Обновлено: 04.07.2024

Трансформатором называется электромагнитное устройство которое служит для преобразования входного напряжения. Трансформатор работает на увеличение или уменьшение электрической энергии (увеличивающий или уменьшающий). Вид трансформатора для эксплуатации выбирается в зависимости от области его дальнейшего использования.

В одном из понятий трансформатора есть такое определение как величины. Величины бывают первичные и вторичные. Это зависит от принадлежности величины к обмотке. Первичные величины относятся к первичной обмотке, вторичные к вторичной.

По сути, трансформатор не имеет сложного внутреннего строения. Он состоит из основных составляющих таких как: сердечник, обмоток, в случае если трансформатор масляного типа то в нем расположен бак с трансформаторным маслом с размещенными на нем вводов (иначе проходных изоляторов) и расширителя. Остальное оборудование которым может комплектоваться состав трансформатора является дополнительный или вспомогательным.

К вспомогательному оборудованию трансформатора относится: бачок с масло указателем расширительного типа, переключатель для регулировки напряжения, реле газовое, элемент для заправки и слива из трансформатора масла, термометр и выхлопная труба.

Сердечники

Сердечник трансформатора состоит из стержней с размещенными на нем катушек обмоток. Название и вид сердечника в основном соответствует названию трансформатора. Сердечники как правило делятся на два вида: стержневые и броневые. Материалом для изготовления сердечника является спрессованная электротехническая сталь толщиной примерно 0,35; 0,28 мм.

Сердечники трансформатора делятся на стыковые и шихтованные, название сердечника зависит от способа соединения стержня с ярмом.

Стыковые сердечники как правило состоят из стержня и ярма, их отличительная особенность заключается в том что эти два элемента собираются отдельно и объединяются в один сердечник после укладки катушек.

Шихтованные сердечники состоящие также из стержня и ярма которые собираются в переплет (в отличие от стыкового), только в этом случае производится выемка полос верхнего ярма, которые снова укладываются на место после того как установлены катушки.

Стержнем называется часть сердечника на котором расположены обмотки, в случае если данные части не содержат обмотки, то они называются ярмом.

Составляющие элементы трехфазного масляного трансформатора:

• активная часть
• специальная деревянная планка
• верхняя ярмовая балка
• регулировочные ответвления
• магнитопровод
• маслопровод
• ввод высшего напряжения
• ввод низшего напряжения
• линейный отвод высшего напряжения
• переключатель
• выхлопная труба
• охладительные трубы
• расширитель
• обмотки высшего напряжения
• газовое реле
• бачок
• указатель уровня масла
• каток тележки

Активная часть трансформатора включает в себя:

• переключатель
• привод переключателя
• крышку с расширителем и охлаждающей трубкой
• регулировочные ответвления
• ввод низшего напряжения
• ввод низшего напряжения
• трубки которые крепят отводы из бумажно-бакелитового материала

Активная часть трансформатора в данной сборке помещается в бачок с трансформаторным маслом.

Части трансформатора, предназначенные для энергопреобразовательного процесса, — магнитопровод и обмотки, называются его активными частями. Достаточно эффективное преобразование электрической энергии удается получить только в конструкциях, в которых обмотки охватываются замкнутыми магнитопроводами из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью уха, в сотни раз превышающей магнитную постоянную р0 (см. рис. 1.1—1.3). Для получения высокой магнитной проницаемости магнитопровод не должен быть чрезмерно насыщен и индукция в нем при максимальном магнитном потоке не должна превышать 1,4—1,6 Тл. Снижение потребляемой реактивной мощности достигается за счет уменьшения магнитных полей рассеяния, сцепленных только с первичной или только со вторичной обмоткой. Эти поля уменьшаются с уменьшением промежутков между первичной и вторичной обмотками, и поэтому катушки первичной и вторичной обмоток каждой из фаз располагают на одном и том же участке магнитопровода, называемом стержнем (см. рис. 1.1, 1.2). При этом обмотки либо располагаются концентрически (рис. 1.4, а), либо разбиваются на отдельные диски и размещаются на стержне в чередующемся порядке (рис. 1.4, б). В последнем случае обмотка называется дисковой чередующейся.
Из большого числа разновидностей концентрических обмоток наиболее простой является цилиндрическая обмотка (рис. 1.5).
Для увеличения эффективности при преобразовании энергии должны быть приняты меры для уменьшения потерь энергии, выделяющихся в трансформаторе в виде тепла. В первую очередь должны быть выбраны достаточно малыми активные сопротивления обмоток, т.е. возможно большие сечения витков обмоток, возможно меньшие длины витков и возможно меньшие электрические удельные сопротивления проводов обмоток. Именно поэтому провода обмоток изготовляют из обычной меди, обладающей наименьшим удельным электрическим сопротивлением, и в редких случаях из алюминия, удельное сопротивление которого примерно в 1,6 раза больше, чем у меди.

