§ 1. Классификация трансформаторов

Основные понятия о трансформаторе, как о статическом аппарате для преобразовании электроэнергии с изменением уровня напряжений (токов), числа фаз или частоты, изложены в курсе ТОЭ. Поэтому, не останавливаясь детально на принципе действия трансформаторов, рассмотрим разновидности их, классифицируя прежде всего по назначению.

1.1. Силовые трансформаторы изготавливаются и используются для преобразования электроэнергии при ее производстве (электрические станции), распределении (электрические сети) и потреблении. Учитывая масштабы использования электроэнергии в промышленности, быту и других областях деятельности человека и то обстоятельство, что каждый киловатт-час электроэнергии по пути к потребителю "трансформируется" минимум три-четыре раза, можно понять, что основным свойством, обусловленным конструкцией силового трансформатора, является его высокий коэффициент полезного действия в нормальном режиме работы.

1.2. Измерительные трансформаторы предназначены главным образом для преобразования информации, поэтому основным их качеством является стабильность отношений напряжений или токов на входе и выходе, а вопросы потерь энергии отходят на второй план.

1.3. В трансформаторах для выпрямительных установок при преобразовании электроэнергии изменятся не только уровни напряжений, но и число фаз. Входные обмотки этих трансформаторов являются трехфазными, выходные - шести или двенадцатифазными.

Требование высокого к.п.д. также предъявляются к этим устройствам но не столь жестко как для силовых трансформаторов.

1.4. Особую группу специальных составляют трансформаторы для сварки, преобразования частоты, испытания изоляционных материалов.

1.5. Наконец к радио трансформаторам, используемым в слаботочной электротехнике (радио и телеустановки, устройства автоматики, ЭВМ и т.п.), предъявляется главное требование - отсутствие искажения входного сигнала.

Дальнейшим объектом изучения в настоящем курсе являются трехфазные силовые трансформаторы.

§ 2. Конструктивные особенности силовых трансформаторов.

Носителем энергии в силовом трансформаторе (СТ) является магнитное поле, для создания которого и принятия энергии от его необходимы контуры с током. Эти очевидные положения объясняют наличие двух основных частей СТ;

а) магнитопровода или сердечника, выполняющего функцию концентрации магнитного поля (предотвращение его рассеяния);

б) обмоток - первичной для потребления электроэнергии из некоторой сети и вторичной для передачи электроэнергии потребителем.

Материалом магнитопровода СТ является специальная электро­техническая сталь, специальные присадки к которой (кремний) сводят к минимуму потери энергии на гистерезис, а способ сборки магнитопровода из листов толщиной 0,35...0,5 мм (т.н.шихтовка) обеспечивает минимум потерь на вихревые токи.

Наиболее распространены в СССР т.н. стержневые варианты магнитопроводов СТ - либо в виде группы из трех однофазных (рис, 2а), либо как связанный или трехстержневой магнитопровод (рис. 2б).

Концентрация магнитного поля в СТ достаточно велика - индукция в стержнях составляет до 1,5...1,7 Тл. Как правило групповые трансформаторы конструируются на мощности в 300 тыс. кВА и выше.

Обмотки СТ выполняются в виде катушек из меди или (реже) алюминия сечением до 10 мм² круглых проводников и до 60 мм² прямоугольного сечения. Обычно плотность тока в обмотках составляет около 2...4 А/мм²; при больших токах используется параллельное соединение двух и более ветвей.

Наиболее распространены двухобмоточные СТ с одной первичной и одной вторичной системами обмоток, реже - трехобмоточные, имеющие кроме обмоток высокого (ВН) и низкого напряжения (НН) еще одну систему: среднего напряжения (СН).

Начала и концы обмоток двухобмоточных СТ маркируются (рис 3); обычными схемами соединения являются "звезда" ( Y ) и "треугольник" ( ). ГОСТ'ом регламентированы четыре основные схемы: /Y_o; Y/ ; Yo/ и Y/Y_o (в числителе – ВН, в знаменателе – НН).

Частота тока СТ соответствует частоте сети (50 Гц), их единичная мощность в настоящее время превосходит 1 млн. ВА, напряжение высокой стороны достигает 750 кВ, а коэффициент полезного действия - 0,95...0,99.