Трансформатори.

Трансформатором називається електромагнітний статичний пристрій, призначений для перетворення за допомогою електромагнітної індукції електричної енергії змінного струму однієї напруги в електричну енергію іншої напруги. Це пристрій найчастіше складається з двох (а іноді і більшого числа) взаємно нерухомих електрично не пов’язаних між собою обмоток, розташованих на феромагнітному магнітопроводі.

Принцип дії трансформатора являє собою магнітний зв’язок, здійснюваний змінним магнітним полем. Феромагнітний магнітопровід призначений для посилення магнітного зв’язку між обмотками. Іноді в трансформаторах феромагнітний сердечник може бути відсутній. Такі трансформатори називаються повітряними. Вони застосовуються в спеціальних випадках при перетворенні змінних струмів високої частоти.

Обмотка трансформатора, що споживає енергію з мережі, називається первинною обмоткою.

Обмотки трансформатора підключаються до мереж з різними напругами. Обмотка, призначена для приєднання до мережі з більш високою напругою (ВН), а приєднується до мережі з меншою напругою, - обмоткою нижчої напруги (НН).

Якщо вторинна напруга менше первинної, то трансформатор називається понижуючими, а якщо більше - підвищує. Залежно від включення тих чи інших обмоток до мережі трансформатор може бути як підвищувати, так і понижувати.

Однофазні трансформатори невеликої потужності застосовують як зварювальних, вимірювальних, випробувальних, спеціального призначення і для побутових потреб.

Потужні однофазні силові трансформатори служать для трансформації електричної енергії трифазного струму і для живлення спеціальних промислових установок. Найпростіший однофазний трансформатор (рис. 2.11) складається з рамо образної магнітної системи, що включає два стрижня 3, верхнє 4 і нижнє 5 ярмо, обмоток вищої 1 і нижньої 2 напруги.

Лівий стрижень, якщо дивитися на трансформатор з боку виведених на обмотку ВН кінців (відводів), прийнято позначати літерою А, правий – Х.Щоб двухстрижневу магнітну систему однофазного трансформатора використовувати найбільш раціонально і трансформатор конструктивно був більш компактним, обмотки ВН і НН як би ділять на дві частини і розміщують їх на стержнях А і Х. Поєднавши між собою паралельно чи послідовно окремі частини обмоток ВН і відповідально НН, від обмоток, розміщенні на стержні А, виводять їх «початку», а на стержні Х їх «кінці».

Трансформація трифазного струму однофазними трансформаторами здійснюється наступним чином (рис. 2.12): встановлюють поруч три однофазних трансформатора, що обмоток ВН і НН (при три обмоткових трансформаторах і СН) з’єднують в трифазні електричні схеми ( зірка-зірка, зіка-трикутнин). Отримана трифазна трансформаторна група має загальну електричну схему, а електромагнітна система кожного трансформатора працює окремо.

У трифазному трансформаторі електричні й електромагнітні системи трьох однофазних трансформаторів об’єднані в одну.

Фізичну сторону такого суміщення схематично можна пояснити наступним чином. Якщо три магнітних системи однофазних трансформаторів з обмотками ВН і НН, розміщеному на одному стрижні, скласти під кутом 120°

один до одного, вільні від обмоток стрижні примкнути – зістикувати в один, з’єднати обмотки в трифазні схеми та подати на одну з них трифазну напругу, то і вийдетрифазний трансформатор іззагальноюелектричної та магнітної системою, щоскладається з трьохстрижнів з обмотками і одного центрального стрижня без обмоток.

Однак виходячи з відомого положення електротехніки про те, що сума миттєвих значень струмів і магнітних полів трифазної системи дорівнює нулю, магнітний потік в центральному стрижні буде відсутній, а отже, в ньому немає необхідності, тому його з конструкції магнітної системи видаляють. Отримана при цьому трьохстержнева просторова магнітна система (рис. 2.13, б) є симетричною - у неї довжина шляхів основного магнітного поля кожної фази однакова.

Симетрична магнітна система найбільш досконала, проте труднощі, пов'язані з технологією виготовлення і ремонту трансформаторів з такою магнітною системою, обмежують її застосування; вона використовується тільки в трансформаторах деяких серій потужністю в основному до 250 кВ-А.

На рис. 2.13 а) зображена одна з трифазних просторових магнітних систем, що застосовується в трансформаторах І ічастково II габаритів. Вона складається з трьохстрічкових магнітних систем, складених під кутом 60 ° і скріплених стеклобандажною стрічкою. Кожна з них навита (намотана) безперервною (без стиків) електротехнічною стрічкою.

Щоб форма складеного стержня була близька до кола і в місцях стику. Так як навита магнітна система нероз'ємна, то обмотки за допомогою спеціальних верстатів доводиться намотувати («вмативать») безпосередньо на стрижні. У навитих магнітних систем перехід зі стрижнівв ярма плавний, що співпадає з напрямком магнітного потоку, тим самим виключаються додаткові втрати в місцях переходу стрижнів в ярма під прямим кутом при застосуванні анізотропної сталі. Крім того, процес складання трансформаторів з просторовими магнітними системами може бути повністю механізований. Однак, за раніше зазначених причин, вони знайшли застосування тільки в трансформаторах невеликої потужності.

Для спрощення конструкції і технології складально-розбірних операцій в трифазному трансформаторі застосовують головним чином плоску несиметричну магнітну систему (рис. 2.13 б). Вона складається з трьох стрижнів, розташованих в одній площині, і перекривають їх ярем - верхнього й нижнього. З рис. 2.13 б) видно, що довжина шляху A-Б магнітного потоку середнього стержня менше довжин шляху потоку крайніх стержнів. Асиметрія магнітної системи дещо позначається на значенні струмів холостого ходу окремих фаз.

Фазні обмотки на стержнях трифазної магнітної системи розміщуються так само, як і на однофазної, - концентрично соосно і з'єднуються в трифазні схеми.

Вартість виготовлення і монтажу одного трифазного трансформатора нижче вартості трьох однофазних на ту ж сумарну потужність. Сучасні силові трансформатори переважно мають трифазне виконання. Маса трифазного трансформатора на 30-35% менше маси трьох однофазних трансформаторів. Крім того, він економічніший в роботі і обслуговуванні.

Застосування в окремих випадках однофазних силових трансформаторів пояснюється тим, що одночасне пошкодження декількох фаз мало ймовірно. Тому досить мати один запасний однофазний трансформатор, щоб у разі аварії замінити пошкоджену фазу. Проте в даний час однофазні трансформатори застосовують тільки для дуже великих потужностей, де транспортування та встановлення трифазних трансформаторів, які мають великі маси і розміри, викликає значні труднощі.