Рис. 1.3. Трансформаторы с ленточным (а) и броневым (б) магнитопроводами:
1,2 — первичная и вторичная обмотки; 3 - магнитопровод

Рис. 1.4. Концентрические (в) и дисковые чередующиеся (б) обмотки
Рис. 1.5. Цилиндрическая двухслойная обмотка из прямоугольного провода

Магнитопровод трансформатора должен быть сконструирован таким образом, чтобы в нем в достаточной мере были ослаблены потери на вихревые токи и гистерезис, возникающие при перемагничивании. Эту задачу удается решить путем сочетания нескольких мероприятий:
применением специальных магнитно-мягких электротехнических сталей, имеющих малые потери на гистерезис;
использованием специальных сортов электротехнической стали, которые имеют благодаря специальным присадкам увеличенное удельное электрическое сопротивление;
сборкой магнитопровода из изолированных друг от друга пластин электротехнической стали, толщина которых выбирается такой, чтобы вихревые токи практически не оказывали влияния на главное магнитное поле и не вызывали значительных потерь (толщина d пластин зависит от частоты перемагничивания /, и при частоте 50 Гц составляет 0,35 или 0,5 мм).
При выполнении этих мероприятий удается получить мощность потерь энергии на перемагничивание магнитопровода того же порядка, что и мощность электрических потерь в обмотках, и практически исключить размагничивающее действие вихревых токов.
Магнитные системы (магнитопроводы) трансформаторов встречаются в двух основных исполнениях: стержневом и броневом. В стержневом однофазном трансформаторе фазные обмотки состоят из двух катушек, соединяемых между собой последовательно или параллельно, причем эти две катушки располагаются на двух стержнях О-образного магнитопровода, связанных ярмами (рис. 1.6, а).

Рис. 1.6. Однофазные трансформаторы со стержневым (а) и бронестержневым (б) магнитопроводами.
1 — стержень; 2 — ярмо; 3 — крайний стержень

Рис. 1.7. Трехфазный трансформатор с бронестержневой магнитной системой:
1 — стержень; 2 — ярмо; 3 — крайний стержень
Рис. 1.8. Укладка листов в слоях шихтованных магнитопроводов:
а — однофазный стержневой трансформатор; б — трехфазный стержневой трансформатор

Наиболее распространены шихтованные магнитопроводы, стержни и ярма которых собираются впереплет (шихтуются) и образуют цельную конструкцию (рис. 1.8). Для установки обмоток листы верхнего ярма вынимаются и затем снова зашихтовываются. В шихтованной конструкции тоже имеются немагнитные зазоры в стыке между листами данного слоя, но эти зазоры оказываются перекрытыми листами соседних слоев и не оказывают столь заметного влияния на потребляемую трансформатором реактивную мощность, как в стыковой конструкции.
При сборке магнитопровода из анизотропной холоднокатаной стали, у которой удельные потери меньше, а магнитная проницаемость больше в направлении прокатки листов, в зоне переходов от стержней к ярмам, где линии магнитного поля поворачивают на 90° от направления прокатки, наблюдается увеличение потерь и падения магнитного напряжения. Это явление удается в значительной мере ослабить применением косых стыков (рис. 1.9).
В трансформаторах малой мощности и на небольшие напряжения обмотки могут быть намотаны на прямоугольный каркас, а сечения стержней имеют прямоугольную форму. В трансформаторах большой мощности катушки наматываются на цилиндрический шаблон, а для получения лучшего заполнения пространства внутри катушки сталью сечению стержня придается ступенчатая форма (рис. 1.10). Размеры отдельных ступеней выбираются таким образом, чтобы стержень наилучшим образом вписывался в цилиндрическое пространство внутри катушки. Ярма выполняются прямоугольными или с небольшим числом ступеней.

