидальная форма магнитопровода позволяет получить более компактный трансформатор.

Если сравнить трансформаторы равной габаритной мощности на тороидальном и на Ш-образном сердечниках, то тороидальный будет занимать меньше места, к тому же площадь поверхности тороидального магнитопровода полностью охватывается обмотками, нет пустого ярма, как в случае с броневым Ш-образным или стержневым сердечниками. К сетевым можно отнести в частности и сварочные трансформаторы мощностью до 6 кВт. Сетевые трансформаторы, конечно, относятся к низкочастотным трансформаторам.

Одной из разновидностей низкочастотного трансформатора является автотрансформатор, у которого вторичная обмотка является частью первичной или первичная является частью вторичной. То есть в автотрансформаторе обмотки связаны не только магнитно, но и электрически. Несколько выводов делаются от единственной обмотки, и позволяют всего с одной обмотки получить различное напряжение.

Главное преимущество автотрансформатора — меньшая стоимость, поскольку расходуется меньше провода для обмоток, меньше стали для сердечника, в итоге и вес получается меньше, чем у обычного трансформатора. Недостаток — отсутствие гальванической развязки обмоток.

Автотрансформаторы находят применение в устройствах автоматического управления, а также широко используются в высоковольтных электросетях. Трехфазные автотрансформаторы с соединением обмоток в треугольник либо в звезду в электрических сетях весьма востребованы сегодня.

Силовые автотрансформаторы выпускаются на мощности вплоть до сотен мегаватт. Применяют автотрансформаторы и для пуска мощных двигателей переменного тока. Автотрансформаторы особенно целесообразны при невысоких коэффициентах трансформации.

Частным случаем автотрансформатора является лабораторный автотрансформатор (ЛАТР). Он позволяет плавно регулировать напряжение, подаваемое к потребителю. Конструкция ЛАТРа представляет собой тороидальный трансформатор с единственной обмоткой, которая имеет неизолированную «дорожку» от витка к витку, то есть имеется возможность подключения к каждому из витков обмотки. Контакт с дорожкой обеспечивается скользящей угольной щеткой, которая управляется поворотной ручкой.

Так можно получить на нагрузке действующее напряжение различной величины. Типичные однофазные ЛАТРы позволяют получать напряжение от 0 до 250 вольт, а трехфазные — от 0 до 450 вольт. ЛАТРы мощностью от 0,5 до 10 кВт очень популярны в лабораториях для целей наладки электрооборудования.

Трансформатором тока называется трансформатор, первичная обмотка которого подключается к источнику тока, а вторичная — к защитным или измерительным приборам, имеющим малые внутренние сопротивления. Наиболее распространенным типом трансформатора тока является измерительный трансформатор тока.

Первичная обмотка трансформатора тока (обычно — всего один виток, один провод) включается последовательно в цепь, в которой требуется измерить переменный ток. Получается в результате, что ток вторичной обмотки пропорционален току первичной, при этом вторичная обмотка обязательно должна быть нагружена, ибо иначе напряжение вторичной обмотки может получиться достаточно высоким, чтобы пробить изоляцию. Кроме того, если вторичную обмотку ТТ разомкнуть, то магнитопровод просто выгорит от наведенных некомпенсированных токов.

Конструкция трансформатора тока представляет собой сердечник из шихтованной кремнистой холоднокатаной электротехнической стали, на который намотана одна или несколько изолированных обмоток, являющихся вторичными. Первичная обмотка зачастую — просто шина, либо пропущенный через окно магнитопровода провод с измеряемым током (на этом принципе, кстати, работают токоизмерительные клещи). Главная характеристика трансформатора тока — коэффициент трансформации, например 100/5 А.

Для измерения тока и в схемах релейной защиты трансформаторы тока применяются достаточно широко. Они безопасны, поскольку измеряемая и вторичная цепи гальванически изолированы друг от друга. Обычно промышленные трансформаторы тока выпускаются с двумя или более группами вторичных обмоток, одна из которых подключается к защитным устройствам, другая — к устройству измерения, например к счетчикам.

