Виды трансформаторов и их применение

Содержание:

1. Общее устройство и принцип работы
2. Основные типы трансформаторов
3. Условные обозначения трансформаторов
4. Масляные трансформаторы
5. Устройства с негорючим диэлектриком
6. Сухие трансформаторы

В электротехнике постоянно требуется преобразование тока из одного состояния в другое. В этих процессах активно участвуют различные виды трансформаторов, представляющие собой электромагнитные статические устройства, без каких-либо подвижных частей. В основе их действия лежит электромагнитная индукция, посредством которой переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения. При этом частота остается неизменной, а потери мощности совсем незначительные.

Общее устройство и принцип работы

Каждый трансформатор оборудуется двумя или более обмотками, индуктивно связанными между собой. Они могут быть проволочными или ленточными, покрытыми изоляционным слоем. Обмотки наматываются на сердечник, он же магнитопровод, выполненный из мягких ферромагнитных материалов. При наличии одной обмотки, такое устройство называется автотрансформатором.

Принцип действия трансформатора довольно простой и понятный. На первичную обмотку устройства подается переменное напряжение, что приводит к течению в ней переменного тока. Этот переменный ток, в свою очередь, вызывает создание в магнитопроводе переменного магнитного потока. Под его воздействием в первичной и вторичной обмотках происходит наведение переменной электродвижущей силы (ЭДС). Когда вторичная обмотка замыкается на нагрузку, по ней также начинает течь переменный ток. Этот ток во вторичной системе отличается собственными параметрами. У него индивидуальные показатели тока и напряжения, количество фаз, частота и форма кривой напряжения.

Энергетические системы, осуществляющие передачу и распределение электроэнергии, пользуются силовыми трансформаторами. С помощью этих устройств изменяются величины переменного тока и напряжения. Однако частота, количество фаз, кривая тока или напряжения, остаются в неизменном виде.

В конструкцию простейшего силового трансформатора входит магнитопровод, изготавливаемый из ферромагнитных материалов, преимущественно из листовой электротехнической стали. На стержнях магнитопровода – сердечника располагаются первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка соединяется с источником переменного тока, а вторичная подключается к потребителю.

В силовых трансформаторах при протекании через витки обмотки также создается переменный магнитный поток, возникающий в магнитопроводе. Под его влиянием в обеих обмотках индуктируется ЭДС. Выходное напряжение может быть выше или ниже первоначального, в зависимости от того, какой тип трансформатора используется – повышающий или понижающий. Значение ЭДС в каждой обмотке различается в соответствии с количеством витков. Таким образом, если создать определенное соотношение витков в обмотках, можно создать трансформатор с требуемым отношением входного и выходного напряжений.

Типы трансформаторов

В соответствии со своими параметрами и характеристиками, все трансформаторы разделяются на следующие виды:

• По количеству фаз могут быть одно- или трехфазными.
• В соответствии с числом обмоток, трансформаторы бывают двух- или трехобмоточными, а также двух- или трехобмоточными с расщепленной обмоткой.
• По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н).
• По видам охлаждения – с естественным масляным охлаждением (М), с масляным охлаждением и воздушным дутьем (Д), принудительная циркуляция масляного охлаждения (Ц), сухие трансформаторы с воздушным охлаждением (С). Кроме того, существуют устройства без расширителей, для защиты которых используется азотная подушка.

Условные обозначения трансформаторов

Каждый трансформатор имеет собственные условные обозначения, расшифровывающие основные технические характеристики и параметры устройства.

Буквенные символы обозначают следующее:

• А – конструкция автотрансформатора.
• О – однофазная модификация.
• Т – трехфазное устройство, с наличием или отсутствием расщепления обмоток.

В соответствии с системой охлаждения, трансформаторы маркируются следующим образом:

• Сухого типа: «С» — с естественным воздушным охлаждением, открытого исполнения; «СЗ» — то же самое, защищенного исполнения; «СГ» — то же самое, герметичного исполнения; «СД» — воздушное охлаждение с дутьем.
• Масляное охлаждение: «М» — естественное; «МЗ» — естественное, с защитной азотной подушкой без расширителя; «Д» — дутье и естественная циркуляция масла; «ДЦ» — дутье и принудительная циркуляция масла; «Ц» — масляно-водяное охлаждение и принудительная циркуляция масла.
• С использованием негорючего жидкого диэлектрика: «Н» и «НД» — естественное охлаждение и с применением дутья.

Существует множество других буквенных и цифровых обозначений. Правильно расшифровать их помогут специальные справочники и таблицы.

Масляные трансформаторы

Данный тип трансформаторов считается наиболее экономичным. Они лучше всего подходят для наружной установки. Внутри помещений они могут устанавливаться на уровне первого этажа, в специальных камерах с двумя наружными дверьми.

Эксплуатация масляных трансформаторов отличается специфическими особенностями. Они должны обязательно оборудоваться маслоприемными устройствами в виде ям или приямков, способных к сбору примерно 20-30% общего количества масла, залитого в трансформатор. Глубина таких ям должна быть не менее 1 м. Следует помнить, что масляные установки запрещается размещать в подвалах и на вторых этажах зданий.

