Трансформаторы, их назначение, принцип действия, примеры использования

Министерство  образования и  науки РФ

Государственное образовательное  учреждение высшего  профессионального  образования

«Волжский государственный  инженерно-педагогический университет» 
 

Кафедра ____________________________________ 
 

                                  КУРСОВАЯ РАБОТА по Физике на тему:

                                                   __________________________________

                               Трансформаторы, их  назначение, принцип

                             действия, примеры  использования.

  
 
 
 

                                        Выполнил студент группы ЭЗ10-1                                          

                                        Алексеев А.Д

                                        обучающийся по специальности

Экономика и управление на предприятии                                                             

                                         Принял __________________________    
 
 

                                           Нижний Новгород                                                                                    

                              2011 
 

СОДЕРЖАНИЕ 

                                                                                                              стр. 

Введение………………………………………………………………………   3

1. Трансформаторы, их назначение.…………………………………...    5

1.1 Трансформатор, его история. ………………….................................  5

1.2. Виды трансформаторов, их значение……………………………7

1.3 Основные части конструкции трансформатора…………………. 10

2.Принцип действия  трансформатора…………………………….  16

2.1 Базовые принципы  действия трансформатора……………….. 16

2.2 Принцип работы  Однофазных и трехфазных трансформаторов  специального назначения…………………………………………..  18

3.Примеры использования  трансформаторов……………………..  22

3.1 Применение  в электросетях……………………………………   22

3.2 Применение  в источниках электропитания…………………...  23

3.3 Другие применения трансформатора…………………………   25

Заключение……………………………………………………………………..  28

Список использованной литературы………………………………………..    30 
 

Введение

Трансформаторы - наиболее распространенные устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности на напряжение до сотен киловольт составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Эти  трансформаторы повышают напряжение переменного  тока до значений, необходимых для  экономичной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения электроэнергии между  потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых  для потребителя значений. Наряду с этим трансформаторы являются элементами электроприводов, нагревательных и  других установок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений, необходимых для работы электродвигателей, нагревательных печей  и других электроустройств.

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки и  предназначенное для преобразования посредством явления электромагнитной индукции одной (первичной) системы  переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.

Трансформаторы  малой мощности различного назначения используются в устройствах радиотехники, автоматики, сигнализации, связи и  т. п., а так же для питания бытовых  электроприборов. Назначение силовых  трансформаторов -- преобразование электрической  энергии в электрических сетях  и установках, предназначенных для  приема и использования электрической  энергии.

Трансформаторы специального назначения предназначены для непосредственного питания потребительской сети или приемников электрической энергии, отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы.

Трансформаторы  являются наиболее широко используемыми  элементами в различной аппаратуре.

Более высокие  представление можно обеспечить на основании детальных рассмотрений поставленных вопросов, что и является целью курсовой работы . Сказанное позволяет заключить, что выбранная тема курсовой работы «Трансформаторы, их значение, принцип действия, примеры использования» является актуальной.

Объектом исследования в курсовой работе выступает Трансформатор. Предметом исследования является принцип действия , проблемы их исполнения и использовании.

Цель курсовой работы – проанализировать, выявить проблемы и определить перспективы её развития.

Для достижения указанной цели, в работе поставлены следующие задачи:

1. изучить исторический аспект изобретения.
2. дать детальную характеристику электрического аппарата.
3. выделить основные принципы, которые характерны для трансформатора
4. проанализировать динамику востребовательности с целью выявления основных тенденций;
5. оценить перспективы развития;
6. направления совершенствования
7. В данной работе используются следующие научные методы: сравнение, анализ и синтез, индукция и дедукция, статистический анализ.

Теоретической базой курсовой работы выступили труды ведущих отечественных специалистов по физике. 
 

1. Трансформаторы, их  назначение.

1.1 Трансформатор, его история.

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) —  электрический аппарат, имеющий  две или более индуктивно связанные  обмотки и предназначенный для  преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько  других систем переменного тока (ГОСТ Р52002-2003). Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных  обмоток (катушек), охватываемых общим  магнитным потоком, намотанных, как  правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого  материала.[1]

Для создания трансформаторов  необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и  магнитных, создания их теории.

Столетов Александр  Григорьевич (профессор МУ)сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил  петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (1880-е).

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.

В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто  явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области  электричества.

Схематичное изображение  будущего трансформатора впервые появилось  в 1831 году в работах Фарадея и  Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование  переменного тока[2].В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора.[3]

30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым  Павлом Николаевичем, считается  датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым  сердечником, представлявшим собой  стержень, на который наматывались  обмотки. Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон. Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.  С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока, построил первый трёхфазный асинхронный двигатель и первый трёхфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 кВт при напряжении 95 В.[1]

1928 год можно  считать началом производства  силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский  трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).

В начале 1900-х  годов английский исследователь-металлург  Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов  для установления влияния добавок  на свойства железа. Лишь через несколько  лет ему удалось поставить  заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.[5]

Следующий крупный  скачок в технологии производства сердечников  был сделан в начале 30-х годов  XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.

1.2 Виды трансформаторов, их значение.

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор  — трансформатор, предназначенный  для преобразования электрической  энергии в электрических сетях  и в установках, предназначенных  для приёма и использования электрической  энергии.

Автотрансформатор

Автотрансформа́тор  — вариант трансформатора, в котором  первичная и вторичная обмотки  соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка  автотрансформатора имеет несколько  выводов (как минимум 3), подключаясь  к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку  лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда  входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной  и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов  экономически оправдано вместо обычных  трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с  напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах  трансформации не более 3-4.Существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Трансформатор тока

Трансформа́тор  то́ка — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях  измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной  обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка  трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а  во вторичную включаются измерительные  приборы. Ток, протекающий по вторичной  обмотке трансформатора тока, равен  току первичной обмотки, деленному  на коэффициент трансформации. ВНИМАНИЕ! Вторичная обмотка токового трансформатора должна быть надёжно замкнута на низкоомную нагрузку измерительного прибора или  накоротко. При случайном или  умышленном разрыве цепи возникает  скачок напряжения, опасный для изоляции, окружающих электроприборов и жизни  техперсонала!