Содержание отчёта

1. Определение трансформатора и его назначение.

2. Классификация трансформаторов.

3. Данные о воздействии тока на организм человека.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение трансформатора.

2. Каково назначение трансформаторов?

3. Посредством чего достигается экономия электрической энергии в электрических сетях?

4. Каким образом обеспечивается согласование напряжения сети и нагрузки?

5. Посредством чего обеспечение безопасное питание потребителей?

6. Нарисуйте схему для обеспечения безопасного питания однофазных потребителей.

7. Как классифицируют трансформаторы?

8. Назовите область применения силовых и специальных, одно- и трёхфазных трансформаторов?

9. Поясните назначение специальных трансформаторов и их особенности.

10. Приведите известную вам марку трансформатора и расшифруйте её.

11. Какова роль трансформаторного масла?

12. Опишите характеристики трансформаторного масла.

13. Какие типы магнитопроводов трансформатор бывают, назовите их особенности?

14. Назовите функции магнитопровода.

2. Лабораторная работа 2 устройство трансформатора

Цель работы: изучить назначение активных частей трансформатора: магнитопровода и обмоток, и их исполнение. Изучить схемы соединения обмоток и их маркировку.

Основные теоретические сведения

Активными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотки.

Магнитопровод (сердечник из электротехнической стали) в трансформаторе выполняет четыре функции:

• образует магнитную цепь, по которой замыкается основной магнитный поток трансформатора;

• служит для увеличения основного магнитного потока трансформатора в 500…5000 раз;

• является основой для установки и крепления обмоток, отводов, переключателей;

• является радиатором для себя и для обмоток из-за своих больших габаритов и массы.

Элементы магнитопроводов электрических машин (сердечники трансформаторов, статоров машин переменного тока, якорей машин постоянного тока и т.п.) подвержены перемагничиванию, что вызывает потери энергии на вихревые токи и гистерезис. Поэтому к магнитным материалам, из которых изготовлены такие элементы магнитопроводов, предъявляются требования: минимальные потери от перемагничивания ΔP_XX и повышенное удельное электрическое сопротивление, что способствует уменьшению потерь от вихревых токов.

Магнитопровод имеет шихтованную конструкцию, т.е. он состоит из тонких (толщиной 0,5…2 мм) пластин холоднокатанной электротехнической стали.

Такая конструкция магнитопровода обусловлена стремлением ослабить вихревые токи (токи Фуко), наводимые в нем переменным магнитным потоком, а следовательно, уменьшить величину потерь энергии в трансформаторе.

Стальные пластинки между собой изолируются посредством:

• окалины — наиболее предпочтительна, т.к. обладает меньшей толщиной, технологически легче получить, дешевле в производстве;

• электротехнического лака;

• электротехнической бумаги.

Обмотки трансформатора можно классифицировать:

• по назначению:

  • первичная обмотка w₁, обмотка, на которую подаётся напряжение;

  • вторичная обмотка w₂, обмотка, с которой снимается напряжение;

• по величине напряжения обмотки:

  • высшего напряжения (ВН);

  • среднего напряжения (СН);

  • низшего напряжения (НН).

В зависимости от того, какая обмотка является первичной, а какая вторичной и в зависимости от напряжения на обмотках трансформатор может использоваться для понижения (рис. 2.1, а) или повышения напряжения (рис. 2.1, б). То есть трансформатор является хорошо обратимой электрической машиной.

Рис. 2.1. Понижающий (а) и повышающий (б) трансформаторы

Соотношения между параметрами обмоток определяются коэффициентом трансформации:

Обмоточные провода, применяемые в электрических машинах для изготовления обмоток, должны удовлетворять целому комплексу требований:

• малая толщина изоляционного слоя провода;

• высокая механическая прочность и одновременно гибкость металлической жилы провода;

• эластичность, электроизоляционная прочность и нагревостойкость изоляционного покрытия, его высокая теплопроводность (для беспрепятственного отвода теплоты от токоведущей жилы), стойкость к растворителям лаков, которыми пропитывается обмотка электрической машины.

В качестве проводниковых материалов в электрических машинах широко применяют электротехническую медь (Cu) и алюминий (Al).

Преимущества меди по сравнению с алюминием:

• повышенная плотность тока в обмотках за счёт меньшего удельного электрического сопротивления (табл. 2.1);

• повышенная механическая прочность — медь более пластична, следовательно, можно изготовить проводник меньшего сечения, а также более устойчива к действию электродинамических сил от токов короткого замыкания;

• медь лучше подвергается пайке;

• обладает лучшей адгезией к изоляционным материалам (лаку).

Недостатки меди:

• высокая стоимость;

• большая плотность, как следствие — большая масса обмоток (см. табл. 2.1).

Преимущества алюминия:

• материал более лёгкий;

• материал более дешёвый, чем медь.

Недостатки алюминия:

• малая плотность тока при том же сечении, что и у медного проводника;

• ломкость;

• плохо подвергается пайке.

Таблица 2.1. Удельное электрическое сопротивление проводниковых материалов

Материал	Удельное электрическое сопротивление , 10-6 Ом·м, при температуре, °С			Плотность, 103 кг/м3
	20	75	115
Медь Cu	0,0175	0,0213	0,0244	0,089
Алюминий Al	0,0294	0,0375	0,0400	0,0265

С точки зрения потерь мощности и потерь напряжения в трансформаторе также предпочтительно использовать медь, поскольку сопротивление проводника зависит от удельного сопротивления:

где  — удельное электрическое сопротивление, Ом·мм² / м;

l — длина проводника, м;

S — сечение проводника, мм².

Потери мощности ΔР, Вт, и напряжения ΔU, В, в трансформаторе:

где R_T — активное сопротивление обмотки, Ом;

Z_T — полное сопротивление обмотки, Ом.

Диаметр обмоточных проводов может быть 0,5…2,5 мм, в случае круглого сечения. На большие токи сечение проводников обмоток выполняется в виде шинки прямоугольного сечения. Соответственно в зависимости от сечения проводника и его материала изменяется и плотность тока в обмотке (табл. 2.2)

Таблица 2.2. Плотность тока в обмотках силовых трансформаторов

Тип трансформатора	Плотность тока J, А/мм2, в проводнике из материала:
	Алюминий	Медь
Сухие	1…1,5	2…2,5
Масляные	2	4…4,5

Обмотки трансформатора выполняются с учетом возникающих в них электродинамических сил. Как известно, при протекании тока по проводнику, вокруг него возникают силовые линии магнитной индукции B, направление которых определяется по правилу правоходового винта (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Направление сил в проводнике

При этом в проводнике возникает электродинамическая сила:

Направление силы определяется по правилу левой руки. При токах короткого замыкания, превышающих номинальные токи в 20…25 раз, электродинамические силы между соседними проводниками возрастают в 400…625 раз и вызывают механические разрушения в трансформаторе.