Устройства с негорючим диэлектриком

Мощность таких установок составляет до 2500 кВА. Трансформаторы этого типа применяются в тех случаях, когда технические условия не допускают использования других устройств. Чаще всего это связано с условиями окружающей среды и недопустимостью открытой установки масляных трансформаторов.

Применение устройств с негорючим диэлектриком имеет серьезные ограничения в связи с высокой токсичностью совтола, используемого для охлаждения. Данная жидкость, обладая противопожарными и взрывобезопасными свойствами, может нанести серьезный вред человеческому организму, привести к раздражению носовых и глазных слизистых оболочек.

Основное преимущество этих устройств заключается в возможности их ввода в эксплуатацию без проведения предварительной ревизии. В процессе дальнейшей работы они не требуют обслуживания и ремонта.

Сухие трансформаторы

Максимальная мощность этих устройств также находится в пределах 2500 кВА. Они применяются в тех местах, где условия среды делают масляные трансформаторы пожароопасными, а трансформаторы с негорючей жидкостью – токсичными. Установка сухих трансформаторов производится в административные, общественные и другие здания, где возможно значительное скопление людей.

Рассматривая основные виды трансформаторов, следует отметить, что устройства сухого типа с небольшой мощностью могут размещаться внутри помещений и других закрытых местах. Это связано с тем, что им не требуются маслосборники и охлаждающая жидкость. Серьезным недостатком сухих трансформаторов считается наличие повышенного шума во время работы. Этот фактор нужно обязательно принимать во внимание при выборе места установки данных устройств.

Типы силовых трансформаторов

Трансформаторы используются в электротехнике для преобразования переменного тока из одного напряжения в другое посредством электромагнитной индукции, с сохранением неизменной частоты при минимальных мощностных потерях.

Существуют различные типы трансформаторов по количеству фаз, числу обмоток, типу изоляции и виду охлаждения. Распространенная классификация устройств основана на том, куда погружается магнитная система (сердечник), то есть, по типу охлаждения. В этом случае выделяют трансформаторы:

• Масляные – погружение сердечника происходит в трансформаторное масло с диэлектрическими свойствами (оно находится в корпусе прибора)
• Сухие – в обмотку заливается эпоксидная смола
• Жидкостные – в качестве охлаждающей среды используются различные органические жидкости, то есть негорючие диэлектрики

Охлаждение для всех трех видов трансформаторов имеет свои нюансы. Для вашего удобства мы свели их в таблицу:

Вид трансформатора	Тип охлаждения	Обозначение
Сухие	Естественное воздушное – для открытого исполнения	С
	Аналогично – для защищенного исполнения	СЗ
	Аналогично – для герметичного исполнения	СГ
	Воздушное с дутьем	СД
Масляные	Естественная циркуляция воздуха и масла	М
	2 вида циркуляции – принудительная для воздуха и естественная для масла	Д
	2 вида циркуляции – естественная для воздуха и принудительная для масла	МЦ
	Принудительная циркуляция воздуха и масла	ДЦ
	2 вида циркуляции – принудительная для воды и естественная для масла	МВ
	Принудительная циркуляция воды и масла	Ц
Жидкостные	Естественное охлаждение – негорючий жидкий диэлектрик	Н
	Охлаждение негорючим жидким диэлектриком посредством дутья	НД

Среди этих трех типов наиболее популярны последние. Почему – об этом вы можете прочесть здесь, в одном из наших материалов. Мы же расскажем об основных критериях классификации трансформаторов по типам и чуть подробнее остановимся на сухих разновидностях.

Основные параметры классификации трансформаторов

• Тип охлаждения

О нем мы частично упомянули выше. Видов охлаждения несколько:

• М – масляное
• Д – охлаждение в масляной среде + воздушное дутье
• Ц – масляное охлаждение с принудительной циркуляцией
• С – воздушное охлаждение (то есть, «сухие» трансформаторы)

Маркировка типов трансформаторов расшифровывается следующим образом:

• Буквенное обозначение – кол-во фаз, тип охлаждения, число обмоток и вид переключения ответвлений. Также могут быть дополнительные буквенные маркировки, говорящие о специальных особенностях конкретного трансформатора
• Номинальная мощность + класс напряжения
• Последние 2 цифры года выпуска рабочих чертежей конкретного трансформатора
• Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69

Далее мы перечислим другие основные параметры классификации:

• Климатическое исполнение

Прибор бывает наружный или внутренний

• Конструктивное исполнение и характер работы

На этом параметре стоит остановиться более подробно:

1. Автотрансформаторы – одна обмотка с несколькими отводами, переключение между которыми позволяет получить разные показатели напряжения.
2. Импульсные – преобразовывают импульсный сигнал незначительной продолжительности (около десятка микросекунд) с минимальным искажением.
3. Разделительные – между первичной и вторичной обмоткой электрической связи нет, присутствует гальваническая развязка между входными и выходными цепями.
4. Пик—трансформатор – применяется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров

• Количество фаз

Трехфазные (наиболее распространенные) и однофазные.

• Количество обмоток

2-х и 3-х обмоточные с расщепленной обмоткой или без неё

По типу изоляции – сухие (С) и масляные (М) или с негорючим заполнением (Н).

