Що таке трансформатор?
Трансформатор (від лат. Transformo - перетворювати) -
статичну (що не має рухомих частин) електромагнітний пристрій,
призначене для перетворення за допомогою електромагнітної індукції системи змінного струму однієї напруги в систему змінного струму зазвичай іншого напруги при незмінній частоті і без істотних втрат потужності.
Трансформатор може складатися з однієї (автотрансформатор) або декількох ізольованих дротяних, або стрічкових обмоток,
охоплених загальним магнітним потоком, намотаних, як правило, на магнітопровід (сердечник) з феромагнітного магніто-м'якого матеріалу.
Трансформатором називають статичну електромагнітний пристрій,
має дві або більше індуктивно пов'язаних обмоток і призначене для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї
(Первинної) системи змінного струму в іншу (вторинну) систему змінного струму.
При підведенні до первинної обмотці трансформатора змінної напруги, по ній починає протікати змінний струм, який створює в муздрамтеатрі змінний магнітний потік. Цей потік наводить змінну ЕРС в первинної та вторинної обмотках. При замиканні вторинної обмотки на навантаження (електродвигун на малюнку) по ній починає протікати змінний струм.
У загальному випадку вторинна система змінного струму може відрізнятися будь-якими параметрами: величиною напруги і струму, числом фаз,
формою кривої напруги (струму), частотою.
Найбільше застосування в електротехнічних установках, а також в енергетичних системах передачі і розподілу електроенергії мають
силові трансформатори, за допомогою яких змінюють величину змінної напруги і струму. При цьому число фаз, форма кривої напруги (струму) і частота залишаються незмінними.
Найпростіший силовий трансформатор складається з магнітопровода - сердечника, виконаного з феромагнітного матеріалу (зазвичай листова електротехнічна сталь) і двох обмоток (котушок), розташованих на стрижнях муздрамтеатру. Одна з обмоток приєднана до джерела змінного струму на напругу U 1. цю обмотку називають первинної. До
інший обмотці підключений споживач Z н - її називають вторинною.
Дія трансформатора засновано на явищі електромагнітної індукції. При підключенні первинної обмотки до джерела змінного струму в витках цієї обмотки протікає змінний струм i 1. який створює в муздрамтеатрі змінний магнітний потік Ф. Замикаючись на муздрамтеатрі, цей потік зчіплюється з обома обмотками (первинної та вторинної) та індукує в них е. д. з .:
e 1 = - w1 (d Ф / dt); (1) e 2 = - w2 (d Ф / dt); (2)
де w 1 і w 2. - число витків в первинній та вторинній обмотках трансформатора.
При підключенні навантаження Z н до висновків вторинної обмотки трансформатора під дією Е.Д.С. е 2 в ланцюзі цієї обмотки створюється струм i 2. а на висновках вторинної обмотки встановлюється напруга U 2. В
підвищують трансформаторах U 2> U 1. а в понижуючих - U 1
З (1) і (2) випливає, що е.р.с. е 1 і е 2. відрізняються один від одного числом витків обмоток, в яких вони наводяться. Тому, застосовуючи обмотки з необхідним співвідношенням витків, можна виготовити трансформатор на будь-яке відношення напруг.
Обмотку трансформатора, підключену до мережі з більш високою напругою, називають обмоткою вищої напруги (ВН); обмотку,
приєднаної до мережі меншої напруги, - обмоткою нижчої напруги (НH).
Трансформатори класифікується за такими параметрами:
1) по фазності - однофазні та трифазні;
2) за кількістю обмотки:
в) двохобмотувальні з розщепленої обмоткою;
г) трьохобмотувальні з розщепленої обмоткою;
3) за родом ізоляції:
в) Н - з негорючих заповненням (совтола); 4) у зв'язку зі охолодження:
а) М - природне масляне охолодження;
б) Д - масляне охолодження з повітряним дуттям;
в) Ц масляне охолоджування з примусовою циркуляцією;
г) С- трансформатори з повітряним охолодженням (сухі);
д) З-трансформатор без розширювача, захист якого здійснюється за допомогою азотної подушки.
