Общие сведения о трансформаторах

Трансформатором называется электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования (трансформации) одного напряжения в другое напряжение той же частоты. Трансформаторы используют для получения различных уровней напряжения на производстве и в быту, а также в системах передачи и распределения электроэнергии. Их применение обеспечивает экономичную передачу электроэнергии к потребителям. Передача электроэнергии ведется при повышенном напряжении, что позволяет уменьшить сечение проводов линий электропередач и потери мощности в них.

Трансформатор содержит две обмотки, или большее количество, и магнитопровод (Рис. 3.7). Обмотка, подключенная к источнику, называется первичной. Обмотка, к которой подключается нагрузка (на рис 3.7 сопротивление Z_H), является вторичной. Магнитопровод необходим в трансформаторе для усиления электромагнитной связи между обмотками. Для уменьшения вихревых токов в магнитопроводе и снижения потерь энергии на его нагрев, магнитопровод набирают из тонких листов электротехнической стали.

Рис. 3.7 – Трансформатор

Существуют однофазные и трехфазные трансформаторы. Однофазные (Рис. 3.7) используются в однофазных сетях переменного тока. Трехфазные трансформаторы (Рис. 3.8) предназначены для работы в трехфазных сетях. Они содержат, как минимум, три пары обмоток, из которых три первичные и три вторичные. Для первичных обмоток используют обозначения в виде заглавных букв, как показано на рисунке 3.8. Вторичные обмотки обозначают прописными буквами.

Трансформаторы могут быть повышающими и понижа-ющими. У понижающего трансформатора число витков первичной обмотки больше, чем вторичной, и напряжение первичной обмотки больше, чем вторичной, то есть w₁>w₂ и U₁>U₂. Если w₂>w₁ и U₂>U₁, то такой трансформатор будет повышающим.

Все трансформаторы, за счет отсутствия электрической связи между первичной и вторичной обмотками, не имеют электрического контакта вторичной обмотки с питающей сетью.

Рис. 3.8 – Трехфазный трансформатор

По назначению трансформаторы делятся на: силовые, измерительные, специальные и автотрансформаторы.

Условные графические изображения трансформаторов показаны на рис. 3.9.

Силовые трансформаторы используются в составе электрических сетей при передаче электроэнергии на расстояние и при ее распределении между потребителями, а также в блоках питания различных промышленных и бытовых устройств. Трансформатор называют силовым, если он служит непосредственно для питания приёмников электрической энергии (нагрузки) или для передачи электрической энергии на большие расстояния. Так, электрическую энергию с полной мощностью S = U I от источника к потребителю можно передать при различных значениях напряжения и тока.

Рис.3.9 – Условные графические изображения трансформаторов: а) – однофазного; б) трехфазного; в) автотрансформатора

Чем выше напряжение, тем меньше ток в линии электропередачи (ЛП), тем меньше потери в линии . Кроме того, величина тока определяет сечение проводов ЛП, и чем меньше ток, тем меньшее можно выбрать сечение провода, что существенно может снизить вес проводов. Однако при передаче электроэнергии высоким напряжением требуется высокопрочная изоляция и связанные с этим дополнительные затраты на изготовление высоких опор ЛП, использование гирлянд изоляторов и др. Экономически целесообразно передавать большие мощности на большие расстояния высоким напряжением.

Стандартные значения напряжений ЛП (10, 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ) создаются повышающими силовыми трансформаторами. Потребители электроэнергии однофазного и трехфазного тока имеют следующую шкалу номинальных напряжений: 12, 24, 36, 127, 220, 380 В. Для получения этих напряжений используются понижающие силовые трансформаторы.

Измерительные трансформаторы используются для расширения пределов измерения электроизмерительных приборов и для электрического разделения цепи высшего напряжения от цепи низшего напряжения, где находятся приборы и аппараты управления, защиты. Этим самым обеспечивается безопасность обслуживающего персонала. Бывают измерительные трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

Специальные трансформаторы (разделительные, сварочные, вращающиеся и др.) предназначены для выполнения конкретных функций.

Сварочные трансформаторы выполняются понижающими, они могут быть однофазными и трехфазными. Конструктивные особенности таких трансформаторов зависят от вида сварки (дуговая, точечная, шовная и так далее). Они могут иметь повышенный магнитный поток рассеяния.

Разделительные трансформаторы могут иметь первичную и вторичную обмотки с одинаковым числом витков, то есть не преобразуют одно напряжения в другое. Их функция - обеспечить более безопасное питание потребителей от вторичной обмотки, которая электрически изолирована от сети.

В устройствах автоматики трансформаторы могут использоваться для преобразования формы переменного напряжения (импульсные трансформаторы).

Автотрансформаторы, в отличие от обычных трансформаторов, имеют одну обмотку (Рис.3.9, в). В автотрансформаторе питающая сеть электрически связана с сетью потребителя. Для безопасной эксплуатации устройств, питаемых от автотрансформатора, это обстоятельство необходимо всегда учитывать.