Трансформаторы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

ХХ в. называют веком электротехники, столь высока была её роль в жизни общества. В начале ХХI в. общественные ожидания связываются с иными областями, на которые переориентируются и финансовые потоки, предназначенные для поддержки науки. И здесь следует отметить, что в развитии науки вообще важную роль играют этапы её внутренней трансформации, известные как "научные революции". Судя по всему, один из таких этапов она переживает и сегодня. В современной литературе по философии и социологии познания всё чаще отмечается возникновение некоего качественного нового явления - технонауки . Термин "технонаука" был введён бельгийским философом Ж. Оттуа в 70-х годах прошлого века и утвердился в научном обиходе в 80-90-е годы ХХ века. Он подчёркивает то обстоятельство, что техногенная среда превращается из простого "приложения" научного знания в естественную среду развития. В настоящее время в состав технонауки включают прежде всего исследование и конструирование нанообъектов, определённые разделы информатики и разработку на их основе информационных технологий, биомедицину и так называемую когнитивную науку - междисциплинарный комплекс исследований, посвящённых процессам приобретения и использования знаний (философия сознания, психология, нейрофизиология, лингвистика и теория искусственного интеллекта). Эти направления современного научно-технического прогресса, обозначаемые в зарубежной литературе собирательной аббревиатурой NBIC, образовали ныне область так называемых конвергирующих технологий: их развитие взаимно усиливает друг друга по принципу синергийного взаимодействия, поскольку новые открытия и разработки в одной из них практически сразу же создают стимулы и условия развития всех остальных. Кроме того, к технонауке очень часто относят синтетическую химию, фармацевтику, создание новых материалов, а иногда мехатронику и робототехнику

Рассмотрим проект создания к 2030 г. энергетической системы США "Сеть-2030", в котором задействован весь спектр самых передовых наноинформационных, сетевых и т.п. технологий. В основу модернизации энергосистемы положены как достижения мировой электротехнической науки (при несомненном влиянии работ советских ученых на выбор конфигурации "Сети-2030" и идей использования в электроэнергетической системе сверхпроводящих линий), так и техники (новые материалы, высокотемпературные сверхпроводники и передовая силовая электроника). Но главной прорывной особенностью системы является её базирование на информационных и сетевых технологиях, составляющих фундамент постиндустриального общества. Проектируемая гигантская социотехническая система по замыслу её разработчиков должна обеспечить преуспевание и более здоровое качество жизни всех американцев. Одна из главных целей этого технонаучного проекта - управление сетью со стороны потребителей за счёт оснащения бытовых электроприборов интеллектуальным управлением и обеспечение полностью автоматического реагирования на запросы потребителей - также носит социальный характер.

Любая сеть электрического тока состоит из источника, линий передачи и приемника. Так же для распределения и перераспределения токов и напряжений потребуются различного рода устройства : трансформаторы, резисторы, а так же коммутирующие устройства. В данной работе будут разъясняться такие темы: "Трансформаторы", "Коммутирующие устройства" и "Катушки индуктивности".



1. Трансформаторы

1.1 Введение

Трансформатор (от лат. transformo -- преобразовывать) -- это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного или постоянного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного или постоянного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения -- электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

1.2 Классификация трансформаторов

Напряжения первичной и вторичной обмоток, как правило, неодинаковы. Если первичное напряжение меньше вторичного, трансформатор называется повышающим, если больше вторичного -- понижающим.

1.3 Технические характеристики

В зависимости от назначения различают силовые трансформаторы, измерительные, трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Силовые трансформаторы преобразуют переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения для питания электроэнергией потребителей. В зависимости от назначения они могут быть повышающими или понижающими

Измерительные трансформаторы напряжения - это промежуточные трансформаторы, через которые включаются измерительные приборы при высоких напряжениях. Благодаря этому измерительные приборы оказываются изолированными от сети, что делает возможным применение стандартных приборов (с переградуированием их шкалы) и тем самым расширяет пределы измеряемых напряжений.

Трансформаторы напряжения используются как для измерения напряжения, мощности, энергии, так и для питания цепей автоматики, сигнализаций и релейной защиты линий электропередачи от замыкания на землю.В ряде случаев трансформаторы напряжения могут быть использованы как маломощные понижающие силовые трансформаторы или как повышающие испытательные трансформаторы (для испытания изоляции электрических аппаратов).