Рис. 1.9. Укладка листов в слоях стержневого трехфазного магнитопровода со скошенными листами из холоднокатаной стали

Рис. 1.10. Стяжка стержней:
а — деревянными планками; б — стальными шпильками; 1 — стальная шпилька; 2 — трубка изоляционная; 3, 5 — шайбы из электроизоляционного картона; 4 — стальная шайба

Стяжка пакетов стержней в силовых трансформаторах мощностью менее 1 000 кВ • А (на один стержень) производится при помощи деревянных или пластмассовых планок и стержней, которые заполняют пространство между стержнем и изоляционным цилиндром, на котором укреплена ближайшая к стержню обмотка НН (рис. 1.10, а).
В трансформаторах большей мощности стяжка стержней ранее осуществлялась стальными шпильками, изолированными от стержня трубками из бакелизированной бумаги (рис. 1.10, б). Для прессовки ярм также использовались шпильки, стягивающие деревянные или стальные нажимные балки (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Остов трансформатора

В настоящее время для стяжки стержней, а во многих случаях и ярм, широко применяется бандажировка стеклолентой, пропитанной эпоксидными термореактивными компаундами (бандажи на стержнях видны на рис. 1.11; бандажи на стержнях и полубандажи на ярмах показаны на рис. 1.13). При использовании бандажей отпадает необходимость в применении стягивающих шпилек и в штамповке отверстий в листах магнитопровода, что приводит к уменьшению его магнитного сопротивления и добавочных потерь при холостом ходе. Магнитопровод вместе с ярмовыми балками и другими деталями, предназначенными для прессовки магнитопровода и крепления на его стержнях обмоток, образует остов трансформатора (см. рис. 1.11).
Значительно проще конструкция магнитопроводов микротрансформаторов, мощность которых составляет единицы или десятки вольт-ампер. Магнитопроводы этих трансформаторов набираются из штампованных пластин Ф-образной формы (рис. 1.12, а) или Ш-образной формы в сочетании с пластинами прямоугольной формы (рис. 1.12, б).
В стержневой части Ф-образного листа имеется просечка. При сборке однофазного броневого трансформатора стержневая часть листа отгибается в сторону и вставляется внутрь обмотки. Следующий лист вставляется с другой торцевой стороны катушки. После сборки магнитопроводы стягиваются при помощи шпилек и нажимных плит.

Рис. 1.12. Сборка магнитопроводов микротрансформатора:
а — из листов Ф-образной формы; б — из листов Ш-образной и прямоугольной формы

Большое распространение получили также микротрансформаторы с ленточными магнитопроводами кольцеобразной формы. Эти трансформаторы имеют весьма технологичную конструкцию, показанную на рис. 1.3, д. Их магнитопровод образуется из навитой в виде спирали стальной ленты, обмотки обматываются вокруг магнитопровода на специальном станке.
Кроме активных элементов — обмоток и магнитопровода — конструкция трансформатора включает еще ряд важных частей, которые
называются конструктивными частями и предназначены для создания электрической изоляции между обмотками, фиксации активных частей в Пространстве, охлаждения активных частей, сопряжения его обмоток с электрическими сетями и других вспомогательных функций. К конструктивным частям относятся, в частности, ярмовые балки и другие прессующие детали магнитопровода.

Конструктивные части трансформатора.

Рассмотрим устройство конструктивных частей силового масляного трехфазного трансформатора, общая компоновка которого представлена на рис. 1.13.

