Силовой трансформатор: что это такое, назначение, виды, устройство и принцип действия

Область применения

В комплект электростанций входят силовые трансформаторы. Электростанции используют атомную энергию, органическое, твердое или жидкое топливо, работают на газе или используют силу потока воды, но преобразователи выходных индикаторов подстанции необходимы для нормальной работы линий электропередач, потребления и производства.

Установки устанавливаются в сетях промышленных предприятий, сельских предприятий, оборонных комплексов, месторождений нефти и газа. Непосредственное назначение силового трансформатора — понижение и повышение силы напряжения и тока — используется для эксплуатации транспорта, жилищного строительства, коммерческой инфраструктуры, объектов электросетевого хозяйства.

Вопросы об устройстве трансформатора

-Почему расстояние между катушками минимизировано?
Это сделано для лучшего контакта с магнитными полями. Если зазор велик, КПД трансформатора будет низким.

— Можно ли сделать трансформатор без сердечника с такой же мощностью, как у сердечника?
Да, но тогда вам нужно увеличить количество оборотов, чтобы увеличить магнитный поток. Например, с сердечником обмотки могут иметь несколько тысяч витков. А без сердечника придется увеличивать магнитный поток за счет катушек. А количество витков будет несколько десятков тысяч. Это не только увеличивает размер катушек, но также снижает их эффективность и увеличивает вероятность перегрева.

-Могу ли я подключить понижающий трансформатор как повышающий?
Если у вас есть трансформатор, понижающий напряжение сети с 220 В до 12 В, вы можете подключить его как повышающий. То есть можно подать на него переменное напряжение 12 В на вторичную обмотку и получить повышение на первичной 220 В.

-Что произойдет, если на вторичную обмотку понижающего трансформатора будет подано сетевое напряжение?
Тогда обмотка сгорит. Его сопротивление, количество витков и сечение провода не рассчитаны на такие напряжения.

-Можете ли вы сделать трансформер своими руками в домашних условиях?
Да, вполне реально. И этим занимаются многие радиолюбители и электронщики. А некоторые даже зарабатывают на продаже готовой продукции. Но стоит помнить, что это долгая, трудная и непростая работа. Нам нужны качественные материалы. Это железо для трансформаторов, медные эмалированные провода различного сечения, изоляционные материалы.

Все материалы должны быть качественными. Если медный провод плохо изолирован, возможно короткое замыкание между витками, что неминуемо приведет к перегреву. И для начала нужно рассчитать все параметры будущего трансформатора. Это можно сделать с помощью различных программ, доступных в Интернете.

К тому же это долгие часы сборки. Особенно если вы решили намотать тороидальный трансформатор.

Наматывать витки необходимо плотно и равномерно, записывать каждые десять, чтобы не запутаться и не изменить характеристики будущего преобразователя или блока питания.

-Что будет, если включить трансформатор без сердечника?
Поскольку трансформатор изначально рассчитывался с сердечником, он не сможет полностью преобразовать напряжение. То есть на вторичке что-то будет, но явно не те параметры. А если подключить нагрузку к обмоткам без сердечника, они быстро нагреваются и сгорают.

Неисправности трансформаторов

Основные отказы трансформатора включают:

• Коррозия и ржавчина на сердечнике.
• Перегрев и выход из строя изоляции.
• Короткое замыкание между витками.
• Деформация корпуса, обмоток и сердечника.
• Попадание воды в обмотку.

Как проверить на целостность

Трансформатор можно проверить обычным мультиметром. Установите измеритель в режим измерения сопротивления и проверьте обмотки.

Они никогда не должны быть на обрыве. Если нигде нет обрывов, можно определить первичную и вторичную обмотки, измерив сопротивление. Первичная обмотка понижающего трансформатора будет иметь более высокое сопротивление, чем вторичная. Все это связано с количеством кругов. Чем больше количество витков и чем меньше диаметр провода, тем больше сопротивление обмотки.

