Трансформаторы. Классификация по назначению

Принцип действия трансформатора
ψ1 = w1Ф
ψ2 = w2Ф

электростанция
повышающий
трансформатор
линия
электропередач
линия
электропередач
понижающий
трансформатор
потребители

УРОВНИ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ, ПЕРЕДАЧЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
ПРОИЗВОДСТВО
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
6…30 кВ
ТРАНСПОРТИРОВКА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
ПО ЛИНИЯМ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
110, 220, 330, 400, 500, 750, 1150 кВ
ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
ПРЕДПРИЯТИЯМИ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
( 0,38 … 6 (10) кВ )
И ТРАНСПОРТА
(~25 кВ, =3 кВ)

Классификация ПО НАЗНАЧЕНИЮ
силовые трансформаторы
мощность от 5 кВА до 1600 МВА
Для преобразования электроэнергии в сетях энергосистем,
распределительных сетях и в электроустановках, предназначенных для
приема и использования электроэнергии.
Силовой трансформатор 630 МВА 330 кВ
Самый мощный трансформатор в России
Трехфазный силовой трансформатор 400 кВА

Классификация трансформаторов
ПО НАЗНАЧЕНИЮ (продолжение)
Сварочные
Измерительные
с п е ц и а л ь н ы е
Преобразова-
тельные
Тяговые
Печные
Трансформаторы радиоэлектронной аппаратуры

Классификация трансформаторов
ПО ЧИСЛУ ФАЗ
однофазные
трехфазные

Классификация
трансформаторов
ПО ЧИСЛУ ОБМОТОК
автотрансформаторы
однообмоточные
двухобмоточные
многообмоточные

Автотрансформатор 750 кВ

Классификация трансформаторов
ПО СПОСОБУ ОХЛАЖДЕНИЯ
сухие
масляные
Трансформатор с масляным охлаждением и принудительной циркуляцией воздуха

Классификация трансформаторов
ПО ТИПУ СЕРДЕЧНИКА
броневые
стержневые

Устройство однофазного стержневого (а) и броневого (б) трансформаторов

Трехфазная трансформаторная группа
трехфазный трехстержневой трансформатор
бронестержневой трансформатор

Сердечники трансформаторов
1-3 листы сердечника, 2-4 листы ярма
Поперечное сечение магнитопровода
Сборка сердечника
Сердечники маломощных трансформаторов

Типы обмоток трансформаторов
концентрические
дисковые
Концентрические
трехслойные

Конструкция трансформатора

С=1 – коэффициент электромагнитной связи обмоток трансформатора
Идеальный трансформатор
отсутствуют потери энергии
r1 = r2 = 0 pс = 0

Электрические соотношения в идеальном трансформаторе
Коэффициент трансформации

Работа однофазного трансформатора в режиме холостого хода
Гармонический состав кривой
тока намагничивания
К определению реактивной составляющей тока намагничивания
u = Um sinωt
pc = 0
i0 = i0r
i0 = i0a + i0r

Сдвиг по фазе для γ=1 будет 1200
для γ=3 и кратной 3 сдвиг будет 3600, или 00
Трехфазный трансформатор с соединением обмоток Y/Д
ν =3

Работа трехфазного трансформатора в режиме холостого хода
Соединение
Д/У
Гармонический состав кривой магнитного потока
Соединение
У/У
Магнитный поток третьей гармоники
КОМПЕНСИРОВАН
Магнитный поток третьей гармоники
НЕ КОМПЕНСИРОВАН
Кривые ЭДС, напряжений, потоков
НЕСИНУСОИДАЛЬНЫ
содержат третью гармонику
Форма кривой ЭДС и напряжений, результирующего потока
СИНУСОИДАЛЬНАЯ

Влияние третьей гармоники потока
Если Ф3m = 10%Ф1m то Е3m = 30%Е1m
Распределение магнитных потоков фаз третьей гармоники при различных конструкциях сердечника
ПО ЭТОЙ ПРИЧИНЕ МОЩНЫЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ СО СХЕМОЙ У/У ПРИМЕНЯЮТСЯ КРАЙНЕ РЕДКО

Фσ1, Фσ2 – потоки рассеяния
Потоки рассеяния
Явление неполной электромагнитной связи называется электромагнитным рассеянием.

Схема работы трансформатора
под нагрузкой
Еσ1
Фσ1
Еσ2
Фσ2
Е1
Е2
ФS

u1 + e1 +eσ1 = i1r1
e2 + eσ2 = i2r2 + u2
Xσ1 = ω Lσ1
Xσ2 = ω Lσ2
Xσ1, Xσ2 – индуктивные сопротивления рассеяния
Уравнения напряжения трансформатора
F0 = I0w1

Уравнения напряжений и намагничивающих сил трансформатора:

Приведение вторичной обмотки к первичной
Приведение сопротивлений вторичной обмотки
Приведение ЭДС и напряжений вторичной обмотки к первичной
Приведение токов вторичной обмотки к первичной
Приведение сопротивлений нагрузки
E2 I2 = E2’ I2’
I22r2 = I2’2r2’

Приведенный трансформатор
Схема замещения без учета магнитных потерь
Схема однофазного двухобмоточного
трансформатора
или

Учет потерь в стали в схеме замещения
Схема замещения без учета магнитных потерь
К учету магнитных потерь в схеме замещения
Схема замещения с учетом
магнитных потерь
Упрощенная схема замещения

при холостом ходе
при коротком замыкании

Опыт холостого хода трансформатора
Схема испытаний для однофазного трансформатора
Схема испытаний для трехфазного трансформатора
U2’= E2’
Io = I1
P0 = pc

Внешний вид характеристик холостого хода

В трехстержневом трансформаторе в режиме холостого хода действующее значение токов крайних фаз больше чем ток средней фазы

Векторная диаграмма при холостом ходе

Опыт короткого замыкания трансформатора
Схема испытаний для однофазного трансформатора
Схема испытаний для трехфазного трансформатора
=0
P1к = pэл1 + pэл2

Внешний вид характеристик короткого замыкания

Напряжение короткого замыкания
Uк – напряжение при Iк = Iн
uк = (5,5 – 15,0)%
=0

Работа трансформатора под нагрузкой
U1 = const
Ф = const
Е1 = 4.44wfФ

Векторная диаграмма трансформатора
активно-индуктивная
активно-емкостная нагрузка

Упрощенная векторная диаграмма

Внешние характеристики трансформатора
Большой и средней мощности
Малой мощности
Для силовых трансформаторов
при

Изменение напряжения трансформатора

Способы регулирования напряжения на выходе трансформатора

Потери и КПД трансформатора
Энергетическая диаграмма трансформатора

Зависимость КПД от коэффициента нагрузки

Группы соединений однофазного трансформатора
Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

Параллельная работа трансформаторов
Для достижения наилучших условий
параллельной работы трансформаторов
необходимо, чтобы общая нагрузка
распределялась между параллельно
работающими трансформаторами
пропорционально их номинальным мощностям
1.одинаковые группы соединения обмоток
2. равные коэффициенты трансформации
3. равные напряжения короткого замыкания
Ток нагрузки равен арифметической сумме вторичных токов трансформаторов
При отсутствии нагрузки вторичные токи трансформаторов также равны нулю

Условие одинаковости групп соединений обмоток

Условие равенства коэффициентов трансформации