Призначення, будова і принцип дії трансформатора

Трансформатор — статичний електромагнітний пристрій із двома або більшим числом індуктивне зв'язаних обмоток, який служить для перетворення за допомогою електромагнітної індукції змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги. За призначенням трансформатори поділяються на силові, узгоджувальні та імпульсні.

Силові трансформатори призначені для перетворення електричної енергії в електричних мережах та в установках для її приймання і використання.

Потужні силові трансформатори встановлюють на електростанціях для підвищення електричної енергії генераторів. Передача електроенергії по лінії електропередачі високою напругою і малими струмами значно зменшує втрати потужності, що дає можливість зменшити переріз проводів та істотно знизити витрати кольорового металу.

У кінці лінії електропередачі встановлюють трансформатори, які знижують напругу до рівня, необхідного для розподілу її між великими споживачами (міста, населені пункти, промислові підприємства, цехи

підприємств та ін.).

У місцях споживання електроенергії встановлюють трансформатори, які знижують напругу до експлуатаційної. Більшість споживачів працюють при напрузі 220. 380 і 660 В.

Мал. 2.17

Силовий трансформатор

1 - магнітопровід трансформатора 2 - обмотка нижчої напруги ні (двошарова циліндрична) 3-обмотка вищої напруги ВН (безперервна) 4 - бак для масла 5 - розширювач б - маслоуказателе 7 - пробка для заливки масла, 8-переілючатель числа витків обмотки ВН 9 - привід перемикача 10 - введення ВН 11 - введення НН 12-термометр 13 - пробка для спуску масла

Отже, електроенергія, яка передається від електростанції до електроприймачів, трансформується декілька разів. Спочатку підвищується, а потім знижується.

Трансформатори, призначені для підвищення напруги, називаються підвищувальними, а трансформатори, призначені для зниження напруги,— - знижувальними.

Трансформатори широко використовують у радіо- і телеапаратурі, у вимірювальних пристроях, місцевому освітленні тощо.

Трансформатори, які використовуються для узгодження напруги або опорів між каскадами в радіопристроях, називаються у згоджувальними.

Трансформатори, призначені для передачі імпульсів напруги або струмів з однієї мережі в іншу називаються імпульсними. Вони широко використовуються в імпульсній техніці.

Конструкція трансформатора залежить від його габаритів, які, в свою чергу, залежать від номінальної потужності трансформатора.

Залежно від потужності трансформатори випускають з природним охолодженням і масляним. Активні частини трансформаторів у потужних енергетичних установках занурюють в мінеральне трансформаторне масло для кращого відведення тепла і поліпшення ізоляції.

Мал. 2.18

Будова однофазного трансформатора: а) – стержньовий; б) – броньовий 1– стержень; 2– вторинна обмотка; 3– превинна обмотка;

Трансформатори малої потужності випускають з повітряним охолодженням. Основні частини трансформатора — магнітопровід та обмотки.

Магнітопровід складається з тонких листів електротехнічної сталі, легованої кремнієм, які ізольовані один від одного лаком, папером або окалиною. Це потрібно для зменшення втрат у сталі на перемагнічування та нагрівання вихровими струмами.

Основне призначення магнітопроводу — підсилення магнітного зв'язку між обмотками трансформатора, тобто зменшення магнітного опору контура, крізь який проходить магнітний потік.

Магнітопроводи можуть мати П— або Ш-подібну форму. Трансформатори з П-подібними магнітопроводами називаються стержньовими (Мал. 2.18 а), а з Ш-подібними — броньовими (Мал. 2.18 б). Частини магнітопроводу, на яких розміщені обмотки, називаються стержнями, а частини, на яких немає обмоток,— ярмом.

У трансформаторах малої потужності, які використовуються при частотах понад 20 кГц, феромагнітний магнітопровід відсутній, оскільки він фактично не проводить магнітного потоку через витиснення його до поверхні магнітопроводу.

Обмотки трансформаторів виготовляють з мідного (рідше — з алюмінієвого) дроту круглого або прямокутного перерізу. Обмотка, до якої підводиться електрична енергія, називається первинною, а обмотка, від якої відводиться електрична енергія,— вторинною.

Розглянемо принцип дії однофазного двообмоткового трансформатора (Мал. 2.19).