Вы также можете найти паспорт на свой трансформатор. Указывает сопротивления обмоток и их параметры, которые нужно будет проверить мультиметром.

Безопасная проверка работы трансформатора

Если вы решили намотать трансформатор или проверить старый, обязательно подключите лампочку в разрыв цепи (последовательно!). Если что-то пойдет не так, свет включится и будет принимать ток на себя и сможет спасти неисправный трансформатор.

Основные детали и системы

Напряжение питания и нагрузка подаются на входы, которые расположены на внутренней или внешней клеммной колодке. Контакт фиксируется специальными болтами или соединителями. В маслонаполненных агрегатах патрубки расположены снаружи по бокам бака или на крышке съемного корпуса.

Передача от внутренних обмоток идет на гибкие амортизаторы или стержни с резьбой из цветных металлов. Силовые трансформаторы и их корпуса изолированы от шпилек слоем фарфора или пластика. Зазоры заполнены прокладками, стойкими к воздействию масел и синтетических жидкостей.

Охладители снижают температуру масла в верхней части бака и передают ее в нижний боковой слой. Охладитель силового масляного трансформатора представлен:

• внешний контур, отводящий тепло от вектора;
• внутренний контур, который нагревает масло.

Холодильники бывают нескольких типов:

• радиаторы — серия плоских сварных каналов на конце, расположенных в пластинах для сообщения между нижним и верхним коллекторами;
• гофрированные баки — устанавливаются в агрегатах малой и средней мощности, одновременно являются емкостью для понижения температуры и рабочим баком с гнутой поверхностью стенок и нижним ящиком;
• вентиляторы — оснащены крупными трансформаторными модулями для принудительного охлаждения потока;
• теплообменники — используются в крупных агрегатах для перемещения синтетических жидкостей с помощью насоса, так как организация естественной циркуляции занимает много места;
• водомасляные системы — трубчатые теплообменники по классической технологии;
• циркуляционные насосы представляют собой герметичные исполнения с полным погружением двигателя при отсутствии сальников.

Аппаратура преобразования напряжения оснащена регулировочными устройствами для изменения количества рабочих оборотов. Вторичное напряжение можно изменить с помощью переключателя количества спиралей или закрепить болтами, когда выбраны положения перемычек. Так подключаются клеммы заземленного или обесточенного трансформатора. Модули регулирования преобразуют напряжение с небольшими интервалами.

Читайте также: Как подключить однофазный электродвигатель — схема с конденсатором

В зависимости от условий переключатели по количеству спиралей делятся на типы:

• устройства, работающие с отключенной нагрузкой;
• элементы, работающие, когда вторичная обмотка замкнута на сопротивление.

Навесное оборудование

Газовое реле находится в соединительном патрубке между расширительным баком и рабочим баком. Устройство предотвращает разложение изолирующих органических веществ, масла при перегреве и незначительные повреждения системы. Устройство реагирует на образование газа в случае неисправности, издает сигнал тревоги или полностью останавливает систему в случае короткого замыкания или опасного понижения уровня жидкости.

Термопары помещаются в карманы в верхней части резервуара для измерения температуры. Они работают по принципу математического расчета для выявления наиболее нагретой части агрегата. Современные датчики основаны на оптоволоконной технологии.

Блок непрерывной регенерации используется для восстановления и очистки масла. В результате работы в массе образуются шлаки, в нее попадает воздух. Устройства регенерации бывают двух типов:

• модули термосифона, которые используют естественное движение нагретых слоев вверх и проходят через фильтр с последующим опусканием охлажденных потоков на дно резервуара;
• качественные адсорбционные агрегаты с принудительной перекачкой массы через фильтры с помпой, расположены отдельно на фундаменте, используются в больших конверсионных схемах.

Модули маслозащиты представляют собой расширительный бак открытого типа. Воздух над поверхностью массы пропускается через поглотители влаги с силикагелем. Адсорбент становится розовым при максимальной влажности, что является сигналом к ​​его замене.

