2.2. Устройство и принцип действия трансформатора

Передача электрической энергии в трансформаторах различного на­значения от одной обмотки к другой осуществляется в соответствии с за­коном электромагнитной индукции. Эдс, наводимая в обмотке с числом витков , численно равна изменению магнитного потока во времени, прохо­дящего через нее. Согласно (1.2) эдс индуктируется переменным во времени магнитным потоком:

. (2.1)

У стройство и принцип действия однофазного трансформатора могут быть рассмотрены согласно рис. 2.1. В простейшем случае однофазный трансформатор состоит из двух обмоток 1 и 2, закрепленных на замкнутом магнитопро­воде 3 для усиления электромагнитного взаимодействия между ними. Магнитопровод состоит из верхнего и нижнего ярма, а так же из стержней, на которых закре­плены обмотки. Магнитная система трансформатора со­стоит из изолированных друг от друга листов анизо­тропной электротехнической (транс­форматорной) стали с присадками кремния для снижения уровня вихре­вых токов толщиной 0,35…0,55 мм. Обмотка 1, к которой подводится энергия от генератора Г, называется первичной; обмотка 2, к которой под­ключена нагрузка Z_НГ, называется вторичной [1].

При прохождении тока , по первичной об­мотке воз­ни­кает магнит­ный поток , об­разующий две свои состав­ляющие: полез­ный поток , проходящий по стали маг­нито­провода, и поток рас­сеива­ния , замыкаю­щийся по воздуху. Полезный поток индукти­рует в обеих об­мотках эдс. При замыкании вторичной обмотки на на­грузку Z_НГ под дей­ствием наведенной в ней эдс протекает ток , создаю­щий свой магнитный поток . Поток в соответствии с правилом Ленца в каждый момент времени направлен на­встречу потоку . Он так же обра­зует две составляющие – полезную и рас­сеива­ния . По­токи обеих обмоток и образуют резуль­тирующий по­лезный магнит­ный поток , определяющий величины эдс обмоток в режиме на­грузки трансфор­матора.

Обмотка трансформатора, под­ключаемая к сети с более высоким на­пряжением, называется обмоткой высшего напряже­ния (ОВН). Обмотка трансформатора, к которой под­ключается сеть с более низким напряже­нием, называется обмоткой низшего напряжения (ОНН). Силовые транс­форматоры и автотрансформаторы бывают повышающими и понижаю­щими. Такое разделение обусловлено различными значениями напряже­ний в электрических сетях. Повышающие трансформаторы и автотранс­форматоры установлены на электростанциях с целью повышения напря­жения, вырабатываемого синхронными генераторами, для дальнейшей пе­редачи энергии по электрическим сетям на большие расстояния. Пони­жающие трансформаторы установлены на понизительных, распредели­тельных электрических подстанциях с целью понижения напряжения электрических сетей и для передачи энергии пониженного напряжения в определенные районы или конкретным потребителям. Первичные об­мотки трансформаторов подключены к источникам питания (для повы­шающих трансформаторов – к генераторам электростанций; для пони­жающих трансформаторов – к сетям, питающим подстанции) и являются потребителями электроэнергии. Вторичные обмотки трансформаторов подключены к нагрузке (для повышающих трансформа­торов – к сетям, питающим подстанции; для понижающих трансформато­ров – к сетям, питающим подстанции более низкого напряжения и потре­бителей), являясь генераторами электроэнергии [4].

Для всех трансформаторов существуют два предельных режима ра­боты: режим холостого хода и режим короткого замыкания. При наложе­нии одного режима на другой можно моделировать любой нагрузочный режим трансфор­матора. Изучение предельных режимов трансформаторов необходимо для проведения их испытаний с целью поиска неисправно­стей, определения эксплуатационных параметров, построения схем заме­щения, служащими по существу расчет­ными моделями трансформаторов.