Электрические машины. Трансформаторы

1.

Электрические машины
Дюба Елена Александровна
Ст.преподаватель
г.Ханты-Мансийск,2021

2.

Поляков, А. Е. Электрические машины, электропривод и системы интеллектуального управления
электротехническими комплексами : учебное пособие / А. Е. Поляков. - 1. - Москва : Издательство
"ФОРУМ", 2019. - 224 с.
http://znanium.com/catalog/document/?pid=1026781&id=340978
Игнатович, Виктор Михайлович. Электрические машины и трансформаторы : Учебное пособие для
вузов / В. М. Игнатович, Ш. С. Ройз. - 6-е изд., испр. и доп. - Электрон. дан.col. - Москва : Юрайт, 2020. 181 с. - (Высшее образование). - Режим доступа: Электронно-библиотечная система Юрайт, для
авториз. пользователей. https://urait.ru/bcode/451214
Копылов, Игорь Петрович. Электрические машины в 2 т. Том 2 : Учебник для вузов / И. П. Копылов. 2-е изд., испр. и доп. - Электрон. дан.col. - Москва : Юрайт, 2021. - 407 с. - (Высшее образование). Режим доступа: Электронно-библиотечная система Юрайт, для авториз. пользователей.
https://urait.ru/bcode/470701
Копылов, Игорь Петрович. Электрические машины в 2 т. Том 1 : Учебник для вузов / И. П. Копылов. 2-е изд., испр. и доп. - Электрон. дан.col. - Москва : Юрайт, 2020. - 267 с. - (Высшее образование). Режим доступа: Электронно-библиотечная система Юрайт, для авториз. пользователей.
https://urait.ru/bcode/451783

3.

ТРАНСФОРМАТОРЫ
Трансформатор - статическое электромагнитное устройство, имеющее
две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для
преобразования посредством электромагнитной индукции одной или
нескольких систем переменного тока в одну или несколько других
систем переменного тока.

4.

Повышающие (на станциях) – 110, 150, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ.
Понижающие (у потребителя) – 35, 10, 6, 3, 0,66, 0,38, 0,22 кВ.

5.

6.

Классификация трансформаторов по электрическим параметрам
Классификация по данным особенностям трансформаторов позволяют оценить способность
применения того или иного типа трансформатора в конкретном случае. В соответствии с этим
трансформаторы по электрическим параметрам разделяются на следующие группы:
1. По рабочей частоте. Так как от частоты тока переменного напряжения зависят используемые
материалы, из которых изготавливаются сердечник, обмотки и изоляция. В соответствие с этим различают
трансформаторы следующих типов:
— пониженной частоты – рабочая частота ниже 50 Гц;
— промышленной частоты – рабочая частота 50 Гц;
— повышенной частоты – рабочая частота 100 – 10000 Гц;
— ультразвуковой частоты – рабочая частота более 10 кГц;
— высокой частоты – рабочая частота свыше 100 кГц.
В отношении импульсных трансформаторов чаше используется длительность импульса. В настоящее
время мощные трансформаторы в большинстве случаев питаются от сетей промышленной частоты, но в
современной электронике в подавляющем случае используют трансформаторы, рассчитанные на высокую и
ультразвуковую частоту. Это позволяет снизить габариты трансформатора.
2. По системе тока. Данная особенность трансформатора позволяет разделить трансформаторы на:
— однофазные;
— многофазные (например, трёхфазные, шестифазные и т.д.).

7.

3. По величине электрического напряжения. Данный параметр характеризует величину напряжения,
на которую рассчитана изоляция кокой-либо обмотки или обмоток трансформатора. По данному параметру
трансформаторы делятся:
— низковольтные трансформаторы, у которых рабочее напряжение обмотки (или обмоток) не
превышает 1000 – 1500 В;
— высоковольтные трансформаторы, у которых рабочее напряжение обмотки выше 1000 — 1500 В.
В настоящее время в бытовой радиоэлектронике в большинстве случаев используются низковольтные
трансформаторы.
4. По величине мощности. Данный параметр достаточно условен и прежде всего вводится для
удобства описания конкретного трансформатора:
— малой мощности, имеющие мощность порядка десятка Вт;
— средней мощности, имеющих мощность сотни Вт;
— большой мощности, имеющие мощность нескольких кВт.

8.

Классификация трансформаторов по схемным параметрам
Среди множества особенностей трансформаторов можно выделить параметры, характеризующие их
применение и назначение в электрической схеме или схему самого трансформатора. Поэтому выделим
несколько характеризующих трансформаторы факторы: схемное назначение и схема трансформатора.
1. Классификация трансформаторов по схемному назначению позволяет определить функции, которые
он выполняет в конкретной схеме, и соответственно можно выделить три группы:
— силовые трансформаторы предназначены для питания переменным током различные звенья и узлы
аппаратуры, поэтому силовые трансформаторы иногда называют трансформаторами питания ТП. Данная
группа является наиболее распространённой и составляет до 70 % всех трансформаторов. Они находят
широкое применение для питания самых различных нагрузок: электродвигатели, бытовые приборы,
различные усилители, выпрямители, осветительные и нагревательные приборы.
— согласующие трансформаторы служат для согласования входных и выходных сопротивлений
различных узлов электронной схемы и находят широкое применение в радиоприёмной, радиопередающей и
усилительной технике. Их можно разделить на несколько типов в зависимости от места расположения в
схеме: входные, промежуточные и выходные.
— импульсные трансформаторы используют для передачи импульсов напряжения и тока между
отдельными участками электрической схемы. Особенностью данных трансформаторов является то, что они
позволяют пропускать через себя импульсы различной длительности – от микросекундных до
наносекундных. Форма импульса чаще всего прямоугольная, но возможно и любая другая: треугольная,
пилообразная, колоколообразная и другие.