Вверху расширителя установлен сальник. Это устройство для снижения влажности воздуха, работающее на сухом трансформаторном масле. Модуль подключается к расширительному баку через патрубок. В верхней части приварен контейнер с внутренним разделением в виде нескольких стенок в виде лабиринта. Воздух проходит через масло, выделяет влагу, затем очищается силикагелем и попадает в расширитель.

Контролирующие устройства

Устройство ограничения давления предотвращает аварийное повышение давления из-за короткого замыкания или сильного разложения масла и предусмотрено в конструкции мощных агрегатов по ГОСТ 11677-1975. Устройство выполнено в виде сливной трубы, расположенной под углом к ​​крышке трансформатора. В конце есть герметичная мембрана, которая может мгновенно развернуться и пропустить сток.

Кроме того, в трансформатор устанавливаются другие модули:

1. В конце расширителя расположены датчики уровня масла в баке, снабженные циферблатом или выполненные в виде стеклянной трубки сообщающихся емкостей.
2. Встроенные трансформаторы располагаются внутри блока или рядом с заземляющей втулкой на стороне ввода или на шинах низкого напряжения. В этом случае отпадает необходимость в большом количестве отдельных преобразователей на подстанции с внутренней и внешней изоляцией.
3. Детектор примесей и горючих газов обнаруживает водород в массе нефти и выдавливает его через мембрану. Прибор отображает начальную скорость газообразования до того, как концентрированная смесь заставит сработать реле управления.
4. Расходомер отслеживает утечки масла на подстанциях, работающих по принципу принудительного понижения температуры. Устройство измеряет разницу напора и определяет давление по обе стороны от препятствия в потоке. В установках с водяным охлаждением расходомеры считывают потребление влаги. Элементы оснащены аварийной сигнализацией и циферблатом определения показателей.

Конструкция

Устройство трансформатора предполагает наличие одной или нескольких отдельных катушек (ленты или проволоки), которые находятся под одним магнитным потоком, намотанным на сердечник ферромагнетика.

Наиболее важными конструктивными частями являются следующие:

• обмотка;
• рамка;
• магнитопровод (сердечник);
• система охлаждения;
• система утепления;Дополнительные части, необходимые в защитных целях, для установки, обеспечивающие доступ к выходящим частям.

В приборах чаще всего можно увидеть обмотки двух типов: первичная, на которую подается электрический ток от стороннего источника питания, и вторичная, с которой снимается напряжение.

Сердечник обеспечивает лучший обратный контакт обмоток, имеет пониженное сопротивление магнитному потоку.

Некоторые типы сверхвысоких и высокочастотных устройств являются продуктами без сердечника.

Производство устройств организовано по трем основным схемам намотки:

• бронированный;
• тороидальный;
• базовый.

Устройство стержневых трансформаторов подразумевает намотку обмотки на сердечник строго горизонтально. В бронированных устройствах он заключен в магнитную цепь, расположенную горизонтально или вертикально.

Надежность, производительность, конструкция и принцип действия трансформатора приняты без какого-либо влияния принципа его изготовления.

Параметры силового трансформатора

• Номинальная мощность. Для трансформатора с двумя обмотками параметр равен мощности каждой из них. Для трехобмоточного варианта с разной мощностью намотки параметр равен большему из показателей.
• Номинальное напряжение обмоток является характерным параметром для работы без нагрузки.
• Номинальный ток — показатель, при котором допускается длительная работа устройства.
• Напряжение короткого замыкания является характеристикой импеданса обмоток.
• Потери от короткого замыкания.
• Ток холостого хода — потеря материала магнитопровода (реактивного и активного).
• Потеря тока холостого хода.
• Трансформация отношений.

Технические характеристики

Важная особенность — коэффициенты трансформации. Они показывают зависимость выходного напряжения от соотношения витков в обмотках. Коэффициент трансформации является основным параметром для расчета.

