Трансформаторы.

59.Трансформатор - это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Принцип действия трансформатора.

Принцип действия трансформатора. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из стального магнитопровода 2 (рис. 212) и двух расположенных на нем обмоток 1 и 3. Обмотки выполнены из изолированного провода и электрически не связаны. К одной из обмоток подается электрическая энергия от источника переменного тока. Эту обмотку называют первичной. К другой обмотке, называемой вторичной, подключают потребители (непосредственно или через выпрямитель).

Рис. 212. Схема включения однофазного трансформатора.

При подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i1, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е1 и е2. Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием э. д. с. е2 по ее цепи проходит ток i2.

Э. д. с, индуцированная в каждом витке первичной и вторичной обмоток трансформатора, согласно закону электромагнитной индукции зависит от магнитного потока, пронизывающего виток, и скорости его изменения. Магнитный поток каждого трансформатора является определенной величиной, зависящей от напряжения и частоты изменения переменного тока в источнике, к которому подключен трансформатор. Постоянна также и скорость изменения магнитного потока, она определяется частотой изменения переменного тока. Следовательно, в каждом витке первичной и вторичной обмоток индуцируется одинаковая э. д. с.

Устройство трансформатора:

Магнитная система. В зависимости от конфигурации магнитной системы трансформаторы подразделяют на стержневые (рис. 2.2, а), броневые (рис. 2.2, б) и тороидальные (рис. 2.2, в). Стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки. Часть магнитопровода, на которой обмотки отсутствуют, называют ярмом. Трансформаторы большой и средней мощности обычно выполняют стержневыми. Они имеют лучшие условия охлаждения и меньшую массу, чем броневые.

Силовые трансформаторы большой мощности броневого типа отечественная промышленность не выпускает.

Рис. 2.2. Основные типы однофазных трансформаторов:

1 — ярмо; 2 — стержень; 3 — обмотки; 4 — тороидальный магнитопровод.

Область применения трансформатора.

Трансформаторы широко используют для следующих целей.

Для передачи и распределения электрической энергии. Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6—24 кВ. Передавать же электроэнергию на дальние расстояния выгодно при больших напряжениях, поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, повышающие напряжение.

Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжений на входе и выходе преобразователя. В вентильных преобразователях, выпрямляющих переменный ток или преобразующих его из постоянного в переменный (инверторы), отношение напряжений на входе и выходе зависит от схемы включения вентилей. Поэтому если на вход преобразователя подается стандартное напряжение, то на выходе получается нестандартное. Для устранения этого недостатка вентильные преобразователи, как правило, снабжают трансформаторами, обеспечивающими стандартное выходное напряжение при принятой схеме включения вентилей. Кроме того, ряд схем включения вентилей требует обязательного применения трансформатора. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют преобразовательными. Их мощность достигает тысяч киловольт-ампер, напряжение 110 кВ; они работают при частоте 50 Гц и более. Рассматриваемые трансформаторы выполняют одно-, трех- и многофазными с регулированием выходного напряжения в широких пределах и без регулирования.

Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др. Мощность их достигает десятков тысяч киловольт-ампер при напряжении до 10 кВ; они работают обычно при частоте 50 Гц.

Для питания различных цепей радио- и телевизионной аппаратуры; устройств связи, автоматики в телемеханики, электробытовых приборов; для разделения электрических цепей различных элементов этих устройств; для согласования напряжений и т. п. Трансформаторы, используемые в этих устройствах, обычно имеют малую мощность (от нескольких вольт-ампер до нескольких киловольтампер), невысокое напряжение, работают при частоте 50 Гц и более. Их выполняют двух-, трех- и многообмоточными; условия работы, предъявляемые к ним требования и принципы проектирования весьма специфичны.

Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов, например реле, в электрические цепи высокого напряжения или в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности. Трансформаторы, применяемые для этой цели, называют измерительными. Они имеют сравнительно небольшую мощность, определяемую мощностью, потребляемой электроизмерительными приборами, реле и др.

Паспортные данные трансформатора.