Понижающие (для низкого напряжения из высоковольтных линий) и повышающие (соответственно, наоборот)

• Уровень напряжения

Высоковольтный, низковольтный, высокопотенциальный

• Форма магнитопровода

Стержневой, тороидальный, броневой

Всего выделяют 6 групп трансформаторов:

• 1-я группа (изделия с мощностью до 100 кВА)
• 2-я группа (диапазон мощности от 160 до 630 кВА)
• 3-я группа (от 1000 до 6300 кВА)
• 4-я группа (показатель мощности выше 10000 кВА)
• 5-я группа (все трансформаторы с мощностью выше 40000 кВА)
• 6-я группа (мощность от 100000 кВА)

Среди дополнительных критериев классификации стоит отметить наличие/отсутствие:

• Наличие/отсутствие регулятора выходного напряжения.
• Без расширителей, с азотной подушкой для защиты

Сухие трансформаторы

Несмотря на то, что масляные трансформаторы пользуются большой популярностью, широко востребованы силовые трансформаторы и сухого типа, в частности:

• Силовые трехфазные с литой изоляцией ТСЛ (ТСГЛ) и ТСЗЛ (ТСЗГЛ)
• Силовые трехфазный ТС и ТСЗ
• Сухие ТС и ТСЗ
• Трансформаторы собственных нужд (сухого типа) ТСКС

Назначение трехфазных сухих трансформаторов с воздушным охлаждением – преобразование электроэнергии в электросетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Предельная мощность сухих трансформаторов – 2500 кВА.

Такие трансформаторы монтируются на производстве и в общественных зданиях – на любых объектах, где действуют повышенные требования в области пожарной безопасности, взрывозащищенности и экологичности, то есть, где использование масляного трансформатора является потенциальным риском. Единственное неудобство от сухих приборов – повышенный шум при работе.

Типы и классификация трансформаторов

Трансформаторы – особый вид оборудования, применяемый для изменения показателей напряжения в электросетях с переменным током. В основе его работы лежит такое явление как электромагнитная индукция – первичная обмотка присоединяется к источнику тока, после чего в ней начинает генерироваться магнитное поле, и во вторичных обмотках возникает электродвижущая сила.

Конструктивные особенности трансформаторов

В основе конструкции прибора находятся вторичные и первичные обмотки, сердечник из ферромагнитного сплава (обычно замкнутого типа). Обмотки располагают на магнитном проводе, они связаны между собой индуктивным способом. Благодаря наличию магнитопривода аккумулируется значительная часть магнитного поля, и КПД устройства возрастает. Сам магнитопровод представляет собой комплекс металлических пластин, покрытых изоляцией. Изоляция нужна для предотвращения появления паразитных токов в сердечнике.

Принципы классификации трансформаторов

Трансформаторы классифицируются по следующим принципам:

1. Назначение (лабораторные, защитные, промежуточные, измерительные).
2. Напряжение (низко- и высоковольтные).
3. Способ установки (переносные, стационарные, наружные и внутренние, опорные, шинные).
4. Количество ступеней (одно- и многоступенчатые).
5. Характер изоляции обмотки (сухая, компаундная, бумажно-масляная).

Каждый тип прибора имеет свои особенности и преимущества, о которых мы поговорим далее. Ремонт трансформаторов всех видов должен производиться профессиональными мастерами с применением соответствующего оборудования.

Типы трансформаторов

Самой распространенной категорией электрических трансформаторов являются силовые трансформаторы – они различаются между собой по количеству фаз, показателям номинального напряжения. Назначение – изменение напряжения тока в сетях освещения, питания оборудования, энергосистем.

Второй по популярности тип оборудования – измерительный. Он используется для контроля рабочих показателей напряжения, фазы или тока в первичной цепи. На измеряемую сеть работа прибора влияния практически не оказывает.

Третий тип – автотрансформаторы, обмотки в которых соединяются между собой гальваническим способом. Коэффициент трансформации невысокий, поэтому установка имеет сравнительно небольшие размеры и недорого стоит. Устанавливаются в стабилизаторах напряжения, системах релейной защиты, запуска крупных электроустановок, работающих от сети с переменным током.

Импульсные трансформаторы оборудуются феррогмагнитным сердечником, который изменяет напряжения и импульсы тока. Данный тип оборудования применяется в вычислительных устройства электронного типа, системах радиолокации, импульсной связи, в качестве главного измерителя в электросчетчиках.

Пик-трансформаторы преобразуют напряжение синусоидального типа в импульсное. Разделительные устройства отличаются от остальных тем, что в них первичная обмотка со вторичными не связана. Назначение прибора – гальваническая развязка электроцепей.

Согласующий трансформатор согласует показатели сопротивления каскадов схем таким образом, что сигнал практически не искажается. Согласующий трансформатор между рабочими участками создает схемы гальванической развязки.

Сдвоенный дроссель оснащается двумя идентичными обмотками. За счет взаимной индукции катушек дроссель имеет отличную эффективность, хотя имеет стандартные размеры. Используется в звуковой технике, в качестве фильтров блока питания. Для хранения информации обычно используется трансфлюксор – трансформатор с большой остаточной намагниченностью магнитопровода.