9.

2. Кроме схемного назначения трансформаторы классифицируются по схеме трансформатора и
позволяет выделить следующие типы:
— однообмоточный трансформатор, называемый автотрансформатором. Он
характеризуется тем, что между первичной (входной) и вторичной (выходной)
обмотками существует магнитная и электрическая связь. Первичная и вторичная
обмотки определяются отводами от общей обмотки.
— двухобмоточный трансформатор, в отличие от однообмоточного
имеет две электрически не связанных обмотки. Данный тип трансформатора
является базовым и
теоретическом анализе является базовым и
электрические параметры первичной обмотки связаны однозначными
соотношениями с электрическими параметрами вторичной обмотки.
— многообмоточные трансформаторы имеют несколько электрически не
связанных вторичных обмоток, число которых доходит до десяти, но чаще всего
четыре-пять. В данном типе трансформатора ток первичной обмотки
определяется множеством соотношений с током вторичных обмоток. Данный
тип трансформатора является наиболее распространённым.

10.

Классификация трансформаторов по конструктивным параметрам
Конструктивные параметры трансформаторы определяют особенности его сердечника и обмоток.
Можно выделить несколько признаков, которые характеризуют различные конструктивные особенности.
1. Тип конструкции. Один из важнейших конструктивных признаков, определяющий тип
конструкции трансформатора. Определяющим фактором здесь является тип сердечника, который можно
определить, как:
— броневой сердечник, имеет три стержня, причём центральный стержень шире крайних и на нём
располагаются обмотки трансформатора, а боковые служат только для протекания магнитного потока;
— стержневой сердечник, имеет два стержня одинаковой ширины и обмотки располагают на них
равномерно;
— тороидальный сердечник, выполнен в виде тороида прямоугольного или (реже) круглого
сечения и обмотки распределены равномерно по всему сердечнику.

11.

Классификация по тактико-техническим параметрам
Так как трансформаторы находят самое широкое применение в радиоэлектронных устройствах,
работающих в различных условиях, то соответственно необходимо выделить трансформаторы
пригодные по техническим условиям работы.
1. Область применения трансформаторов. Данным признаком определяется область
применения и требования, предъявляемые к трансформаторам в данной области:
— бытового назначения. Характеризуются незначительными требованиями к условиям
эксплуатации в бытовых (домашних) условиях и применяются в широковещательной аппаратуре;
— общепромышленного назначения. Трансформаторы данного типа работают, как правило, в
измерительной аппаратуре, аппаратуре управления различных станков и т.д.;
— специального назначения. Трансформаторы данного типа используются, как правило, в
технике военного и специального назначения. Требования, предъявляемые к ним, зависят от
конкретной области использования, поэтому трансформаторы специального назначения разделяются
на следующие категории по их использованию в аппаратуре: бортовой аппаратуре (авиационно и
ракетной), корабельной аппаратуре (для надводных и подводных кораблей), наземной стационарной
аппаратуре (различных станций), наземной транспортируемой (передвижная наземная техника) и
наземная переносная аппаратура (аппаратура связи).

12.

2. Срок службы. Этот фактор связан с предыдущими параметрами, так как область применения
определяет различные требования. Под сроком службы понимается суммарное время использования
трансформатора во включенном состоянии. Можно выделить следующие категории:
— длительного срока службы, длительность работы составляет от 10000 часов. Можно отнести
трансформаторы бытовой техники, общепромышленного назначения и некоторые типы специального
назначения;
— короткого срока службы, срок службы составляет 300 – 500 часов. К данной группе относятся
трансформаторы авиационной аппаратуры, а в отдельных случаях корабельной и наземной аппаратуры;
— кратковременного использования, продолжительность эксплуатации без потери характеристик
составляет порядка нескольких минут. Данную категорию составляют трансформаторы ракетной
аппаратуры.
3. Температурные условия, работы трансформаторов также зависят от условий их применения. Эти
условия определяют следующие величины: температура окружающей среды, рабочая температура обмоток и
перегрев обмоток. Таким образом, выделяют следующие категории трансформаторов по температурным
условиям:
— обычные трансформаторы, имеющие рабочую температуру не более 100-130 °С;
— высокотемпературные трансформаторы, имеющие рабочую температуру выше 130 °С.
Следует отметить, что температура окружающей среды трансформатора определяется областью его
применения, а перегрев и рабочая температура определяется классом изоляции используемой в
трансформаторе.

13.

3. Способы охлаждения. Данные признаки определяют способ отвода тепла от работающего
трансформатора:
— трансформаторы с естественным охлаждением;
— трансформаторы с принудительным обдувом потоком воздуха;
— трансформаторы с жидкостным охлаждением;
— трансформаторы с парожидкостным охлаждением;
4. Способы изоляции и защиты. Данные признаки определяют способы защиты трансформаторов
от внешних воздействий и окружающих факторов:
— сухие открытые трансформаторы. Защищены от внешних воздействий только изоляцией
обмоточных проводов, межслойной изоляцией и каркасом обмотки;
— закрытые герметизированные трансформаторы. Такие трансформаторы характеризуются
повышенными эксплуатационными характеристиками, устойчивыми к тяжёлым условиям эксплуатации
(грязь, пыль, механические воздействия и т.д.);
— трансформаторы тропикоустойчивого исполнения. Защита данного вида трансформатора
характеризуется особой устойчивостью к тяжёлым условиям эксплуатации в районах с тропическим
климатом.

14.

Принцип действия трансформатора
d
e1 w1
dt
d
e 2 w2
dt

15.

Простейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника),
выполненного из ферромагнитного материала (обычно листовая электротехническая
сталь), и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода . Одна из
обмоток, которую называют первичной, присоединена к источнику переменного тока
(генератору) на напряжение