ТРАНСФОРМАТОРЫ

8.1. Общие сведения о трансформаторах

Трансформатором называется статическое (т. е. без движущихся частей) электромагнитное устройство, предназначенное чаще всего для преобразования одного переменного напряжения в другое или другие напряжения той же частоты. Трансформатор имеет не менее двух обмоток, у которых есть общий магнитный поток и которые электрически изолированы друг от друга (за исключением автотрансформа­торов).

Для усиления индуктивной связи и снижения вихревых токов в большинстве трансформаторов обмотки размещаются на магнитопроводе, собранном из листовой электротехнической стали (рис. 8.1). Магнитопровод отсутствует лишь в воздушных трансформаторах, ко­торые применяются при частотах примерно свыше 20 кГц, когда маг­нитопровод все равно практически не намагничивается из-за значитель­ного увеличения вихревых токов.

Рис. 8.1.

Обмотка трансформатора, соеди­ненная с источником питания (сеть электроснабжения, генератор), назы­вается первичной. Соответственно пер­вичными именуются все величины, относящиеся к этой обмотке, — число витков, напряжение, ток и т. д. Бук­венные обозначения их снабжаются

индексом 1, например w₁ и₁ i₁ (рис. 8.1). Обмотка, к которой подклю­чается приемник (потребитель электроэнергии), и относящиеся к ней величины называются вторичными (индекс 2).

Различают однофазные (для цепей однофазного тока) и трехфазные (для трехфазных цепей) трансформаторы. У трехфазного трансформа­тора первичной или вторичной обмоткой принято называть соответ­ственно совокупности трех фазных обмоток одного напряжения. На рис. 8.2 показаны основные условные графические обозначения однофазного (1, 2, 3) и трехфазного (4, 5, 6) трансформаторов.

На щитке трансформатора указываются его номинальные напряжения — высшее и низшее, в соответст­вии с чем следует различать обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН) трансфор­матора. Кроме того, на щитке должны быть указаны его номинальная пол­ная мощность (ВА или кВА), токи (А) при номинальной полной мощно­сти, частота, число фаз, схема соедине­ний, режим работы (длительный или кратковременный) и способ охлажде­ния. В зависимости от способа охлаждения трансформаторы делят на сухие и масляные. В последнем случае (рис. 8.3) выемная часть трансформатора погружается в стальной бак, заполненный маслом. На рис. 8.3 показан трансформатор трехфазный масляный с трубчатым баком (в частичном разрезе), где ) — магнитопровод;2 — обмотка НН в разрезе; 3 — обмотка ВН в разрезе, ниже нее и на среднем стерж­не магнитопровода видны неразрезанные катушки этой обмотки; 4 — выводы обмотки ВН; 5 — выводы обмотки НН; 6 — трубчатый бак для масляного охлаждения; 7 — кран для заполнения маслом; 8 — выхлопная труба для газов; 9 — газовое реле; 10 — расширитель для масла; 11 — кран для спуска масла.

Если первичное напряжениеи_х трансформатора меньше вторич­ного U₂, то он работает в режиме повышающего трансформатора; в про­тивном случае (U₁> U₂) — в режиме понижающего трансформатора.

Впервые для техниче­ских целей трансформатор был применен П. Н. Яб­лочковым в 1876 г. для питания электрических свечей. Но особенно широ­ко трансформаторы стали применяться после того, как М.О. Доливо-Добро-вольским была предложе­на трехфазная система пе­редачи электроэнергии и разработана конструкция первого трехфазного транс­форматора (1891 г.).

На рис. 8.4 показана энергетическая диаграмма трансформатора. Здесь Р₁—

рис 8.3

мощность в первичной об­мотке; Р_пр1— мощность потерь на нагревание проводов первичной обмотки; Р_с— мощность потерь в магнитопроводе (в стали) на гис­терезис и вихревые токи; разность P₁ — Р_пр1 — P_c = Р₁₂ —мощность во вторичной обмотке; часть мощности Р₁₂ составляет мощность по­терь на нагревание проводов Р_пр2, а оставшаяся часть Р₂ равна мощности цепи, которая питается от трансформатора: Р₂ = Р₁₂ — Р_пр2 = P₁ — _Рпр1 — P_c — Р_ПР2. При номи­нальном режиме работы разность (Р₁—P₂)—мощность потерь в трансформаторе— составляет в среднем только 1—2 % номи­нальной мощности в первичной обмотке; на диаграмме рис. 8.4 относительная доля мощности потерь для наглядности сильно преувеличена.

Рис. 8.4.

Рабочий процесс однофазного трансфор­матора практически такой же, как и од­ной фазы трехфазного трансформатора. Поэтому, чтобы облегчить изложение, сна­чала рассмотрим работу однофазного двухобмоточного трансформа­тора, а затем уже отметим особенности трехфазных трансформато­ров.