Трансформаторы, их виды и назначение

Что такое трансформатор
Принцип работы трансформатора
Виды трансформаторов
Режимы работы трансформатора
Уравнения идеального трансформатора
Магнитопровод трансформатора
Обмотка трансформатора
Применение трансформаторов
Схема трансформатора

Что такое трансформатор

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник. Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневыми, броневыми или тороидальными. Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стержневого типа обмотка включается в сердечник. В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть. Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку. Обмотки трансформатора стержневого типа расположены горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Независимо от типа трансформатора, в его состав входят такие три функциональные части: магнитная система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

В начало

Принцип работы трансформатора

В трансформаторе принято выделять первичную и вторичную обмотку. К первичной обмотке напряжение подводится, а от вторичной отводится. Действие трансформатора основано на законе Фарадея (законе электромагнитной индукции): изменяющийся во времени магнитной поток через площадку, ограниченную контуром, создает электродвижущую силу. Справедливо также обратное утверждение: изменяющийся электрический ток индуцирует изменяющееся магнитное поле.

В трансформаторе есть две обмотки: первичная и вторичная. Первичная обмотка получает запитку от внешнего источника, а с вторичной обмотки напряжение снимается. Переменный ток первичной обмотки создает в магнитопроводе переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает ток во вторичной обмотке.

В начало

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены. Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора. Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны, поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения.

Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:
U_2/U_1 =N_2/N_1 , где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке. Если U2 > U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

В начало

Виды трансформаторов

В зависимости от своего применения и характеристик трансформаторы бывают нескольких видов. К примеру, в электрических сетях населенных пунктов, промышленных предприятий применяют трансформаторы силовые, основной задачей которых является понижение напряжения в сети до общепринятого – 220 В.

Если трансформатор предназначен для регулировки тока, он называется трансформатор тока, а если устройство регулирует напряжение – то это трансформатор напряжения. В обычных сетях применяются однофазные трансформаторы, в сетях на три провода (фаза, ноль, заземление) нужен трехфазный трансформатор.

Бытовой трансформатор, 220В предназначается для защиты бытовой техники от перепадов напряжения.

Сварочный трансформатор предназначен для разделения сварочной и силовой сети, для понижения напряжения в сети до нужной для сварки величины.

Масляный трансформатор предназначается для использования в сетях с напряжением выше 6 000 Вольт. Конструкция трансформатора включает в себя: магнитопровод, обмотки, бак, а также крышки с вводами. Магнитопровод состоит из 2 листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга, обмотки, как правило, делают из алюминиевого или медного провода. Регулировка напряжения производится с помощью ответвления, которое соединяется с переключателем.

Существует два вида переключения ответвлений: переключение под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой), а также без нагрузки, после того, как трансформатор отключен от внешней сети (ПБВ, или переключение без возбуждения). Большее распространение получил второй способ регулировки напряжения.

Говоря о видах трансформаторов, нельзя не рассказать об электронном трансформаторе. Электронный трансформатор представляет собой специализированный источник питания, который служит для преобразования напряжения 220В в 12 (24)В, при большой мощности. Электронный трансформатор намного меньше обычного, при тех же самых параметрах нагрузки.

В начало

Уравнения идеального трансформатора

Для того чтобы рассчитать основные характеристики трансформаторов, принято пользоваться простыми уравнениями, которые знает каждый современный школьник. Для этого используют понятие идеального трансформатора. Идеальным трансформатором называется такой трансформатор, в котором нет потерь энергии на нагрев обмоток и вихревые токи. В идеальном трансформаторе энергия первичной цепи превращается полностью в энергию магнитного поля, а затем – в энергию вторичной обмотки. Именно поэтому мы можем написать:
P1= I1*U1 = P2 = I2*U2,
где P1, P2 – мощности электрического тока в первичной и вторичной обмотке соответственно.

В начало

Магнитопровод трансформатора

Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, которые концентрируют в себе магнитное поле трансформатора. Полностью собранная система с деталями, скрепляющими трансформатор в единое целое – это остов трансформатора. Та часть магнитопровода, на которой крепятся обмотки, называется стержнем трансформатора. Часть магнитопровода, которая не несет на себе обмотку и замыкает магнитную цепь, называется ярмом.

В трансформаторе стержни могут располагаться по-разному, поэтому выделяют такие четыре типа магнитопроводов (магнитных систем): плоская магнитная система, пространственная магнитная система, симметричная магнитная система, несимметричная магнитная система.

В начало

Обмотка трансформатора

Теперь поговорим об обмотке трансформатора. Основная часть обмотки – виток, который однократно обхватывает магнитопровод и в котором индуцируется магнитное поле. Под обмоткой понимают сумму витков, ЭДС всей обмотки равна сумме ЭДС в каждом витке.

В силовых трансформаторах обмотка обычно состоит из проводников, имеющих квадратное сечение. Такой проводник по-другому еще называется жилой. Проводник квадратного сечения используется для того, чтобы более эффективно использовать пространство внутри сердечника. В качестве изоляции каждой жилы может использоваться либо бумага, либо эмалевый лак. Две жилы могут быть соединены между собой, и иметь одну изоляцию – такая конструкция называется кабелем.

Обмотки бывают следующих типов: основные, регулирующие и вспомогательные. Основной называется обмотка, к которой подводится или от которой отводится ток (первичная и вторичная обмотка). Обмотка с выводами для регулирования коэффициента трансформации напряжения называется регулирующей.

