НІКОПОЛЬСЬКИЙ ЦЕНТР ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ

 

 

 

 

 

 

 

РОБОЧИЙ ЗОШИТ

учня з предмету: «Електротехніка з основами промислової електроніки»

Тема: «ТРАНСФОРМАТОРИ»

 

 

 

 

Викладач:                                                                                           Р.В. Лакуста 

 

 

Посада, фах    викладач електротехнічних дисциплін

кваліфікаційна категорія спеціаліст першої   категорії

 

 

Розглянуто і схвалено

на засіданні методичної комісії

електротехнічних дисциплін

Протокол  № 1 від 28.09.2014 н.р.

 

 

 

 

Нікополь  2014 р.

 

 

Анотація

 

Робочий зошит учня призначений для організації самостійної роботи учнів ПТНЗ, проведенню самоконтролю та контролю знань з боку викладача з предмету «Електротехніка з основами промислової електроніки» по темі «Трансформатори». Запропонований робочий зошит відповідає державному стандарту з професій: 7142 «Електромонтер з ремонту та обслуговування електроустаткування».

Система завдань в робочому зошиті доповнює та розширює систему завдань навчальних підручників і посібників з предмету «Електротехніка з основами промислової електроніки» по темі «Трансформатори». В робочому зошиті подані опорні теоретичні положенння теми, запитання самоконтролю знань, тестові завдання на порівняння, співвідношення, визначення трансформатора по даному опису, задачі, завдання на розвиток технічного та логічного мислення, тематичне оцінювання.

Робочий зошит містить велику кількість ілюстрованого матеріалу, електричних схем, таблиць, технічних характеристик, алгоритмів, діаграм, формул, афоризмів та гумору з життя електромонтерів, що підвищує пізнавальну діяльність учнів до вивчення теми «Трансформатори»  та якість знань,  допомагає учням краще засвоїти і закріпити вивчений матеріал.

       Рекомендовано викладачам електротехнічних дисциплін, майстрам виробничого навчання та учням, що опановують професію: 7142 «Електромонтер з ремонту та обслуговування електроустаткування».

 

 

 

 

Зміст:

 

1. Призначення та класифікація трансформаторів                                                                     5

2. Принцип дії та будова трансформатора                                                                                  8

3. Режими роботи і параметри трансформатора                                                                       11

4. Трифазний трансформатор                                                                                                     18

5. Вимірювальні трансформатори струму і напруги                                                                25

6. Автотрансформатор                                                                                                                 26

7. Зварювальний трансформатор                                                                                                31

8. Тематичне оцінювання                                                                                                            34

9. Критерії оцінювання                                                                                                                40

Список використаних джерел                                                                                                     41

 

 

 

 

 

 

 

 

НЦПО

 

 

 

 

 

 

РОБОЧИЙ ЗОШИТ

учня з предмету: «Електротехніка з основами промислової електроніки»

Тема: «ТРАНСФОРМАТОРИ»

 

 

Учень ______________________________________________________________________

Група ______________________________________________________________________

Курс _______________________________________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Викладач Лакуста Руслан Вячеславович

1. Призначення та класифікація трансформаторів

Необхідність передачі електроенергії на велику відстань спричинила створення єдиних енергетичних систем. У лініях електропередач (ЛЕП) втрачається від 10 до 15% електричної енергії, що виробляється. Щоб зменшити ці втрати, треба або збільшити поперечний переріз проводів, що економічно невигідно, або зменшити силу струму (втрати пропорційні квадрату сили струму). Але для того щоб передавана потужність залишилася незмінною, треба підвищити напругу до сотен тисяч вольт, застосовуючи підвищувальні трансформатори. Підвищення і зниження напруги здійснюється трансформатором. Винайшов перший трансформатор російський винахідник-електротехнік П.М. Яблочков (1876 р.).

 

 

 

Усі трансформатори за призначенням поділяють на типи: силові трансформатори, вимірювальні трансформатори напруги, вимірювальні трансформатори струму, зварювальні трансформатори.

 

 

Рис.1. Класифікація трансформаторів

За кількістю фаз трансформатори поділяють на однофазні, трифазні і багатофазні. Найпоширеніші однофазні й трифазні трансформатори.

За кількістю обмоток трансформатори поділяють на двообмоткові і багатообмоткові.

Залежно від способу охолодження трансформатори бувають сухі (з повітряним охолодженням) і масляні (для охолодження застосовують трансформаторне масло).

За формою магнітопроводу трансформатори поділяють на стержньові й броньові.

Переважне використання в електроустановках отримали силові трансформатори, що перетворюють напругу змінного струму при незмінній частоті.

ТРАНСФОРМАТОРИ СИЛОВІ МАСЛЯНІ СЕРІЇ ТМ

 

ТРАНСФОРМАТОРИ СИЛОВІ СУХІ СЕРІЇ ТСНО, ТСЗНО

 

 

ТРАНСФОРМАТОР ТМТО – 80/0.38 - У1

 

 

 

ПІДСТАНЦІЯ КТП 1-25...400/10/0,4 У1

 

 

АВТОТРАНСФОРМАТОР ЛАБОРАТОРНИЙ ЛАТР

 

 

 

Рис.2.  Зовнішній вигляд сучасних трансформаторів  і КТП

Самоконтроль

Модуль 1

Прочитай твердження. Відміть вірні твердження знаком «+», а не вірні – знаком «-».

1. Трансформатор – статичний електромагнітний апарат, який призначений для перетворення постійного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги при незмінній частоті. 2. Трансформатор – статичний електромагнітний апарат, який призначений для перетворення змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги при незмінній частоті. 3. Перший трансформатор у 1876 році винайшов   російський винахідник-електротехнік П.М. Яблочков. 4. Переважне використання в електроустановках отримали вимірювальні трансформатори. 5. Одиниця вимірювання частоти змінного струму – Герц. 6. У ЛЕП втрачається 90 - 90% електроенергії.