Структурна схема умовного позначення трансформатора:
Буквена частина умовного позначення повинна містити позначення в наступному порядку:
Призначенням трансформатора (може бути відсутнім)
Е - електропічний Кількість фаз
Про - однофазний трансформатор
Т - трифазний трансформатор Розщеплення обмоток (може бути відсутнім)
Р - розщеплена обмотка НН; Cистема охолодження
З - природне повітряне при відкритому виконанні
СЗ - природне повітряне при захищеному виконанні
СГ - природне повітряне при герметичному виконанні
СД - повітряне з дуттям Масляні трансформатори
М - природне масляне
МОЗ - з природним масляним охолодженням із захистом за допомогою азотної подушки без розширювача
Д - масляне з дуттям і природною циркуляцією масла
ДЦ - масляне з дуттям і примусової циркуляцією масла
Ц - олійно-водяне з примусовою циркуляцією масла З негорючим рідким діелектриком
Н - природне охолодження негорючим рідким діелектриком
НД - охолодження негорючим рідким діелектриком з дуттям Особливість трансформатора (може бути відсутнім)
Л - виконання трансформатора з литою ізоляцією;
Т - триобмотковий трансформатор (Для двообмоткових трансформаторів не вказують);
Н - трансформатор з РПН;
Призначення (може бути відсутнім)
С - виконання трансформатора для власних потреб електростанцій
П - для ліній передачі постійного струму Для автотрансформаторів при класах напруги боку СН або
НН 110 кВ і вище після класу напруги сторони ВН через межу дробу вказують клас напруги сторони СН або НН.
Масляні трансформатори (ТМ, ТМЗ, ТМН)
Ці трансформатори найбільш економічні і надійні для зовнішньої установки, а також для внутрішньої установки при розміщенні на рівні першого поверху в камерах з двома дверима назовні.
Особливості масляних трансформаторів:
1) повинні мати маслопріемние пристрої (яму або приямки),
які можуть увібрати в себе до 20-30% від усього обсягу олії,
що міститься в трансформаторі;
2) рівень ями повинен бути не нижче 1 м;
3) заборонена їх установка в підвалі і на другому поверсі будівель;
4) вимагають окремої камери для установки.
Трансформатори з негорючих діелектриком
Виготовляються потужністю до 2500 кВА. Їх застосування доцільно лише в тих випадках, коли за умовами середовища неможливо наблизити до Цен масляні трансформатори і неприпустима їх відкрита установка в будинку або біля нього і в той же час є неприпустимою установка сухих трансформаторів.
Застосування трансформаторів обмежена через сильної токсичності совтола, так як його пари можуть викликати подразнення слизових оболонок носа і очей.
Головною перевагою цих трансформаторів є те, що вони можуть вводиться в експлуатацію без попередньої ревізії, які не обслуговуються і не ремонтуються.
Виготовляються потужністю до 2500 кВА. Їх застосування доцільно лише в тих випадках, коли за умовами середовища неможливо встановлення масляних трансформаторів через пожежонебезпеки, а
трансформаторів з негорючим заповненням - через їх токсичності.
Встановлюються в громадських, адміністративних будівлях, тобто
там, де можливе велике скупчення людей.
Сухі трансформатори невеликої потужності легко розмістити в приміщеннях, на колонах, антресолях і т. П. Так як вони не містять охолоджуючої рідини і, отже, не вимагають пристрою Маслозбірники. Їх застосування доцільно, наприклад, для живлення освітлення при системі роздільного харчування силових і освітлювальних навантажень. Сухі трансформатори володіють підвищеним дратівливим шумом, що слід враховувати при установці трансформаторів в місцях з можливою присутністю людей.
Групи з'єднання обмоток
Важливим параметром підключення трансформатора до електричної мережі є група і схема з'єднання його обмоток.
Існують три основні способи з'єднання фазових обмоток кожного боку трифазного трансформатора:
Y-з'єднання, так званої з'єднання зіркою, де всі три обмотки з'єднані разом одним кінцем кожної з обмоток в одній точці,
званої нейтральною точкою або зіркою
Δ-з'єднання, так зване дельта-з'єднання, або з'єднання трикутником, де три фазних обмотки з'єднані послідовно й утворюють кільце (або трикутник)
Z-з'єднання, так зване з'єднання зигзагом.
