В основе работы трансформаторов находится явление электромагнитной индукции. При различной конструкции принцип действия трансформаторов одинаков. Рабочий процесс однофазного трансформатора практически такой же, как и в одной фазе трехфазного. Поэтому принципиальную схему, а затем режим рассмотрим на примере силового двухобмоточного однофазного трансформатора.
а) б)
Рис. 19.1
Схема устройства однофазного двухобмоточного трансформатора и его электрическая схема показаны на рис. 20.1, а, б. На схеме представлены только основные части: ферромагнитный сердечник (магнитопровод), две обмотки на сердечнике. Первичную обмотку включают в сеть с переменным напряжением, и величины относящиеся к ней— число витков N1, напряжение U1 и ток I1 — называют первичными.
Ко вторичной обмотке, (N2, U2, I2), присоединяют приемник электроэнергии Zн
Намагничивающая сила первичной обмотки F1 = I1N1 создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф, который сцеплен с обеими обмотками и индуктирует в них э.д.с:
|
|
Е1 =4.44Фмf N1, Е2 =4.44Фм f N2
Фm — амплитуда магнитного потока. f – частота переменного тока.
Т. о. соотношение между ЭДС первичной и вторичной обмоток зависит от соотношения количества витков обмоток. Отношение
K = E1 / E2 = N1 / N2
называется коэффициентом трансформации.
Передача энергии в самом трансформаторе происходит посредством магнитного потока, связывающего первичную и вторичную обмотки.
Полную мощность однофазного трансформатора, как и во всех электрических цепях, определяют произведением действующих значений напряжения и тока, на входе - S1 = U1 I1,на выходе - S2 = U2 I2.
Потери энергии в трансформаторе невелики (не более 4 %), поэтому S1≈ S2, т. е. справедливо приближенное равенство U1 I1 ≈ U2 I2, из которого следует, что ток трансформатора больше на стороне с меньшим напряжением, и наоборот.
На каждом трансформаторе имеется щиток, где заводом-изготовителем указаны номинальные значении данного трансформатора: мощность, напряжения, токи, частота и др. Номинальные значения характеризуют работу трансформатора в условиях, на которые он рассчитан для нормальной pаботы.
20.Охлаждение трансформаторов.
Потери энергии в сердечнике и обмотках трансформатора являются причиной выделения теплоты, одна часть которой нагревает трансформатор, а другая передается в окружающую среду. Теплоотдача увеличивается с ростом нагрева и при некоторой температуре устанавливается тепловое равновесие: вся выделенная в трансформаторе теплота рассеивается в окружающей среде. Установившаяся температура не должна превышать допустимые пределы, в противном случае надежность и срок работы трансформатора значительно уменьшаются из-за резкого ухудшения электрических и механических свойств электроизоляционных материалов. Теплоотдача трансформаторов малой мощности во многих случаях достаточна для того, чтобы температура не Рис. 20.1 превышала допустимую, и тогда их выполняют «сухими», т. е. с естественным воздушным охлаждением.Большинство же трансформаторов имеют масляное охлаждение, для чего магнитопровод и обмотки помещены в баке с трансформаторным маслом, которое (Рис.20.1) усиливает электрическую изоляцию обмоток от магнитопровода и одновременно служит для их охлаждения.
|
|
Масло принимает теплоту от магнитопровода и обмоток, предает ее стенкам бака, а от стенок бака теплота рассеивается в окружающем воздухе. Слои масла, соприкасающиеся с источниками теплоты, нагреваются больше, чем наружные, поэтому устанавливается циркуляция масла в баке, что способствует лучшему охлаждению магнитопровода и обмоток.
Бак с гладкими стенками обеспечивает достаточное охлаждение в трансформаторах мощностью до 20—30 кВА, при большей мощности приходится применять баки гофрированные, трубчатые, с радиаторами. В еще более мощных трансформаторах делают принудительную циркуляцию и охлаждение масла.
При нагревании масло расширяется, поэтому предусматривают резервный объем. Трансформаторы мощностью более 50 кВА и при напряжении выше 6 кВ снабжают расширителем 2, который представляет собой сосуд цилиндрической формы, установленный на крышке бака и сообщающийся с ним.
В случае значительной перегрузки трансформатора или при коротких замыканиях в обмотках температура масла повышается сверх допустимых пределов и масло разлагается с выделением газов. Во избежание повреждения бака трансформаторы мощностью 1000 кВА снабжены выхлопной трубой, наружный конец которой закрыт стеклянной мембраной. При опасном повышении давления в баке газы выдавливают мембрану и выходят из бака.
На случай аварийной ситуации, которая сопровождается обильным выделением газов, трансформаторы средней и большой мощностей имеют защиту, чувствительным органом которой является газовое реле, установленное в трубе, соединяющей бак с расширителем. При срабатывании газового реле подается предупредительный сигнал, а в случае особо интенсивного газовыделения трансформатор выключается.