Трансформатор тока представляет собой вспомогательный аппарат, в котором вторичный ток практически пропорционален первичному току и предназначенный для включения измерительных приборов и реле в электрические цепи переменного тока.Трансформаторы тока служат для преобразования тока любого значения и напряжения в ток, удобный для измерения стандартными приборами (5 А), питания токовых обмоток реле, отключающих устройств, а также для изолирования приборов и обслуживающего их персонала от высокого напряжения.

Трансформаторы напряжения различаются:

а) по числу фаз -- однофазные и трехфазные;

б) по числу обмоток -- двухобмоточные и трехобмоточные;

в) по классу точности, т. е. по допускаемым значениям погрешностей;

г) по способу охлаждения -- трансформаторы с масляным охлаждением (масляные), с естественным воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией);

д) по роду установки -- для внутренней установки, для наружной установки и для комплектных распределительных устройств (КРУ).

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам:

1.По назначению трансформаторы тока можно разделить на:

а) измерительные;

б) защитные,

в) промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.)

г) лабораторные (высокой точности, а также со многими коэффициентами трансформации).

2. По роду установки различают трансформаторы тока:

а) для наружной установки (в открытых распределительных устройствах);

б) для внутренней установки;

в) встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.;

г) накладные -- одевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора);

д) переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).

3. По конструкции первичной обмотки трансформаторы тока делятся на:

а) многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с восьмерочной обмоткой);

б) одновитковые (стержневые);

в) шинные.

4. По способу установки трансформаторы тока для внутренней и наружной установки разделяются на:

а) проходные;

б) опорные.

5. По выполнению изоляции трансформаторы тока можно разбить на группы:

а) с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.);

б) с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;

в) с заливкой компаундом.

6. По числу ступеней трансформации имеются трансформаторы тока:

а) одноступенчатые;

б) двухступенчатые (каскадные).

7. По рабочему напряжению различают трансформаторы:

а) на номинальное напряжение выше 1000 В;

б) на номинальное напряжение до 1000 В.

1.4 Конструкция трансформаторов

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопроводе(сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

1.5 Маркировка трансформаторов

Маркировка трансформаторов должна содержать следующие данные:

- номинальное(ые) первичное(ые) напряжение(я) или диапазон(ы) номинальных первичных напряжений в вольтах;

- номинальное(ые) вторичное(ые) напряжение(я) в вольтах;

Примечание- На трансформаторах, объединенных с выпрямителем, должно быть указано среднеарифметическое значение номинального вторичного напряжения. Если, однако, приведено действующее значение вторичного напряжения, это должно быть оговорено;

- номинальная выходная мощность, в вольт-амперах или киловольт-амперах;

Примечание- На трансформаторах, объединенных с выпрямителем, выходная мощность может быть выражена в ваттах вместо вольт-амперов или киловольтамперов;

- номинальный вторичный(ые) ток(и) в амперах как вариант для указания номинальной выходной мощности;

- номинальная(ые) частота(ы) в герцах;

- номинальный коэффициент мощности, если он не равен единице;

- символ рода вторичного тока для трансформаторов, объединенных с выпрямителем;

- символ, указывающий особое обращение с трансформатором (если это требуется);

- предприятие-изготовитель (название фирмы или товарный знак);

- номер модели предприятия-изготовителя или стандартный тип;

- обозначение трансформатора класса II (только этого класса);

- обозначение степени защиты IP (если она иная, чем IP00 или IP20);

- расчетная максимальная температура окружающей среды (ta), если она не равна 25 °С.

Примечание- Рекомендуется, чтобы значения ta были указаны ступенчато по 5 °С для ta ? 50 °С и по 10 °С для ta ? 50 °С;

- напряжение короткого замыкания, выраженное в процентах от номинального первичного напряжения, только для стационарных трансформаторов с номинальной выходной мощностью свыше 1000 В·А.



1.6 Испытание трансформаторов

Проверка трансформаторов состоит из таких частей :

1) Внешний осмотр всех его элементов, наличие пломбировки у пробки и на кранах для отбора масла, количество масла, состояние заземления. Испытание сухих трансформаторов проводиться так же как и масляных, при этом не выполняется проверка гидравлической системы.