Первинна, вторинна і третинна боку трансформатора можуть бути з'єднані будь-яким з трьох способів, показаним вище. Дані способи пропонують кілька різних комбінацій з'єднань в трансформаторах з різними характеристиками, вибір яких також може бути обумовлений типом сердечника.
Y-з'єднання зазвичай є природним вибором для самих високих напруг, коли нейтральна точка призначена для зарядки. В
будь-якому випадку в цілях захисту від перенапруги або для прямого заземлення передбачено наявність нейтрального прохідного ізолятора. В
останньому випадку в цілях економії рівень ізоляції нейтрали може бути нижче, ніж рівень ізоляції фазного кінця обмотки. Поєднана зіркою обмотка також має ту перевагу, що перемикання регулювання коефіцієнта трансформації може бути передбачено на нейтральному кінці, де також може бути розміщений перемикач числа витків.
Тому перемикач числа витків зможе функціонувати при напрузі низького логічного рівня, а різниця напруг між фазами також буде незначна. У порівнянні з витратами,
витраченими на установку перемикача числа витків, при більш високому рівні напруги економічні витрати будуть нижчими.
З'єднання зіркою використовується на одній стороні трансформатора,
інша сторона повинна бути з'єднана трикутником, особливо у випадках,
якщо нейтраль з'єднання зіркою планується для зарядки. З'єднання обмотки трикутником забезпечує баланс ампер-виток для струму нульової послідовності, наступного за нейтрали, і кожної фази з'єднання зіркою, що дає прийнятний рівень повного опору нульової послідовності. Без з'єднання трикутником обмотки струм нульової послідовності привів би до утворення поля струмів нульової послідовності в осерді. Якщо сердечник має три стрижня, дане поле від ярма до ярма проникне крізь стінки бака і призведе до виділення тепла. У випадку з броньовим сердечником, або при наявності п'яти стрижнів сердечника, дане поле проникне між розкрученими бічними стержнями і повний опір нульової послідовності істотно підвищиться. Внаслідок цього ток, в разі пробою на землю може стати настільки слабким, що захисне реле не спрацює.
У з'єднаної трикутником обмотці струм, що протікає по кожній
фазової обмотці дорівнює фазному току, розділеному на 3. в той час як в з'єднанні зіркою, лінійний струм кожної фазної обмотки ідентичний лінійному току мережі. З іншого боку, для однакового напруги з'єднання трикутником вимагає наявності трикратного кількості витків в порівнянні з з'єднанням зіркою. З'єднання обмотки трикутником вигідно використовувати в високовольтних трансформаторах, коли сила струму висока, а напруга відносно низьке, як наприклад, в обмотці нижчого напруги в підвищують трансформаторах.
З'єднання обмотки трикутником дозволяє циркулювати потрійним синусоїдальним струмів всередині трикутника, утвореного трьома послідовно з'єднаними фазними обмотками. Трійчастий синусоїдальні струми необхідні, щоб уникнути спотворення потоку
магнітних індукції в осерді, а також спотворення при синусоїдальної формі наведеного напруги. Трійчастий синусоїдальні струми у всіх трьох фазах мають однакову тривалість, дані струми не можуть циркулювати в обмотці, з'єднаної зіркою, поки нейтраль обмотки не замкнута.
Зрушення фаз між ЕРС первинної і вторинної обмоток прийнято виражати групою сполук. Для опису напруги зсуву між первинною і вторинною, або первинної та третинної обмотками,
традиційно використовується приклад з циферблатом годин. Так як цей зсув фаз може змінюватися від 0 ° до 360 °, а кратність зсуву становить 30 °, то для позначення групи сполук вибирається ряд чисел від 1 до 12, в якому кожна одиниця відповідає розі зсуву в 30 °. Одна фаза первинної вказує на 12, а відповідна фаза іншого боку вказує на іншу цифру циферблата.
Найбільш часто використовувана комбінація YΔ-11 означає, наприклад,
наявність 30? зміщення нейтралі між напруженнями двох сторін.