Электротехнический-портал.рф

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством элек­тромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. При помощи трансформаторов повышают или понижают напряжение, изменяют число фаз, и в некоторых случаях преобразуют частоту переменного тока. Трансформаторы широко используют для сле­дующих целей.

1. Для передачи и распределения электрической энергии. Обычно на электростанциях генераторы переменного тока выра­батывают электрическую энергию при напряжении 6—24 кВ, пе­редавать же электроэнергию на дальние расстояния выгодно при зна­чительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500 и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения.

Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населенными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий произво­дится по воздушным и кабельным линиям при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6кВ. Следовательно, во всех узлах распредели­тельных сетей должны быть установлены трансформаторы, понижа­ющие напряжение. Понижающие трансформаторы также надо уста­навливать в пунктах потребления электроэнергии, так как большинство электрических потребителей переменного тока работает при напряжениях 220, 380 и 660 В.

Таким образом, электрическая энергия при передаче от электри­ческих станций к потребителям подвергается в трансформаторах многократному преобразованию (3—5 раз).

Трансформаторы, служащие для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и электропотребителей, называют силовыми трансформаторами. Для режима их работы характерны частота переменного тока 50 Гц и очень малые отклонения первич­ного и вторичного напряжений от номинальных значений. Силовые трансформаторы имеют мощность до 1000 000кВ-А и напряжение до 1150кВ. Они могут быть одно- и трехфазными, двух- и трех-обмоточными.

Трансформаторы, применяемые для получения стандартного выходного напряжения, называют преобра­зовательными. Их мощность составляет сотни тысяч киловольт-ам­пер, напряжение до 110кВ, работают они при частоте 50 Гц и более. Рассматриваемые трансформаторы выполняют одно-, трех- и много­фазными с регулированием выходного напряжения в широких пределах и без него. А так же трансформаторы применяют:

2. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических устано­вок (электропечные трансформаторы) и др. Мощность их достигает десятков тысяч киловольт-ампер при напряжении до 10 кВ, рабо­тают они обычно при частоте 50 Гц.

3. Для питания различных цепей радиоаппаратуры и телевизионной аппаратуры, устройств связи, автоматики и теле­механики, электробытовых приборов; для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств; для согласования напряжений и пр.

4. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят боль­шие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности.

Обмотки. В современных трансформаторах первичную и вторич­ную обмотки не размещают на различных стержнях магнитопро­вода, а стремятся расположить для лучшей магнитной связи как можно ближе друг к другу. При этом на каждом стержне магнитопровода размещают обе обмотки: либо концентрически одну поверх другой, либо в виде нескольких дис­ковых катушек, чередующихся по высоте стержня. В первом слу­чае обмотки называют концентрическими, во втором — чередующи­мися. В силовых трансформаторах обычно применяют концентри­ческие обмотки, причем ближе к стержням располагают обмотку низшего напряжения, требующую меньшей изоляции относительно остова трансформатора, а снаружи — обмотку высшего напряжения (рис. 1 а).

В некоторых случаях для уменьшения индуктивного сопротив­ления рассеяния обмоток применяют двойные концентриче­ские (расщепленные) обмотки (рис. 1 б), в которых обмотку низшего напряжения делят на две части с одинаковым числом витков. Аналогично может быть выполнена обмотка высшего напря­жения. При чередующихся обмотках (рис.1 в) вся обмотка подразделяется на симметричные группы, состоящие из одной или нескольких катушек высшего напряжения и расположенных по обе стороны.

Рис. 1. Обмотки трансформаторов:

а—концентрическая   простая, б —концентрическая двойная, в —чередующаяся;   1 — стержень, 2 — обмотка высшего напряжения, 3 — обмотка низшего   напряжения, 4 и 5 — группы череду­ющихся обмоток

Способы охлаждения. Конструктивное выполнение трансформа­тора определяется в значительной мере способом его охлаждения, который зависит от величины номинальной мощности. При увели­чении мощности трансформатора необходимо увеличивать и интен­сивность его охлаждения.

В зависимости от способа охлаждения силовые трансформа­торы и трансформаторы, предназначенные для преобразовательных устройств, подразделяют на сухие, масляные и с запол­нением негорючим  жидким, диэлектриком. В таблице 1 приведены виды охлаждения трансформаторов.

Таблица 1

При естественном воздушном охлаждении магнитопровод, обмот­ки и другие части трансформатора имеют непосредственное сопри­косновение с окружающим воздухом, поэтому их охлаждение происходит путем излучения и естественной конвекции воздуха. Сухие трансформаторы устанавливают внутри помещений (в зданиях, производственных   цехах  и  пр.),   при  этом  главным требованием является обеспечение пожарной безопасности. В эксплуатации они удобнее масляных, так как исключают необходимость периодиче­ской очистки и смены масла. Следует, однако, отметить, что воздух обладает меньшей электрической прочностью, чем трансформаторное масло, поэтому в сухих трансформаторах все изоляционные про­межутки и вентиляционные каналы делают большими, чем в масляных. Из-за меньшей теплопроводности воздуха по сравнению с маслом электромагнитные нагрузки активных материалов в сухих трансфор­маторах приходится брать меньшими, чем в масляных, что приводит к увеличению сечения проводов обмотки и магнитопровода. Как следствие этого, масса и габаритные размеры активных материалов у сухих трансформаторов больше, чем у масляных.

Трансформаторы с охлаждением типа СЗ за­крывают защитным кожухом с отверстиями, а типа СГ — гермети­ческим кожухом. В трансформаторах с охлаждением типа СД осу­ществляют обдув обмоток и магнитопровода потоком воздуха от вентилятора.

Трансформаторы малой мощности выполняют, как правило, с охлаждением типа С. В некоторых случаях их помещают в корпус,  залитый термореактивными компаундами на основе эпоксидных смол или других подобных материалов. Такие компаунды обладают высокими электроизоляционными и влагозащитными свойствами. Пос­ле затвердевания они не расплавляются при повышенных температу­рах и обеспечивают надежную защиту трансформатора от механи­ческих и атмосферных воздействий.

В трансформаторах с естественным масляным охлаждением магнитопровод   с  обмотками   целиком  погружают  в  бак,   наполненный тщательно очищенным минеральным (трансформаторным) маслом. Трансформаторное масло обладает более высокой тепло­проводностью, чем воздух, и хорошо отводит тепло от обмоток и магнитопровода трансформатора к стенкам бака, имеющего боль­шую площадь охлаждения, чем сам трансформатор. Погружение трансформатора в бак со специальным маслом обеспечивает также повышение электрической прочности изоляции его обмоток и пре­дотвращает ее увлажнение и потерю изоляционных свойств под влиянием атмосферных воздействий.