Почти во всех современных сетевых блоках питания, в разнообразных инверторах, в сварочных аппаратах, и в прочих силовых и маломощных электрических преобразователях применяются импульсные трансформаторы. Сегодня импульсные схемы почти полностью вытеснили тяжелые низкочастотные трансформаторы с сердечниками из шихтованной стали.

Типичный импульсный трансформатор представляет собой трансформатор выполненный на ферритовом сердечнике. Форма сердечника (магнитопровода) может быть совершенно различной: кольцо, стержень, чашка, Ш-образный, П-образный. Преимущество ферритов перед трансформаторной сталью очевидно — трансформаторы на феррите могут работать на частотах до 500 и более кГц.

Поскольку импульсный трансформатор является высокочастотным трансформатором, то и габариты его с ростом частоты значительно снижаются. На обмотки требуется меньше провода, а для получения высокочастотного тока в первичной цепи достаточно полевого, IGBT или биполярного транзистора, иногда — нескольких, в зависимости от топологии импульсной схемы питания (прямоходовая — 1, двухтактная — 2, полумостовая — 2, мостовая — 4).

Справедливости ради отметим, что если применяется обратноходовая схема питания, то трансформатор по сути является сдвоенным дросселем, поскольку процессы накопления и отдачи электроэнергии во вторичную цепь разделены во времени, то есть они протекают не одновременно, поэтому при обратноходовой схеме управления это все же дроссель, а не трансформатор.

Импульсные схемы с трансформаторами и дросселями на феррите встречаются сегодня всюду, начиная от балластов энергосберегающих ламп и зарядных устройств различных гаджетов, заканчивая сварочными аппаратами и мощными инверторами.

Читайте также:  Что нужно для осеннего топиария

Импульсный трансформатор тока

Для измерения величины и (или) направления тока в импульсных схемах часто применяют импульсные трансформаторы тока, представляющие собой ферритовый сердечник, зачастую — кольцевой (тороидальный), с единственной обмоткой. Через кольцо сердечника продевают провод, ток в котором нужно исследовать, а саму обмотку нагружают на резистор.

Например, кольцо содержит 1000 витков провода, тогда соотношение токов первичной (продетый провод) и вторичной обмотки будет 1000 к 1. Если обмотка кольца нагружена на резистор известного номинала, то измеренное напряжение на нем будет пропорционально току обмотки, а значит измеряемый ток в 1000 раз больше тока через этот резистор.

Промышленностью выпускаются импульсные трансформаторы тока с различными коэффициентами трансформации. Разработчику остается только подключить к такому трансформатору резистор и схему измерения. Если требуется узнать направление тока, а не его величину, то обмотка трансформатора тока нагружается просто двумя встречными стабилитронами.

Связь между электрическими машинами и трансформаторами

В курсы электрических машин, изучаемые на всех электротехнических специальностях учебных заведений, включают всегда и электрические трансформаторы. По существу, электрический трансформатор — не электрическая машина, а электрический аппарат, так как он не имеет движущихся частей, наличие которых является характерным признаком всякой машины как разновидности механизма. По этой причине упомянутые курсы следовало бы, во избежание недоразумений, называть «курсами электрических машин и электрических трансформаторов».

Включение трансформаторов во все курсы электрических машин объясняется двумя причинами. Одна из них — исторического происхождения: те же заводы, которые строили электрические машины переменного тока, строили и трансформаторы, так как лишь наличие трансформаторов давало то преимущество машинам переменного тока над машинами постоянного тока, которое в конечном счете привело к их преобладанию в промышленности. И сейчас нельзя представить себе крупной установки переменного электрического тока без трансформаторов.

Однако, по мере развития производства машин переменного тока и трансформаторов, сделалось необходимым сосредоточение производства трансформаторов на специальных трансформаторостроительных заводах. Дело в том, что, в связи с возможностью передачи электроэнергии переменного тока при помощи трансформаторов на большие расстояния, рост высшего напряжения трансформаторов шел значительно быстрее, чем рост напряжения электрических машин переменного тока.