2) Измерение сопротивления изоляции обмоток трансформатора

3) Тангенс угла диэлектрических потерь обмоток

4) Проверка на наличие скрытых дефектов

5) Проверка силовых трансформаторов на наличие скрытых дефектов производится путем измерения сопротивления обмоток постоянному току.

6) Проверка трансформатора на правильность соединения обмоток осуществляется определением его коэффициента трансформации.

По окончании полученные данные выносятся в протокол испытания силового трансформатора. Ввод трансформатора в работу возможен при соответствии всех результатов установленным нормам и требованиям.



2. Коммутирующие устройства

2.1 Введение

Широкое развитие систем автоматического управления промышленным оборудованием в машиностроении связано с использованием богатого арсенала технических средств, среди которых важное место отведено электрическим аппаратам и устройствам.

Если раньше основное применение в машиностроении находили релейно-контактные электрические аппараты и устройства, предназначенные для выполнения простых технологических операций, то теперь ситуация существенно изменилась. Электроавтоматика берёт на себя всё более сложные функции управления, осуществляемые, как правило, на основе бесконтактных устройств. Это значительно повышает надёжность и быстродействие систем управления, уменьшает размеры и массу устройств, позволяет осуществить многие дополнительные функции в системах управления: поиск неисправностей, сигнализацию, связь с центральным диспетчерским пультом, цифровую индикацию состояния элементов оборудования и.т.п. Появились новые элементы автоматики, которые не могли быть успешно реализованы на основе релейно-контактной техники.

Устройства коммутации (коммутационные устройства) и соединители широко используются в электронной аппаратуре (ЭА), в том числе при применении интегральных схем (ИС). Устройства коммутации позволяют быстро (практически мгновенно) коммутировать (включать, выключать) электрические цепи в работающей аппаратуре в результате изменения сопротивления исполнительных элементов под действием управляющих сигналов (или управляющих воздействий). Это дает возможность в процессе функционирования ЭА переключать диапазоны, изменять режимы работы, вводить информацию, перераспределять сигналы по цепям и т. п.



2.2 Виды и классификация коммутационных устройств

трансформатор ток коммутационный обмотка

Механическое коммутационное устройство -- коммутационное устройство, предназначенное для замыкания и размыкания одной или нескольких цепей с помощью размыкаемых контактов. Любое механическое коммутационное устройство можно характеризовать в зависимости от среды, в которой размыкаются и замыкаются его контакты, например воздушной, SFG, масляной.

Полупроводниковое коммутационное устройство -- коммутационное устройство, созданное для включения и/или отключения тока в электрической цепи в результате воздействия на регулируемую проводимость полупроводника. Полупроводниковый коммутационный прибор рассчитан также на отключение тока.

Плавкий предохранитель -- коммутационный аппарат, размыкающий цепь (посредством плавления одного или нескольких своих специально спроектированных и калиброванных элементов), в которую он включен, и отключает ток, когда он превышает заданное значение в течение достаточного времени.

Автоматический выключатель -- контактный коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальных условиях в цепи, а также включать, проводить в течение установленного нормированного времени и отключать токи при указанных ненормальных условиях в цепи, таких как короткое замыкание.

Контактор (контактный) -- контактный коммутационный аппарат с единственным положением покоя, с управлением не вручную, способный включать, проводить и отключать токи при нормальных условиях цепи, включая перегрузку. Термин "с управлением не вручную" означает, что для управления прибором и его работы требуется одно или несколько внешних усилий. Контактор обычно предназначен для частой работы.

Электромагнитный контактор -- контактор, в котором сила для замыкания контактов обеспечивается электромагнитом.

Запираемый контактор -- контактор, в котором запирающее приспособление не позволяет подвижным элементам вернуться в положение покоя, когда прекращается воздействие на механизм. Запор защелки и его расцепитель могут быть механическим, электромагнитным, пневматическим и т.д. Благодаря запору, запираемый контактор фактически приобретает второе положение покоя и в соответствии с определением контактора, в строгом смысле слова, он не является контактором. Однако поскольку по области применения и конструкции запираемый контактор ближе к контакторам вообще, чем к любым другим коммутационным аппаратам, считают необходимым его соответствие, когда уместно, требованиям к контакторам.

Полупроводниковый контактор -- аппарат, который выполняет функции контактора за счет использования полупроводникового коммутационного аппарата. Полупроводниковый контактор может также включать в себя контактные коммутационные аппараты.