Мал. 2.19

Схема принципу дії однофазного двообмоткового трансформатора

Під час вмикання первинної обмотки трансформатора до ме­режі змінного струму з напругою U₁ ній виникає струм I₁ який збуджує в магнітопроводі змінний магнітний потік Ф. За­їкаючись по магнітопроводу, змінний магнітний потік перетинає витки обмоток та індукує в первинній обмотці w₁ е.р. с. e1, а вторинній обмотці w₂ е.р.с. e₂. Під час вмикання вторинної мотки до навантажування е.р.с. е2 створить у ній струм I₂ Отже, у трансформаторі електрична енергія первинного кола з параметрами U₁, I₁ та частотою f перетворюється в електричну енергію змінного струму з параметрами U₂, I₂ та частотою f.

Поряд з основним магнітним потоком у трансформаторі ще змінні магнітні потоки розсіювання Ф_р1 та Ф_р2, які замикаються навколо витків первинної та вторинної обмоток в основному через повітря. Магнітні лінії потоків розсіювання зчеплені тільки; витками своєї обмотки і не беруть участі у передачі енергії з первинного кола до вторинного. У кожній з обмоток вони створюють е.р.с. e₁ і e₂; відповідно. Змінні е.р.с. е₁ і е₂ залежать від кількості витків і швидкості зміни магнітного

тобто струми в трансформаторі обернено пропорційні їхнім на­пругам.

Призначення, будова і принцип дії автотрансфор. Призначення, пристрій і принцип дії автотрансформаторів

У деяких випадках буває необхідно змінювати напругу в невеликих межах. Це найпростіше зробити не двохобмотувальні трансформаторами, а однообмоточнимі, званими автотрансформаторами. Якщо коефіцієнт трансформації мало відрізняється від одиниці, то різниця між величиною струмів в первинній і у вторинній обмотках буде невелика. Що ж станеться, якщо об'єднати обидві обмотки? Вийде схема автотрансформатора (Мал. 2.20).

Автотрансформатори відносять до трансформаторів спеціального призначення. Автотрансформатори відрізняються від трансформаторів тим, що у них обмотка нижчої напруги є частиною обмотки вищої напруги, тобто ланцюга цих обмоток мають не тільки магнітну, але і гальванічний зв'язок.

У залежності від включення обмоток автотрансформатора можна отримати підвищення або пониження напруги. матора.

Мал. 2.20

Автотронсформатор

Схеми однофазних автотрансформаторів: а - понижуючого, б - підвищує.

Якщо приєднати джерело змінної напруги до точок А і Г, то в сердечнику виникне змінний магнітний потік. У кожному з витків обмотки буде индуктироваться ЕРС однієї і тієї ж величини. Очевидно, між точками а і Х виникне ЕРС, рівна ЕРС одного витка, помноженої на число витків, укладених між точками а і Х.

Якщо приєднати до обмотки в точках a і Х яку-небудь навантаження, то вторинний струм I2 буде проходити по частині обмотки і саме між точками a та Х. Але оскільки за цими ж витків проходить і первинний струм I1, то обидва струму геометрично складуться, і по ділянці aХ буде

протікати дуже невеликий за величиною струм, який визначається різницею цих струмів. Це дозволяє частину обмотки зробити з дроту малого перерізу, щоб заощадити мідь. Якщо взяти до уваги, що ця ділянка становить більшу частину всіх витків, то й економія міді виходить досить відчутною.

Таким чином, автотрансформатори доцільно використовувати для незначного зниження або підвищення напруги, коли в частині обмотки, що є спільною для обох ланцюгів автотрансформатора, встановлюється зменшений струм що дозволяє виконати її більш тонким дротом і заощадити кольоровий метал. Одночасно з цим зменшується витрата сталі на виготовлення магнітопроводу, перетин якого виходить менше, ніж у трансформатора.

У електромагнітних перетворювачах енергії - трансформаторах - передача енергії з однієї обмотки в іншу здійснюється магнітним полем, енергія якого зосереджена в магнітопроводі. У автотрансформаторах передача енергії здійснюється як магнітним полем, так і за рахунок електричного зв'язку між первинною і вторинною обмотками.

Монтаж електродвигунів

При монтажі електродвигунів керуються спеціальними інструкціями заводів - виготовників. Однією з основних операцій підготовчих робіт перед початком монтажу є перевірка фундаментів. Перевіряють бетон, який використовується для фундаментів.