Тип	Номинальная мощность SН, кВА	Номинальное напряжение, Uн,кВ	Потери мощности, кВт			Ток  Н.Х., Інх, %	Напряжение К.З.,  Uкз,%
		ВН	НН	ΔРнх	ΔРкз
1	2	3	4	5	6	7	8
ТМ-20/6	20	6,3	0,23;0,4	0,18	0,60	9,0	5,5
ТМ-20/10	20	10	0,23;0,4	0,22	0,60	10,0	5,5
ТМ-30/6	30	6,3	0,23;0,4	0,25	0,85	8,0	5,5
ТМ-30/10	30	10	0,4	0,30	0,85	9,0	5,5
ТМ-50/6	50	6,3	0,23;0,4; 0,525	0,35	1,32	7,0	5,5
ТМ-50/10	50	10	0,23;0,4	0,44	1,32	8,0	5,5
ТМ-100/10	100	10	0,23;0,4; 0,525	0,73	2,40	7,5	5,5
ТМ-100/6	100	6,3	0,23;0,4; 0,525	0,60	2,40	6,5	5,5
ТМ-100/35	100	35	0,525	0,90	2,40	8,0	6,5
ТМ-180/6	180	6,3	0,23;0,4; 0,525	1,00	4,00	6,0	5,5
ТМ-180/10	180	10	0,23;0,4; 0,525	1,20	4,10	7,0	5,5
ТМ-180/35	180	35	0,23;0,4; 0,525; 10,5	1,50	4,10	8,0	6,5
ТМ-320/6	320	6,3	0,23;0,4; 0,525	1,60	6,10	6,0	5,5
ТМ-320/10	320	10	0,23;0,4; 0,525	1,90	6,20	7,0	5,5
ТМ-320/35	320	35	0,23;0,4; 6,3;0,525; 10,5	2,30	6,20	7,5	6,5
ТМ-560/10	560	10	0,23;0,4; 0,525	2,50	9,40	6,0	5,5
ТМ-560/35	560	35	0,23;0,4; 0,525	3,35	9,40	6,5	6,5
ТМ- ' 1000/35	1000	35	0,4;10,5	5,10	15,00	5,5	6,5
ТМ-1800/10,6	1800	10;6,3	6,3;0,525; 0,4	8,00	24,00	4,5	5,5
ТМ-1800/35	1800	35	6,3;0,525; 0,4; 10,5	8,30	24,00	5,0	6,5
ТМ-750/10,6	750	10;6,3	0,23;0,4 0,525	4,10	11,90	6,0	5,5
ТМ-3200/10	3200	10	6,3	11,00	37,00	4,0	5,5
ТМ-3200/35	3200	38,5	6,3;10,5	11,50	37,00	4,5	7,0
ТМ-5600/10	5600	10	6,5	18,00	56,00	4,0	5,5
ТМ-5600/35	5600	38,5	6,3;10,5	18,50	57,00	4,5	7,5

Разновидности трансформаторов по назначению и типу.

Основное назначение трансформаторов — изменять напряжение переменного тока. Трансформаторы применяются также для преобразования числа фаз и частоты. Наибольшее распространение имеют силовые трансформаторы напряжения, которые выпускаются электротехнической промышленностью на мощности свыше миллиона киловольт-ампер и на напряжения до 1150 - 1500 кВ.

Для передачи и распределения электрической энергии необходимо повысить напряжение турбогенераторов и гидрогенераторов, установленных на электростанциях, с 16 - 24 кВ до напряжений 110, 150, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ, используемых в линиях передачи, а затем снова понизить до 35; 10; 6; 3; 0,66; 0,38 и 0,22 кВ, чтобы использовать энергию в промышленности, сельском хозяйстве и быту.

Трансформаторы имеют две или несколько обмоток, индуктивно связанных друг с другом. Обмотки, потребляющие энергию из сети, называются первичными. Обмотки, отдающие электрическую энергию потребителю, называются вторичными.

Многофазные трансформаторы имеют обмотки, соединенные в многолучевую звезду или многоугольник. Трехфазные трансформаторы имеют соединение в трехлучевую звезду и треугольник.

Повышающие и понижающие трансформаторы.

В зависимости от соотношения напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформаторы делятся на повышающие и понижающие. В повышающем трансформаторе первичная обмотка имеет низкое напряжение, а вторичная — высокое. В понижающем трансформаторе, наоборот, вторичная обмотка имеет низкое напряжение, а первичная — высокое.