Рис. 1.13. Трехфазный двухобмоточный трансформатор мощностью 40 000 кВ • А, иа напряжение 110 кВ с расщепленными обмотками НН и регулированием напряжения ВН под нагрузкой:
1 — ввод ВН 110 кВ; 2 — ввод НН 10 кВ; 3 — крюк для подъема трансформатора; 4 — бак; 5 — радиатор; 6 — фильтр термосифонный; 7 — скоба для подъема домкратом; 6 — вертикальный кран для слива масла; 9 — вентилятор; 10 — каток; 11— полубандажи стяжки ярма; 12 — вертикальная стяжная шпилька остова; 13 — ярмовая балка; 14 — устройство переключения ответвлений обмотки ВН; 15 — бандажи стяжки стержня; 16 — пластина с проушиной для подъема активной части; 17 — расширитель; 18 — маслоуказатель; 19 — предохранительная труба

Изоляция обмоток трансформатора

Витки обмоток трансформатора должны быть надежно электрически изолированы друг от друга, от витков других обмоток и от корпуса трансформатора. В масляных трансформаторах, применяемых при напряжениях более 10 кВ, для этих целей используется так называемая маслобумажная барьерная изоляция, образующаяся при пропитке трансформаторным маслом кабельной бумаги или электроизоляционного картона и заполнении этим маслом изоляционных промежутков между витками обмоток и корпусом. Трансформаторное масло, заполняющее бак, в котором установлены активные части трансформатора, одновременно используется для их охлаждения.
Витковой изоляцией служит пропитанная маслом изоляция проводов марок ПЭЛБО, ПБ (круглые сечения проводов) и ПББО (прямоугольные сечения)- Конструкция главной изоляции, предназначенной для изоляции обмоток друг от друга, от бака и от остова, представлена на рис 1.14.

Ряс. 1.14. Обмотки трансформатора по рис. 1.13:
1 — стальное прессующее кольцо;
2 — обмотка тонкого регулирования;
3 — обмотка грубого регулирования;
4 — обмотка ВН; 5 — обмотка НН;
6— угловая изоляционная шайба;
7— междукатушечные прокладки;
8— изоляционные цилиндры; 9 — опорные кольца из электроизоляционного картона; 10 — ярмовая изоляция из электроизоляционного картона; // — уравнительная изоляция; 12 — деревянная планка; 13 — деревянный стержень; 14, 15 — рейка из электроизоляционного картона

Отводы и вводы.

Электрическое соединение обмоток ВН и НН с электрическими сетями осуществляется (см. рис. 1.13) при помощи отводов (изолированных проводников, укрепленных внутри бака трансформатора) и вводов (проходных фарфоровых изоляторов, сквозь которые проходит токоведущий стержень).
Токоведущий стержень ввода должен быть надежно изолирован от заземленной крышки бака как со стороны масла, так и со стороны воздуха (рис- 1-15).
С увеличением напряжения размеры вводов увеличиваются, а их конструкция усложняется. Вводы на напряжение 110 кВ и выше делаются маслонаполненными.
Арматура бак трансформатора. Бак трансформатора недопустимо полностью заполнять маслом и закрывать герметически, так как в этом случае он был бы неизбежно разрушен давлением, возникающим в баке при увеличении объема масла при колебаниях температуры. Поэтому приходится заполнять бак маслом не полностью и сообщать воздушное пространство над маслом с окружающим воздухом. От соприкосновения с окружающим воздухом масло в трансформаторе окисляется и увлажняется, постепенно, теряя свои электроизоляционные свойства. Для уменьшения площади контакта масла с воздухом и стабилизации его изоляционных свойств баки масляных трансформаторов снабжаются расширителем — цилиндрическим сосудом из листовой стали, сообщающимся с баком (см. рис. 1,13, 1.16). Трансформатор, имеющий расширитель, значительно реже нуждается в сушке, очистке, регенерации масла или замене его новым.

Необходимыми принадлежностями расширителя являются указатель уровня масла и отстойник для грязи и влаги. Воздушный объем в верхней части расширителя сообщается с атмосферой при помощи трубки для свободного обмена воздуха, выведенной под расширитель (это исключает попадание в расширитель капель влаги).
Для увеличения поверхности, через которую происходит теплообмен между нагретым маслом и окружающей средой, на баке трансформатора устанавливаются охладители (в виде навесных радиаторов 5 на рис. 1.13). Охладители присоединяются к баку через патрубки с кранами, позволяющими производить замену и отсоединение охладителя при заполненном баке трансформатора. Для контроля температуры масла в верхней части бака используются ртутные, а в более мощных трансформаторах манометрические термометры или дистанционные электротермометры сопротивления. Измерительное устройство последних устанавливается на щите управления.
На патрубке между крышкой бака и расширителем устанавливается газовое реле, которое служит для обнаружения повреждений.

