Трансформатор

Трансформатор – это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при неизменной частоте.

Трансформаторы получили очень широкое применение. Наибольшее значение имеют следующие типы.

Силовые трансформаторы.Это трансформаторы, которые используются в системах передачи и распределения электроэнергии. Обычно электрические станции строятся вблизи естественных источников энергии, а потребители за сотни и даже тысячи км. Для уменьшения потерь энергии в проводах, напряжение в линиях электропередачи обычно повышается до сотен кВ (110, 220, 500, 750 1150 кВ).

На электростанциях электроэнергия вырабатывается при U=6,3-24 кВ. Номинальное напряжение большинства потребителей U_н=220-500 В. Мощные двигатели работают при напряжении 3 и 6 кВ. Поэтому в начале и конце линий электропередачи устанавливают силовые трансформаторы. Обычно переменный ток трансформируется 8-9 раз. Следовательно, суммарная мощность силовых трансформаторов в несколько раз больше мощности всех генераторов, установленных на электростанциях.

Автотрансформаторы.Это трансформаторы для преобразования напряжения в относительно небольших пределах; также широко используются в лабораторных условиях для плавного регулирования величины напряжения лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы).

Измерительные трансформаторы.Это трансформаторы, которые используются для включения в электрические цепи электроизмерительных приборов (трансформаторы тока и напряжения).

Применяются и другие специальные трансформаторы:испытательные, сварочные, печные и т.п.

По числу фаз различают однофазные и трехфазные трансформаторы.

Элементы конструкции трансформаторов

Мощный трансформатор высокого напряжения представляет собой сложное устройство, состоящее из большого числа конструктивных элементов, основными из которых являются: магнитная система (магнитопровод), обмотки, изоляция, выводы, бак, охлаждающее устройство, механизм регулирования напряжения, защитные и измерительные устройства, тележка.

На рис. 4.1 показано устройство силового масляного трансформатора, где:

1 - бак, 2 - вентиль, 3 - болт заземления, 4 - термосифонный фильтр, 5 - радиатор, 6 - переключатель, 7 - расширитель, 8- маслоуказатель, 9 - воздухоосушитель, 10 - выхлопная труба, 11 - газовое реле, 12 - ввод ВН, 13 - привод переключающего устройства, 14 - ввод НН, 15 - подъемный рымболт, 16- отвод НН, 17 - остов, 18 - отвод ВН, 19 - ярмовая балка остова (верхняя и нижняя), 20 - регулировочные ответвления  обмоток ВН,  2 1- обмотка  ВН   (внутри  НН),  22 - каток тележки.

Магнитопровод представляет собой магнитную систему трансформатора, по которой замыкается основной магнитный поток. Одновременно магнитопровод служит основой для установки и крепления обмоток, отводов, переключателей и других деталей активной части трансформатора.

Магнитопровод собирают из отдельных тонких пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга пленкой специального жаростойкого покрытия или лака. Жаростойкое покрытие обычно наносят непосредственно на металлургическом заводе, изготовляющем сталь; пленку лака — на трансформаторном заводе после резки (штамповки) пластин. Качество электротехнической стали влияет на величину магнитную индукцию и потери в магнитопроводе.

Рис. 4.1.

Магнитопроводы выполняют двух типов: стержневого и броневого.

В магнитопроводе стержневого типа (рис. 4.2, а) вертикальные стержни 1 имеют ступенчатое сечение, вписывающееся в круг. На них расположены обмотки 2 цилиндрической формы. Части магнитопровода, не имеющие обмоток и служащие для образования замкнутой цепи, называют ярмами.

В броневом магнитопроводе (рис. 4.2, б) стержни расположены горизонтально и имеют прямоугольное поперечное сечение. Соответственно этому и обмотки такого магнитопровода имеют прямоугольную форму. Из-за очень сложной технологии изготовления броневую конструкцию применяют только для некоторых типов специальных трансформаторов; все силовые трансформаторы отечественного производства имеют стержневую конструкцию.

Рис. 4.2

а - стержневая; б - броневая; 1-стержень; 2-обмотки; 3-ярмо

По способу соединения стержней с ярмами различают стыковую и шихтованную конструкции стержневого магнитопровода.

При стыковой конструкции стержни и ярма собирают раздельно, насаживают обмотки на стержни, а затем сверху приставляют верхнее ярмо. Чтобы избежать замыкания пластин, между стыкующимися частями магнитопровода помещают прокладки из электрокартона. После установки верхнего ярма всю конструкцию прессуют и стягивают вертикальными шпильками. Магнитопровод и его конструктивные детали составляют остов трансформатора. На остове устанавливают обмотки трансформатора. Обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и чередующимися. В первом случае обмотки низшего и высшего напряжения выполняют в виде цилиндров и располагают на стержне концентрически одна относительно другой (рис. 4.3, а). Такое выполнение принято в большинстве силовых трансформаторов. Во втором случае обмотки ВН и НН выполняются в виде невысоких цилиндров с одинаковыми диаметрами и располагаются на стержне одна над другой (рис. 4.3, б). Такая обмотка применяется для специальных электропечных трансформаторов или для сухих трансформаторов.

Рис. 4.3

Обмотки трансформатора выполняются из медных проводников изолированных друг от друга. Изоляция трансформатора является ответственной частью, так как надежность работы трансформатора определяется в основном надежностью его изоляции. В масляных трансформаторах основной изоляцией является масло в сочетании с твердыми диэлектриками: бумагой, электрокартоном, гетинаксом, деревом и др.

Активную часть трансформатора вместе с отводами и переключающими устройствами для регулирования напряжения помещают в бак. Основные части бака — стенки, дно и крышка. Крышку используют для установки вводов, выхлопной трубы, крепления расширителя, термометров и других деталей. На стенке бака укрепляют охладительные устройства — радиаторы.

Расширитель трансформатора представляет собой цилиндрический сосуд, соединенный с баком трубопроводом и служащий для уменьшения площади соприкосновения масла с воздухом. Бак трансформатора полностью залит маслом, изменение объема масла при нагреве и охлаждении приводит к колебанию уровня масла в расширителе; при этом воздух вытесняется из расширителя или всасывается в него.