В начало

Применение трансформаторов

Из курса школьной физики известно, что потери мощности в проводах прямо пропорциональны квадрату силы тока. Поэтому для передачи тока на большие расстояния напряжение повышают, а перед подачей потребителю наоборот, понижают. В первом случае нужны повышающие трансформаторы, а во втором – понижающие. Это основное применение трансформаторов.

Трансформаторы применяются также в схемах питания бытовых приборов. Например, в телевизорах применяют трансформаторы, имеющие несколько обмоток (для питания схем, транзисторов, кинескопа, и т.д.).

В начало

Схема трансформатора

1. Изоляция трансформатора на основе безматричной вакуумной пропитки и работает в среде с высокой влажностью воздуха и в химически агрессивной атмосфере.
2. Минимальное выделение энергии горения (например, 43 кг для трансформатора 1600 кВА соответствуют 1,1% веса). Другие изоляционные материалы являются практически негорючими, самозатухающими и не содержат каких-либо токсичных добавок.
3. Устойчивость трансформатора к загрязнениям благодаря конвекционным самоочищающимся дискам обмотки.
4. Большая длина утечки по поверхности дисков обмотки, которые создают эффект изоляционных барьеров.
5. Устойчивость трансформатора к температурной ударной нагрузке даже при крайне низких температурах (-50°С).
6. Керамические блоки прокладки (без возможности возгорания) между дисками обмотки.
7. Изоляция проводников стекло-шелк.
8. Безопасность эксплуатации трансформатора благодаря специальной структуре обмотки Воздействие напряжения на изоляцию никогда не превышает напряжение изоляции (не более 10 В). Частичные разряды в изоляции физически невозможны.
9. Охлаждение трансформатора обеспечивается вертикальными и горизонтальным каналам охлаждения, а минимальная толщина изоляции обеспечивают возможность работы трансформатора при больших кратковременных перегрузках в защитном корпусе IP 45 без принудительного охлаждения.
10. Изоляционный цилиндр сделан и практически негорючего и самозатухающего материала, армированного стекловолокном.
11. Обмотка низкого напряжения из стандартного провода или фольги; в качестве материала обмотки используется медь.
12. Динамическая устойчивость трансформатора к коротким замыканиям обеспечивается керамическими изоляторами.

В начало

Трансформаторы напряжения: виды, назначения, принцип действия, применение

Трансформаторы напряжения имеют довольно развитую классификацию и отличаются друг от друга по назначению, а также принципу действия. Это устройства, меняющие характеристики тока, имеют важное значение для обеспечения энергией как отдельных точек, так и крупных территорий. Большинство из них объединено в одну систему энергоснабжения. Какими же бывают трансформаторы?

Содержание:

Общая классификация трансформаторов

Трансформаторные устройства по назначению делятся на:

• Силовые. Обеспечивают бесперебойное питание. Принцип их работы построен на преобразовании тока переменного типа из одного напряжения в другое. Выделяют два диаметрально противоположных вида силовых трансформаторов — это как повышающие, так и понижающие. В России используются трехфазные двухобмоточные модели понижающего типа для преобразования высоких значений — 10 кВ до бытового значения в 0,4 кВ.
• Измерительные. Так называемый, промежуточный вариант, благодаря которому возможно подключение различных измерительных устройств в условиях высокого напряжения. Так различные вольт-, ватт- и амперметры изолируются от сети электропередач, то есть могут применяться без каких-либо оговорок.
• Автотрансформаторы, рассчитанные на уровень от 0,3 до 6 кВт. В структуре — одна обмотка, дополненная клеммами и терминалы, расположенные в промежутках, где размещаются катушки.
• Трансформирующие устройства тока, которые имеют два вида обмотки — первичную и вторичную. Конструкция состоит из магнитного сердечника, а также нескольких резисторов и датчиков, помогающих регулировать уровень напряжения более точно. Используются для уравнивания сигналов первичной и вторичной цепей и создания линейной пропорции.
• Антирезонансные. Очень похожи на устройства силового типа, правда, гораздо компактнее и менее требовательны к погоде. Применяются для использования в условиях повышенных нагрузок или передачи на многокилометровые расстояния.
• Заземляемые. Имеют специализированную область использования, их еще называют догрузочными. Необычным в этой конструкции является способ соединения обмоток, это почти всегда звездочка или зигзаг. Их предназначение соединять многофазные системы с фазой и нейтралью нагрузок.
• Пик-трансформаторы — еще один вид, который используется для того, чтобы сопоставлять источники импульсов и нагрузок. Цель — смена импульсной полярности для отделения разного типа токов. Встречаются преимущественно в различных по мощности компьютерных системах, а также узлах радиосвязи. Их базовая конструкция довольно проста. Есть сердечник, вокруг — обмотка с четко выверенным количеством витков. Такой трансформатор предохраняет чувствительные к перепадам напряжения устройства от замыкания. Нередко заменяется стабилизатором.
• И, наконец, разделительный трансформатор. Это устройство обеспечивает передачу электроэнергии непосредственно от источника переменного тока до используемого в быту оборудования. Они не только помогают регулировать напряжение, но и предохраняют от удара током и эффективно подавляют возможные помехи на устройствах чувствительных к электроимпульсам. Такой прибор легко блокирует передачу постоянного тока, но прекрасно пропускает переменный.