На нынешней стадии развития электрических машин переменного тока наивысшим рациональным напряжением для них является 36 кВ. В то же время высшее напряжение в реально осуществленных электрических трансформаторах достигло 1150 кВ. Столь высокие напряжения трансформаторов и работа их на воздушные линии электропередачи, подверженные воздействию грозовых разрядов, породили много специфических трансформаторных проблем, чуждых электрическим машинам.

Это привело при производстве к технологическим проблемам, столь отличающимся от технологических проблем электромашиностроения, что выделение трансформаторов в самостоятельное производство стало неизбежным. Таким образом, первая причина — производственная связь, роднившая трансформаторы с электрическими машинами, исчезла.

Вторая причина — принципиального характера, состоящая в том, что в основе применяемых на практике электрических трансформаторов, так же как и электрических машин, лежит принцип электромагнитной индукции (закон Фарадея), — остается незыблемой связью между ними. При этом, для понимания многих явлений в машинах переменного тока, знание физических процессов, протекающих в трансформаторах, совершенно необходимо и, кроме того, теория большого класса машин переменного тока может быть сведена к теории трансформаторов, благодаря чему облегчается их теоретическое рассмотрение.

В силу этого, в теории машин переменного тока теория трансформаторов занимает прочное место, из чего, однако, не следует, что трансформаторы можно называть электрическими машинами. Кроме того, нужно иметь в виду, что у трансформаторов целевая установка и процесс преобразования энергии другие, чем у электрических машин.

Цель электрической машины состоит в том, чтобы преобразовать механическую энергию в электрическую энергию (генератор) или, обратно, электрическую энергию в механическую энергию (двигатель), между тем, в трансформаторе мы имеем дело с преобразованием электрической энергии переменного тока одного вида в электрическую энергию переменного тока другого вида.

Электрические машины преобразуют механическую энергию в электрическую и обратно: электрическую — в механическую. Электромеханическое преобразование энергии — одно из основных преобразований в окружающем нас мире. Это преобразование энергии используется в живой и неживой природе и в созданных человеком электрических машинах.

Понятие «электромеханический преобразователь» — более широкое, чем «электрическая машина». Принято считать, что электрические машины созданы человеком и применяются в различных сферах его деятельности. Это же пре-

ооразование энергии природа использует как в мельчайших живых организмах — бактериях и макрообъектах, таких как планеты и звезды [7, 6].

Рис. 1.13. Классы электромеханических преобразователей

Электрические машины — электромеханические преобразователи (ЭП) — можно разделить на три класса: индуктивные электрические машины, в которых рабочим полем является магнитное поле; емкостные ЭП, в которых преобразование электрической энергии в механическую и обратно осуществляется эл с ктр и ч сс к и м полем, и индуктивно-емкостные ЭП, в которых электромеханическое преобразование осуществляется магнитным и электрическим полями. Принципиальные схемы ЭП показаны на рис. 1.13.

В индуктивных ЭП электромеханическое преобразование энергии происходит за счет изменения индуктивности (потокосцеплений) обмоток, а в емкостных ЭП — за счет изменения емкости. Индуктивно-емкостные ЭП в простейшем случае представляют собой объединение в одну электромеханическую систему движущихся частей и электрических цепей индуктивной и емкостной машин (см. рис. 1.13).

Читайте также:  Самая дешевая земля в мире

В индуктивных ЭП энергия концентрируется в магнитном поле, а в емкостных — в электрическом. В индуктивно-емкостных машинах преобразование энергии происходит в магнитном и электрическом полях.

На рис. 1.1 4, я на шкале единичной мощности от 0 до бесконечности представлены предпочтительные области распространения ЭП различных классов. На этой шкале мощностей есть две замечательные точки: 10 17 Вт — мощность ворсинки бактерии и 10 9 Вт — мощность турбогенератора — самой мощной электрической машины, созданной человеком. На рис. 1.14, б показаны предпочтительные области распространения различных классов электрических машин в зависимости от частоты сети.

Хотя ЭП с электрическим рабочим полем появились раньше индуктивных, они как силовые ЭГ1 не нашли про-

Рис. 1.14. Области предпочтительного распространения ЭП

мышленного применения. Сделаны пока лишь робкие попытки создания индуктивно-емкостных ЭИ при использовании магнитострикционного и пьезоэлектрического эффектов.