Рис. 1.15. Ввод для наружной установки на напряжение 35 кВ при токе до 250 А с токоведушей шпилькой, присоединяемой к отводу:
1 — медная шпилька; 2 — латунная гайка; 3 — латунный колпак; 4, 5 к 6 — стальные шпилька, гайка, шайба; 7 — резиновое кольцо; 6 — фарфоровый изолятор; 9 — стальной штампованный фланец; 10 — кулачок; 11 — резиновое уплотнение; 12 — токоведущая шпилька с изолирующей трубкой

Арматура бака трансформатора

Рис. 1.16. Арматура бака трансформатора:
1 — указатель уровня масла; 2 — пробка для заливки масла; 3 — трубка для свободного обмена воздуха; 4 — грязеотстойник; 5 — кран для отсоединения расширителя; 6 — газовое реле; 7 — выхлопная труба
При повреждениях, приводящих к незначительному местному нагреванию (ухудшение контакта в соединениях, нарушение изоляции между листами сердечника), происходит разложение твердой изоляции и масла, сопровождающееся выделением пузырьков газа. Поднимаясь вверх, пузырьки газа скапливаются в газовом реле, вытесняя из него масло. Это приводит к опрокидыванию поплавка, замыкающего сигнальный контакт.
При значительных повреждениях, сопровождающихся взрывообразным выделением газов (короткое замыкание одного или нескольких витков и т.п.), масло толчкообразно перемещается из бака в расширитель. Струя масла опрокидывает другой поплавок реле, который, замыкая соответствующие контакты, отключает трансформатор от сети.
Еще одно устройство, называемое выхлопной трубой (см. рис. 1.13 и 1.16), предохраняет бак трансформатора от механических деформаций при взрывообразных выделениях газа. Выход из выхлопной трубы герметически закрыт мембраной, рассчитанной таким образом, чтобы при повышении давления она разрушалась раньше, чем деформируется бак.

Может быть, кто-то думает, что трансформатор – это что-то среднее между трансформером и терминатором. Данная статья призвана разрушить подобные представления.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного электрического тока одного напряжения и определенной частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.

Работа любого трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, открытой Фарадеем.

Назначение трансформаторов

Разные виды трансформаторов используются практически во всех схемах питания электрических приборов и при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Электростанции вырабатывают ток относительно небольшого напряжения – 220, 380, 660В. Трансформаторы, повышая напряжение до значений порядка тысяч киловольт, позволяют существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния, а заодно и уменьшить площадь сечения проводов ЛЭП.

Непосредственно перед тем как попасть к потребителю (например, в обычную домашнюю розетку), ток проходит через понижающий трансформатор. Именно так мы получаем привычные нам 220 Вольт.

Самый распространенный вид трансформаторов – силовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования напряжения в электрических цепях. Помимо силовых трансформаторов в различных электронных приборах применяются:

• импульсные трансформаторы;
• силовые трансформаторы;
• трансформаторы тока.

Принцип работы трансформатора

Трансформаторы бывают однофазные и многофазные, с одной, двумя или большим количеством обмоток. Рассмотрим схему и принцип работы трансформатора на примере простейшего однофазного трансформатора.

Кстати, в других статьях можно почитать, что такое фаза и ноль в электричестве.

Из чего состоит трансформатор? Во простейшем случае из одного металлического сердечника и двух обмоток. Обмотки электрически не связаны одна с другой и представляют собой изолированные провода.

Одна обмотка (ее называют первичной) подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка, называемая вторичной, подключается к конечному потребителю тока.

Когда трансформатор подключен к источнику переменного тока, в витках его первичной обмотки течет переменный ток величиной I1. При этом образуется магнитный поток Ф, который пронизывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС.

Бывает, что вторичная обмотка не находится под нагрузкой. Такой режимы работы трансформатора называется режимом холостого хода. Соответственно, если вторичная обмотка подключена к какому-либо потребителю, по ней течет ток I2, возникающий под действием ЭДС.

Величина ЭДС, возникающей в обмотках, напрямую зависит от числа витков каждой обмотки. Отношение ЭДС, индуцированных в первичной и вторичной обмотках, называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков соответствующих обмоток.

