Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. При помощи трансформаторов повышают или понижают напряжение, изменяют число фаз, и в некоторых случаях преобразуют частоту переменного тока. Трансформаторы широко используют для следующих целей.
1. Для передачи и распределения электрической энергии. Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6—24 кВ, передавать же электроэнергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500 и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения.
Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населенными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6кВ. Следовательно, во всех узлах распределительных сетей должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение. Понижающие трансформаторы также надо устанавливать в пунктах потребления электроэнергии, так как большинство электрических потребителей переменного тока работает при напряжениях 220, 380 и 660 В.
Таким образом, электрическая энергия при передаче от электрических станций к потребителям подвергается в трансформаторах многократному преобразованию (3—5 раз).
Трансформаторы, служащие для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и электропотребителей, называют силовыми трансформаторами. Для режима их работы характерны частота переменного тока 50 Гц и очень малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных значений. Силовые трансформаторы имеют мощность до 1000 000кВ-А и напряжение до 1150кВ. Они могут быть одно- и трехфазными, двух- и трех-обмоточными.
Трансформаторы, применяемые для получения стандартного выходного напряжения, называют преобразовательными. Их мощность составляет сотни тысяч киловольт-ампер, напряжение до 110кВ, работают они при частоте 50 Гц и более. Рассматриваемые трансформаторы выполняют одно-, трех- и многофазными с регулированием выходного напряжения в широких пределах и без него. А так же трансформаторы применяют:
2. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др. Мощность их достигает десятков тысяч киловольт-ампер при напряжении до 10 кВ, работают они обычно при частоте 50 Гц.
3. Для питания различных цепей радиоаппаратуры и телевизионной аппаратуры, устройств связи, автоматики и телемеханики, электробытовых приборов; для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств; для согласования напряжений и пр.
4. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности.
Обмотки. В современных трансформаторах первичную и вторичную обмотки не размещают на различных стержнях магнитопровода, а стремятся расположить для лучшей магнитной связи как можно ближе друг к другу. При этом на каждом стержне магнитопровода размещают обе обмотки: либо концентрически одну поверх другой, либо в виде нескольких дисковых катушек, чередующихся по высоте стержня. В первом случае обмотки называют концентрическими, во втором — чередующимися. В силовых трансформаторах обычно применяют концентрические обмотки, причем ближе к стержням располагают обмотку низшего напряжения, требующую меньшей изоляции относительно остова трансформатора, а снаружи — обмотку высшего напряжения (рис. 1 а).
В некоторых случаях для уменьшения индуктивного сопротивления рассеяния обмоток применяют двойные концентрические (расщепленные) обмотки (рис. 1 б), в которых обмотку низшего напряжения делят на две части с одинаковым числом витков. Аналогично может быть выполнена обмотка высшего напряжения. При чередующихся обмотках (рис.1 в) вся обмотка подразделяется на симметричные группы, состоящие из одной или нескольких катушек высшего напряжения и расположенных по обе стороны.
Рис. 1. Обмотки трансформаторов:
а—концентрическая простая, б —концентрическая двойная, в —чередующаяся; 1 — стержень, 2 — обмотка высшего напряжения, 3 — обмотка низшего напряжения, 4 и 5 — группы чередующихся обмоток
Способы охлаждения. Конструктивное выполнение трансформатора определяется в значительной мере способом его охлаждения, который зависит от величины номинальной мощности. При увеличении мощности трансформатора необходимо увеличивать и интенсивность его охлаждения.
В зависимости от способа охлаждения силовые трансформаторы и трансформаторы, предназначенные для преобразовательных устройств, подразделяют на сухие, масляные и с заполнением негорючим жидким, диэлектриком. В таблице 1 приведены виды охлаждения трансформаторов.
Таблица 1
При естественном воздушном охлаждении магнитопровод, обмотки и другие части трансформатора имеют непосредственное соприкосновение с окружающим воздухом, поэтому их охлаждение происходит путем излучения и естественной конвекции воздуха. Сухие трансформаторы устанавливают внутри помещений (в зданиях, производственных цехах и пр.), при этом главным требованием является обеспечение пожарной безопасности. В эксплуатации они удобнее масляных, так как исключают необходимость периодической очистки и смены масла. Следует, однако, отметить, что воздух обладает меньшей электрической прочностью, чем трансформаторное масло, поэтому в сухих трансформаторах все изоляционные промежутки и вентиляционные каналы делают большими, чем в масляных. Из-за меньшей теплопроводности воздуха по сравнению с маслом электромагнитные нагрузки активных материалов в сухих трансформаторах приходится брать меньшими, чем в масляных, что приводит к увеличению сечения проводов обмотки и магнитопровода. Как следствие этого, масса и габаритные размеры активных материалов у сухих трансформаторов больше, чем у масляных.
Трансформаторы с охлаждением типа СЗ закрывают защитным кожухом с отверстиями, а типа СГ — герметическим кожухом. В трансформаторах с охлаждением типа СД осуществляют обдув обмоток и магнитопровода потоком воздуха от вентилятора.
Трансформаторы малой мощности выполняют, как правило, с охлаждением типа С. В некоторых случаях их помещают в корпус, залитый термореактивными компаундами на основе эпоксидных смол или других подобных материалов. Такие компаунды обладают высокими электроизоляционными и влагозащитными свойствами. После затвердевания они не расплавляются при повышенных температурах и обеспечивают надежную защиту трансформатора от механических и атмосферных воздействий.
В трансформаторах с естественным масляным охлаждением магнитопровод с обмотками целиком погружают в бак, наполненный тщательно очищенным минеральным (трансформаторным) маслом. Трансформаторное масло обладает более высокой теплопроводностью, чем воздух, и хорошо отводит тепло от обмоток и магнитопровода трансформатора к стенкам бака, имеющего большую площадь охлаждения, чем сам трансформатор. Погружение трансформатора в бак со специальным маслом обеспечивает также повышение электрической прочности изоляции его обмоток и предотвращает ее увлажнение и потерю изоляционных свойств под влиянием атмосферных воздействий.
Используемые проводники< Предыдущая | Следующая >Изоляторы |
---|