Трансформатор

Известно, что при протекании по линии тока часть электроэнергии расходуется на нагревание проводов. Электрическая энергия, теряемая в проводах, тем больше, чем больше ток и сопротивление проводов. Уменьшить потери только за счет снижения сопротивления проводов экономически невыгодно, так как при этом требуется значительное увеличение сечения проводов, т.е. большой расход цветных металлов.

Для снижения потерь электроэнергии и сокращения расхода цветных металлов идут по пути увеличения напряжения при помощи трансформаторов. Трансформаторы, изменяя величину напряжения, автоматически изменяют величину тока, поэтому передаваемая мощность остается неизменной, а потери в проводах линии пропорциональные квадрату силы тока (I²·R), при повышении напряжения резко сокращается. Например, при увеличении напряжения передаваемой энергии в 10 раз потери снижаются в 100 раз.

Для повышения напряжения любой электропередачи устанавливают повышающие трансформаторы, а чтобы напряжение снизить до величины, на которую строят теплоприемники, в конце линии устанавливают понижающие трансформаторы. В современной электроэнергетике большую роль играют силовые трансформаторы, т.е. трансформаторы, которые служат для повышения и понижения напряжения в сетях энергетических систем, передачи электроэнергии на большие расстояния и распределения ее между потребителями. Силовые трансформаторы отличаются большой мощностью и высоким напряжением. Электрическую энергию приходится передавать на большие расстояния – в объединенную энергосистему, в центры ее потребления и непосредственно к многочисленным мелким потребителям, поэтому необходима многократная ее трансформация, а следовательно, установка значительного количества повышающих и понижающих силовых трансформаторов.

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько систем переменного тока, в том числе для преобразования электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого по величине напряжения. В основу работы трансформатора положено явление электромагнитной индукции, заключающееся в том, что при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего проводящий контур, в последнем наводится электродвижущая сила.

Рис.5 Трехфазный трансформатор ТМ-50/6:

1 – трубчатый бак, 2 – термометр, 3 – крышка бака, 4 – привод переключателя, 5 – пробка яла заливки масла и сообщения с воздухом, 6 – маслоуказатсль, 7 – отводы обмотки ВН, 8 – обмотки, 9 – отводы обмотки НН, 10 – переключатель регулировочных ответвлений обмотки ВН, 11 – пробивной предохранитель, 12 – ввод НН (400 В), 13 – ввод ВН (6000 В), 14 – магнитопровод, 15 – пробка для отбора и спуска масла

Обмотка трансформатора, к которой подводится энергия (напряжение) преобразуемого переменного тока, называется первичной обмоткой трансформатора. Обмотка трансформатора, от которой отводится энергия (напряжение) преобразованного переменного тока, называется вторичной обмоткой трансформатора.

Важным показателем трансформатора является коэффициент трансформации k, равный отношению э.д.с. первичной обмотки к э.д.с. вторичной обмотки.

При холостом ходе допустимо считать, что э.д.с. обмоток равны по напряжению, т.е. Е₁ = U₁ и Е₂ = U₂. Поэтому если, например, первичная обмотка с числом витков w₁ является обмоткой высшего напряжения, а вторичная с числом витков w₂ – низшего, то,

Если k > 1, то трансформатор понижающий, если k < 1, то повышающий.

Т.о., зная коэффициент трансформации и напряжение на вторичной стороне трансформатора, легко определить напряжение на первичной стороне, и наоборот. Это относится и к числам витков.

По напряжению трансформаторы делят на классы. Обмотка трансформатора, имеющая больший класс напряжения, называется обмоткой высшего напряжения (обмоткой ВН). Обмотка трансформатора, имеющая меньший класс напряжения, называется обмоткой низшего напряжения (обмоткой НН). Обмотка трансформатора, класс напряжения, которой является промежуточным между классом напряжения обмотки ВН и классом напряжения обмотки НН (у трехобмоточных трансформаторов), называется обмоткой среднего напряжения (обмоткой СН). Трансформатор, имеющий на стержне магнитопровода две гальванически не связанные обмотки, называется двухобмоточным, имеющий три гальванически не связанные обмотки – трехобмоточным. Мощные силовые трансформаторы часто выполняют трехобмоточными. Одна из этих обмоток является первичной, две другие – вторичными. Трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка низшего напряжения, называется повышающим.

Трансформатор, в магнитной системе которого создается однофазное магнитное поле, называется однофазным, в магнитной системе которого создается трехфазное магнитное поле – трехфазным. Для улучшения электрической изоляции токоведущих частей и условий охлаждения трансформатора обмотки вместе с магнитопроводом погружают в бак с трансформаторным маслом. Такие трансформаторы называют маслонаполненными или масляными. Трансформаторы, работающие на воздухе (не погруженные в масло), называют сухими.

Номинальными называются величины, на которые рассчитан трансформатор: мощность, высшее и низшее напряжения, токи, частота и др. Номинальная мощность трансформаторов выражается полной электрической мощностью в киловольтамперах (кВА). Номинальное первичное напряжение – это напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора. Номинальное вторичное напряжение – это напряжение, получающееся на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки. Номинальные токи определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжениями. Номинальной частотой для трансформаторов 50 Гц.