В чем специфика трансформаторов напряжения? ↑

Сфера использования комментируемых нами устройств очень обширна. Применяются для измерения собственно напряжения, и контроля мощностных параметров. Питают они цепи автоматики, различные типы сигнализаций. Эффективны в качестве защиты ЛЭП.

В некоторых ситуациях возможно их применение в качестве силовых приборов  малой мощности понижающего типа или, напротив, как трансформаторов, повышающих предельные значения с целью провести испытания.

Принцип классификации трансформаторов напряжения ↑

Все трансформаторы напряжения делятся на несколько групп по различным параметрам:

• Число фаз. Устройства производятся  одно- и трехфазные.
• Количество имеющихся обмоток — две или три.
• Класс точности — диапазон допустимых значений возможной погрешности.
• Преимущественный способ охлаждения — масляные со специальным масляным составом и сухие, имеющие воздушное охлаждение.
• По типу размещения могут быть внутренними или внешними.

Существуют и другие трансформаторы напряжения, назначение и принцип действия которых имеет свою специфику.

Немного подробнее о специфике некоторых видов ↑

Виды трансформаторного напряжения напрямую влияют на тип используемого устройства. Если речь идет о напряжении до 6 кВ, то используются трансформаторы сухого типа, в других случаях необходимо задействовать масляные модели.

Внутренние трансформирующие устройства могут работать в диапазоне от -40 до + 45 градусов при влажности воздуха не более 80 процентов. Однофазные внутренние трансформаторы имеют изоляцию литого типа и отличаются от масляных аналогов меньшей массой, более скромными размерами и неприхотливостью в эксплуатации.

Особенности и различия масляных и сухих трансформаторов ↑

Напомним, — масляные трансформаторы изолируются и охлаждаются с помощью масляного состава.

Структура масляного трансформатора — это магнитопровод в сочетании с обмотками, баком и крышкой.  Основной элемент — магнитопровод — собирается из отдельных стальных листов, хорошо заизолированных во избежание потерь.

Материал для обмоток — неизолированный провод, как правило, из меди или алюминия различного сечения. Чтобы регулировать напряжение, имеющаяся обмотка дополнена ответвлениями, соединенными с тумблером или переключателем.

В каждом трансформаторе такого типа есть два основных вида переключении: они могут регулироваться под нагрузкой, пока устройство подключено, а также без нагрузки, когда оно отключено. Самым популярным способом считается второй — он намного проще и безопаснее.

Масляные трансформаторы могут выпускаться и герметичными. В этом случае само масло никак не соприкасается с воздухом, а значит медленнее окисляется и набирается влагой. Приборы этого вида заполнены специальной масляной жидкостью полностью, а потому не имеют расширительной емкости. Что же касается компенсации при расширении от нагревания и сжатии при снижении температуры, то эту функцию выполняют гофры стенок самого бака. Еще один их плюс — в более совершенной изоляции, так как заполнение маслом происходит под вакуумом.

Второй тип — это сухие трансформаторы, в которых роль охлаждения выполняет воздух. Они также представляют собой соединение магнитопровода и двух или трех обмоток, которые помещены в защитный отсек. Так как воздух гораздо менее совершенная среда для охлаждения, чем вязкое масло, в таких устройствах изоляционные промежутки, а также каналы, предназначенные для вентиляции делаются больше.

Изоляцией в сухом варианте служит стекломатериал высокого класса термостойкости и кремнийорганические лаки, предотвращающие взаимодействие обмотки с влагой. Кстати, это делает их гораздо пожаробезопаснее, нежели масляный вариант. Эти установки можно без опасений применять в любых, в том числе и жилых помещениях.

В чем действительно проигрывают сухие трансформаторы, так это в размерах. Они более громоздкие, к тому же обладают меньшей способностью выдерживать перегрузки.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения обслуживания трансформаторных подстанций, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать обслуживание трансформаторных подстанций или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34.

Многообразие и специализации ↑

Разумеется, приборы каждого вида и типа используются строго по назначению или в рамках существующих допусков. Любое использование трансформаторов в не предназначенных для их эксплуатации условиях, чревато не только поломкой самого устройства, но и весьма печальными последствиями для всей цепи. Для того, чтобы избежать возможных последствий неправильного и нецелевого использования трансформаторов, следует внимательно ознакомиться с паспортом или инструкцией изделия, а также с существующими ГОСТами.

конструкция, принцип и режимы работы

Однофазный трансформатор – статическое устройство, имеющее две обмотки связанные индуктивно на магнитопроводе, предназначенное для преобразования одной величины напряжение и тока в другое в одной фазе.

Конструкция однофазного трансформатора

Любой однофазный трансформатор может работать только в цепях переменного тока. За счёт него полученное электрическое напряжение изменяется в нужную величину. Ток, полученный таким способом, повышается, в результате того, что мощность отдаётся в действительности без потерь. С этого и следует вывод, что основное использование такого прибора – вывести необходимое для решения задачи напряжение, после чего можно применять в определённых целях.

Вникнуть в работу прибора поможет детальный разбор конструкции трансформатора. Состоит он из следующих основных частей:

• Сердечник, состоящий из материалов с ферромагнитными свойствами;
• Две катушки, вторая находится на отдельном каркасе;
• Защитный чехол (имеется не у всех моделей).