При перевірці фундаментів розміри звіряють з даними двигуна: подовжньою віссю вала двигуна, поперченими осями станин, реперами висоти. Перевірку проводять нівеліром і натягнутим візирними струнами стальних проволок.

В склад підготовчих робіт належить підбір необхідних робочих інструментів, вимірювальних приладів, такелажних механізмів із стропами, заздалегідь випробуваних. Далі відповідно відбувається розпаковка електричних двигунів, очистка від бруду, іржі, антикорозійних покрить.

Підготовка двигунів до монтажу включає в себе наступні технологічні операції:

1. Зовнішній огляд;

2. Очистка фундаментальних плит;

3. Промивка фундаментальних болтів уайт - спиртом і перевірку якості різьби;

4. Огляд виводів, щіткового механізму, колекторів або контактних кілець;

5. Огляд стану підшипників, промивку підшипникових стояків і картерів;

6. Перевірку зазору між кришкою і вкладишем підшипника ковзання, валом і ущільненням підшипників;

7. Розтин повітряного зазору між активною сталлю ротора і статора;

8. Перевірку вільного обертання ротора і відсутність зачіпань вентиляторів за кришки торцевих щитів;

9. Перевірка мегоомметром опору ізоляції всіх обмоток, щіткової траверси та ізолюючих підшипників;

10. Огляд електричного двигуна проводять на стенді у спеціально виділеному в цеху приміщенні.

Якщо зовнішніх пошкоджень не виявлено, електродвигуни продувають стисненим повітрям. При продувці ротор електродвигуна повертають вручну, перевіряючи вільне обертання вала у підшипниках. Зовні двигун протирають ганчіркою, змоченою в керосині.

Промивку підшипників ковзання в час монтажу проводять наступним чином: із підшипників видаляють залишки мастила, відвернув спускні пробки. Потім, загвинтивши їх, в підшипники наливають керосин і обертають руками якір або ротор. Далі вгвинчують спускні пробки і дають стекти всьому керосину. Після промивки підшипників керосином їх необхідно промити мастилом, яке уносить за собою залишки керосину.

Тільки після цього їх заповнюють свіжим мастилом на 1/2 або 1/3 об’єму ванни.

Вимірювання опору ізоляції електродвигунів постійного струму проводять між якорем і котушками збудження (полюсами), перевіряють опір ізоляції якоря, щіток і котушок збудження по відношенню до корпуса. При вимірюванні опору ізоляції, під’єднаного до мережі електродвигуна необхідно від’єднати всі провода, підведені до електродвигуна від мережі і реостата. Між щітками і колектором при вимірюванні поміщають ізолюючу прокладку із магніту, електрокар тону, фібри, гумової трубки і т.д.

У електродвигунів трифазного струму з короткозамкненим ротором проводять вимірювання опору ізоляції тільки обмоток статора по відношенню до землі (корпуса) і друг до друга. Це можливо при виведених шести кінцях обмотки. Якщо виведені тільки три кінці обмотки, вимірювання проводять тільки по відношенню до землі (корпуса).

Монтаж трансформаторів

Трансформатори, що доставляються замовником на територію підстанції, повинні бути при транспортуванні орієнтовані щодо фундаментів у відповідності з робочими кресленнями.

Силові трансформатори доставляють на місце установки повністю зібраними і підготовленими до включення в роботу. Тільки у випадках, коли не дозволяють вантажопідйомність транспортних засобів і скрутність габаритів, трансформатори великої потужності доставляють зі знятими радіаторами, розширювачем і вихлопною трубою.

Розглянемо основні монтажні операції при установці трансформаторів в камері або на фундаменті ОРУ.

Трансформатор доставляють на місце установки на автомашині, спеціальному транспорті (трейлері) або на залізничній платформі і встановлюють на фундамент або в камеру за допомогою лебідок і поліспастів, а якщо дозволяє вантажопідйомність - кранами.

Підйом трансформаторів 630 кВА і вище виробляють за гаки, приварені до стінки бака. Трансформатори до 6300 кВА відправляють з підприємства-виробника заповненими маслом, менше 2500 кВА - у зібраному вигляді, трансформатори 2500, 4000 і 6300 кВ-А - зі знятими радіаторами, розширювачем і вихлопною трубою.

