Трифазний трансформатор: будова, види, принцип роботи

Перетворення трифазної системи напруги можна реалізувати за допомогою трьох однофазних трансформаторів. Але при цьому буде використаний апарат значної ваги і значних розмірів. Трифазний трансформатор позбавлений цих недоліків, так як його обмотки розташовуються на стрижнях загального муздрамтеатру. Тому в мережах потужністю до 60 тис. КВА його застосування є оптимальним варіантом.

Призначення трифазного трансформатора

Головною функцією трансформаторів є передача електроенергії на великі дистанції. Електрична енергія змінного струму виробляється на електростанціях. При передачі електроенергії з'являються втрати на нагрівання проводів. Їх можна зменшити, знизивши силу струму. Для цього необхідно збільшити напругу таким чином, щоб його значення знаходилося в діапазоні від 6 до 500 кВ.

Кратність збільшення залежить від значення переданої потужності і відстані до кінцевого пункту. Потужність, яка при цьому передається, залежить від двох параметрів: напруги та сили струму. Головною характеристикою, що впливає на зміну втрат проводів, пов'язаних з нагріванням, є значення сили струму. Відповідно для того, щоб знизити втрати на нагрівання, необхідно зменшити силу струму. Зменшуючи струм, величину напруги відповідно потрібно збільшувати. Тоді значення потужності, яка передається, залишиться незмінним.

Після того як напруга буде доставлено споживачам, його слід знизити до необхідної величини. Відповідно, основним завданням трифазних трансформаторів є підвищення напруги перед передачею електроенергії і зниження після неї.

Визначення та види приладу

Трифазний трансформатор – це статичний апарат з трьома парами обмоток. Прилад призначений для перетворення напруги при передачі потужності на значні відстані.

Класифікація за кількістю фаз:

Однофазні трансформатори мають невелику потужність. Основними сферами його застосування є побут і проведення робіт спеціального призначення (зварювання, вимірювання, випробування).

Діапазон потужності трифазних трансформаторів варіюється в великих межах. Тому і область їх застосування досить різноманітна:

• для харчування струмоприймачів спеціального призначення;
• для приєднання вимірювальних приладів;
• для зміни значення напруги при випробуваннях;
• для збільшення або зменшення напруги при підключенні освітлення або силового навантаження.

Принцип дії

Основою трифазного трансформатора є магнітопровід і обмотки. У кожній фазі присутня своя підвищує і знижує обмотка. Так як фаз три, відповідно обмоток шість. Між собою вони не з'єднані.

Принцип роботи трифазного трансформатора, як і однофазного, базується на законі електромагнітної індукції. При підключенні до мережі первинної обмотки, в ній починає протікати змінний струм. Через нього в осерді магнітопроводу зі сталі з'являється основний магнітний потік, який охоплює обмотки в кожній фазі. В кожному витку з'являється однакова за значенням і величиною електрорушійна сила.

Якщо кількість витків вторинної обмотки менше, ніж число витків первинної, то на виході виявиться напруга меншого значення, ніж на вході і навпаки.

Той факт, що значення електрорушійної сили залежить лише від кількості витків певної обмотки, підтверджують формули:

E 1 = 4, 44f 1 Ф W 1

E 2 = 4, 44 f 1 Ф W 2

E 1, Е 2 – значення електрорушійної сили в первинній та вторинній обмотках відповідно, В;

f 1 – частота струму в мережі, Гц;

Ф – максимальне значення основного магнітного потоку, Вб;

W 1, W 2 – кількість витків в первинній та вторинній обмотках відповідно.

будова трансформатора

Основними частинами перетворювача напруги є:

• муздрамтеатр;
• обмотки високої та низької напруги;
• бак;
• вводи та висновки.

До додаткової апаратури відносяться:

• розширювальний бак;
• вихлопна труба;
• пробивний запобіжник;
• прилади для контролю і сигналізації.

Магнитопровод необхідний для кріплення всіх частин апарату. Він є своєрідним скелетом перетворювача напруги. Другий його завданням є створення напрямок руху для основного магнітного потоку. Залежно від особливостей кріплення обмоток до сердечника, муздрамтеатр трансформатора може бути трьох видів:

Для виготовлення обмоток трансформаторів невеликої потужності використовують провід з міді, що має прямокутне або круглий перетин.

Трансформаторне масло є дуже важливим елементом в апараті. У малопотужних трансформаторах (сухих) його не застосовують. При середньої і високої потужності його використання обов'язково. У трансформаторного масла дві основні задачі:

• охолодження обмоток, що нагріваються внаслідок протікання по ним струму;
• підвищення ізоляції.

Розширювальний бак встановлюють в трансформаторах з обмоткою високої напруги понад 6 кВ і потужністю апарату вище 75 кВА. Відбираючи теплоту у обмоток, трансформаторне масло поступово нагрівається і розширюється. Його надлишок потрапляє в розширювальний бак. Функцією розширювача є захист масла від окислення і зволоження.

У надпотужних трансформаторів трубопровід розширювача забезпечений газовим реле і краном, який від'єднує розширювач від бака в разі потреби.

