2. Трансформаторы

2.1 Назначение и общие сведения о трансформаторах.

Трансформаторы – электромагнитные статические преобразователи электрической энергии, предназначенные для изменения напряжения переменного тока. Они применяются также для преобразования числа фаз и частоты. Наибольшее распространение имеют следующие типы трансформаторов:

1. Силовые – для передачи и распределения электрической энергии;

2. Автотрансформаторы – для преобразования напряжения в небольших пределах, для пуска двигателей переменного тока и т.д.;

3. Измерительные трансформаторы;

4. Трансформаторы специального назначения – сварочные, печные, импульсные и др.

Силовые трансформаторы выпускаются электротехнической промышленностью на частоту 50 Гц.

Для передачи и распределения электрической энергии необходимо повысить напряжение генераторов установленных на электростанциях с 16-24 кВ до напряжения 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; 0,22 кВ, чтобы использовать энергию в промышленности, сельском хозяйстве и быту. Так как в энергетических системах имеет место многократная трансформация, суммарная мощность трансформаторов на электростанциях, 7-10 раз превышает установленную мощность генераторов на электростанциях.

Трансформаторы малой мощности широко используются в различных электротехнических установок, системах передачи и переработки информации, навигации и других устройствах. Диапазон частот, на которых работают трансформаторы – от нескольких Гц до 10⁵ Гц.

По числу фаз трансформаторы делятся на однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные. Силовые трансформаторы выпускаются, в основном, в трёхфазном исполнении.

Для применения в однофазных сетях выпускаются однофазные трансформаторы.

Трансформатор состоит из стального замкнутого сердечника и двух или нескольких электрически не связанных между собой обмоток.

Обмотки, потребляющие энергию из сети, называются первичными. Обмотки, отдающие электрическую энергию потребителю, называются вторичными.

Трёхфазные трансформаторы имеют соединение в трёхлучевую звезду или треугольник.

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

Трансформаторы, имеющие одну первичную и одну вторичную обмотки называются двух–обмоточными. Достаточно широко распространены трёхобмоточные трансформаторы, имеющие на каждую фазу три обмотки, например две на стороне низкого напряжения, одну – на стороне высокого напряжения или наоборот. Многофазные трансформаторы имеют несколько обмоток высокого и низкого напряжения.

По конструкции силовые трансформаторы делятся на два основных типа – масляные и сухие. В масляном трансформаторе 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 нежелательным. Трансформаторное масло является горючим и агрессивным, поэтому при нарушение герметичности бака масло может нарушить экологическую обстановку, повредить другое оборудование.

Наряду с трансформаторами широко применяются автотрансформаторы, в которых имеется электрическая и магнитная связь между обмотками. Автотрансформаторы строятся на большие мощности и высокие напряжения и применяются в энергосистемах, а также применяются для регулирования напряжения в установках небольшой мощности.

Номинальные данные трансформатора, на которые он рассчитан с заводской гарантией 25 лет, указывается в паспортной табличке трансформатора: номинальная полная мощность номинальное линейное напряжение ; номинальный линейный ток , номинальная частота [Гц], число фаз, схема и группы соединения обмоток, напряжение короткого замыкания , режим работы и способ охлаждения. В табличке указываются также данные, необходимые для монтажа: полная масса, масса выемной активной части. Указывается тип трансформатора в соответствии с ГОСТ на марки трансформаторов, завод изготовитель и год выпуска.

Номинальная мощность однофазного трансформатора , а трёхфазного , где – соответственно номинальные линейные и фазные значения напряжений и токов.

Номинальными напряжениями трансформатора являются линейные напряжения при холостом ходе на первичной и вторичной обмотках трансформатора.

За номинальные токи первичной и вторичной обмотки принимаются токи, рассчитанные по номинальной мощности при номинальной первичных и вторичных напряжениях. Ввиду общности конструкции и методов расчёта к трансформаторам могут быть отнесены реакторы, дроссели насыщения, магнитные усилители. Несмотря на большое разнообразие трансформаторов их теория одна.