Принцип действия трансформатора, устройство, основные показатели

Трансформатор - электромагнитное статическое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения посредством электромагнитной индукции. Состоит из замкнутого сердечника и двух более обмоток. Сердечник служит для усиления магнитной связи между обмотками. Обмотка, подключаемая к сети, называется первичной, к загрузке – вторичной. Обмотки высшего и низшего напряжения. Мощность всех трансформаторов в 7-8 раз превышает мощность генераторов электростанций.

Бывают: повышающие и понижающие трансформаторы; однофазные, трехфазные, многофазные; приборные трансформаторы малой мощности; специальные трансформаторы: сварочные, для электродуговых печей, измерительные и т.п.; мощность от нескольких кВА до сотен MBА.

Принцип действия трансформатора основан на явлении взаимной электромагнитной индукции. Электромагнитный ток первичной обмотки создаст переменный магнитный поток Ф, который сцеплен с обоими обмотками. При изменении магнитный поток индуцирует в обоих обмотках ЭДС. Величина ЭДС зависит от числа витков, частоты и магнитного потока:

ЭДС первичной обмотки и полностью уравновешивает приложенное напряжение.

При подключении нагрузки во вторичной обмотке течет ток I₂, на выводах устанавливается напряжение U₂. При этом и . Таким образом, в трансформаторе происходит изменение параметров энергии. Подведенная от сети к первичной обмотке электрическая энергия напряжением U₁ и током I₁ посредством магнитного поля передается во вторичную обмотку напряжением U₂ и током I₂. При этом выполняется равенство:

Конструкция. Основные узы трансформатора: магнитопровод и обмотки.

В зависимости от магнитного провода и расположения обмоток:

– стержневой, – броневой.

В магнитопроводе различают стержни и ярма: стержни – это та часть магнито-провода, на которой располагаются обмотки, ярмо – часть, не несущая обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи. В стержневых магнитопроводах ярма прилегаю к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей. В броневых магнитороводах ярма охватывают не только торцевые, но и боковые поверхности обмоток.

– однофазный, – трехфазный.

Расширитель представляет собой цилиндрический резервуар, располагаемый выше крышки бака масляного трансформатора и соединяемый с баком трубкой и патрубком на крышке: объем расширителя ≈ 10% от объема бака поэтому при любых температурах масло полностью заполняет бак, открытая поверхность масла соприкасающаяся с воздухом уменьшается и в следствии этого уменьшается его окисление и увлажнение – этим достигается защита масла и изоляция трансформатора. Между расширителем и баком (Р>1000 кВ-А) устанавливают газовое реле – для определение повреждений приводящих к нагреву отдельных частей – что сказывается на разложении масла и изоляции.

Выхлопная труба представляет собой стальной, обычно наклонный полый цилиндр d>150 мм, прилепляется к крышке, сверху закрывается стеклянной мембраной и предназначение для предохранения бака от деформаций в следствии резкого повышения давления из-за интенсивного образования газов (короткое замыкание).

Вводы представляют собой изоляторы, внутри которых располагаются токоведущие медные стержни. Внутри бака к стержню подсоединены концы обмотки трансформатора, а вне бака – токоведущие части сети. Контроль температуры масла в верхней части бака производится с помощью термометров различного типа (стеклянные, ртутные, дистанционные манометрические, термоэлектрические) (t_{mах масла} 95 °С).

Энергетическая диаграмма трансформаторов

Энергетическая диаграмма активной мощности в т-ре

Часть активной мощности расходуется на потери в меди первичной и вторичной обмотках – электрические потери. Обмотки т-ров выполняются из меди и алюминия, но принято говорить «потери в меди». Кроме потерь в меди, есть потери в стали. Они могут определяться через и активную составляющую тока ХХ I_0a.

;

---- Энергетическая диаграмма реактивной мощности в т-ре.