Файл: Китаев, В. Е. Трансформаторы учеб. пособие.pdf

В. Е. КИТАЕВ

Издание третье, исправленное

Од о б р е н о

Уче н ы м советом Государственного ком итета

С овета М и ни стро в С С С Р п о проф ессионально -техническом у

об р а зова н и ю в качестве учебного пособия

дл я проф ессионально-технических учебны х заведений

иподготовки рабочих на производстве

М О С К В А « В Ы С Ш А Я Ш К О Л А » 1974

6П2.1.081 К45

Китаев В. Е.

К.45 Трансформаторы. Учеб, пособие для проф.-техн. учеб, заведений и подгот. рабочих на производстве. Изд. 3-е, испр. М., «Высш. школа», 1974.

207 с. с ил.

В книге описано устройство однофазных и трехфазных трансформаторов, рабочий процесс в них, опыты холостого хода и короткого замыкания, парал­ лельная работа трансформаторов, их нагревание и охлаждение. Рассмотрены

конструкции, сборка н испытание трансформаторов.

В третье издание внесены изменения в соответствии с повымя ГОСТами,

Издательство «Высшая школа», 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

Электрическая энергия имеет ряд преимуществ перед другими формами энергии. Она легко преобразуется в механическую, свето­ вую, химическую и другие формы энергии, экономично передается на большие расстояния, распределяется между любым числом при­ емников энергии различной мощности. Поэтому электрическая энергия получила широкое применение во всех областях народно­ го хозяйства — в промышленности, транспорте, сельском хозяй­ стве и др.

В промышленности на основе электрификации все шире внед­ ряется комплексная механизация и автоматизация производствен­ ных процессов. Интенсивно развивается электротехнология — эле-' ктротермические и электролитические способы получения и обра­ ботки металлов. С каждым годом вступают в строй все новые и новые автоматические линии машин, цехи и заводы-автоматы. С помощью электроэнергии осуществляется электросварка, закал­ ка стали токами высокой частоты.

В нашей схране электрификации народного хозяйства постоян­ но уделяется большое внимание. В 1920 г. по инициативе В. И. Ле­ нина был разработан Государственный план электрификации Рос­ сии (ГОЭЛРО), который предусматривал в течение десяти-пятна­ дцати лет осуществить строительство 10 гидроэлектростанций и 20 тепловых районных электростанций. Этот план был выполнен досрочно.

В Директивах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану разви­ тия народного хозяйства СССР на 1971—1975 годы предусмотрено довести производство электроэнергии до 1030—1070 млрд, квт-ч, ввести в действие на электростанциях мощности 65—67 млн. кет, главным образом благодаря строительству электростанций и уста­ новке на них крупных электрических блоков. Предусмотрено значительное развитие атомной энергетики путем строитель­ ства крупных электростанций с реакторами единичной мощностью 1 млн. кет и выше, введение в действие атомных электростанций мощностью 6—8 млн. кет.

Предусмотрено продолжить работы по созданию Единой энер­ гетической системы страны, дальних линий электропередачи пере­ менного тока’ напряжением 750 и 1150 тыс. е й постоянного тока напряжением 1500 тыс. б, а также по развитию электрических сетей в сельских районах, повысить надежность электроснабжения, сельских потребителей, увеличить производительность труда в электроэнергетике в 1,4 раза.

Основной задачей электроэнергетики является электрификация всей страны, создание материально-технической базы коммунизма.

3

ВВЕДЕНИЕ

§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформатор представляет собой - статический электромаг­ нитный аппарат с двумя (или больше) обмотками, предназначен­ ный чаще всего для преобразования переменного тока одного на­ пряжения в переменный ток другого напряжения. Преобразование энергии в.трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформаторы широко применяются при передаче элек­ трической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилитель­ ных, сигнализационных и других устройствах.

При передаче электрической энергии от электростанции к по­ требителям сила тока в линии обусловливает потери энергии в этой линии и расход цветных металлов на ее устройство. Если при одной и той же передаваемой мощности увеличить напряжение, то сила тока в такой же мере уменьшится, а следовательно, можно будет применить провода с меньшим поперечным сечением. Это сократит расход цветных металлов при устройстве линий электропередачи и снизит потери энергии в ней.

Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях синхронными генераторами при напряжении 11—20 кв; в отдель­ ных случаях применяют напряжение 30—35 кв. Хотя такие напря­ жения являются слишком высокими для их непосредственного использования в производстве и для бытовых нужд, они недостаточ­ ны для экономичной передачи электроэнергии на большие расстоя­ ния. Дальнейшее повышение напряжения в линиях электропереда­ чи (до 750 кв и более) осуществляют повышающими трансформа­ торами.

Приемники электрической энергии (лампы накаливания, элек­ тродвигатели и т. д.) из соображений безопасности рассчитывают ■на более низкое напряжение (110—380 в). Кроме того, изготовле­ ние электрических аппаратов, приборов и машин на высокое напря­ жение связано со значительными конструктивными сложностями, так как токоведущие части этих устройств при высоком напряже­ нии требуют усиленной изоляции. Поэтому высокое' напряжение, при котором происходит передача энергии, не может, быть непо­ средственно использовано для питания приемников и подводится к ним через понижающие трансформаторы.

Электрическую энергию переменного тока по пути от электро­ станции, где она вырабатывается, до потребителяприходится трансформировать 3—4 раза. В распределительных сетях пони­ жающие трансформаторы нагружаются неодновременно, и не на

5

полную мощность. Поэтому полная мощность трансформаторов, используемых для передачи и распределения электроэнергии, в 7—8 раз больше мощности генераторов, устанавливаемых на элек­ тростанциях.