1.       2.       3.   4.   5.   6.

Модуль 2.  Виберіть правильну групу пропущених слів.

 При передаванні електричної  енергії на (1) у проводах втрачається частина  енергії. Щоб зменшити ці (2), треба або зменшити (3) проводів, збільшивши їх поперечний (4), що економічно (5), або зменшити електричний (6). Але для того, щоб передавана (7) залишилася незмінною, треба підвищити напругу, застосовуючи підвищувальний (8).

 Група А                             Група Б                                          Група В

 

1. відстань                         1. відстань   1. відстань

2. втрати 2. втрати 2. втрати

3. опір 3. переріз 3. опір

4. переріз 4. опір 4. переріз

5. вигідно 5. невигідно 5. невигідно

6. струм 6. струм 6. струм

7. напруга 7. напруга 7. потужність

8. трансформатор 8. генератор 8. трансформатор

Відповідь: Група __________

Модуль 3. До якого типу трансформаторів залежно від  конструкції магнітопроводу належить наведений на фото трансформатор?

 

 

 

 

 

 

а) тороїдальний;    б) стержньовий;    в) броньовий;    г) бронестержньовий.

Відповідь: ____________
                                 2. Принцип дії та будова трансформатора

Розглянемо однофазний двообмотковий трансформатор. Його принцип дії базується на явищі електромагнітної індукції. Однофазний двообмотковий трансформатор складається із замкненого магнітопроводу та двох обмоток: низької напруги (НН) та високої напруги (ВН). Одна з обмоток — первинна — підключається до джерела змінного струму з напругою U₁ та частотою f (рис.3). Змінний струм, що проходить по виткам цієї обмотки, створює МРС, яка наводить в магнітопроводі трансформатора змінний магнітний потік Ф. Замкнувшись в магнітопроводі, цей потік зчіплюється з витками обмоток трансформатора і індукує відповідно в первинній w₁ та вторинній w₂ обмотках ЕРС:

 

 

 

Друга з обмоток — вторинна — підключається до споживача електроенергії. Обмотки електрично не з’єднані й ізольовані між собою ізоляційним циліндром.

Дійсне значення ЕРС первинної та вторинної обмоток:

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Принцип дії трансформатора (а) та його умовне позначення на схемах (б)

 

Обидві обмотки розміщені на магнітопроводі, який призначений для підсилення електромагнітного зв’язку між первинною і вторинною обмотками трансформатора. Для зменшення втрат на вихрові струми магнітопровід трансформатора набирають з тонких (ізольованих один від одного тонким папером, лаком або окалиною) листів трансформаторної сталі товщиною 0,5 або 0,35 мм. 

Магнітопровід трансформатора буває таких типів: стержньовий і  броньовий (рис.4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4. Стержньовий (а) і броньовий (б) трансформатори

Обмотки трансформатора виготовляють з ізольованого мідного або алюмінієвого дроту круглого чи прямокутного перерізу. Для стержньових трансформаторів застосовують так звану ціліндричну обмотку. Якщо обмотка має кілька шарів, то між ними прокладають папір або пресшпан завтовшки 0,06 – 0,2 мм.  Для броньових трансформаторів найчастіше використовують так звану переміжну обмотку.

 Якщо обмотки трансформатора охолоджуються маслом, то осердя з обмотками вміщують у стальний бак, заповнений трансформаторним маслом, яке не тільки охолоджує, а й надійно ізолює обмотки одну від одної і від бака.

Умовне графічне позначення трансформатора

на  схемах  електричних принципових

НН  – низька напруга

ВН – висока напруга

 w₁ – кількість витків первинної обмотки

w₂ – кількість витків вторинної обмотки

TV  – трансформатор напруги

ТА – трансформатор струму

Викладач: Як працює трансформатор?

Учень: (низько) У-у-у-у-у-у….

Самоконтроль

Модуль 1.  Виберіть правильну відповідь.

1. Для чого осердя трансформатора збирають з тонких листів трансформаторної сталі, ізольованих один від одного?
а)  для зменшення втрат на вихрові струми;	б) для зменшення маси трансформатора;	в) для поліпшення технічних характеристик;	г) інша відповідь.
2. Чи можна використати підвищувальний трансформатор для пониження напруги мережі?
а) недовго;	б) ні;	в) так;	г) немає   відповіді.
3.  Принцип дії трансформатора базується на явищі?
а) гістерезису;	б) самоіндукції;	в) електро- магнітної індукції;	г) інша відповідь.
4.  ЕРС  - це:
а) електрорушійна стала;	б) електрорушійна сила;	в) електрорезонансна сила;	г)  немає відповіді.

 

Відповідь: 1 - ____ ,   2 - ____  ,  3 - ____ , 4 - ____ .  

Модуль 2.  Допишіть речення:

1. Обмотка трансформатора, до якої приєднують споживачів електроенергії, називається………………………………………………………………………………………..

2. Обмотка трансформатора, до якої приєднують джерело змінного струму, називається………………………………………………………………………………………..

3. Листи магнітопроводу ізолюють ……………..........................................................................

……………………………………………………………………………………………………...

4. Обмотка високої напруги позначається буквами ……………................................................

……………………………………………………………………………………………………...

Модуль 3.  Напишіть формули і позначення:

А. Дійсне значення ЕРС первинної обмотки трансформатора:

 

 

 

 

Б. Дійсне значення ЕРС вторинної обмотки трансформатора:

 

 

 

 

 

В. Умовне графічне позначення однофазного трансформатора на схемах електричних принципових:

 

 

 

3. Режими роботи і параметри трансформатора

Під холостим ходом (х.х) трансформатора розуміють такий режим роботи, при якому до первинної обмотки підводиться номінальна напруга, а вторинна обмотка розімкнена (рис.5).

