Будова та принцип дії трансформаторів

Призначення, будова і принцип дії трансформатора.

Трансформатор – це статичний електромагнітний пристрій із двома або більшим числом зв’язаних обмоток, який призначений для перетворення змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги.За призначенням трансформатори поділяються на: силові, узгоджувальні та імпульсні.Силові трансформатори призначені для перетворення електричної енергії в електричних мережах та установках.Трансформатори які призначені для підвищення напруги називають підвищувальними, а трансформатори які призначені для зниження напруги називають знижувальними.Трансформатори, які використовуються для узгодження напруги або опорів між закладками в радіопристороях називають узгоджувальними.Трансформатори, які призначені для передачі імпульсів напруги або струмів з однієї мережі в іншу називають імпульсними.Залежно від потужності трансформатори випускають з природнім охолодженням і масляним. Активні частини трансформаторів у потужних енергетичних установках занурюють в мінеральне трансформаторне масло.

Трансформатори малої потужності випускають з повітряним охолодженням.Основні частини трансформатора: магнітопровід та обмотки. Магнітопровід складається з тонких листів електротехнічної сталі, легованої кремнієм, які ізольовані лаком, папером або окалиною.Призначення магнітопроводу – підсилення магнітного зв’язку між обмотками трансформатора.Магнітопроводи можуть мати П- або Ш-подібну форму. Трансформатори з П-подібними магнітопроводами називають стержньовими, а з Ш-подібними – броньованими.Частини магнітопроводу, на яких розміщено обмотки називають стержнями, а частини на яких не має обмотки – ярмом.

Обмотки трансформаторів виготовляють з мідного дроту круглого або прямокутного перерізу. Обмотка до якої підводиться електроенергія з мережі називають первинною, а обмотка від якої відводиться електроенергія – вторинною.

Принцип дії однофазного двох обмоткового трансформатора

Під час вмикання первинної обмотки трансформатора до мережі змінного струму з напругою U₁ у ній виникає струм І₁, який збуджує у магнітопроводі магнітний потік Ф. Магнітний потік індукує в первинній обмотці w ₁ ЕРС е₁, а у вторинній w ₂ ЕРС е₂. під час вмикання вторинної обмотки до навантаження ЕРС е₂ створить в ній струм І₂.

Ф_р1, Ф_р2 – змінні магнітні потоки.

ЕРС е₁ е₂ – залежать від кількості витків і швидкості зміни магнітного потоку.

Діюче значення ЕРС Е₁, Е₂ залежить від частоти струму, витків обмотки та магнітного потоку.Коефіцієнт трансформації – це відношення ЕРС обох обмоток або відношення чисел витків цих обмоток.Трифазний трансформатор.Трифазний трансформатор призначений для перетворення електричної енергії змінного струму з одним співвідношенням лінійних напруг і струмів в електричну енергію з іншим співвідношенням напруг і струмів при незмінній частоті.Що пояснити будову трифазного трансформатора можна взяти три однофазні трансформатори і встановити їх так, щоб стержні на яких розміщено обмотки були під кутом 120⁰, а стержні без обмоток об’єднати в один стержень. Первинні обмотки трансформаторів об’єднаємо в зірку. Під час живлення трансформаторів від симетричної трифазної мережі по обмоткам потечуть струми однакового значення, зсунуті на 120⁰. Сума струмів і магнітних потоків дорівнює нулю. Через це необхідність у стержні який їх об’єднує відпадає.При неправильному з’єднанні обмоток результуючий магнітний потік не дорівнюватиме нулю і буде замикатися через повітря або через бак трансформатора.Технічно дуже важко виготовити трифазний трансформатор із розміщенням стержнів під кутом 120⁰, то їх розміщують в одній площині. Процеси роботи усіх фаз подібні.Початки обмоток ВН трифазного трансформатора позначаються літерами А, В, С, а кінці їх – літерами X, Y, Z; початки обмоток НН позначаються літерами a, b, с, а кінці їх – літерами x, y, z. Магнітопровід такого трансформатора складається з трьох стержнів, з’єднаних вгорі та внизу ярмом. На кожному стержні розміщено дві обмотки (вищої і нижчої напруг), що належать одній і тій самій фазі.Первинні і вторинні обмотки трансформатора можуть бути з’єднані зіркою або трикутником.Група з’єднань – це зсув фаз між лінійною ЕРС обмотки низької напруги і відповідно ЕРС обмотки високої напруги. За одиницю прийнято 30⁰

Основним схемами з’єднань обмоток трансформатора є зірка – зірка і зірка – трикутник.

Автотрансформатори.

Автотрансформатор – це трансформатор у якого обмотки зв’язані гальванічно і мають спільну частину.Автотрансформатори бувають однофазними і трифазними, підвищувальним і знижувальними. Автотрансформатор у якого первинна обмотка є частиною вторинної, називається підвищувальним. Автотрансформатор, в якого вторинна обмотка є частиною первинної називається знижувальним.В автотрансформаторі електрична енергія з первинної обмотки передається у вторинну через гальванічний зв’язок і безпосередньо змінним магнітним потоком.Автотрансформатори використовують в енергетиці, пристроях автоматики, радіоелектроніки, у побутовій техніці, лабораторіях та ін. (регулятори напруги).Переваги: менша маса магнітопроводу і проводу обмоток, дешевші, мають більший ККД, простота їх конструкції (одна обмотка замість двох).Автотрансформатори не можна використовувати для живлення розподільних мереж низької напруги від мережі високої напруги, бо при пробиванні ізоляції автотрансформатора створюються небезпечні умови для обслуговуючого персоналу. Вони не придатні для перетворення високої напруги в низьку, бо сторона низької напруги з’єднується електрично із стороною високої напруги, і тому ізоляція в мережі низької напруги повинна бути розрахована на високу напругу. Автотрансформатори використовуються лише в установках з коефіцієнтом трансформації не більш як 1,5 – 2.