Еще одна важная особенность трансформатора — его КПД. В некоторых устройствах этот показатель составляет 0,9 — 0,98, что характеризует незначительные потери паразитных магнитных полей. Мощность P зависит от площади S участка магнитопровода. По значению S при расчете параметров трансформатора определяется количество витков в катушках: W = 50 / S.

На практике мощность выбирается исходя из ожидаемой нагрузки с учетом потерь в сердечнике. Мощность вторичной обмотки Pn = Un × In, а мощность первичной обмотки Pc = Uc × Ic. В идеале Pn = Pc (если пренебречь потерями в сердечнике). Таким образом, k = Uc / Un = Ic / In, т.е токи в каждой из обмоток имеют обратно пропорциональную зависимость от их напряжений и, следовательно, от числа витков.

Как выбрать силовой трансформатор

Выбор силового трансформатора для работы на предприятиях основывается на выборе мощности, а также с соблюдением требований по надежности электроснабжения. Для обеспечения бесперебойного электроснабжения в некоторых случаях необходимо установить несколько трансформаторов. Мощность каждого устройства выбирается таким образом, чтобы в случае неисправности другие устройства могли взять на себя функции этого недостающего звена с учетом любых перегрузок.

Еще один важный критерий — наличие защиты:

• От внутренних повреждений. Оснащен приборами, контролирующими наличие газа, температуру, давление и уровень маслоохладителя.
• От перегрузок. Так называемая дифференциальная защита используется, когда трансформаторы тока установлены на каждой фазе.

Проверка резистора мультиметром

Принцип действия и режимы работы

Простой трансформатор имеет пермаллой, ферритовый сердечник и две обмотки. Магнитная цепь состоит из ряда лент, пластин или печатных элементов. Он перемещает магнитный поток, генерируемый электричеством. Принцип работы силового трансформатора заключается в преобразовании показателей тока и напряжения с помощью индукции, при этом частота и форма графика движения заряженных частиц остаются неизменными.

В повышающих трансформаторах предполагается более высокое напряжение на вторичной обмотке, чем на первичной обмотке. В понижающих устройствах входное напряжение выше, чем выходное напряжение. Спиральный сердечник помещается в емкость с маслом.

При включении переменного тока на первичной катушке образуется переменное магнитное поле. Он замыкается на сердечнике и влияет на вторичный контур. Электродвижущая сила создается и передается нагрузкам, подключенным к выходу трансформатора. Станция работает в трех режимах:

1. Минимум характеризуется разомкнутым состоянием вторичной катушки и отсутствием тока внутри обмоток. В первичную батарею поступает электрическая энергия в разряженном состоянии, равная 2-5% от номинала.
2. Работа под нагрузкой происходит при подключении источника питания и потребителей. Силовые трансформаторы показывают энергию в двух обмотках, работа в таком регулировании обычна для агрегата.
3. Короткое замыкание, при котором сопротивление вторичной обмотки остается единственной нагрузкой. Режим позволяет выявить потери на нагрев обмоток сердечника.

Режим холостого хода

Электричество в первичной катушке равно величине намагничивающего переменного тока, вторичный ток показывает нулевые значения. Электродвижущая сила исходной катушки в случае ферромагнитного наконечника полностью заменяет напряжение источника, токи нагрузки отсутствуют. В режиме холостого хода обнаруживаются мгновенные потери зажигания и вихревые токи, а также определяется компенсация реактивной мощности для поддержания необходимого выходного напряжения.

В установке без ферромагнитного проводника отсутствуют потери из-за изменений магнитного поля. Ток холостого хода пропорционален сопротивлению первичной обмотки. Способность сопротивляться прохождению заряженных электронов трансформируется путем изменения частоты тока и величины индукции.

Работа при коротком замыкании

На первичную обмотку подается небольшое переменное напряжение, выводы вторичной обмотки закорочены. Индикаторы входного напряжения подбираются так, чтобы ток короткого замыкания соответствовал номинальному или номинальному значению агрегата. Величина напряжения короткого замыкания определяет потери в катушках трансформатора и скорость потока относительно материала проводника. Часть постоянного тока превышает сопротивление и преобразуется в тепловую энергию, сердечник нагревается.

