4 ТРАНСФОРМАТОРЫ.

ГЛАВА УРАВНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

4.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ

4.2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ

4.3. УРАВНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

4.4. ХОЛОСТОЙ ХОД ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

4.5. КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ

И СПОСОБОВ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК ТРЕХФАЗНЫХ

ТРАНСФОРМАТОРОВ

4.6. ГРУППЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК

4.7. ОСОБЕННОСТИ ХОЛОСТОГО ХОДА ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

4.8. КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ

Трансформатором называют статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения в другое при неизменной частоте. Основными элементами конструкции являются: сердечник, обмотки и бак с электрическими выводами (вводами). Приведенным трансформатором называют такой, вторичная обмотка которого пересчитывается на число витков первичной, при неизменном режиме работы. Приведение трансформатора позволяет составить схему замещения в которой электромагнитные связи между обмотками заменены электрическими.

Цель главы – изучение принципа работы, конструктивных особенностей трансформаторов, их основных уравнений и особенностей режимов холостого хода и короткого замыкания.

После изучения главы необходимо знать

 Принцип действия и назначение трансформаторов.

 Основные элементы конструкции трансформатора.

 Уравнения трансформатора. Понятие приведенного трансформатора.

 Схему замещения и способ ее получения.

 Особенности холостого хода однофазного трансформатора.

 Способы соединения обмоток и классификация магнитных систем.

 Группы соединения обмоток.

 Особенности холостого хода трехфазных трансформаторов.

 Особенности режима короткого замыкания.

 Что называют параметрами короткого замыкания.

4.1. Принцип действия и назначение

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, который служит для преобразования переменного тока из одного напряжения в другое при неизменной частоте.

Принцип работы трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из двух или нескольких обмоток, связанных электромагнитно. Для усиления магнитной связи, обмотки располагаются на стальном сердечнике, как показано на рис. 4.1.

Если к одной обмотке подвести напряжение U₁, то в ней возникнет ток i₁, и в сердечнике возбуждается изменяющийся магнитный поток Ф, который индуктирует в обмотках ЭДС e₁ и e₂. Условно положительные направления ЭДС, и потока, наводящего эти ЭДС, связаны правилом правого ходового винта или буравчика. Если вторичную обмотку замкнуть на сопротивление нагрузки z_н, то возникает ток i₂, который создает свой магнитный поток. В результате в сердечнике возникает общий магнитный поток Ф, сцепленный с витками обеих обмоток, который называется основным или рабочим.

Кроме основного магнитного потока токи обмоток i₁ и i₂ создают магнитные поля рассеяния Ф_σ1 и Ф_σ2, сцепленные только с одной обмоткой.

Обмотка трансформатора к которой подводится энергия называется первичной. От другой энергия отводится к приемнику – она называется вторичной. Все величины, относящие к первичной обмотке называются первичными и обозначаются индексом 1, а относящие к вторичной обмотке – вторичными и обозначаются индексом 2.

В общем случае U₁ U₂. При U₂ > U₁ – повышающий трансформатор; при U₁ < U₂ – трансформатор называется понижающим. Трансформатор, имеющий две обмотки (одну первичную и одну вторичную) называется двухобмоточным. С тремя и более обмотками называется трехобмоточным или многообмоточным.

Обмотка, присоединенная к сети с более высоким напряжением, называется обмоткой высшего напряжения (ВН). Обмотка, присоединённая к сети меньшего напряжения, называется обмоткой низшего напряжения (НН).

Передача электрической энергии из первичной обмотки трансформатора во вторичную осуществляется посредством переменного магнитного поля. В первичной обмотке происходит преобразование электрической энергии, потребляемой из сети, в энергию магнитного поля, а в вторичной – преобразование энергии магнитного поля в электрическую энергию, отдаваемую нагрузке.

Трансформаторы, которые преобразуют однофазный ток, называются однофазными, в случае преобразования трехфазного тока – трехфазными.

Трансформаторы получили очень широкое применение. Наибольшее значение имеют следующие типы.

Силовые трансформаторы. Это трансформаторы, которые используются в системах передачи и распределения электроэнергии. Обычно электрические станции строятся вблизи естественных источников энергии, а потребители за сотни и даже тысячи км. Для уменьшения потерь энергии в проводах, напряжение в линиях электропередачи обычно повышается до сотен кВ (110, 220, 500, 750 1150 кВ).

На электростанциях электроэнергия вырабатывается при U = 6,3-24 кВ. Номинальное напряжение большинства потребителей U_н = 220-500 В. Мощные двигатели работают при U = 3 и 6 кВ. Поэтому в начале и конце линий электропередачи устанавливают силовые трансформаторы. Обычно переменный ток трансформируется 8-9 раз. Следовательно, суммарная мощность силовых трансформаторов в несколько раз больше мощности всех генераторов, установленных на электростанциях.

Автотрансформаторы. Это трансформаторы для преобразования напряжения в относительно небольших пределах; а также широко используются в лабораторных условиях для плавного регулирования величины напряжения (латоры).

Измерительные трансформаторы. Это трансформаторы, которые используются для включения в электрические цепи электроизмерительных приборов (трансформаторы тока и напряжения).

Применяются и другие специальные трансформаторы: испытательные, сварочные, печные и т.п.