Конструктивные части трансформатора.

Основным типом силового трансформатора является масляный трансформатор. Сухие трансформаторы применяются в установках производственных помещений, жилых и служебных помещений, т.е. там, где применение масляных трансформаторов в следствии их взрыво- и пожароопасности недопустимо. В сухих трансформаторах охлаждающей средой служит проникающий к обмоткам и магнитопроводу атмосферный воздух.

У масленого трансформатора выемная его часть, являющаяся по существу собственно трансформатором. Погружается в бак с маслом. К выемной части относится остов с обмотками и отводами, а в некоторых конструкциях также и крышка бака. Масло, заполняющее бак, имеет двойное назначение. Оно более высокую диэлектрическую прочность, чем воздух, благодаря можно уменьшить изоляционные расстояния между токоведущими и заземлёнными частями, а также между обмотками. Кроме того, трансформаторное масло является лучшей охлаждающей средой, чем воздух. Поэтому в трансформаторе , заполненном маслом, можно увеличить электрические и магнитные нагрузки. Всё это приводит к уменьшению расхода обмоточных проводов и электротехнической стали на изготовление трансформатора и уменьшению его габаритов.

Автотрансформаторы.

Автотрансформатором называется трансформатор, у которого имеется электрическая связь между обмотками, вследствие этого мощность из первичной сети во вторичную передаётся не только электромагнитным, но и электрическим путём. обмотка низкого напряжения в автотрансформаторе является частью обмотки высшего напряжения.

Основные соотношения для трансформатора сохраняются и для автотрансформатора. Так, отношение напряжений

,

Отношение токов

,

Здесь -полное число витков обмотки (между точками A и X), а -витки участка обмотки между точками а и Х.

Схема однофазного понижающего автотрансформатора.

Рабочий магнитный поток в автотрансформаторе создаётся совместным действием первичного и вторичного тока:

Так как U₁≈E₁, то при U₁=const ЭДС Е₁, поток и ток в автотрансформаторе, как и в трансформаторе, практически будут сохранять свои значения при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной. Если пренебречь вследствие малости током , то из предыдущей формулы получим

,

От куда следует, что токи и имеют противоположные направления. Поэтому в общей части обмотки (участок аХ) будет протекать ток , равный арифметической разности этих токов. Так как для понижающего автотрансформатора I₁>I₂, то

При n_T<2 ток I будет меньше тока I₁ , что позволяет общую часть обмотки (участок аХ) выполнять из более тонких проводников. Участки обмотки Аа и аХ магнитно связаны между собой, и мощность от одной части обмотки в другую передаётся электромагнитным путём. Эта мощность является расчётной для обмоток автотрансформатора и согласно схеме будет равна:

Для участка Аа

Для участка аХ

Проходная мощность, забираемая автотрансформатором из сети, равна S_пр1=U₁I₁, а отдаваемая нагрузке S_пр2=U₂I₂. пренебрегая потерями, можно принять S_р1=S_р2=S_р и S_пр1=S_пр2=S_пр.

Таким образом, в автотрансформаторе различают две мощности: расчётную S_р и проходную S_пр . Габариты и масса автотрансформатора определяются исходя из расчётной мощности. Мощность S_пр больше, чем мощность S_р. Разность этих мощностей передаётся из первичной цепи во вторичную электрическим путём, через электрический контакт между этими цепями. За номинальную мощность автотрансформатора принимают полную мощность.

По сравнению с двухобмоточным трансформатором автотрансформатор при одной и той же номинальной мощности будет иметь меньшие габариты и массу. Связанно это с тем, что в трансформаторах вся мощность от одной обмотки к другой передаётся электромагнитным путём, поэтому его габариты и масса определяются номинальной мощностью, в то время как габариты и масса автотрансформатора зависят от расчётной мощности, которая является только частью его номинальной мощности.

Если сопоставлять расчётные мощности автотрансформатора и трансформатора, то получим

Согласно этой формуле различие в расчётных мощностях, а следовательно, и в габаритах автотрансформатора и трансформатора будет тем сильнее, чем ближе будет к единице коэффициент трансформации n_T. Поэтому автотрансформаторы обычно строят с n_T ≤2,5.

Снижение габаритов и массы автотрансформатора происходит как за счёт обмоточного провода, так и за счёт стали. Расход обмоточного провода уменьшается вследствие объединения обмотки низшего напряжения с обмоткой высшего напряжения, а также из-за уменьшения сечения проводников общей части обмотки (участок аХ). С уменьшением затрат провода уменьшается пространство, необходимое для размещения обмотки в окне магнитной системы, что позволяет уменьшить или высоту стержней, или длину ярм, а следовательно, сократить расход стали на изготовление автотрансформатора.

Снижение массы активных материалов приводит к уменьшению электрических и магнитных потерь. Поэтому при одинаковой номинальной мощности КПД автотрансформатора всегда выше, чем трансформатора.

Недостатком автотрансформатора является то, что у него вторичная цепь оказывается электрически соединенной с первичной цепью, поэтому изоляция обмоток автотрансформатора должна выбираться исходя из напряжения U_ВН. Другим недостатком автотрансформатора является то, что он по сравнению с трансформатором имеет большой ток короткого замыкания. Происходит это потому, что ток короткого замыкания в автотрансформаторе ограничивается сопротивлением не всей обмотки, а только её частью Аа.

Автотрансформаторы применяются как для понижения так и для повышения напряжения. Конструктивно обмотки Аа и аХ располагаются на стержне в виде двух концентрических катушек одинаковой высоты, что способствует уменьшению их индуктивного сопротивления рассеивания. Обмотки трёхфазного автотрансформатора соединяют чаще всего по схеме звезда-звезда с нулевым проводом.