Тема 5. Трансформаторы

1. Однофазный трансформатор

Трансформатор предназначен для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Увеличение напряжения осу­ществляется с помощью повышающих трансформато­ров, уменьшение — понижающих.

По числу фаз трансформаторы делятся на одно- и трехфазные. Трансформаторы, используемые в тех­нике связи, подразделяют на низко- и высокочастот­ные.

Трансформатор — простой, надежный и экономич­ный электрический аппарат. Он не имеет движущихся частей и скользящих контактных соединений, его КПД достигает 99%. КПД трансформатора η, определяе­мый как отношение мощности на выходе P₂ к мощно­сти на входе Р₁, зависит от нагрузки. η =100%. Современные трансформаторы рассчитывают таким образом, что максимум КПД достигается при нагрузке, равной примерно половине номинального значения.

Отношение числа витков обмоток называют коэффициентом трансформации k. ==k, где w₁, w₂ — число вит­ков обмоток, которое по­казывает отношение действующих значений ЭДС вторичной и первичной обмоток. Илиk = ≈ = = .

Т. к. КПД трансформатора высок, номинальные мощности обеих обмоток считают условно равными S_1н = S_2н. Учитывая высокий КПД трансформатора, можно полагать, что S₁ ≈S₂, где S₁ = U₁I₁ —мощность, по­требляемая из сети; S₂= U₂I₂ — мощность, отдаваемая в нагрузку.

2. Трехфазные трансформаторы

Магнитопровод трехфазного трансформатора имеет три стержня, на каждом из которых размещают­ся две обмотки одной фазы: первичная и вторичная обмотки фазы АХ и ах; BY и by; CZ и с г. (рис.2).

Рис. 2. Размещение обмо- Рис. 3 Расположение и

ток на сердечнике трехфазно- маркировка выводов на

го трансформатора крышке бака трансформатора

Вводы высшего напряжения обозначают буквами А, В, С, вводы низ­шего напряжения — буквами а, b, с. Ввод нулевого провода располагают слева от ввода а и обозначают О (рис.3.).

Принцип работы и электромагнитные процессы в трехфазном трансформаторе аналогичны однофазным. Особенностью трехфазного трансформато­ра является зависимость коэффициента трансформа­ции линейных напряжений от способа соединения об­моток.

Применяются главным образом три способа соеди­нения обмоток трехфазного трансформатора:

1) соединение первичных и вторичных обмоток звездой (рис.4,а);

2) соединение первичных обмоток звез­дой, вторичных — треугольником (рис.4.,б);

3) со­единение первичных обмоток треугольником, вторич­ных—звездой (рис.4,в).

а) б) в)

Рис. 4. Способы соединения обмоток трехфаз­ного трансформатора

По ГОСТ 11677-65 трансформаторы соединяются в схемы звезда — звезда с выведенной нуле­вой точкой (Y/Yн), звезда — треугольник (Y/∆) и звезда с нулевой точкой — треугольник (Y_H/∆). В числителе обозначено соединение обмотки ВН, в знаменателе НН.

Как и коэффициент транс­формации k, однофазного трансформатора: k = ≈

Обозначим коэффициент трансформации линейных напряжений буквой с.

При соединении обмоток по схеме звезда — звезда c = U_2Л / U_1Л = U_2Ф /(U_1Ф) = 1 / k

При соединении обмоток по схеме звезда — тре­угольник c=U_2Л / U_1Л = U_2Ф /(U_1Ф) = k /

При соединении обмоток по схеме треугольник — звезда с = U_2Л / U_1Л = U_2Ф /U_1Ф =/ k

Т. о., при одном и том же числе витков обмоток трансформатора можно в раза увеличить или уменьшить его коэффициент трансформации, вы­бирая соответствующую схему соединения обмоток.

Во многих случаях сеть напряжением U₁ должна одновременно питать две другие сети с различными напряжениями U₂ и U₃. Для этого необходимо иметь два трансформатора с коэффициентами трансформации k₁ = и k₂ = .

Для той же цели применяют трансформатор, имеющий одну первичную обмотку высшего напряжения (ВН) и две вторичные: среднего (СН) и низшего (НН). Такой трансформатор называется трехобмоточным, например, трехфазный трансформатор номинальной мощностью S ном = 6300 кВ А и напряжениями ВН – 121 кВ, СН – 38,5 кВ и НН – 11 кВ.

Обмотки трехобмоточных трансформаторов соединяются по схеме Y_H / Y_H / ∆ -0 -11 или Y_H / ∆ / ∆ - 11 - 11.

Номинальные мощности обмоток одинаковы. Трехобмоточный трансформатор экономичнее, чем два отдельных двухобмоточных трансформатора.

Многообмоточные трансформаторы имеют одну первич­ную обмотку и несколько вторичных в зависимости от числа питаемых цепей и применяются, например, в радио­приемниках, телевизорах, магнитофонах и др. Все обмотки рассчитываются на соответствующие напряжения.