Принцип дії трансформаторів і їх призначення

Трансформаторні установки – перетворювачі електричної енергії. Вони застосовуються в більшості електричних приладів, в електромережах, пристроях автоматики, побутових приладах і комунікаційних апаратах. Принцип дії трансформаторів спирається на закон електромагнітної індукції Фарадея.

пристрій трансформатора

Конструктивно трансформатор складається з однієї або декількох ізольованих обмоток, які намотані на феромагнітний сердечник. У найпростішій схемі це первинна і вторинна обмотки. На первинну подається напруга, з вторинною знімається. Під впливом змінного струму, який подається на первинну обмотку, в муздрамтеатрі утворюється синусоїдальний магнітний потік Ф. Пронизуючи обмотки, він індукує в первинній обмотці електрорушійну силу самоіндукції (ЕРС), а у вторинній – ЕРС індукції.

Обидві ці електрорушійні сили індукуються магнітним потоком Ф, отже, ЕРС (E) однакова в кожному витку. Витки з'єднані послідовно, тому ЕРС первинної обмотки буде E1 = E · w1. Для вторинної це співвідношення: E2 = E · w2, де w1, w2 – число витків.

При розімкнутої вторинної обмотці струм в ній не тече, і напруга на кінцях дорівнює ЕРС, U2 = E2. При невеликому струмі в первинній обмотці втрати будуть незначні і U1 ≈ E1. Замінимо E1 і E2, і тоді відношення напруг виразиться деякої постійної K, званої коефіцієнтом трансформації, U1 / U2 = E1 / E2 = w1 / w2 = K.

види перетворювачів

Призначення і принцип дії трансформатора полягають в можливості підвищувати і знижувати напругу, змінювати число фаз, перетворювати частоту. Залежно від виконуваних функцій трансформатори поділяються на такі види:

• Силові трансформаторні установки. Генератори на електростанціях виробляють енергію високої напруги 6-24 кВ. Щоб уникнути великих втрат в лініях електропередач, потрібно підвищувати напругу до 750 кВ. Для розподілу енергії між кінцевими споживачами доводиться знижувати напругу до 380 В. Силові трансформатори виконують ці завдання перетворення напруг.
• Трансформаторні установки струму. Застосовуються для вимірювань в електричних ланцюгах. Первинну обмотку підключають в ланцюг, струм в якій потрібно виміряти, а вторинна служить для підключення вимірювальних приладів. У вторинній обмотці тече струм, пропорційний струму первинної.
• Трансформаторні установки напруги. Перетворять високу напругу в низьке.

Зварювальні трансформаторні установки. Застосовуються в зварювальних агрегатах. Перетворюють висока напруга в низьке, при цьому струм підвищується до тисяч ампер.

• Автотрансформатори. Обидві обмотки з'єднані, є і магнітна, і електричний зв'язок.
• Імпульсні трансформаторні установки. Служать для перетворення імпульсних сигналів.

За кількістю обмоток розрізняють:

• Двохобмотувальні установки.
• Трьохобмотувальні установки.
• Багатофазні трансформаторні установки.

По конструкції трансформатори бувають сухі і масляні. При роботі трансформаторних установок виникають теплові втрати. Для малопотужних агрегатів вони невеликі, там застосовується повітряне охолодження. Це сухі трансформатори. Масляні трансформатори більш потужні і потребують охолодження рідиною. Для цього їх поміщають в баки з трансформаторним маслом, що сприяє більш повному охолодженню і покращує ізоляцію. Масляні агрегати призначаються для роботи при напрузі вище 6 тис. В.

Режими роботи трансформаторних пристроїв

Всі пристрої можуть працювати в режимах холостого ходу, Під навантаженням і короткого замикання. Холостий хід – це умови роботи, при яких відсутнє навантаження, вторинна обмотка розімкнути. При цьому режимі розраховуються:

• Коефіцієнти трансформації.
• Опір гілки намагнічування. Для цього у вторинну обмотку включається вольтметр. Опір повинен бути таким, щоб величина струму була мінімальна.
• Коефіцієнт потужності.
• Коротке замикання – умови роботи, при яких кінці вторинної обмотки з'єднуються. При роботі агрегату коротке замикання – це аварійний режим. Первинний і вторинний струми зростають в десятки разів. Для запобігання аварії включаються механізми захисту.

В умовах випробувань визначається напруга короткого замикання. Це паспортна характеристика агрегату. Для визначення характеристики з'єднують кінці вторинної обмотки, а напруга на первинній знижується до такого, при якому струм не перевищує номінальних значень.

При таких випробуваннях разом з випробуваннями на холостому ходу визначається коефіцієнт корисної дії установок.

Критерії вибору обладнання

При придбанні трансформаторного обладнання необхідно розглядати його основні параметри:

• Напруга.
• Коефіцієнт трансформації.
• Кутова похибка для трансформаторів струму.

Враховуються також умови експлуатації. Дуже важливі для вибору область застосування, навантаження і напруги короткого замикання. Особливо потрібно правильно експлуатувати установки. Існують нормативи з пуску, налагодження і використання агрегатів. Головним моментом є обслуговування установок, при якому слід перевіряти опір на обмотках і струм.

Періодично слід перевіряти рівень масла і чистоту ізоляції. При виконанні всіх вимог регламенту по встановленню та обслуговуванню агрегатів буде забезпечена безпека експлуатації і гарантійний термін служби пристроїв.