Напряжение короткого замыкания рассчитывается в процентах от номинального значения. Параметр, получаемый при работе в этом режиме, является важной особенностью агрегата. Умножение его на ток короткого замыкания дает потери мощности.

Рабочий режим

При подключении нагрузки во вторичной цепи возникает движение частиц, вызывающее магнитный поток в проводнике. Он направлен от потока, создаваемого первичной обмоткой. В первичной обмотке возникает несоответствие между электродвижущей силой индукции и источником питания. Ток в исходной спирали нарастает до того момента, пока магнитное поле не приобретет свое первоначальное значение.

Магнитный поток вектора индукции характеризует прохождение поля через выбранную поверхность и определяется интегралом по времени индикатора мгновенной силы в первичной катушке. Индикатор сдвинут по фазе на 90 ° с движущей силой. ЭДС, наведенная во вторичной цепи, по форме и фазе совпадает с ЭДС в первичной катушке.

Посмотрите это видео на YouTube

Что делает трансформатор

Принцип действия основан на электромагнитной индукции. Переменный ток создает переменное магнитное поле вокруг проводника, которое, изменяясь, создает электродвижущую силу.

Когда мы прикладываем напряжение к первичной обмотке, ток в этой обмотке создает переменный магнитный поток. Он действует как на первую, так и на вторую обмотки, создавая внутри себя ЭДС. При подключении потребителя к сети в обмотке появляется электрический ток.

Эта схема работает только на переменном токе. При постоянном токе магнитный поток не изменяется, и если вторичная обмотка в поле этого тока не вращается вручную (что в нашем случае не будет работать), она не будет создавать никаких электромагнитных полей.

Упрощенное математическое выражение работы

М. Фарадей однажды провел эксперимент, который показал, что напряжение в цепи, являющейся проводником, зависит от изменения магнитного потока, проходящего через эту цепь в единицу времени:

U = -ΔΦ / т

Когда у нас много таких циклов, например N, равенство будет выглядеть немного иначе:

U = -N * / Δt

Следовательно, на первой и второй обмотках напряжения будут:

U1 = — (N1) * / Δt

U2 = — (N2) * / Δt

Поскольку магнитный поток и время для наших обмоток имеют одинаковое значение, вы можете найти соотношение между напряжениями в обмотках:

U1 / U2 = N1 / N2 = n

И это n называется коэффициентом трансформации напряжения.

Если предположить, что первая обмотка преобразует всю свою мощность в магнитный поток, а это, в свою очередь, создает такую ​​же мощность во второй, мы получим следующее:

P1 = (U1) * I1

P2 = (U2) * I2

А если P1 = P2, то U1 / U2 = I2 / I1

Здесь следует отметить, что в трансформаторах тока коэффициент n всего лишь обратный, а о разновидностях мы поговорим позже.

Представленные выше модели работают как идеалы. На самом деле работа трансформатора осложняется рядом побочных эффектов, влияющих как на работу самого устройства, так и на работу сети в целом. Перечислим эти явления:

1. Ток холостого хода. Наблюдается при включении трансформатора в виде резкого скачка и может привести к выходу из строя коммутационного оборудования, поэтому учитывается при проектировании.
2. Емкость и паразитные индуктивности. Они образуются из-за близости активных проводников в обмотке. В принципе, их можно игнорировать до тех пор, пока не будет упоминания о высоких частотах или перегрузках в цепи. Они ярко проявляются во время грозы, приводя к беспорядочным колебаниям напряжения с различным результатом: от падения напряжения до пробоя и отказа. В высокочастотных трансформаторах паразитная индуктивность уже вносит существенные изменения в работу устройства, в котором установлены такие трансформаторы. Они борются с этим явлением, заземляя экран между обмотками, используя хорошие изоляторы для намотки проводника.
3. Побочные эффекты работы магнитного поля в ферромагнетиках сердечника. В железе, кобальте и никеле существует такое явление, как остаточная намагниченность, которая вносит свои собственные коррективы в изменение напряжения в обмотках до такой степени, что на графике оно все меньше и меньше кажется синусоидой. Кроме того, магнитное поле наводит в сердечнике вихревые токи Фуко, которые приводят к перегреву трансформатора. Эти проблемы частично решаются слоистой структурой сердечника, но не полностью.

