Принцип действия трансформатора

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.