 

 

 

 

 

Рис.5. Режим холостого хода трансформатора

 

При режимі холостого ходу трансформатора, коли струм у вторинній обмотці відсутній (обмотка розімкнена), напруга на виводах вторинної обмотки дорівнює ЕРС вторинної обмотки Е₂ = U₂, а ЕРС первинної обмотки настільки незначно відрізняється від первинної напруги, що цією різницею можна знехтувати. Тому при холостому ході відношення е.р.с. можна замінити відношенням напруг на затискачах обмоток трансформатора U₁ і U₂:

 

 

Це відношення називають коефіцієнтом трансформації трансформатора.

Якщо w₂ < w₁ та U₂ < U₁, то трансформатор називається знижувальним. Якщо w₂ > w₁ та U₂ > U₁ - трансформатор називається підвищувальним. УВАГА! Один і той же трансформатор в залежності від того, до якої з обмоток підводиться напруга, може бути знижувальним або підвищувальним.

Робочий режим – первинна обмотка приєднана до мережі, а вторинна обмотка приєднана до навантаження. В обох обмотках протікають струми І₁ та І₂ (рис.6).

 

 

 

 

 

Рис.6.  Робочий режим трансформатора

Якщо на виводи вторинної обмотки трансформатора підключити навантаження з опором Zн, то в обмотці з’явиться струм навантаження І₂. При цьому потужність на виході трансформатора визначається добутком вторинної напруги U₂ на струм навантаження I₂.

Режим короткого замикання (к.з) - первинна обмотка приєднана до мережі, а вторинна обмотка замкнена накоротко. УВАГА! При цьому струм в обмотці різко зростає в десятки разів (рис.7).

 

 

 

 

 

Рис.7.  Режим короткого замикання трансформатора

Коефіцієнт корисної дії (К.К.Д.) трансформатора – це відношення корисної потужності Р₂  до всієї підведеної Р₁:

 

 

 

Для визначення втрат у міді  і сталі трансформатора проводять досліди холостого ходу і короткого замикання відповідно (рис.8).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.8. Схема досліду холостого ходу (а) і схема досліду короткого замикання (б)

Рис.9. Основні технічні (паспортні) дані трансформатора 

 

У маркировці трансформаторів буква Т або О відповідно відповідає трифазному або однофазному трансформатору, буква М або С - масляному або сухому, чисельник числового позначення визначає потужність у кВА, знаменник – найвищу напругу у кВ.

Приклад: ТМ 20/6 – трансформатор трифазний, масляний, потужністю 20 кВА на 6 кВ.

 

Велике значення для підвищення надійності трансформаторів мало введення масляного охолодження (кінець 1880-х років Д. Свінберн). Перші трансформатори Свінберн поміщав в керамічні посудини, наповнені олією, що значно підвищувало надійність ізоляції обмоток. Все це сприяло широкому застосуванню однофазних трансформаторів з метою освітлення. Найбільш потужна установка фірми «Ганц і Ко» була споруджена в Римі в 1886 р. (15000 кВА). Однією з перших електростанцій, побудованих фірмою за кордоном, була електростанція в Одесі для освітлення нового оперного театру, широко відомого в Європі.

Приклади розв’язування задач

Приклад 1.  Визначити коефіцієнт трансформації однофазного знижувального трансформатора, якщо кількість витків його первинної та вторинної обмоток відповідно дорівнює 600 і 20.

Рішення

Визначаємо коефіцієнт трансформації:

к = w₁/w₂ = 600/20 = 30

 Відповідь: коефіцієнт трансформації к = 30.

 Приклад 2.  Однофазний трансформатор підключено до мережі 220 В. Споживана потужність складає 2,2 кВт. Струм вторинної обмотки 1 А. Визначити коефіцієнт трансформації трансформатора.

Рішення

1. Визначаємо напругу вторинної обмотки:

U₂ = Р₂/І₂= 2200/1 = 2200 В

2. Визначаємо коефіцієнт трансформації підвищувального трансформатора:

к = U₂/ U₁ = 2200/220 = 10

Відповідь: коефіцієнт трансформації трансформатора к = 10.

 

 

 

Sн – номінальна потужність (кВА)

Ін  - номінальний струм (А)

Uн – номінальна напруга (кВ)

f - номінальна частота (Гц)

Y/Y₀ – група з’єднання обмоток

У3 – кліматичне виконання

 

Напис на трансформаторній будці:

Не вилазь! Вб’ю! Електрик.

 

 

 

Самоконтроль

Модуль 1

Прочитай твердження. Відміть вірні твердження знаком «+», а не вірні – знаком «-».

1. Коефіцієнт корисної дії (К.К.Д.) трансформатора – це відношення корисної потужності Р2 до всієї підведеної Р1. 2. Коефіцієнт корисної дії (К.К.Д.) трансформатора – це відношення підведеної потужності Р1 до всієї корисної Р2. 3. При режимі холостого ходу вторинна обмотка трансформатора розімкнена і струм відсутній. 4. Один і той же трансформатор в залежності від того, до якої з обмоток підводиться напруга, може бути знижувальним або підвищувальним. 5. Якщо w2 < w1 та U2 < U1, то трансформатор називається підвищувальним. 6.У маркировці трансформаторів  знаменник числового позначення визначає потужність у кВА.

1.     2.     3.   4.     5.   6.

Модуль 2.  Виберіть правильну відповідь:

1.  Визначити коефіцієнт трансформації однофазного знижувального трансформатора, якщо кількість витків його первинної та вторинної обмоток відповідно дорівнює 300 і 20. Вказати правильний варіант відповіді.
а) 10;	б) 15;	в) 20;	г) 1,5.
2. Визначити коефіцієнт трансформації однофазного двообмоткового знижувального трансформатора, якщо е.р.с., індуковані в первинній та вторинній обмотках відповідно дорівнюють 440 і 110 В. Вказати правильний варіант відповіді.
а) 10;	б) 40;	в) 0,4;	г) 4.
3.  Номінальна потужність трансформатора позначається буквою:
а) Ін;	б) Рн;	в) Sн;	г) Uн.
4.  На яку найвищу напругу розрахований трансформатор марки ТМ 20/6?
а) 6 В;	б) 6 кВ;	в) 20 В;	г)  20 кВ.