На рис. 1 изображена принципиальная схема включения транс­ форматора, на которой для ясности первичная 1 и вторичная 3

между ними, благодаря чему снижаются потоки рассеяния, которые не участвуют в процессе трансформирования энергии.

§ 2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА

Действие трансформатора основано на явлении взаимной ин­ дукции. Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника переменного тока, то по ней будет протекать перемен­ ный ток /о, который создаст в сердечнике трансформатора пере­ менный магнитный поток. Этот магнитный поток, пронизывая вит­ ки вторичной обмотки, будет индуктировать в ней э. д. с. Е2. Если вторичную обмотку замкнуть на какой-либо приемник энергии (на рис. 1— лампа накаливания), то под действием индуктируемой э. д. с. Е2 по этой обмотке и через приемник энергии начнет проте­

кать ток /2.

Одновременно в первичной обмотке также появится нагрузоч­ ный ток / / , который в сумме с током /о составит ток первичной об­ мотки 1\. Таким образом, электрическая энергия, трансформи­ руясь, передается из первичной сети во вторичную при напряже­ нии, на которое рассчитан приемник энергии, включенный во вторичную сеть.

В целях улучшения магнитной связи между первичной и вто­ ричной обмотками их помещают на стальной магнитопровод. Об­ мотки изолируют как друг от друга, так и от магнитопровода. Обмотка более высокого напряжения называется обмоткой высше­ го напряжения (ВН), а обмотка более низкого напряжения — об­ моткой низшего напряясения (НН). Обмотка, включенная в сеть источника электрической энергии, называется первичной; обмотка, от которой энергия подается к приемнику, — вторичной.

6

Обычно напряжения первичной и вторичной обмоток неодина­ ковы. Если первичное напряжение меньше вторичного, трансфор­ матор называется повышающим, если больше вторичного — пони­ жающим. Любой трансформатор может быть использован и как повышающий, и как понижающий. Повышающие трансформаторы применяют для передачи электроэнергии на большие расстояния, а

тора на стержне показано на рис. 2.

Обмотку низшего напряжения изолируют от стержня прослой­ кой из какого-либо изолировочного материала. Такую же изоли­ рующую прокладку помещают между обмотками высшего и низ­ шего напряжения.

При цилиндрических обмотках поперечному сечению стержня магнитопровода желательно придать круглую форму, чтобы в пло­ щади, охватываемой обмотками, не оставалось немагнитных про­ межутков. Чем меньше немагнитные промежутки, тем меньше дли­ на витков обмоток, а следовательно, и масса меди при заданной площади сечения стального стержня.

Однако стержни круглого сечения изготовлять сложно. Магни­ топровод набирают из тонких стальных листов, и для получения стержня круглого сечения понадобилось бы большое число сталь­ ных листов различной ширины, а это потребовало бы изготовления множества штампов. Поэтому в трансформаторах большой мощно­ сти стержень имеет ступенчатое поперечное сечение с числом сту­ пеней не более 15—17. Количество ступеней сечения стержня опре­ деляется числом углов в одной четверти круга. Ярмо магнитопро­ вода, т. е. та его часть, которая соединяет стержни, имеет также ступенчатое сечение.

7.

Для лучшего охлаждения в магнитопроводах, а также в обмот­ ках мощных трансформаторов устраивают вентиляционные каналы в плоскостях, параллельных и перпендикулярных плоскости стальных листов.

В трансформаторах малой мощности площадь сечения провода мала и выполнение обмоток упрощается. Магнитопроводы таких трансформаторов имеют прямоугольное сечение.

§ 3. НОМИНАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ТРАНСФОРМАТОРА

Полезная мощность, на которую рассчитан трансформатор по условиям нагревания, т. е. мощность его вторичной обмотки при

(ква). В ваттах или киловаттах выражается активная мощность трансформатора, т. е. та мощность, которая может быть преобра­ зована из электрической в механическую, тепловую, химическую, световую и т. д.

Сечения проводов обмоток и всех частей трансформатора, так же как и любого электротехнического аппарата или электрической машины, определяются не активной составляющей тока или актив­ ной мощностью, а полным током, протекающим по проводнику и, следовательно,, полной мощностью. Все прочие величины, характе­ ризующие работу трансформатора в условиях, на которые он рас­ считан, также называются номинальными.

Каждый трансформатор снабжен щитком из материала, не под­ верженного атмосферным влияниям. Щиток прикреплен к баку трансформатора на видном месте и содержит его номинальные дан­ ные, которые нанесены травлением, гравировкой, выбиванием или другим способом, обеспечивающим долговечность знаков. На щит­ ке трансформатора согласно ГОСТ 11677—65 указаны следующие

3.Заводской номер:

4.Обозначение типа.

5.Номер стандарта, которому соответствует изготовленный

трансформатор.

6. Номинальная мощность (ква). (Для трехобмоточиых транс­ форматоров указывают мощность каждой обмотки.)

7.Номинальные напряжения и напряжения ответвлений об­ моток (в или кв).

8.Номинальные токи каждой обмотки (а).

9.Число фаз.

10.Частота тока {гц).

11.Схема и группа соединения обмоток трансформатора.

12.Напряжение короткого замыкания (%)•

13.Род установки (внутренняя или наружная).

8