Конструкция однофазного трансформатора

Принцип работы

Однофазный трансформатор работает на определённом законе, ввиду которого идущее в витке переменное электромагнитное поле наводит электродвижущую силу в расположенном рядом проводнике. Действие названо законом электромагнитной индукции, которое было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. В результате обоснования закона учёный создал общую теорию, используемую в работе огромного числа современных электрических приборов.

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток I₁, который создает в сердечнике (магнитопроводе) переменный магнитный поток. Замыкаясь в сердечнике, этот поток сцепляется с первичной и вторичной обмотками и индуцирует в них ЭДС, пропорциональные числу витков W.

Принцип работы трансформатора

В первичной обмотке ЭДС самоиндукции:
во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции:
При подключение ко вторичной обмотке нагрузке потечет I2 и установиться U2.

Режимы работы

Как и любой другой преобразователь, однофазный трансформатор имеет три режима работы:

1. Режим холостого хода. Из названия понятно, что ток проходить не будет, в виду разомкнутой вторичной цепью устройства. А по первичной обмотке проходит холостой ток, основной элемент которого представлен реактивным током намагничивания. Режим используется в качестве определения КПД трансформатора, либо для вывода потерь в сердечнике.
2. Режим нагрузки. Режим определяется работой трансформатора с подсоединённым источником в первичной цепи, и определённой нагрузкой во вторичном канале устройства. Для вторичной цепи характерен протекающий ток нагрузки (посчитанного из отношения количества витков обмотки и вторичного тока) и ток холостого хода.
3. Режим короткого замыкания. Режим действует в процессе замыкания вторичной цепи из-за разностей значения потенциала. В этом режиме получаемое сопротивление от вторичной обмотки будет одним источником нагрузки. При проведении короткого замыкания можно вычислить убыток на нагрев обмотки в цепи устройства.

Коэффициент трансформации

Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, что бы это определить нужно узнать коэффициент трансформации, с его помощью можно узнать какой трансформатор. Если коэффициент меньше 1 то трансформатор повышающий(также это можно определить по значениям если во вторичной обмотке больше чем в первичной то такой повышающий) и наоборот если К>1, то понижающий(если в первичной обмотке меньше витков чем во вторичной).

Формула по вычислению коэффициента трансформации

• U1 и U2 — напряжение в первичной и вторичной обмотки,
• N1 и N2 — количество витков в первичной и вторичной обмотке,
• I1 и I2 — ток в первичной и вторичной обмотки.

Более подробно про расчёт коэффициента трансформации.

Виды магнитопроводов

Виды магнитопроводов

Классификация однофазных трансформаторов

Силовой трансформатор

Трансформатор используется в преобразовании электроэнергии в сетях и в устройствах, используемых для получения и применения нужной величины электрической энергии. «Силовой» подразумевает его работу с высоким напряжением. Использование силовых трансформаторов вынуждается разными показателями рабочей мощности ЛЭП, сетей в городской полосе, выводящее напряжение для конечных объектов, а также для общей работы электрических устройств и машин. Мощность разнится от нескольких единиц вольт до сотен киловатт.

Автотрансформатор – один из видов преобразователя, где первичная и вторичная обмотки не разделены, а соединены друг с другом напрямую. Ввиду этого между ними образуется как электромагнитная, так и электрическая связь. Обмотка сопровождается как минимум тремя выводами, подсоединяясь к каждой из них, можно использовать разные мощности. Главным достоинством такого трансформатора – это его высокий уровень КПД, так как преобразуется не всё напряжение, а лишь некоторая часть. Разница особенно заметна, когда входная и выходная мощность имеют незначительные отличия.

Трансформатор тока

Такой трансформатора используется в основном для уменьшения тока первичной обмотки до нужного значения, подходящего в применении цепей измерения, защиты, регулирования и сигнализации. Помимо этого используется в гальванической развязке (передача электроэнергии или сигнала связанными электрическими цепями, при этом электрический контакт между ними отсутствует).

Нормируемое значение параметров тока вторичной обмотки – 1 А или 5 А. Первичная обмотка трансформатора подсоединяется ступенчато в цепь с нагрузкой, при этом переменный ток подвергается контролю, ко вторичной обмотке подключаются измерительные устройства.

Вторичной обмотке трансформатора тока необходимо постоянно находиться в режиме около короткого замыкания. Ведь при любом варианте разъединения цепи на неё поступает высокая мощность, способная выбить изоляцию и выхода из строя включённых приборов.

Высоковольтный ТТ(слева) и низковольтный ТТ(справа)

Читать более подробно про трансформатор тока.

Трансформатор напряжения

Такой трансформатор получает энергию от источника напряжения. Используется в основном для изменения высокого напряжения в низкое в различных цепях, в том числе измерительных и релейной защиты и автоматики. Имеет возможность проводить изоляцию цепей защиты и измерения от цепей повышенной мощности.

Высоковольтный ТН(слева) и низковольтный ТН(справа)

Читать более подробно про ТН.

Импульсный трансформатор

Применяется для изменения импульсных сигналов с откликом импульса в точности до десятков микросекунд. При этом форма импульса сопровождается лишь незначительным искажением. Главным назначением импульсного трансформатора является передача прямоугольного электрического импульса. Используется для преобразования коротких видеоимпульсов напряжения, зачастую воспроизводящихся с высокой скважностью.