Емкостные и индуктивно-емкостные ЭП будут немного представлены в гл. 8 учебника. Дальше рассматриваем только индуктивные электрические машины, которые получили господствующее положение во всех сферах жизни современного общества.

Все разновидности индуктивных электрических машин по роду питания можно разделить на машины переменного и постоянного тока.

Машины переменного т ока делятся на синхронные и асинхронные (несинхронные), коллекторные машины переменного тока и трансформаторы.

В синхронных машинах угловая скорость ротора со,, и угловая скорость магнитного поля шс равны. В асинхронных машинах угловая скорость ротора не равна угловой скорости поля: сор оос. При этом сор может быть меньше или больше угловой скорости поля. Направления вращения ротора и поля статора могут быть противоположными.

Коллекторные машины переменного тока отличаются от асинхронных и синхронных машин тем, что имеют механический преобразователь частоты и числа фаз — коллектор, который соединен с обмоткой статора или ротора.

Трансформаторы — электромагнитные преобразователи энергии. В них не происходит преобразования электрической энергии в механическую и обратно, а имеет место преобразование электрической энергии одного вида в другой. Трансформаторы выполняются таким образом, что обмотки нс могут перемещаться относительно друг друга.

По режиму работы электрические машины делятся на генераторы и двигатели. В генераторах механическая энергия, подводимая к валу машины, преобразуется в электрическую энергию. В двигателях электрическая энергия преобразуется в механическую энергию. Одна и та же электрическая машина может работать и двигателем, и генератором. Однако у генераторов и двигателей обычно имеются конструктивные отличия и на заводском щите машины указывается режим работы.

Синхронные машины могут работать в режиме потребления или отдачи в сеть реактивной мощности. Такие машины называются синхронными компенсаторами.

Электрические машины, как правило, выполняются с одной вращающейся частью — ротором и неподвижной частью — статором. Когда вращается только ротор, машина имеет одну степень свободы. Такие машины называются одномерными.

Электромагнитный момент в электрических машинах приложен и к ротору, и к статору. Если дать возможность вращаться обеим частям машины, они будут перемещаться в противоположные стороны. У машины, в которой может вращаться и ротор, и статор, — две степени свободы. Это двухмерные машины. В навигационных приборах ротором может быть шар, который вращается двумя статорами, расположенными под углом 90°. Такие машины имеют три степени свободы. В космической электромеханике приходится рассчитывать шестимерные электромеханические системы, в которых статор и ротор имеют три степени свободы.

Электрические машины могут иметь возвратно-поступательное движение. Однако в машинах с возвратно-поступательным движением статор и ротор разомкнуты и магнитное ноле отражается от краев, что приводит к искажению ноля в воздушном зазоре. Краевой эффект в линейных электрических машинах ухудшает энергетические показатели. Низкие энергетические показатели ограничивают применение электрических машин с возвратно-поступательным движением.

Все электрические машины имеют неподвижную часть — статор и вращающуюся — ротор (рис. 1.15, а). Энергия магнитного поля концентрируется в основном в воздушном зазоре — промежутке между статором и ротором.

На рис. 1.15, а —в показано, как из обычной машины с цилиндрическим статором и ротором получаются машины с сегментным статором и линейные электрические машины. Линейная машина получается при увеличении диаметра

Рис. 1.15. Преобразование машины традиционной конструкции в машину с сегментным статором и линейную машину ротора сегментной машины до бесконечности. Линейные двигатели находят применение для получения линейных перемещений. В генераторном режиме линейные машины практически не применяются.

Особое место среди ЭП занимают индикаторные машины автоматических устройств. Это различные датчики, преобразователи цифровой информации в угловые и линейные перемещения, приборы времени и другие электромеханические устройства навигационных систем.

Бесчисленны конструктивные исполнения электрических машин, которые работают под водой, в космосе, под землей и в обычных условиях. Почти все индуктивные электрические машины имеют вращательное движение, причем обычно вращается одна часть машины — ротор, а статор неподвижен. Однако находят применение и машины с возвратно- поступательным, колебательным, импульсным движением ротора. Используются машины с жидким и газообразным роторами.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector