Трансформатором называют статическое 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.
Основными элементами любого трансформатора являются стальной магнитопровод 1 и обмотки 2 и 3 (рис. 7.1а). Магнитопровод служит для размещения на нем обмоток и усиления индуктивной связи между обмотками. Поскольку магнитная проницаемость магнитопровода в сотни раз превышает магнитную проницаемость воздуха, томагнитный поток, создаваемый токами в обмотках трансформатора, будет замыкаться в основном по магнитопроводу, что позволяет увеличить магнитный поток при прочих равных условиях и, следовательно, усилить индуктивную связь обмоток.
В зависимости от количества N обмоток трансформаторы бывают двухобмоточными (N = 2), трехобмоточными (N = 3) и многообмоточными (N > 3).
Первичной обмоткой трансформатора называют обмотку, к которой подводят электрическую энергию, а вторичной — обмотку, к которой подключают приемник электрической энергии. Величины, относящиеся к первичной или вторичной обмоткам, отмечают индексами 1 или 2 соответственно.
Обмотку, рассчитанную на более высокое напряжение, называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а рассчитанную на более низкое напряжение — обмоткой низшего напряжения (НН). Выводы обмотки ВН однофазного трансформатора обозначают прописными латинскими буквами А и X, а обмотки НН — строчными латинскими буквами а и х.
Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Так, если к первичной обмотке подвести переменное напряжение их, то в ней появится переменный ток i1. Ток i1 создает переменную магнитодвижущую силу (МДС) i1ω1, которая, в свою очередь, создает переменный магнитный поток Ф, замыкающийся в основном по стальному магнитопроводу. Этот магнитный поток называют основным магнитным потоком. Основной магнитный поток сцепляется со всеми витками как первичной, так и вторичной обмоток трансформатора и, согласно закону электромагнитной индукции, индуцирует в них переменные ЭДС е1 и е2 соответственно. Если теперь к зажимам вторичной обмотки подключить приемник электроэнергии, то под действием ЭДС е2 в приемнике возникнет переменный ток i2.
Магнитная система трехфазных трансформаторов имеет два конструктивных исполнения. На рис. 7.26а изображен трехфазный трансформатор, состоящий из трех однофазных. Такой трансформатор называют трехфазным групповым. Каждая из трех фаз имеет самостоятельный магнитопровод, поэтому электрл магнитные процессы в каждой фаз протекают самостоятельно и вся изложенная ранее теория и полученные уравнения напряяД ний, МДС и токов для однофаа. ного трансформатора справедли. вы и здесь (для каждой фазы в отдельности).
Трехстержневой трансфоматор (рис. 7.266) имеет связанную магнитную систему. Первичная и вторичные обмотки каждой фазы располагают на одном стержне. При симметричной трехфазной системе первичного напряжения система фазных магнитных потоков также симметрична (рис. 7.27). Следовательно, в любой момент времени направление фазных магнитных потоков в стержнях таково, что их сумма равна нулю.
Магнитная система трехстержневого трансформатора в пространственном отношении несимметрична. Магнитный поток фазы В, расположенной на среднем стержне, замыкается через два крайних стержня, т. е. по двум параллельным кратчайшим путям. Магнитный поток фазы А (или С), расположенной на крайнем стержне, замыкается также по двум параллельным путям (через средний и другой крайний стержни). Но путь замыкания через крайний стержень длиннее, чем через средний, я поэтому общее магнитное сопротивление для потока крайней фазы больше, чем для потока средней фазы. Поэтому для создания симметричной системы фазных потоков требуются разные МДС фаз I0ω1:для средней фазы, имеющей меньшее магнитное сопротивление, требуемая МДС меньшая, чем для крайних фаз. Следствием этого является несимметричная система токов холостого хода, при которой ток IОВменьше, чем токи IОА и IОС.