 

Это интересно: Производство плитки из полимерного песка — оборудование и изготовление

Активная часть

Магнитопровод с обмотками, внутренней изоляцией, устройством РПН и собранными отводами называется активной частью трансформатора. Активная часть установлена ​​в баке трансформатора, закрывается крышкой и залита трансформаторным маслом. Существуют две принципиально разные конструкции установки активной части в бак. В трансформаторах старых выводов активная часть механически соединена с крышкой с помощью вертикальных шпилек. После установки крышки осуществляется полная сборка собранных на ней деталей и деталей: срабатывание переключателя и входов во фланцы или обоймы. Затем активная часть вместе с крышкой опускается в резервуар, который приводится в движение деревянными планками и распорками. У этой конструкции есть несколько недостатков. Требуется очень тщательная регулировка длины шипов на месте; изменение размеров емкостей и магнитопроводов даже в пределах допусков приводит либо к вздутию крышки, либо к появлению зазора между активной частью и дном емкости. В обоих случаях трансформатор может быть поврежден во время транспортировки. Еще один недостаток — необходимость герметизировать соединения шпильки и заглушки, что создает дополнительные возможности для проникновения масла. Теперь у трансформаторов всех типоразмеров I-II активная часть механически не связана с крышкой; крепится к резервуару двумя или четырьмя крючками. Бак закрывается крышкой и только после этого собираются все внешние элементы.

Классификации

Трансформаторы классифицируются по ряду параметров, таких как:

• Деловое свидание, встреча. Они используются: для изменения напряжения, измерения тока, защиты электрических цепей, в качестве лабораторных и промежуточных устройств.
• Способ установки. В зависимости от положения и мобильности трансформатор может быть: стационарный, переносной, внутренний, внешний, опорный, сборный.
• Количество ступеней. Устройства делятся на одноступенчатые и каскадные.
• Номинальное напряжение. Бывают низкое и высокое напряжение.
• Изоляция обмоток. Чаще всего используется масло-бумага, сухая, составная.

Кроме того, преобразовательные устройства бывают разных типов, каждое из которых имеет свою систему классификации.

Силовой

Чаще всего используется силовой трансформатор. Устройства с прямым преобразованием переменного напряжения, рассчитанные на большую мощность, востребованы в различных отраслях электроэнергетики. Применяются на линиях электропередачи напряжением 35–1150 кВ, в городских электрических сетях напряжением 6 и 10 кВ, для питания конечных потребителей напряжением 220 / 380В. С помощью устройств подаются питание на всевозможные электроустановки и устройства в диапазоне от долей до сотен тысяч вольт.

Силовой трансформатор

Измерительные

Трансформаторы тока (ТТ) снижают ток до требуемых значений. Схема их работы отличается последовательным включением первичной обмотки и нагрузки. При этом вторичная обмотка, находящаяся в состоянии, близком к короткому замыканию, используется для подключения измерительных приборов, исполнительных устройств и индикаторов. С помощью ТА осуществляется гальваническая развязка, что позволяет отбрасывать шунты при измерениях.

ТТ высокого напряжения (слева) и ТТ низкого напряжения (справа)

С помощью трансформаторов напряжения (ТН) так же, как ТТ только напряжения. Помимо преобразования входных параметров, электрооборудование и его отдельные элементы защищены от высокого напряжения.

