21.Классификация, устройство и принцип действия трансформаторов.

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока той же частоты, но другого напряжения

Классификация трансформаторов  напряжения:

  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).

Устройство однофазного трансформатора

Трансформатор состоит из двух электрических обмоток 1 и 2 с числом витков w₁ и w₂, которые размещаются на стержнях замкнутого ферромагнитного сердечника (магнитопровода) 4. Обмотка трансформатора, подключенная к источнику электрической энергии, называется первичной. Параметры, относящиеся к первичной обмотке, обозначаются с индексом 1, например число витков – w₁. Обмотка, к которой подсоединен потребитель электроэнергии, называется вторичной, и ее параметры обозначаются с индексом 2.

Рис. 2

Для уменьшения потерь энергии сердечник трансформатора набирается из листов 3 специальной электротехнической стали, толщиной 0,35-0,5 мм. Листы сердечника трансформатора изолируются друг от друга термостойким лаком.

В зависимости от положения сердечника по отношению к обмоткам принято различать стержневые трансформаторы (рис. 2), у которых обмотки охватывают стержни сердечника (разновидностью данного типа трансформаторов являются тороидальные трансформаторы), и броневые, у которых сердечник частично охватывает обмотки.

Принцип действия трансформатора

В основе принципа действия трансформатора лежит закон электромагнитной индукции. Принцип электромагнитного взаимодействия двух или, в общем случае, любого числа контуров (обмоток), неподвижных друг относительно друга. Количественно это взаимодействие определяется уравнением

где e — мгновенное значение индуктируемой в контуре ЭДС; ψ- потокосцепление; w — число витков контура; Φ — магнитный поток взаимной индукции.

Переменный магнитный поток индуктирует в проводящем контуре ЭДС, значение которой пропорционально скорости изменения магнитного потока.

Из описания принципа действия трансформатора видно, что передача электрической энергии из первичной обмотки во вторичную обмотку осуществляется электромагнитным путем, посредством магнитного потока, замыкающегося по сердечнику.

22.Внешние характеристики трансформатора. Потери мощности и коэффициент полезного действия трансформатора.

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость:

при    и cosφ₁ = const (рис. 1).

Рис. 1 —  Внешняя характеристика трансформатора

Из рис. 1 следует, что внешняя характеристика трансформатора при увеличении тока нагрузки до номинального является достаточно жесткой. Изменение напряжения составляет всего несколько процентов и зависит от характера нагрузки, что находится в соответствии с векторной диаграммой.

При активной и активно-индуктивной нагрузке напряжение  уменьшается, при активно-емкостной нагрузке оно может несколько возрастать. На практике величина изменения напряжения обычно рассчитывается по приближенной формуле:

где  β = I₂/I_2н нагрузка трансформатора в относительных единицах;

Потери энергии в трансформаторе и КПД

Работа трансформатора сопровождается магнитными и электрическими потерями. Электрические потери определяют нагрев обмоток трансформатора и зависят от квадратов токов, протекающих в обмотках. По этой причине электрические потери принято также называть переменными, которые определяются равенством

.

Магнитные потери связаны с перемагничиванием материала магнитопровода и возникновением в нем вихревых токов.

Поскольку трансформатор работает при неизменных значениях частоты и магнитного потока, магнитные потери не зависят от нагрузки и их принято также называть постоянными.

Коэффициент полезного действия трансформатора представляет собой отношение отдаваемой приемнику мощности P₂ к получаемой из сети мощности P₁:

или .

Коэффициент полезного действия силовых трансформаторов при номинальной нагрузке достаточно высок. У трансформаторов большой мощности КПД составляет 98–99%.

Для определения электрических и магнитных потерь в трансформаторе его испытывают в двух режимах работы: холостом ходе при номинальном напряжении и опытном коротком замыкании при номинальных токах в обмотках трансформатора и пониженном значении напряжения на первичной обмотке, а затем суммируют полученные результаты.