Відповідь: 1 - ____ ,   2 - ____  ,  3 - ____ , 4 - ____ .  

 

Модуль 3.  Напишіть формули і позначення:

А. Формула коефіцієнта корисної дії трансформатора:

 

 

 

 

Б. Умовне  позначення групи  з’єднання обмоток трансформатора:

Модуль 4.  В вказаному прямокутнику накресліть електричні схеми:

А. В схемі підключіть вольтметр, амперметр та ваттметр для проведення досліду холостого ходу трансформатора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б. В схемі підключіть вольтметр, амперметр та ваттметр для проведення досліду короткого замикання трансформатора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модуль 5.  Опишіть наведений в таблиці трансформатор:

 

Трансформатор

Будова і параметри

Кількість фаз _____________________ _________________________________  Кількість обмоток _______________ _________________________________ Форма магнітопроводу ____________ _________________________________       4.   Спосіб охолодження ______________              ________________________________ Режим роботи ____________________ ________________________________ Інші параметри ___________________ _________________________________

 

 

Модуль 6.  Розв’язати задачі:

 

А. Однофазний трансформатор має такі номінальні параметри: S_н = 1800 кВА, U_1н = 6 кВ, U_2н = 525 В. Визначити: коефіцієнт трансформації трансформатора і номінальний струм первинної обмотки.

Дано: ________________________________________________________________________

Знайти: ______________________________________________________________________

Рішення: _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Відповідь: ____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

 

 

 

Б. Однофазний трансформатор має такі номінальні параметри: S_н = 1100 кВА, U_1н = 6 кВ, к = 11,43. Визначити: номінальніу напругу і номінальний струм первинної обмотки трансформатора.

Дано: ________________________________________________________________________

Знайти: ______________________________________________________________________

Рішення: _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Відповідь: ____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

 

 

 

4. Трифазний трансформатор

Перетворення електричної енергії трифазного струму однієї напруги в енергію трифазного струму іншої напруги можна виконати двома способами: а) з допомогою трьох однотипних однофазних трансформаторів; б) з допомогою одного трифазного трансформатора (рис.10).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.10. Способи трансформування трифазного струму:

а) трьома однофазнми трансформаторами; б, в) одним трифазним трансформатором

Електричні процеси, що відбуваються в кожній фазі (А, В і С) трансформатора, нічим ні відрізняються від процесів у однофазному трансформаторі.

Кінці обмоток трифазного трансформатора з’єднують між собою зіркою (Y) або трикутником (Δ). Бувають чотири основні варіанти з’єднань:

• зірка-зірка (Y/ Y);
• зірка- трикутник (Y / Δ);
• трикутник-трикутник (Δ / Δ);
• трикутник-зірка (Δ / Y ).

УВАГА! Для позначення затискачів обмоток високої напруги застосовують такі букви: для початків -  А, В, С, для кінців -  X, Y, Z. Маленькими буквами позначають затискачі обмоток низької напруги: початки -  а, в, с, кінці -  x, y, z.

Y/ Y зірка - зірка;   Y / Δ зірка - трикутник;    Y / Yo зірка – зірка з нульовим проводом, де чисельник означає схему з’єднання обмоток високої напруги, а знаменник – схему з’єднання обмоток низької напруги.

Розглянемо вид з’єднання Y (зірка).  На рис.11 зображена векторна діаграма напруг і умовне позначення схеми з’єднання обмоток трансформатора зіркою. Точки на схемі трансформатора позначають кінець вектора ЕРС або початок обмотки.  При з’єднанні зіркою лінійні (Iл) і фазні струми (Iф) однакові, тому що для струму, що проходить через фазну обмотку, немає іншого шляху, окрім лінійного провода. Лінійні напруги (Uл) більше фазних (Uф) в рази.

 

 

 

 

 

 

Рис.11.  Схема з’єднання обмоток трифазного трансформатора  зіркою (Y)

Розглянемо вид з’єднання Δ (трикутник). На рис. 12 зображена векторна діаграма напруг і умовне позначення схеми з’єднання обмоток трифазного трансформатора трикутником. У разі з’єднання обмоток трикутником початок першої фази з’єднується з кінцем другої, початок другої фази – з кінцем третьої, початок третьої фази з кінцем першої.

 

 

 

 

 

 

 

Рис.12.  Схема з’єднання обмоток трифазного трансформатора  трикутником (Δ).

При з’єднанні трикутником Uл = Uф, тому що кожні два лінійних проводи приєднані до початку і кінця однієї з фазних обмоток, а всі фазні обмотки однакові. Лінійні струми Iл  = Iф.

Трансформатори, що використовуються в системі електропостачання споживачів, називаються силовими. Зовнішній вигляд силового трифазного знижувального трансформатора з масляним охолодженням  типу ТМ наведено на рис.13.

 

1. магнітопровід
2. обмотка ВН
3. обмотка НН
4. стальний бак з маслом
5. ізолятори
6. ізолятори
7. перемикач
8. радіатори
9. бачок-розширювач
10. індикатор рівня масла
11. отвір з пробкою

 

 

Рис. 13. Силовий трифазний трансформатор типу ТМ

 

На стальному осерді магнітопроводу (1) трифазного трансформатора розміщені обмотки високої (2) і низької (3) напруг однієї фази. Початки обмоток через ізолятори (5) і (6) виводять назовні. Знижувальний трансформатор має перемикач коефіцієнта трансформації (7). Контакти перемикача розміщені в баці с маслом (4) трансформатора. Перемикач дає змогу змінювати число витків обмотки високої напруги. Зверху над кришкою трансформатора розміщено бачок-розширювач (9). При збільшенні об’єму масла в трансформаторі внаслідок його нагрівання залишки масла переходять у бачок-розширювач. Заливають масло через отвір (11), який закрито пробкою. Щоб масло краще охолоджувалося кожух має радіатори (8). Для контролю рівня масла слугує індикатор рівня (10).

