Министерство образования и науки Российской Федерации
Ухтинский государственный технический университет
Кафедра электрификации и автоматизации технологических процессов
Курсовая работа
по электротехнике и электронике
«Тема: трансформаторы»
Выполнил: ст.гр. ГИС-09 Ферин М.А.
Проверил: Чаадаев К.Е.
Ухта 2011
Содержание:
Общие сведения о трансформаторах 3
Устройство трансформатора 5
Виды трансформаторов 7
Пик-трансформаторы 9
Расчёт 11
Библиографический список 22
Общие сведения о трансформаторах
Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством явления электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.
Первые трансформаторы с разомкнутым магнитопроводом предложил в 1876 г. П. Н. Яблочков, который применял их для питания электрической «свечи». В 1885 г. венгерские ученые М. Дери, О. Блати, К. Циперновский разработали однофазные промышленные трансформаторы с замкнутым магнитопроводом. Трехфазные трансформаторы появились в 1889-1891 гг. (М. О. Доливо-Добровольскии, Н. Тесла).
Трансформаторы широко применяются в разных областях электротехники, радиотехники, электроники, в устройствах измерения, автоматического управления и регулирования.
По особенностям конструкции и применению это высоковольтное оборудование можно разделить на силовое, сварочное, измерительное и специальное. Наибольшее применение в народном хозяйстве получили силовые трансформаторы, которые являются необходимым элементом промышленной электрической сети. Генераторы на электростанциях вырабатывают электрическую энергию при напряжении не более 24 кВ, так как при более высоких напряжениях возникают трудности создания достаточной изоляции в электрических машинах. Передача электрической энергии на большие расстояния при таких относительно низких напряжениях экономически невыгодна из-за больших потерь в линии. Действительно, при низких напряжениях U та же мощность (Р=UI соs φ) получается при большем токе I, следовательно, увеличивается мощность потерь в проводах PI2, т. е. необходимо увеличивать сечение проводов. Поэтому на электрических станциях устанавливаются силовые трансформаторы, повышающие напряжение до 110, 220, 500, 750 и до 1150 кВ. У потребителей напряжение при помощи трансформаторов понижается несколькими ступенями: на районных подстанциях до 35 (10) кВ, на подстанциях предприятий до 10 (6) кВ и, наконец, на подстанциях цехов и жилых районов - до 380/220 В.
По числу фаз трансформаторы подразделяются на однофазные и трехфазные. Каждая фаза трансформатора имеет первичную обмотку (к ней энергия подводится от источника) и вторичную обмотку (с нее энергия поступает к потребителю). Вторичных обмоток у этого высоковольтного оборудования может быть несколько - в этом случае трансформаторы называются многообмоточными. Таким образом, однофазные трансформаторы имеют как минимум две обмотки, трехфазные- шесть.
Обычно напряжения первичной и вторичной обмоток неодинаковы.
Если первичное напряжение меньше вторичного, то трансформатор называется повышающим, если же первичное напряжение больше вторичного, то понижающим. Любой трансформатор может быть использован и как повышающий, и как понижающий.
Устройство трансформатора
В зависимости от конфигурации магнитной системы трансформаторы подразделяют на стержневые (рис. 1, а), броневые (рис. 1, б) и тороидальные (рис. 1, в). Стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки. Ярмом называют часть магнитопровода, на которой обмотки отсутствуют. Трансформаторы большой и средней мощности обычно выполняют стержневыми. Они имеют лучшие условия охлаждения и меньшую массу, чем броневые.
Рис. 1. Основные типы однофазных трансформаторов:стержневой (а); броневой (6); тороидальный (в); /—ярмо; 2—стержень; 3—обмотки; 4—тороидальный магнитопровод
Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопроводы трансформаторов (рис. 2) собирают из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,28-0,5 мм при частоте 50 Гц. Обычно применяют анизотропную холоднокатаную сталь с ребровой структурой (марки 3412—3416) и содержанием кремния 2,8-3,8%. Магнитные свойства этой стали резко улучшаются при совпадении направлений магнитного потока и прокатки: потери в стали на перемагничивание уменьшаются в 2-3 раза, а магнитная проницаемость и индукция насыщения возрастают. Однако использование холоднокатаной стали усложняет конструкцию и технологию изготовления магнитопроводов, так как при этом требуется исключить прохождение магнитного потока поперек направления прокатки или по крайней мере уменьшить длину участков, на которых это явление возникает.
По способу сборки различают стыковые и шихтованные магнитопроводы.
В стыковых магнитопроводах стержни и ярма собирают и скрепляют раздельно, затем устанавливают в стык и соединяют между собой. В месте стыка во избежание замыкания листов устанавливают изоляционные прокладки.
Рис. 2. Магнитная система силового трансформатора:общий вид (а); сборка магнитопровода (б); 1— стержень; 2 — ярмо; 3 — опорные балки; 4 — стяжные шпильки; 5 и 7 — листы крайнего и среднего стержней; 6 — листы верхнего ярма.