Контрольное коммутационное устройство -- автоматически управляемое коммутационное устройство, начинающее работать при определенных условиях, выраженных в количественном значении (давление, температура, скорость, уровень жидкости и т.д.).

Нажимная кнопка -- аппарат управления, имеющий орган управления, предназначенный для оперирования усилием, создаваемым частью человеческого тела, обычно ладонью или пальцем руки, и имеющий устройство возврата накопленной энергии (пружину).

Аппарат защиты от короткого замыкания (АЗКЗ) -- аппарат, предназначенный для защиты цепи или участка цепи от токов короткого замыкания посредством их отключения.

Разрядник для защиты от перенапряжений -- устройство, предназначенное для защиты электрооборудования от высоких переходных перенапряжений и ограничения длительности, а часто и амплитуды последующего тока.

Классификация коммутационных устройств:

По типу управляющего сигнала:

1 - электрическое управление;

2 - механическое (ручное) управление.

По принципу коммутации:

1 - контактные;

2 - бесконтактные.

По принципу действия:

1 - контактного типа;

2 - механические;

3 - электромагнитные;

4 - магнитоуправляемые;

5 - магнитогидродинамические;

6 - электростатические;

7 - электротепловые;

8 - электромагнитострикционные;

9 - бесконтактного типа;

10 - электронные;

11 - магнитные;

12 - гальваномагнитные;

13 - оптоэлектронные;

14 - электретные;

15 - пьезоэлектрические;

16 - криотронные;

17 - халькогенидные;

18 - оптические.

По способу управления приводом все механические переключатели делятся на:

1 - нажимные (кнопочные);

2 - перекидные (тумблер);

3 - поворотные (галетные);

4 - движковые;

5 - сенсорные.

Коммутационные устройства с электрическим управлением (реле):

1 - электромагнитные;

2 - магнитоуправляемые (герконовые);

3 - магнитодинамические;

4 - электростатические;

5 - электромагнитострикционные;

6 - электротепловые;

7 - электронные;

8 - гальваномагнитные;

9 - электретные;

10 - магнитные;

11 - пьезоэлектрические;

12 - криотронные;

13 - халькогенидные;

14 - оптические.

По типу исполнительной системы оптические реле (оптроны) делятся на:

1 - резисторные;

2 - диодные;

3 - транзисторные;

4 - однопереходные транзисторы;

5 - тиристорные.



2.3 Конструкция

В состав контактного устройства помимо контакт-деталей входит много конструктивных элементов, предназначенных для того, чтобы в совокупности создать законченное в конструктивном и технологическом отношении устройство, способное выполнять определенные функции.

Элементы, создающие нажатие. Для осуществления электрического контакта требуется, чтобы металлические поверхности соприкасались с определенным контактным нажатием. В конструкции должны быть предусмотрены такие элементы, например, пружины различных конструкций. Они определяют основные параметры контактного устройства: контактное сопротивление, его стабильность и надежность.

Изоляционные основания. Контакт-детали должны быть механически укреплены и в то же время электрически изолированы друг от друга так, чтобы было возможно их механическое соединение (контакт) и разъединение. Для этого используются изготовленные из специальных материалов изоляционные основания разных конструкций, в которых осуществляется установка и крепление контакт-деталей. Конструкция и точность изготовления изоляционных оснований могут влиять на значение контактного нажатия и его стабильность, что имеет важное значение для правильного функционирования электрического контакта в течение длительного времени.

Элементы перемещения и фиксации. В контактных устройствах соединение возникает в результате механического перемещения контакт-деталей, что требует создания специальных элементов конструкций, обеспечивающих необходимые пределы и точность перемещения.

Элементы конструкции, обеспечивающие защиту контакт-деталей от воздействия окружающей среды. Работоспособность и характеристики контактного устройства зависят от состояния контактирующих поверхностей, наличия на них пленок и т. д. Окружающая ЭА среда содержит пыль, влагу, различные газы и неизбежно влияет на состояние контактных устройств, их характеристики и свойства.

Элементы крепления. Контактные устройства должны быть механически установлены в конструкции ЭА и электрически соединены с монтажом. Поэтому в их конструкции должны быть предусмотрены элементы крепления и элементы, обеспечивающие включение в электрическую схему.

Размещено на Allbest.ru

...