Телевизор высокого напряжения (слева) и телевизор низкого напряжения (справа)

Импульсный

Если необходимо преобразовать сигналы импульсного характера, то используются импульсные трансформаторы (ИТ). Изменяя амплитуду и полярность импульсов, устройства сохраняют их длительность и практически не меняют форму.

Автотрансформатор

В автотрансформаторах обмотки образуют цепь и взаимодействуют посредством электромагнитной и электрической связи. В отличие от преобразователей других типов, устройства могут содержать только 3 выхода, что позволяет работать с разными напряжениями. Устройства отличаются высоким КПД, что особенно актуально при небольшой разнице входного и выходного напряжения.

Однофазный (слева) и трехфазный (справа)

Без гальванической развязки представители этого типа увеличивают риск поражения нагрузкой высоким напряжением. Надежное заземление и низкий коэффициент трансформации — обязательные условия для работы устройств. Недостаток компенсируется меньшим расходом материалов при изготовлении, компактностью и массой, стоимостью.

Разделительный

Для развязывающих трансформаторов взаимодействие между обмотками исключено. Устройства повышают безопасность электрооборудования с поврежденной изоляцией.

Изолирующий трансформатор

Согласующий

Согласующие трансформаторы используются для выравнивания сопротивлений между ступенями электронных схем. Сохраняя форму волны, они действуют как гальваническая развязка.

Пик-трансформатор

С помощью пикового трансформатора синусоидальное напряжение преобразуется в импульсное. В этом случае импульсы меняют полярность с каждым полупериодом.

Сдвоенный дроссель

Особенностью двойного пускателя является идентичность обмоток. Взаимная индукция катушек делает его более эффективным, чем стандартные дроссели. Устройства используются в качестве входных фильтров в источниках питания, аудио и цифровой технике.

Двойной стартер

Сварочный

Помимо вышеперечисленного, существует понятие сварочных трансформаторов. Специализированные устройства для сварочных работ снижают напряжение домашней сети за счет увеличения силы тока, измеряемой тысячами ампер. Последнее регулируется путем разделения обмоток на сектора, что отражается на индуктивном сопротивлении.

Сварочный трансформатор

Охлаждение

В обмотке и сердечнике трансформатора наблюдаются потери энергии, в результате чего выделяется тепло. Следовательно, трансформатору необходимо охлаждение. Некоторые маломощные трансформаторы выделяют тепло в окружающую среду, при этом постоянная температура не влияет на работу трансформатора. Такие трансформаторы называют «сухими», то есть с естественным воздушным охлаждением. А вот на средних и больших мощностях с воздушным охлаждением просто не справляются, вместо него используется жидкость, а точнее масло. В таких трансформаторах обмотка и магнитопровод помещены в бак с трансформаторным маслом, что усиливает электрическую изоляцию обмоток от магнитопровода и одновременно служит их охлаждению. Масло получает тепло от обмоток и магнитной цепи и передает его стенкам резервуара, от которых тепло отводится в окружающую среду. При этом циркулируют масляные слои с разницей температур, что улучшает теплопередачу. Для трансформаторов мощностью до 20-30 кВА охлаждения достаточно для бака с гладкими стенками, но при больших мощностях устанавливают баки с гофрированными стенками. Также следует учитывать, что при нагревании масла оно имеет свойство увеличиваться в объеме, поэтому в трансформаторах большой мощности устанавливаются резервные баки и сливные патрубки (если масло кипит, останутся пары, требующие отвода) . В трансформаторах меньшей мощности они ограничены тем, что масло не льется до крышки.

Виды преобразователей

Силовой трансформатор

Предназначен для изменения параметров потока электроэнергии в сетях, используемых для потребления. Необходимость их использования связана с необходимостью снижения мощности (до 760 кВ) электросетей до мощности потребителей в городском хозяйстве (220/380 В). Преобразователь мощности переменного тока предназначен для изменения силы тока путем прямого воздействия в сети.

