5. Устройство силового трансформатора

Силовой трансформатор — устройство, которое посредством электромагнитной индукции преобразует переменное напряжение и ток в напряжение и ток с другими параметрами при той же частоте в целях передачи электрической энергии без изменения её передаваемой мощности.

Силовые трансформаторы состоят из: магнитопровода, нескольких взаимоизолированных обмоток, клемм, обычно, в виде болтового соединения, систем охлаждения и стабилизации. Современные устройства этого типа оснащены также целым рядом систем так называемого навесного оборудования (индикаторы температуры, поглотители влаги, устройства защиты от перенапряжения и др.), их наличие и качество в значительной степени влияет на цену всего устройства. Преобразование электроэнергии в трансформаторе происходит за счет магнитного поля в магнитопроводе, который изготовляют из листового ферромагнитного материала. Потеря мощности от вихревых токов напрямую зависит от толщины металла и процента содержания в нем кремния.

6. Векторная диаграмма трансформатора: методика построения

Построение векторной диаграммы удобнее начинать с вектора основного потока Ф. Отложим его по оси абсцисс. Вектор I10 опережает его на угол a. Далее строим векторы ЭДС Е1 и Е2‘, которые отстают от потока Ф на 90°. Для определения угла сдвига фаз между E2‘ и I2‘ следует знать характер нагрузки. Предположим, она активно-индуктивная. Тогда I2‘ отстает от E2′ на угол f2.

7. Приведенный трансформатор

Для облегчения анализа процессов, происходящих в трансформаторе, упрощения векторной диаграммы и возможности построения схемы замещения условно принимают, что приведенный ток вторичной обмотки I₂ является ее действительным током. С этой целью действительную вторичную обмотку с числом витков ω2 условно заменяют фиктивной обмоткой,

с числом витков ω1. Такую условную обмотку называют приведенной вторичной обмоткой, а операцию замены — приведением вторичной обмотки к первичной.

Схемы замещения. В теории электрических машин широко используются схемы замещения, при переходе к которым действительные трансформаторные связи, т. е. электромагнитные, заменяются электрическими. Схемы составляются таким образом, чтобы их токи и напряжения описывались теми же уравнениями, что и в трансформаторе. Передаваемая мощность, фазовые соотношения токов и напряжений в схеме замещения такие же, как и в трансформаторе.

Схемы замещения удобны для аналитического и опытного исследования установившихся и переходных процессов. Они легко могут быть собраны из отдельных индуктивных и активных сопротивлений. Напряжения и токи всех участков схем легко рассчитать или измерить. В случае многофазного трансформатора схемы замещения составляются для одной фазы.

Системам уравнений (3.8, а) и (3.9, а) соответствует схема замещения, представленная на рис. 3.10, а. Каждому члену уравнения системы, отражающему падение напряжения или э. д. с. обмотки, соответствует определенный участок схемы, на котором имеет место падение напряжения в данном сопротивлении или действует приложенное напряжение. Стрелки на схеме замещения показывают положительное направление токов первичной и вторичной обмоток.

Рис. 3.10. Схема замещения трансформатора: а — без учета активного сопротивления в цепи намагничивания; б — с учетом активного сопротивления в цепи намагничивания; в — без учета цепи намагничивания