Умовні графічні позначення трифазного трансформатора на схемах електричних принципових наведено на рис.14.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 14. Умовні графічні позначення трифазного трансформатора на схемах

           

 

 

 

 

 

 

Рис.15. Співвідношення між лінійнми і фазними струмами та напругами при різних видах з’єднання

 

 

 

 

Об’ява:

Виводжу з інтернет-залежності. Швидко, недорого, надовго. Електрик Сидоров.

Афоризми електриків:

Якщо людина отримала 220 Вольт - відносини з нею будуть напружені.

Кожен електрик  бажає знати - де сидить фаза.

       Самоконтроль

Модуль 1.  В вказаному прямокутнику накресліть:

А. Схему з’єднання обмоток трифазного трансформатора  зіркою (Y):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б. Схему з’єднання обмоток трифазного трансформатора трикутником (Δ):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модуль 2. Встановити  відповідність номера позиції і букви будови силового трифазного трансформатора типу ТМ: 

А – обмотка НН                                                        

Б – отвір з пробкою    

В – радіатори                                                        

Г – обмотка ВН

Д – індикатор рівня масла

Ж – стальний бак з маслом

З –  бачок - розширювач

Е – ізолятори

Є – магнітопровід

К – ізолятори

 І – перемикач

 

 

 

 

Відповідь: 1 - _____  2 - _____  3 - ______  4 - ______  5 - ______  6 - ______

 

                    7 - _____  8 - _____  9 - ______  10 - ______  11 - ______ 

Модуль 3.  Допишіть речення:

При збільшенні об’єму масла в трансформаторі внаслідок його нагрівання  залишки масла переходять у………………………………………………………………………………

Трансформатори, що використовуються в системі електропостачання споживачів, називаються ……………………………………………………………………………………….

Початки обмоток  трансформатора виводять назовні через …………………………...............
Модуль 4. Виберіть правильну відповідь:

 

1.  Визначити правильне  співвідношення між лінійнми і фазними струмами при з’єднанні (Y). Вказати правильний варіант відповіді.
а)  Іл = Іф;	б) Іл = Іф;	в)  Іл = 2,0 Іф;	г) немає відповіді.
2.  Визначити правильне  співвідношення між лінійнми і фазними напругами при з’єднанні (Δ). Вказати правильний варіант відповіді.
а) Uл = Uф;	б)  Uл = 1,5 Uф;	в)  Uл = Uф;	г)  Uл = 2,0 Uф.
3.  Скільки стержнів повинно бути в осерді трифазного трансформатора?
а) один;	б) два;	в) три;	г) чотири.
4.  Визначити  фазну напругу трифазного трансформатора, якщо первинна лінійна напруга 35 кВ, лінійний коефіцієнт трансформації 66,6.Обмотки з’єднані трикутником. Вказати правильний варіант відповіді.
а) 66,6 кВ;	б) 6 кВ;	в) 35 кВ;	г) немає    відповіді.

 

Відповідь: 1 - ____ ,   2 - ____  ,  3 - ____ , 4 - ____ .  

Модуль 5	Розгляньте умовні графічні  позначення трансформаторів на схемах. Відміть вірні знаком «+», а не вірні – знаком «-». Вкажіть галузі їх застосування.
1. Трансформатор зі стальним осердям: 2. Трансформатор з ферітовим осердям: Трифазний трансформатор:	1. ___________________________________ _____________________________________ _____________________________________           2. ___________________________________ _____________________________________ _____________________________________           3.___________________________________ _____________________________________ _____________________________________

Модуль 6.  Розв’язати задачі:

 

 

А. Для трифазного трансформатора потужністю S_н = 240 кВА, у якого первинна та вторинна обмотка з’єднані зіркою, відомо: U_1н = 10 кВ, U_2н = 525 В. Визначити: фазні напруги первинної і вторинної обмоток; фазні та лінійні коефіцієнти трансформації.

 

Дано: ________________________________________________________________________

Знайти: ______________________________________________________________________

Рішення: _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Відповідь: ____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

 

 

Б. Для трифазного трансформатора потужністю S_н = 400 кВА, у якого первинна та вторинна обмотка з’єднані зіркою, відомо: U_1н = 6 кВ, U_2н = 690 В. Визначити: номінальні струми в обмотках трансформатора; фазні напруги первинної і вторинної обмоток; фазні та лінійні коефіцієнти трансформації.

 

Дано: ________________________________________________________________________

Знайти: ______________________________________________________________________

Рішення: _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Відповідь: ____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

 

 

5. Вимірювальні трансформатори струму і напруги

Вимірювальні трансформатори призначені для розширення границь вимірювання електровимірювальних приладів змінного струму. Вимірювальні трансформатори поділяються на трансформатори струму (ТС)  і трансформатори напруги  (ТН) (рис.16 а, б).

 Вимірювальний трансформатор струму (ТС) застосовується для вмикання амперметрів і струмових котушок ваттметрів, лічильників енергії та фазометрів в колах змінного струму. Трансформатори  струму  працюють  в  режимі,  близькому  до  короткого  замикання (к.з),  оскільки опір струмових котушок вимірювальних приладів відносно малий (менше за 1 Ом).

 

 

 

 

 

                         а)                                                                    б)

Рис.16. Вимірювальні трансформатори: струму (а) і напруги (б)                                       

Сила струму у вторинному колі менша, ніж у первинному в стількі разів, у скільки разів кількість витків вторинної обмотки більше за кількість витків первинної обмотки:

 

 

 

де к – коефіцієнт трансформації струму.

