ТЕМА 17
Трансформатор — електричний апарат, призначений для перетворення змінного струму однієї напруги у змінний струм іншої напруги при незмінній частоті.
Однофазний трансформатор складається з осердя, виготовленого з листів електротехнічної сталі товщиною 0,35— 0,5 мм, ізольованих між собою, і двох обмоток. Обмотка вищої напруги має більше витків меншого поперечного перерізу проводу, а обмотка вищої напруги, навпаки, має менше витків, але проводу з більшою площею поперечного перерізу. Обмотки виготовлені з ізольованого проводу та ізольовані від осердя і одна від одної. Обмотка, яка вмикається в мережу, називається первинною, а обмотка, до якої вмикають споживачів, — вторинною.
Принцип роботи понижуючого трансформатора такий. Якщо до первинної обмотки підвести змінну напругу U1 , то по ній потече змінний струм L1 та виникне змінний магнітний потік Ф. Цей магнітний потік, перетинаючи вторинну обмотку, буде індукувати в ній е. р.с. Е2, яка у стільки разів менша за Е1 , у скільки разів число витків вторинної обмотки ω2, менше за число витків первинної обмотки ω1 .
Магнітний потік Ф, перетинаючи первинну обмотку індукує в ній також е. р. с., яка приблизно дорівнюватиме U1 (трохи менша).
Відношення напруг первинної і вторинної обмоток дорівнює відношенню числа витків первинної до числа витків вторинної обмотки або відношенню струму у вторинній обмотці до струму в первинній. Це відношення називається коефіцієнтом трансформації трансформатора.
Подивись відео
Трансформатор може працювати у трьох режимах роботи:
1) робочий режим;
2) режим холостого ходу;
3) режим короткого замикання.
Трансформатор працює в робочому режимі (основний режим), якщо його первинна обмотка ввімкнена в мережу, а до вторинної ввімкнений споживач ZH
Як видно із зовнішньої характеристики трансформатора, із збільшенням навантаження напруга U2 на вторинній обмотці падає. Якщо навантаження має індуктивний характер, то спад напруги більший порівняно із активним навантаженням.
Для регулювання напруги вторинної обмотки змінюють число витків первинної обмотки спеціальним перемикачем.
У трансформаторі бувають електричні втрати ∆Рел, які йдуть на нагрівання обмоток трансформатора, і магнітні ∆Рм на утворення вихрових струмів в осерді і розсіюванні магнітного потоку.
Коефіцієнт корисної дії трансформаторів дуже високий і дорівнює відношенню корисної енергії, яку віддає трансформатор Р2, до енергії, яка підводиться до трансформатора Р1.
Трансформатор працює в режимі холостого ходу, якщо первинна його обмотка ввімкнена в мережу, а вторинна розімкнена. У цьому режимі струм, який протікає по первинній обмотці, становить 3—10 % номінального. При холостому ході коефіцієнт потужності трансформатора дуже низький і дорівнює 0,2—0,3. Приблизно можна вважати, що потужність Wхх яку споживає з мережі трансформатор в режимі холостого ходу, йде на покриття магнітних втрат ∆РМ.
Трансформатор працює в режимі короткого замикання, коли первинна його обмотка ввімкнена в мережу, а вторинна закорочена. Це аварійний режим, тому що струм в обмотках трансформатора зростає в 30—45 разів, і обмотки перегорають, якшо відсутній захист трансформатора від короткого замикання.
Подивись відео
Трифазний трансформатор складається з магнітопроводу, виготовленого з листів електротехнічної сталі, трьох обмоток вищої напруги з виводами АХ, ВY, СZ і трьох обмоток нижчої напруги з виводами ах, by, сz. Принцип роботи трифазного трансформатора аналогічний однофазному.
Обмотки трифазного трансформатора з'єднують Y/Y, Y/Y, Y/∆. У чисельнику зазначені з'єднання обмоток вищої напруги, у знаменнику — нижчої.
Група з'єднання (від першої до дванадцятої) обмоток трансформатора показує зсування фаз між високою і низькою лінійними напругами. Паралельне вмикання трансформаторів застосовують при змінному графіку навантаження підстанції. При найменшому навантаженні працює тільки один трансформатор, а при збільшенні навантаження вмикають усі інші трансформатори. Це значно зменшує витрати енергії і підвищує ККД підстанції.
Для нормальної паралельної роботи трансформаторів слід дотримувати таких вимог. Мають бути однаковими: номінальні первинні та вторинні напруги, напруги короткого замикання, групи та схеми з'єднань. Необхідно забезпечити правильне чергування фаз паралельно ввімкнених трансформаторів.
Подивись відео
Автотрансформатор — це такий трансформатор, у якого обмотка нижчої напруги становить частину обмотки вишої напруги.
Електрична енергія в автотрансформаторах передається не тільки електромагнітним способом, але й за рахунок безпосереднього з'єднання обмоток.
Коефіцієнт трансформації автотрансформатора визначається так само, як і трансформатора. Автотрансформатор при коефіцієнті трансформації від 1,25 до 2 має переваги порівняно із трансформатором:
менше витрачається міді на виготовлення обмоток;
менше витрачається сталі на виготовлення магнітопроводу;
можна плавно регулювати напругу, змінюючи число витків вторинної обмотки.
Недоліком автотрансформаторів є наявність електричного з'єднання між його обмотками, великі струми короткого замикання. Автотрансформатори можуть бути однофазні і трифазні.
Подивись відео