Пересування трансформаторів по похилій площині виробляють з ухилом не більше 15 °. Швидкість переміщення трансформатора в межах підстанції на власних ковзанках не повинна перевищувати 8 м / хв.

При установці трансформатора на місце, щоб уникнути утворення повітряних мішків під кришкою бака під катки з боку розширювача кладуть сталеві пластинки (підкладки).

Товщину підкладок вибирають такий, щоб кришка трансформатора мала підйом у бік розширювача, рівний 1% при установці розширювача по вузькій стороні трансформатора і 1,5% при установці його по широкій стороні. Довжину прокладок роблять не менше 150 мм.

Катки трансформаторів зміцнюють на напрямних упорами, що встановлюються з обох сторін трансформатора. Трансформатори масою до 2 т, не забезпечені котками, встановлюють безпосередньо на фундаменті. Корпус (бак) трансформатора приєднують до мережі заземлення.

При монтажі трансформаторів (2500, 4000 і 6300 кВА), що поставляються до місця установки зі знятими радіаторами, розширювачем і вихлопною трубою, виконують такі роботи:

1) промивають радіатори чистим сухим трансформаторним маслом і випробовують їх у відповідності з інструкцією підприємства-виробника на відсутність течі масла.

Проварені радіатори піднімають краном у вертикальне положення і сблочівают фланці радіаторів з фланцями патрубків на кожусі трансформатора. Між фланцями прокладають ущільнюючі прокладки з пробки або маслостійкої гуми,

2) промивають розширювач чистим сухим трансформаторним маслом і краном встановлюють його на місце. Потім з'єднують його на фланцевих ущільненнях з маслопроводів і кришкою трансформатора і встановлюють у розтин маслопроводу газове реле. Газове реле повинна бути попередньо підтверджено у лабораторії.

Корпус газового реле, систему поплавців і кришку реле встановлюють так, щоб стрілка на корпусі була спрямована до розширювачі. Газове реле встановлюють строго горизонтально.

3) промивають вихлопну трубу чистим сухим трансформаторним маслом і встановлюють її на кришці трансформатора. На верхньому фланці труби встановлюють скляну мембрану на гумовій або пробковою прокладці та пробку для випуску повітря. Товщина стінки мембрани повинна бути не більше 2,5 мм при діаметрі 150 мм, 3 мм при діаметрі 200 мм і 4 мм при діаметрі 250 мм.

Вихлопну трубу встановлюють на ущільнюючих прокладках і розташовують так, щоб при аварійному викиді масло не потрапляло на ошиновки, кабельні муфти і сусіднє обладнання. Для виконання цієї вимоги допускається встановлення загороджувального щита у отвори труби,

4) встановлюють з ущільненням з азбестового шнура, просоченого бакелітовим або гліфталевим лаком температурний датчик для манометричного, ртутно-контактного і дистанційного термометра. Гільзи, в яких встановлюють ртутні або ртутно-контактні термометри, заповнюють трансформаторним маслом і закривають,

5) заливають кожен радіатор за допомогою центрифуги або фільтр-преса чистим сухим трансформаторним маслом до тих пір, поки воно не почне витікати з верхньої пробки радіатора.

Відкривають верхні і нижні крани, що з'єднують радіатори з баком трансформатора, і приступають до доливці (центрифугою або фільтр-пресом) розширювача. Перед долівкою відкривають пробки на верху вихлопної труби і на кришці трансформатора, кран на маслопровід, що з'єднує розширювач з баком, а також край на кришці газового реле.

При доливці в розширювач масла, по мірі того як воно починає витікати з відкритих верхніх пробок на радіаторах, пробки щільно загортають. Потім таким же чином закривають пробки на кришці газового реле. Після доливання масла до рівня в маслоуказателе, відповідного температурі навколишнього повітря, закривають пробку на верху вихлопної труби.

Технічне обслуговування електричних машин.

У залежності від габаритних розмірів, маси і характеру ремонту електричної машини, а також наявності або відсутності необхідних розумів для ремонту її ремонтують або на місці, або в електроремонтному цеху, або на електроремонтному заводі.

Машини ушкоджуються частіше всього через неприпустимо тривалу роботу без ремонту, поганого експлуатаційного обслуговування або порушення режиму роботи, на який вони розраховані. Ушкодження електричних машин бувають механічні й електричні.