Вимірювальний трансформатор напруги (ТН) являє собою знижувальний трансформатор малої потужності (близько 200 – 500 Вт). Вторинна (низька) напруга, на яку вмикають вимірювальні прилади, в усіх ТН дорівнює 100 В. Вимірювальні  трансформатори  напруги  працюють  в  режимі,  близькому  до  холостого ходу (х.х),  оскільки  на  його  вторинну  обмотку  вмикають  прилади  з  відносно  великим  внутрішнім  опором  наприклад,  вольтметр.

УВАГА!  Для безпеки обслуговуючого персоналу один з затискачів вторинної обмотки і стальний кожух трансформатора завжди заземлюють.

6. Автотрансформатор

Автотрансформатором називають такий трансформатор, в якого на замкненому сердечнику є лише одна обмотка, що частинами належить одночасно первинному і вторинному колам (рис.17).

 

Рис.17. Схема автотрансформатора

 

УВАГА!  В автотрансформаторах між первинною і вторинною обмотками існує не тільки магнітний, а й електричний зв’язок. Переваги: автотрансформатор дає значну економію міді і сталі (лише одна обмотка). Недоліки: наявність електричного зв’язку між первинною та вторинною обмотками.

 

Приклад розв’язування задач

Автотрансформатор потужністю 5 кВА, напругою 120/100 В має w₁ = 120 витків.

Визначити коефіцієнт трансформації трансформатора, кількість витків w₂ та струм І₂ у  вторинній обмотці.

Рішення

1. Визначаємо коефіцієнт трансформації трансформатора:

к  = U₁/ U₂  = 120/100 = 1,2.

2. Визначаємо струм І₂  вторинної обмотки:

І₂ = Р₂/ U₂ = 5000/100 = 50 А.

3. Визначаємо кількість витків вторинної обмотки трансформатора w₂:

w₂ = w₁/к = 120/1,2 = 100.

 

Відповідь: к = 1,2;   І₂ = 50 А;   w₂ = 100.

 

 

 

Фото факт. Один з перших промислових трансформаторів - кінець 19-го - початок 20-го століття (Великобританія).

 

 

 

 

 

 

Фото факт. Сучасний трансформатор вагою понад  388 тонн в США.

 

 

 

 

 

 

 

 

Фото факт. Сучасний вітчизняний трансформатор типу ОРЦ-417000/750 потужністю 417 МВА на напругу 750 кВ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КЛАСИФІКАЦІЯ СПЕЦІАЛЬНИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ І ПЕРЕВАГИ АВТОТРАНСФОРМАТОРІВ

 

 

 

 

Ніч. Дзвонить телефон. Абонент бере трубку:  Алло! Голос: Ваш телефон 220 - 380? Абонент: Так. Голос: Прикольно, прямо як трансформатор...

                 Самоконтроль

Модуль 1. Виберіть правильну відповідь:

1.   В якому режимі нормально працює вимірювальний трансформатор струму?
а) в режимі навантаження;	б) к.з;	в)  х.х;	г) немає відповіді.
2.  Десять витків обмотки знижувального трансформатора намотані товстим проводом, а дев’яносто витків обмотки намотані тонким проводом. Визначити коефіцієнт трансформації.               Вказати правильний варіант відповіді.
а) к = 0,1;	б)  к = 0,9;	в)  к = 9;	г)  немає відповіді.
3.  В якому режимі нормально працює вимірювальний трансформатор напруги?
а) х.х;	б) к.з;	в) в режимі навантаження;	г) немає відповіді.
4.  В чому принципова відмінність трансформатора від автотрансформатора?
а) менші розміри осердя;	б) менший коефіцієнт трансформації;	в) кращий к.к.д;	г) електричне з’єднання обмоток.

Відповідь: 1 - ____ ,   2 - ____  ,  3 - ____ , 4 - ____ .  

Модуль 2.  Виберіть правильну групу пропущених слів.

Вимірювальний (1) напруги являє собою знижувальний трансформатор малої потужності (близько 200 – 500 Вт). Вторинна (низька) (2), на яку вмикають вимірювальні (3), в усіх ТН дорівнює (4). Вимірювальні  трансформатори  напруги  працюють  в  режимі,  близькому  до  (5),  оскільки  на  його  вторинну  обмотку  вмикають  прилади  з  відносно  великим  внутрішнім  опором наприклад, (6).

 Група А                             Група Б                                          Група В

 

1. трансформатор             1. трансформатор   1. трансформатор

2. потужність 2. напруга 2. потужність

3. індикатори 3. прилади 3. індикатори

4. 100 В 4. 100 В 4. 100 кВ

5. х.х 5. х.х 5. к.з

6. амперметр 6. вольтметр 6. амперметр

Відповідь: Група __________

Модуль 3.  Допишіть речення:

1. Для безпеки обслуговуючого персоналу один з затискачів вторинної обмотки і стальний кожух трансформатора завжди.………………………………………………………………….

2. Опір струмових котушок вимірювальних приладів відносно .……………………………..

3. Автотрансформатор дає значну економію сталі  і……………...............................................

4. Автотрансформатор має лише одну …………….....................................................................

Модуль 4.  Напишіть формули і позначення:

А. Коефіцієнт трансформації струму:

 

 

 

 

 

Б. Умовне графічне позначення автотрансформатора на схемах електричних принципових:

 

Модуль 5.  Розв’язати задачі:

 

А. Автотрансформатор потужністю S_н  = 10 кВА, напругою 220/100 В має w₁ = 100 витків. Визначити: коефіцієнт трансформації трансформатора, кількість витків вторинної обмотки та струм у  вторинній обмотці.

 

Дано: ________________________________________________________________________

Знайти: ______________________________________________________________________

Рішення: _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Відповідь: ____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

 

 

 

Б. Трансформатор з коефіцієнтом трансформації К = 10, увімкнений у мережу U₁ = 220 В. Визначити: напругу на виході трансфороматора, якщо опір вторинної обмотки 0,2 Ом, а опір Rн = 2 Ом.  