Трансформаторы, имеющие одну первичную и одну вторичную обмотки, называются двухобмоточными. Достаточно широко распространены трехобмоточные трансформаторы, имеющие на каждую фазу три обмотки, например две на стороне низкого напряжения, одну — на стороне высокого напряжения или наоборот. Многофазные трансформаторы могут иметь несколько обмоток высокого и низкого напряжения.

По конструкции силовые трансформаторы делят на два основных типа — масляные и сухие.

В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками находится в баке, заполненном трансформаторным маслом, которое является хорошим изолятором и охлаждающим агентом.

Сухие трансформаторы охлаждаются воздухом. Они применяются в жилых и промышленных помещениях, в которых эксплуатация масляного трансформатора является нежелательной. Трансформаторное масло является горючим, и при нарушении герметичности бака масло может повредить другое оборудование.

Автотрансформаторы.

Наряду с трансформаторами широко применяются автотрансформаторы, в которых имеется электрическая связь между первичной и вторичной обмотками. При этом мощность из одной обмотки автотрансформатора в другую передается как магнитным полем, так и за счет электрической связи. Автотрансформаторы строятся на большие мощности и высокие напряжения и применяются в энергосистемах, а также используются для регулирования напряжения в установках небольшой мощности.

Обмотки трансформаторов.

Простой цилиндрической обмоткой называется обмотка, сечение витка которой составляет один провод, а витки расположены без интервалов на цилиндрической поверхности так, что для перехода от какого-либо витка к любому другому витку нужно двигаться в осевом направлении обмотки.

Цилиндрической параллельной обмоткой называется обмотка, сечение витка которой составляет несколько параллельных проводов, а витки расположены (без интервалов между витками и проводами) на цилиндрической поверхности так, что для перехода от какого-либо провода одного витка к любому проводу другого витка нужно двигаться в осевом направлении обмотки.

Двухслойной простой цилиндрической или двухслойной цилиндрической параллельной называется обмотка, составленная из двух концентрически расположенных простых цилиндрических параллельных обмоток.

Цилиндрическая обмотка может быть намотана из нескольких проводов прямоугольного сечения. При этом желательно все параллельные провода брать одного сечения.

Дисковые обмотки трансформаторов.

Дисковая обмотка состоит из ряда отдельно намотанных одинарных или двойных (спаренных) катушек, каждая из которых имеет несколько витков, намотанных один на другой по спирали. В зависимости от напряжения обмотки катушки дисковой обмотки могут иметь общую для всех витков дополнительную (катушечную) изоляцию, выполненную из лент кабельной или крепированной бумаги. Толщина дополнительной изоляции в обмотках выбирается в зависимости от напряжения обмотки; в различных катушках одной обмотки она также может быть разной — постепенно уменьшаясь от ввода в обмотку к основной ее части.

Винтовая обмотка состоит из ряда витков, наматываемых по винтовой линии, с масляными каналами между ними. Каждый виток имеет несколько одинаковых параллельных прямоугольных проводов, укладываемых плашмя вплотную в радиальном направлении. Винтовую обмотку еще называют многопараллельной обмоткой, так как общее число параллельных проводников в обмотке обычно от 7 до 100 и более в мощных трансформаторах.

Маркировка обмоток трансформаторов.

Перед цифрой всегда должна стоять буква соответствующей фазы (А, В, С) в зависимости от того, где установлен трансформатор тока. Если трансформатор тока установлен в нуле, то используется буква «N».

Первая цифра всегда «4».

Вторая цифра — это номер группы обмоток трансформаторов тока, согласно схемы (например, ТА, ТА1, ТА2…ТА9).

Третья цифра — от 1 до 9. Она обозначает последовательную маркировку от одного устройства или прибора (амперметры, преобразователи тока, обмотки реле, счетчиков и ваттметров) к другому. Т.е. в токовой цепи может быть включено не более 9 приборов.

Если в Вашей токовой цепи последовательно включено более 9 устройств или приборов, хотя я такое не встречал на практике, то третья цифра будет находиться в пределах от 10 до 99, т.е. нумерация будет начинаться с 4010 и заканчиваться 4099. Но это скорее всего частный случай.