Автотрансформатор

Он отличается от предыдущего тем, что внутри него обмотки соединены не только индукционными потоками, но и напрямую между собой. Вторичная обмотка имеет несколько проводников (но не менее трех), подключение к ним в различных комбинациях приводит к разным напряжениям.

Преимуществом такой конструкции является повышенный КПД устройства, поскольку изменяется только часть энергии. Это эффективно при небольшой разнице входного и выходного напряжений.

Недостатком этих устройств является отсутствие изоляции между обмотками. Использование оправдано надежным заземлением в сетях до 115 кВ и малым коэффициентом трансформации — в пределах 3-4 раз. Габаритные размеры магнитопровода и обмоток таких машин меньше, поэтому они дешевле в изготовлении.

Трансформатор напряжения

Этот тип преобразователя питается от соответствующего источника. Обычно используется для переключения высокого напряжения на низкое в схемах автоматики или релейной защиты. Использование связано с необходимостью защиты участков низковольтных цепей от повышения напряжения.

Трансформаторы тока

Здесь первичная катушка питается от источника тока. Используется для понижения тока в устройствах релейной защиты и счетчиках. При этом выполняется гальваническая развязка. Обычно ток вторичной обмотки составляет 1 А или 5 А.

Первичная катушка включена в цепь с управляемой нагрузкой, а управляющие или релейные устройства подключены к вторичной катушке. Идеальный режим работы вторичной обмотки близок к короткому замыканию. Если вторичная обмотка закорочена, результирующее напряжение настолько велико, что повреждает подключенные к ней элементы.

Разделительные трансформаторы

Обмотки этих машин не соединены друг с другом. Такие преобразователи используются для улучшения условий безопасности работы сетей при срабатывании короткого замыкания, гальванической развязки.

Импульсные преобразователи

Предназначен для преобразования сигналов в виде коротких импульсов (до 10 миллисекунд) с максимальным сохранением их формы. В основном он используется для передачи импульсов характерной прямоугольной формы. Как правило, основным требованием к этому преобразователю является передача кратковременного импульса в наиболее сохраненной форме, при этом изменение его амплитуды и полярности незначительно.

Согласующие трансформаторы

Они используются при объединении нагрузок из разных секций с максимальным сохранением формы сигнала. В то же время использование такого преобразователя обеспечивает гальваническую развязку различных частей электронных схем.

Пик-трансформатор

Машина, преобразующая синусоидальные напряжения в импульсные. В этом случае в каждом полупериоде происходит смена полярности.

Магнитопровод

В трехфазных трансформаторах I-II типоразмера чаще всего используются асимметричные магнитопроводы трехстержневого типа. Магнитопровод собирается из отдельных тонких пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга пленкой специального термостойкого покрытия или краской КФ-965. Лигатура — сборка пластин в лигатуре (рис. 4), полученная чередованием слоев: пластины стержней входят в коромысла, а пластины коромысел — в стержни. Сечение стержней многоступенчатое, приближается по форме круга для лучшего использования пространства внутри обмоток (рис. 5). Сечение ярма может быть использовано по-разному: многоступенчатое (повторяющее форму стержней), прямоугольное (рисунок 6, а), Т-образное (рисунок 6, б) и крестообразное (рисунок 6, в).

Рис. 4 — Сборка пластин магнитопровода в обвязке и Рис. 5 — Форма сечения стержней магнитопровода, где D0 — диаметр описанной окружности стержня

Рис. 6 — Поперечные сечения ярм магнитопровода

И верхняя, и нижняя пластины ярма скреплены балками ярма, стянутыми вместе тремя горизонтальными нажимными штифтами. Шпильки изолированы из стали ярма бумажно-бакелитовыми трубками и изоляционными шайбами. Активная сталь магнитопровода заземлена луженой медной лентой 2 (рисунок 7), вставленной с одной стороны между пластинами первого корпуса, а с другой — между прокладкой электрического ящика и ярмом стороны низкого напряжения. (LV).

Рис. 7 — Установка заземления магнитопровода