6. Назначение, устройство и принцип действия силового трансформатора. Коэффициент трансформации. Паспортные данные.

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Трансформаторы широко используются в промышленности и быту для различных целей.

Предназначен:

• Для передачи и распределения электрической энергии.

• Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входе преобразователя. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются преобразовательными.

• Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др.

• Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры, устройств связи и автоматики, электробытовых приборов, для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств, для согласования напряжения и пр.

• Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопастности. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются измерительными.

Силовые трансформаторы общего применения используются в линиях передачи и распределения электроэнергии. Для режима их работы характерна частота переменного тока 50 Гц и очень малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных значений.

Принцип действия: Первичную обмотку 1 подключают к источнику переменного тока – электрической сети с напряжением сети u₁. К вторичной обмотке 2 присоединяют сопротивление нагрузки Zн.

Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а низкого напряжения – обмоткой низшего напряжения (НН). Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и Х; обмотки НН – буквами а и х.

При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток i₁, который создаёт переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС – е₁ и е₂ пропорциональные, согласно закону Максвелла, числам витков w₁ и w₂ соответствующей обмотки и скорости изменения потока dФ/dt.

Таким образом, мгновенные значения ЭДС, индуцированные в каждой обмотке.

;  .

Следовательно, отношение мгновенных и действующих ЭДС в обмотках определяется выражением

E₁ / E₂ = e₁ / e₂ = w₁ / w₂ .

Если пренебречь падениями напряжения в обмотках трансформатора, которые обычно не превышают 3-5 % от номинальных значений U₁и U₂, и считать E₁≈U₁ и E₂≈U₂, то получим

U₁ / U₂ ≈ w₁ / w₂ .

Следовательно, подбирая соответствующим образом числа витков обмоток, при заданном напряжении U₁ можно получить желаемое напряжение U₂. Если необходимо повысить вторичное напряжение, то число витков w₂ берут больше числа w₁; такой трансформатор называют повышающим. Если требуется уменьшить напряжение U₂, то число витков w₂ берут меньшим w₁; такой трансформатор называют понижающим.

Отношение ЭДС E_вн обмотки высшего напряжения к ЭДС Е_нн обмотки низшего напряжения (или отношение их чисел витков) называют коэффициентом трансформации

.

Коэффициент n всегда больше единицы.

Устройство -cостоит из ферромагнитногомагнитопровода (1), собранного из отдельных листов электротехнической стали, на котором расположены две (w₁, w₂) обмотки, выполненные из медного или алюминиевого провода.

Паспортные данные: в каталогах и в паспорте трансформатора сообщаются тех­нические данные, необходимые для нормальной эксплуатации трансформатора. В них даны: тип трансформатора; номиналь­ная мощность S_ном ,кВ•А; линейное номинальное напряжение первичной U_1ном , кВ, и вторичной U_2ном, кВ, обмоток; потери мощности при холостом ходе ΔР₀ = ΔР_ст , кВт; потери мощности при коротком замыкании ΔР_к, кВт; напряжение короткого замыкания, % номинального соответствующей обмотки u_к ; КПД при полной и половине номинальной нагрузке при cos φ₂ = l и группа соединения.