 

Дано: ________________________________________________________________________

Знайти: ______________________________________________________________________

Рішення: _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Відповідь: ____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________
7. Зварювальний трансформатор

Зварювальний трансформатор призначається для одержання електричної дуги при  електродуговому зварюванні. Особливістю зварювального трансформатора є те, що його обмотки здебільшого виготовляють з алюмінієвого дроту і розміщують на сердечниках окремо, на відміну від силового трансформатора, де обмотки максимально наближені одна до одної (рис.18). Регулювання зварювального струму може здійснюватись перемиканням секцій обмоток трансформатора або зміненням індуктивного опору трансформатора, який залежить від величини повітряного зазору. При цьому зі збільшенням повітряного зазору в магнітопроводі трансформатора індуктивний опір зменшується, а зварювальний струм збільшується.

1  – корпус

2 – затискач для приєднання дротів

3 – ручка

4 – магніто провід

5 – рукоятка

6 – рим-болт

7 – прокладка

8 – кришка корпуса

9 – вертикальний гвинт

10 – гайка гвинта

11 – вторинна обмотка

12 – первинна обмотка

13 – радіатор

14 – колесо

 

 

 

 

Рис.18. Зварювальний трансформатор: а, б) будова трансформатора; в) електрична схема

 

Рис 19. Зовнішній вигляд сучасних зварювальних трансформаторів вітчизняного виробництва

 

 

 

СПОСОБИ РЕГУЛЮВАННЯ СТРУМУ ЗВАРЮВАЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

 

 

 

 

 

 

 

 

Об’ява на стовпі: Електрик. З кігтями. Телефон ___________

 

 

 

 

 

 

Самоконтроль

 

Модуль 1

Прочитай твердження. Відміть вірні твердження знаком «+», а не вірні – знаком «-».

1. Зварювальний трансформатор призначається для одержання електричної дуги при  електродуговому зварюванні. 2. Обмотки сучасного зварювального трансформатора виготовляють здебільшого з алюмінієвого дроту. 3. Обмотки сучасного зварювального трансформатора виготовляють здебільшого з мідного дроту. 4. Зі збільшенням повітряного зазору в магнітопроводі трансформатора індуктивний опір зменшується. 5.  Зі збільшенням повітряного зазору в магнітопроводі трансформатора  індуктивний опір збільшується. 6. Всесвітньовідомий інститут зварювання в Києві носить ім’я академіка Патона.

1.     2.   3.   4.   5.   6.

Модуль 2. Встановити  відповідність номера позиції і букви будови зварювального трансформатора: 

 

А – рим-болт

Б – колесо

В – вторинна обмотка

Г – первинна обмотка

Д – рукоятка

Ж –корпус

З – гайка гвинта

Е – кришка корпуса

Є – вертикальний гвинт

І –  прокладка

К – ручка

Л – магнітопровід

М – радіатор

Н – затискач для приєднання дротів

 

 

Відповідь: 1 - _____  2 - _____  3 - ______  4 - ______  5 - ______  6 - ________

                    7 - _____  8 - _____  9 - ______  10 - ______  11 - ______  12 - _____

                    13 - ____ 14 - _____

 

Модуль 3. Допишіть речення:

 Обмотки зварювального трансформатора розміщують на сердечнику………………..

 Робочий струм зварювального трансформатора можна регулювати зміненням положення рухомого ………………………………………………..............................................

 Зварювальний трансформатор призначається для одержання…………………………

 Для охолодження корпуса зварювального трансформатора слугує…………………..

 Для транспортировки і переміщення зварювального трансформатора передбачений………………………………………………………………………………………

 

8. Тематичне оцінювання

Початковий рівень

Завдання. Підкреслити правильну відповідь.

1. ……. – статичний електромагнітний апарат, який призначений для перетворення змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги при незмінній частоті.

        а) двигун; 

        б) трансформатор;

        в) генератор;

        г) тахогенератор.

2. Що означає індекс У3 в позначенні кліматичних умов експлуатації трансформатора?

        а) помірний і холодний клімат;

        б) помірний клімат;

        в) морський клімат;

        г) тропічний клімат.

3. Вкажіть на яку напругу розрахований трансформатор типу ТМ 110/6?

        а) 110 В;

        б) 110 кВ; 

        в) 6 В;

        г) 6 кВ.

4. Ця конструкція силового трансформатора зібрана з штампованих листів електротехнічної (трансформаторної) сталі завтовшки 0,35…0,5 мм.

        а) корпус;

        б) радіатор;

        в) магнітопровід;

        г)  кришка. 

5.  Яке призначення бачка-розширювача у масляному трансформаторі?

        а) для компенсації об’єму масла при зміні температури;

        б) для охолодження;

        в) для відбору газу і регулювання його тиску;

        г) відповідь відсутня.

6. До якого типу трансформаторів залежно від  конструкції магнітопроводу належить наведений на фото трансформатор?

 

 

 

 

 

        а) тороїдальний;

        б) стержньовий;

        в) броньовий;

1	2	3	4	5	6

        г) бронестержньовий.

 

   фактично______

 

 

 Оцінювання:

 За правильну відповідь нараховується 2 бонуса, максимально 12 бонусів.

 Ключ до тестів: 1 – б), 2 – б), 3 – г), 4 – в), 5 – а), 6 – в).

Середній  рівень

Завдання. Підкреслити правильну відповідь.

1. Який дослід проводять за допомогою наведеної схеми?

 

 

 

 

 

 

 

 

          а) дослід х.х;

          б) дослід к.з;

          в) дослід перемагнічування;

          г) відповідь відсутня.

2. Коефіцієнт корисної дії (К.К.Д.) трансформатора – це відношення:

          а) η = (Р₂ /Р₁);

          б) η = (Р₁ /Р₂);

          в) η = (Р₁*Р₂);

          г) відповідь відсутня.