Путем подбора числа витков на обмотках можно увеличивать или уменьшать напряжение на потребителе тока с вторичной обмотки.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором отсутствуют потери энергии. В таком трансформаторе энергия тока в первичной обмотке полностью преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а далее – в энергию вторичной обмотки.

Конечно, такого трансформатора не существует в природе. Тем не менее, в случае, когда теплопотерями можно пренебречь, в расчетах удобно пользоваться формулой для идеального трансформатора, согласно которой мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Потери энергии в трансформаторе

Коэффициент полезного действия трансформаторов достаточно высок. Тем не менее, в обмотке и сердечнике происходят потери энергии, приводящие к тому, что температура при работе трансформатора повышается. Для трансформаторов небольшой мощности это не представляет проблемы, и все тепло уходит в окружающую среду – используется естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.

В более мощных трансформаторах воздушного охлаждения оказывается недостаточно, и применяется охлаждение маслом. В этом случае трансформатор помещается в бак с минеральным маслом, через которое тепло передается стенкам бака и рассеивается в окружающую среду. В трансформаторах высоких мощностей дополнительно применяются выхлопные трубы – если масло закипает, образовавшимся газам нужен выход.

Конечно, трансформаторы не так просты, как может показаться на первый взгляд - ведь мы рассмотрели принцип действия трансформатора кратко. Контрольная по электротехнике с задачами на расчет трансформатора внезапно может стать настоящей проблемой. Специальный студенческий сервис всегда готов оказать помощь в решении любых проблем с учебой! Обращайтесь в Zaochnik и учитесь легко!

Как устроен и работает трансформатор, какие характеристики учитываются при эксплуатации

В энергетике, электронике и других отраслях прикладной электротехники большая роль отводится преобразованиям электромагнитной энергии из одного вида в другой. Этим вопросом занимаются многочисленные трансформаторные устройства, которые создаются под различные производственные задачи.

Одни из них, имеющие наиболее сложную конструкцию, выполняют трансформацию мощных потоков высоковольтной энергии, например. 500 или 750 киловольт в 330 и 110 кВ или в обратном направлении.

Другие работают в составе малогабаритных устройств бытовой техники, электронных приборов, системах автоматизации. Они также широко используются в различных блоках питания мобильных устройств.

Трансформаторы работают только в цепях переменного напряжения разной частоты и не предназначены для применения в схемах постоянного тока, в которых используются преобразователи других типов.

Трансформаторы делятся на две основные группы: однофазные, питающиеся от сети однофазного переменного тока, и трехфазные, питающиеся от сети трехфазного переменного тока.

Трансформаторы очень различны по своей конструкции. Основными элементами трансформатора являются: замкнутый стальной сердечник (магнитопровод), обмотки и детали, служащие для крепления магнитопровода и катушек с обмотками и установки трансформатора в выпрямительное устройство. Матнитопровод предназначен для создания замкнутого пути для магнитного потока.

Части магннтопровода, на которых размещены обмотки, называются стержнями, а части, на которых отсутствуют обмотки и которые служат для замыкания: магнитного потока в магнитопроводе — ярмом. Материалом для магнитопровода трансформатора служит листовая электротехническая сталь (трансформаторная сталь). Эта сталь бывает различных марок, толщины, горячей и холодной прокатки.

Общие принципы работы трансформаторов

Мы знаем, что электромагнитная энергия неразрывна. Но ее принято представлять двумя составляющими:

Так проще понимать происходящие явления, описывать процессы, делать расчеты, конструировать различные устройства и схемы. Целые разделы электротехники посвящены раздельным анализам работы электрических и магнитных цепей.

Электрический ток, как и магнитный поток, протекает только по замкнутой цепи, обладающей сопротивлением (электрическим или магнитным). Его создают внешние приложенные силы — источники напряжения соответствующих энергий.

Однако, при рассмотрении принципов работы трансформаторных устройств придётся одновременно исследовать оба этих фактора, учесть их комплексное воздействие на преобразование мощности.