Уведення і висновки потрібні для приєднання кінців обмоток до ліній електропередачі. Знаходяться вони на кришці бака. Являють собою скляний або фарфоровий ізолятор з струмопровідних мідним стрижнем всередині. До вводам прикріплюють первинну, а до висновків – вторинну обмотку.

На кришці бака розташований перемикач напруги (анцапфа). За допомогою цього пристрою можна змінювати число підключених витків обмоток одноразово по трьом фазам. Ця маніпуляція дозволяє підвищувати або знижувати вихідну напругу при необхідності.

Функція вихлопної труби полягає в запобіганні пошкодження бака при виникненні аварійних режимів. У разі пробою, короткого замикання, масло стрімко нагрівається, і з'являються гази. Завдяки наявності вихлопної труби, бак при значному тиску не розривається, а пошкоджується всього лише скляна мембрана в трубі. При цьому масло і гази потрапляють назовні.

Пробивний запобіжник встановлюють поруч з вводами і висновками. Його мета полягає в захисті низьковольтних мереж від появи в них високої напруги.

Термометричний сигналізатор необхідний для контролю над рівнем температури трансформаторного масла, а також для подачі сигналу при перегріванні.

Схеми і групи з'єднання обмоток

У трифазних трансформаторах необхідно з'єднувати між собою первинні обмотки по фазах і вторинні. Існує три схеми з'єднання:

При з'єднанні обмоток зіркою напруга лінійне – між началами фаз – буде в 1,73 рази більше, ніж фазна (між початком і кінцем фази). При з'єднанні обмоток трансформатора трикутником фазное і лінійне напруги будуть однакові.

З'єднувати обмотки зіркою вигідніше при високій напрузі, а трикутником – при значних токах. З'єднання обмоток зигзагом дає можливість згладити асиметрію намагнічують струмів. Але недоліком такого способу з'єднання є підвищена витрата обмоточного матеріалу.

Група з'єднання обмоток показує відставання вектора електрорушійної сили понижувальної обмотки від вектора е. д. з. підвищувальної обмотки. Позначають групу з'єднання рядом чисел від 0 до 11.

Втрати і коефіцієнт корисної дії

Трансформатор – вид електричної машини з мінімальною кількістю втрат.Їх число мізерно мало і складає 1-2%.

Електричні втрати йдуть на нагрівання обмоток апарату і коливаються прямо пропорційно зміні навантаження. Магнітні втрати з'являються через перемагнічування сердечника магнітопроводу і залежать лише від значення напруги, яка підводиться до первинної обмотці. Тому підключення трансформатора на підвищену напругу призводить до збільшення магнітних втрат.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) електричної машини являє собою відношення корисної потужності на виході електричної машини до підводиться на вході. ККД трансформатора приймає максимальне значення при завантаженні апарату на 45-65%.

Трансформатори спеціального призначення

Перетворювачі напруги, які не призначені для харчування освітлювальної та силового навантаження, відносяться до спеціальних трансформаторів. Вони бувають декількох видів: вимірювальні, зварювальні, автотрансформатори.

Вимірювальні перетворювачі напруги

Вимірювальні трансформатори застосовуються для включення приладів вимірювання в ланцюзі високої напруги. Їх використання дозволяє:

• розширити межі вимірювання установок змінного струму;
• збільшити захист осіб, які обслуговують апарати;
• застосовувати для вимірювання прилади невеликого розміру і ваги.

Поділяються на трансформатори струму і трансформатори напруги.

Первинна обмотка вимірювальних трансформаторів підключається до мережі, а до вторинної приєднуються прилади вимірювання.

зварювальне обладнання

Зварювальні трансформатори знижують напругу мережі (220 В або 380 В) до необхідного 60-70 В. Невисока напруга при зварюванні забезпечує безпеку осіб, що проводять зварювання. Зниження значення напруги менше 60 В неприпустимо з огляду на те, що дуга може просто не запалитися.

Зварювальні трансформатори не бояться коротких замикань, так як при цьому режимі роботи сила струму тривалий час утримується в межах допустимих значень.

Автотрансформатор з плавним регулюванням напруги

У машинних залах для запуску двигунів великої потужності, а також в лабораторіях при проведенні різного роду випробувань використовуються автотрансформатори.

Основна відмінна риса автотрансформаторів – наявність електричного з'єднання між первинною і вторинною обмотками. У понижуючих автотрансформаторах цей факт є недоліком, так як при недостатньому дотриманні техніки безпеки, при аварійному режимі, поломки приладу, життя і здоров'я обслуговуючого персоналу може виявитися під загрозою.

паралельна робота

Для надійної роботи великої кількості струмоприймачів недостатньо одного силового трансформатора. Тому на підстанціях в роботу підключено кілька перетворювачів напруги. Приєднання трансформаторів до групи одних і тих же споживачів, називається паралельною роботою. Включати будь-які перетворювачі напруги на паралельну роботу не можна. Необхідно, щоб виконувалися деякі особливі вимоги.

Винахід трансформатора дало шанс змінному струмі міцно увійти в розвиток промисловості і зайняти своє місце в побуті і сільському господарстві.