3. Начало кожної фази з’єднується з кінцем другої фази – це схема з’єднання трифазного трансформатора?

          а) трикутником;

          б) зіркою;

          в) зігзагом;

          г) відповідь відсутня.

4. Вчений - винахідник перших трансформаторів?

           а) Тесла;

           б) Фарадей;

           в) Резерфорд;

           г) Яблочков.

5.Визначити коефіцієнт трансформації однофазного знижувального трансформатора, якщо кількість витків його первинної та вторинної обмоток відповідно дорівнює 1000 і 200. Підкреслити правильну відповідь.

           а) 10;

           б) 0,2;

           в) 5;

           г) 50.

6. Як  правильно позначається група з’єднання обмоток трансформаторів?

           а) Y;

           б) Δ;

           в) Y/Δ -II;

           г) відповідь відсутня.

Оцінювання:

За правильну відповідь нараховується 2 бонуса, максимально 12 бонусів.

1	2	3	4	5	6

 

 

   фактично______

 

Ключ до тестів: 1 – б), 2 – а), 3 – а), 4 – г), 5 – в), 6 – в).

 

Достатній  рівень

Завдання 1. Вибрати правильну групу слів.

 

Режими роботи трансформатора

 

Котушки (1) вмикають у мережу змінного струму, а від (2) зварювальний струм подається на електрод і виріб. У момент підключення (1) до електричної мережі (2) розімкнена, встановлюється (3) трансформатора. Напруга (2) при цьому максимальна, її називають (4). Відношення напруги (1) до напруги (2)  при (3) називають (5). Він дорівнює відношенню кількості витків (1) до кількості витків (2).  Таким чином у трансформаторі знижується напруга з 220 В  або 380 В  до   60 - 90 В. Коли під час запалювання дуги коло (2) замикається, то встановлюється (6).

 

 

 Група А                    Група Б

1. первинної обмотки                                       1. первинної обмотки

2. вторинної обмотки                                       2. вторинної обмотки

3. режим навантаження                                   3. режим холостого ходу

4. напруга навантаження                                 4. напругою холостого ходу

5. коефіцієнт трансформації                           5. коефіцієнт трансформації

6. режим холостого ходу                                 6. режим навантаження

 

 

Група В

1. вторинної обмотки

2. первинної обмотки

     3. режим холостого ходу

    4. напруга навантаження

         5. коефіцієнт навантаження

  6. режим навантаження

 

Відповідь: група ____

 

Оцінювання:

За правильну відповідь нараховується 6 бонусів.

 

Фактично ____

 

 

Ключ до тесту: група Б.

Завдання 2. Встановити  відповідність наведеної технічної характеристики і фото сучасних трансформаторів.

Технічна характеристика	Фото
1.  Кількість фаз - 3      Напруга, кВ - 110      Частота, Гц - 50      Режим роботи - безперервний      Клас захисту, IP - 40 Переваги: антирезонансний захист, передача сигналу системам автоматики та електровимірювальним приладам	А.
2. Потужність (max), кВА – 2500      Напруга, кВ – 10      Частота, Гц - 50/60      Режим роботи - безперервний      Клас захисту, IP - 40 Переваги:  з гофрованими баками й зменшеними втратами холостого ходу й короткого замикання	Б.
3. Номінальна напруга, В - 220     Потужність (max), Вт - 700     Струм (max), А - 4,5     Частота, Гц - 50/60     Режим роботи - безперервний     Клас захисту, IP - 20 Переваги: Регулювання напруги Вбудований вольтметр	В.

 

 

Відповідь:  1 - _____  2 - ______   3 - ______

 

Оцінювання:

За правильну відповідь нараховується 2 бонуса, максимально 6 бонусів.

 

1	2	3

 

 

                Фактично ____

 

Ключ до тесту: 1 – В, 2 – А, 3 – Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

Високий  рівень

Завдання. Опишіть будову  і принцип дії наведеного трансформатора. З’єднайте  стрілками позиції з конструктивними елементами. Вкажіть назву конструктивних елементів,  тип і галузь застосування трансформатора.

 

 

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Оцінювання:

 

За правильну відповідь нараховується максимально 12 бонусів.

9. Критерії оцінювання

 

За тематичне оцінювання в цілому: максимально 48 бонусів.

 

Початковий рівень _____   Середній рівень_______  Достатній рівень _______ 

 

Високий рівень_______

 

Фактично______

Критерії оцінювання:

 

  4 бонуса –  1

  8 бонусів – 2

12 бонусів – 3

16 бонусів – 4

20 бонусів – 5

24 бонуса –  6

28 бонусів – 7

32 бонуса –  8

36 бонусів – 9

40 бонусів –10

44 бонуса – 11

48 бонусів –12

 

 

 

Оцінка ______                                    Викладач ___________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список використаних джерел

 

1. Костенко М. П., Пиотровский Л. М. Електричні машини. Ч. 1. Трансформатори. Л., Енергія, 2009. 543 с. з іл. Ч. 2. Машини змінного струму. Л., Енергія, 2003. 648 с.

2. Петров Г.Н. Електричні машини. Ч. 1. Вступ. Трансформатори. М.—Л., Держенерговид., 2008. 224 с.

3. Рихтер Р. Електричні машини. Т. 3. Трансформатори. М.—Л., ОНТІ, 2009. 292 с.

4. Довідник електротехника. За ред. М. А. Шателена, В. Ф. Миткевича і В. А. Толвинського. Т. 5. Трансформатори Л., Енергія, 2007. 800 с.

5. Костенко М. П. Електричні машини. — К., Вища школа,  2010. 712 с.

6. Освітні технології: Навч.-метод. посібник. / О. М. Пєхота та ін. — К.: А.С. К.,2001.

7. www. volt 220.ru.

8. www. electro-mc.ru.

9. www.trigada. ru.

10. www.proelectro. ua.