Если мы на замкнутый железный сердечник намотаем не одну, а две катушки, то при подключении одной из них, которую мы при этом назовем первичной, к зажимам переменного тока, в другой, которую мы назовем вторичной, будет индуктироваться переменная э. д. с. того же числа периодов, какое имеет ток в первичной катушке. От вторичной катушки мы можем взять переменный ток, как от обычного источника переменного тока — генератора. Такой прибор называется трансформатором, так как с помощью его можно изменить величину напряжения переменного тока, прежде чем приложить его к данной цепи. В практике обе катушки первичная и вторичная, находятся на одной и той же стороне сердечника, одна вокруг другой.

Простейший трансформатор состоит из двух обмоток, выполненных намоткой витками изолированной проволоки, по которым протекает электрический ток и одной магистрали для магнитного потока. Ее принято называть сердечником или магнитопроводом.

К вводу одной обмотки приложено напряжение от источника электроэнергии U1, а с выводов второй оно, после преобразования в U2, подается на подключенную нагрузку R.

Под действием напряжения U1 в первой обмотке по замкнутой цепи протекает ток I1, величина которого зависит от полного сопротивления Z, состоящего из двух составляющих:

1. активного сопротивления проводов обмотки;

2. реактивной составляющей, обладающей индуктивным характером.

Величина индуктивного сопротивления оказывает большое влияние на работу трансформатора.

Протекающая по первичной обмотки электрическая энергия в виде тока I1 представляет собой часть электромагнитной, магнитное поле которой направлено перпендикулярно движению зарядов или расположению витков проволоки. В его плоскости размещен сердечник трансформатора — магнитопровод, по которому замыкается магнитный поток Ф.

Все это наглядно отражено на картинке и строго соблюдается при изготовлении. Сам магнитопровод тоже замкнут, хотя в отдельных целях, например, для снижения магнитного потока в нем могут делать зазоры, увеличивающие его магнитное сопротивление.

За счет протекания первичного тока по обмотке магнитная составляющая электромагнитного поля проникает в магнитопровод и циркулирует по нему, пересекая витки вторичной обмотки, которая замкнута на выходное сопротивление R.

Под действием магнитного потока во вторичной обмотке наводится электрический ток I2. На его величине сказывается значение приложенной напряженности магнитной составляющей и полной сопротивление цепи, включая подключенную нагрузку R.

При работе трансформатора внутри магнитопровода создается общий магнитный поток Ф и его составные части Ф1 и Ф2.

Как устроен и работает автотрансформатор

Среди трансформаторных устройств особой популярностью пользуются упрощенные конструкции, использующие в работе не две разные отдельно выполненные обмотки, а одну общую, разделенную на секции. Их называют автотрансформаторами.

Принцип работы такой схемы практически остался прежним: происходит преобразование входной электромагнитной энергии в выходную. По виткам обмотки W1 протекают первичные токи I1, а по W2 — вторичные I2. Магнитопровод обеспечивает путь движения для магнитного потока Ф.

У автотрансформатора имеется гальванически связь между входными и выходными цепями. Так как преобразованию подвергается не вся приложенная мощность источника, а только часть ее, то создается более высокий КПД, чем у обычного трансформатора.

Такие конструкции позволяют экономить на материалах: стали для магнитопровода, меди для обмоток. Они обладают меньшим весом и стоимостью. Поэтому их эффективно используют в системе энергетики от 110 кВ и выше.

Особых отличий в режимах работы трансформатора и автотрансформатора практически нет.

Рабочие режимы трансформатора

При эксплуатации любой трансформатор может находиться в одном из состояний:

выведен из работы;

Холостой ход трансформатора

Холостой ход — работа прибора, машины и т. п. без нагрузки, вхолостую. При холостом ходе приборы, машины не отдают мощности, но сами при этом обычно потребляют ту или иную мощность.

Например, трансформатор, работающий без нагрузки (с разомкнутой вторичной обмоткой), потребляет некоторый ток из сети (т. н. холостой ток трансформатора), и этот ток, текущий в первичной обмотке, связан с потреблением некоторой мощности из сети, которая идет на нагрев обмотки (а в случае наличия потерь в стали и на нагрев сердечника) трансформатора.

Режим вывода из работы

Для его создания достаточно снять питающее напряжение источника электроэнергии с первичной обмотки и этим исключить прохождение электрического тока по ней, что и делают всегда в обязательном порядке с подобными устройствами.