До механічних ушкоджень відносять: виплавку баббіта в підшипниках ковзання; руйнація сепаратора, кільця, кульки або роликів підшипників гойдання; деформацію або поломку вала ротора (якорі); утворення глибоких виробіток (“доріжок”) на поверхні колекторів і контактних каблучок; ослаблення кріплення полюсів або сердечника статора до станини, розрив або сповзання дротових бандажів роторів (якорів); послаблення пресовки сердечника ротора (якорю) і ін.

Електричними ушкодженнями є пошкодження ізоляції на корпусі, обрив провідників в обмотці, замикання між витками обмотки, порушення контактів і руйнація з'єднань, виконаних паянням або зварюванням, неприпустиме зниження опору ізоляції внаслідок її старіння, руйнації або зволоження та ін.

Електрослюсар по ремонті електричних машин повинний добре знати характерні ознаки, а також способи виявлення й усунення різних ушкоджень і несправностей, що виникають у цих машинах.

Несправності й ушкодження електричних машин не завжди можна виявити шляхом зовнішнього огляду, тому що деякі з них (виткові замикання в обмотках статорів, пробій ізоляції на корпус, замикання пластин колектора. Порушення пайки в обмотках і ін.) носять схований характер і можуть бути визначені тільки після відповідних вимірів і іспитів.

У число перед ремонтних операцій по виявленню несправностей електричних машин входять: вимір опору ізоляції обмоток (для визначення ступеня її зволоження), іспит електричної прочність ізоляції, перевірка на холостому ходу машини цілості підшипників, розміри осьового розбігу ротора (якорю), правильності прилягання щіток колектору і контактним кільцям, розміри вібрації, визначення розміру зазорів між обертовими і нерухомими частинами машинами, а також перевірка стану кріпильних деталей, щільності посадки підшипникових щитів на заточеннях станини і відсутності ушкоджень (тріщин, сколовши) в окремих деталей машини.

Технічне обслуговування трансформаторів.

Найбільше уразливою частиною трансформатора, що часто ушкоджується, є його обмотки ВН і рідше НН. Ушкодження частіше усього виникають внаслідок зниження електричної прочності ізоляції на будь-якій ділянці обмотки, у результаті чого відбувається електричний пробій ізоляції між витками і їхнє замикання на цій ділянці, що приводить до виходу трансформаторів із ладу. Часто бувають випадки переходу напруги з обмотки ВН на обмотку НН через погіршення стану ізоляції між ними.

У трансформаторах можуть ушкоджуватися також уведення, перемикачі, кришка й інші деталі. Зразкове співвідношення (у відсотках) ушкоджень окремих частин трансформатора наступне: обмотки і що струмопровідні частини - 53, вводи 18, перемикачі - 12, всі інші, узяті разом, -17. Дослідження причин аварійних виходів трансформаторів із ладу показали, що звичайно аварії відбуваються через задовільне обслуговування і низьку якість ремонту.

Трансформатор з ушкодженими обмотками або іншими його частинами підлягає негайному виводу з роботи і ремонту. Трансформатор надходить у дефектаційно-подготовче відділення, що складається з трьох ділянок: розбирання і мийки, дефектировки обмоток і механічної частини трансформатора.

Дефектировкою трансформатора називають комплекс робіт з виявлення характеру і ступеня ушкоджень його окремих частин. Робота по дефектировці найбільше відповідальний етап ремонту, оскільки при цьому визначаються дійсний характер і розміри ушкоджень, а також об'єм майбутнього ремонту і потреба в ремонтних матеріалах і оснастці. Тому виконуючий дефектировку повинен добре знати не тільки ознаки і причини несправності, але і способи їхнього безпомилкового виявлення й усунення. Ушкодження зовнішніх деталей трансформатора (розширника, бака, арматури, зовнішньої частини введень, пробивного запобіжника) можна виявити ретельними оглядами, а внутрішніх деталей - різними іспитами. Однак результати випробувань не завжди дозволяють точно установити дійсний характер ушкоджень, оскільки будь-яке відхилення від норми, виявлене в результаті випробувань (наприклад, підвищений струм холостого ходу), може бути викликано різними причинами, у тому числі витковим замиканням в обмотці, наявністю замкнутого контуру струму через стяжні болти і деталі, що пресують, неправильним вмикання паралельних обмоток та ін.

Дата добавления: 2015-08-31