Однако на практике при работе со сложными трансформаторными конструкциями такая мера не обеспечивает полностью меры безопасности: на обмотках может оставаться напряжение и приносить вред оборудованию, подвергать опасности обслуживающий персонал за счет случайного воздействия разрядов тока.

Как это может произойти?

У малогабаритных трансформаторов, которые работают в качестве блока питания, как показано на верхней фотографии, постороннее напряжение никакого вреда не причинит. Ему там просто неоткуда взяться. А на энергетическом оборудовании его обязательно следует учитывать. Разберём две часто встречающиеся причины:

1. подключение постороннего источника электроэнергии;

2. действие наведенного напряжения.

Первый вариант

На сложных трансформаторах работает не одна, а несколько обмоток, которые используются в разных цепях. Со всех их необходимо отключать напряжение.

Кроме того, на подстанциях, эксплуатируемой в автоматическом режиме без постоянного оперативного персонала к шинам силовых трансформаторов подключают дополнительные трансформаторы, обеспечивающие собственные нужды подстанции электроэнергией 0,4 кВ. Они предназначены для питания защит, устройств автоматики, освещения, отопления и других целей.

Их так и называют — ТСН или трансформаторы собственных нужд. Если со входа силового трансформатора снято напряжение и его вторичные цепи разомкнуты, а на ТСН проводятся работы, то существует вероятность обратной трансформации, когда напряжение 220 вольт с низкой стороны проникнет на высокую по подключенным шинам питания. Поэтому их необходимо обязательно отключать.

Действие наведенного напряжения

Если около шин отключенного трансформатора проходит высоковольтная линия, находящаяся под напряжением, то токи, протекающие по ней, способны наводить напряжение на шинах. Необходимо применять меры для его снятия.

Номинальный режим работы

Это обычное состояние трансформатора во время его эксплуатации для которого он и создан. Токи в обмотках и приложенные к ним напряжения соответствуют расчетным значениям.

Трансформатор в режиме номинальной нагрузки потребляет и преобразует мощности, соответствующие проектным значениям в течение всего предусмотренного ему ресурса.

Режим холостого хода

Он создается в том случае, когда на трансформатор подано напряжение от источника питания, а на выводах выходной обмотки отключена нагрузка, то есть разомкнута цепь. Этим исключается протекание тока по вторичной обмотке.

Трансформатор в режиме холостого хода потребляет минимально возможную мощность, определяемую его конструкторскими особенностями.

Режим короткого замыкания

Так называют ситуацию, когда нагрузка, подключенная к трансформатору оказывается закороченной, наглухо зашунтированной цепочками с очень малыми электрическими сопротивлениями и на нее действует вся мощность питания источника напряжения.

В этом режиме протекание огромных токов КЗ ничем практически не ограничивается. Они обладают огромной тепловой энергией и способны сжечь провода или оборудование. Причем действуют до тех пор, пока схема питания через вторичную или первичную обмотку не выгорит, разорвавшись в наиболее слабом месте.

Это самый опасный режим, который способен возникнуть при работе трансформатора, причем, в любой, самый неожиданный момент времени. Его появление можно предвидеть, а развитие следует ограничивать. С этой целью используют защиты, которые отслеживают превышение допустимых токов на нагрузке и максимально быстро их отключают.

Режим перенапряжения

Обмотки трансформатора покрыты слоем изоляции, который создается для работы под определенным напряжением. При эксплуатации возможно его превышение по различным причинам, возникающим как внутри электрической системы, так и в результате воздействия атмосферных явлений.

В заводских условиях определяется величина допустимого превышения напряжения, которое может действовать на изоляцию до нескольких часов и кратковременных перенапряжений, создаваемых переходными процессами при коммутациях оборудования.

Для предотвращения их воздействия создают защиты от повышения напряжения, которые при возникновении аварийной ситуации отключают питание со схемы в автоматическом режиме или ограничивают импульсы разрядов.

Читайте также:

  
• Забастовка как способ разрешения коллективного трудового спора кратко
  
• Как выражается в данной главе авторское отношение к обломову сон обломова кратко
  
• Романовская школа почему так называется
  
• План 2 действия горе от ума кратко
  
• Что такое впк кратко