Важный параметр при использовании импульсного трансформатора – это неискажённый вид передачи импульсных систем напряжения. При влиянии на вход устройства мощности, отличающейся друг от друга, важно получить напряжение, в точности совпадающее с той же самой формой, разве что, с другой амплитудой или различающейся полярностью.

Виды импульсных трансформаторов

Читать более подробно про импульсный трансформатор.

Особенности

Как правило, однофазные трансформаторы используют в электрических сетях и в роли источников питания различных устройствах.

Исходя из того факта, что нагрев провода прямо пропорционален квадрату току, идущего через провод, то при передаче энергии на дальние расстояния выгоднее будет использовать высокие напряжения и небольшие токи. Для исключения повреждений электроприборов и уменьшения объёма изоляции в домашних условиях лучше использовать низкие мощности.

Ввиду этого, для уменьшения затрат на транспортировку электрической энергии в общей электросети в большом количестве применяются силовые трансформаторы: вначале увеличивают напряжение генераторов на электростанциях перед передачей энергии по кабелю, а уже после транспортировки уменьшают напряжение линий электропередач до нужного уровня в повсеместном использовании.

Однофазные трансформаторы

Эксплуатация

При использовании однофазных трансформаторов технике безопасности отводится особое место. Обусловлено это тем, что устройство находится под высоким напряжением, находящимся на первичных обмотках. При подключении и установке трансформатора в электрические схемы важно соблюдать ряд правил, для исключения поломок и нарушений работы прибора:

• Чтобы обмотки не выходили из строя (выгорали), необходимо поставить защиту от короткого замыкания на вторичной цепи;
• Необходимо контролировать температурный режим сердечника и обмоток. Желательно установить систему охлаждения, предусматривающую исключение критического повышения температуры при работе.

В случае различной нагрузки от электросети изменяется и её напряжение. Для стабильной работы устройств, получающих энергию, необходимо, чтобы напряжение не изменялось от установленного уровня выше допустимого диапазона. Ввиду этого допускается использование методов регулирования напряжения в сети.

Трансформаторы, виды трансформаторов и их описание

Электрические трансформаторы, как таковые, разрабатывались, и в большинстве своем применяются, для изменения напряжения в цепях переменного тока. Классический трансформатор состоит из двух обмоток, электрически друг с другом никак не связанных. Обе обмотки должны быть намотаны на один магнитопровод.
Передача энергии, между обмотками (катушками) происходит при помощи магнитного поля. Согласно закону Ленца для электромагнитной индукции, при пересечении проводника магнитными силовыми линиями, в нем возникает электродвижущая сила заставляющая заряды перемещаться внутри проводника. (Давайте вспомним простой опыт из курса физики, который наглядно  демонстрирует это закон).

На этом законе основана работа всех трансформаторов. Если через одну из обмоток трансформатора пропустить постоянный ток, то во вторичной обмотке не возникнет электродвижущая сила и, следовательно, ток (не считая момента включения). А все потому, что магнитные силовые линии, вызванные в магнитопроводе  током первичной обмотки, не будут пресекать витки вторичной катушки. Нет пересечения – нет тока. По этой причине постоянный ток не трансформируется. Вообще, слово «трансформатор» очень точно характеризует процессы происходящие внутри этого электроприбора. Первоначально электрический ток трансформируется в магнитное поле, а затем это поле преобразуется (трансформируется) опять в электрический ток. Только ток этот должен быть переменным, то возрастающим, то убывающим, или, на крайний случай, пульсирующим.

Для предотвращения потерь энергии в силовых трансформаторах используется система охлаждения. На них сверху устанавливается расширительный бачок и заливается масло.

Бывают трансформаторы, у которых первичная и вторичная обмотки являются, как бы частью одной и той же катушки индуктивности. Такие устройства называются автотрансформаторами.

Итак, трансформаторы обычно классифицируются по следующим признакам:

По назначению они бывают:	По способу установки:
–      силовые	–      стационарные
–      измерительные	–      переносные
–      защитные	–      наружные
–      лабораторные	–      внутренние
–      трансформаторы тока	–      шинные
–      трансформаторы напряжения	–      опорные.
–      промежуточные.
По числу ступеней различают:	По используемому напряжению:
–      одноступенчатые	–      высоковольтные
–      каскадные (многоступенчатые).	–      низковольтные.
По типу изоляции:	По количеству фаз
–      с сухой изоляцией	–      однофазные
–      с бумажно-масляной изоляцией	–      трехфазные.
–      с компаундной изоляцией.

Для нас, потребителей, наиболее важными из перечисленных, являются силовые высоковольтные стационарные трехфазные трансформаторы, с компаундной изоляцией. Они устанавливаются внутри тяговых подстанций. Именно от их работы зависит, будет ли в нашем доме электричество или нет. Подходящее к тяговой подстанции напряжение, обычно в 10000 вольт, преобразуется в 220 и подается потребителям, то есть нам с вами.

Знать какие бывают трансформаторы и зачем они нужны жизненно необходимо не только электрикам, но и простым гражданам, хотя бы для того, что бы предотвратить техногенные катастрофы. Так, в случае возникновения дыма из высоковольтного трансформатора, или просто громкой его работы (при обычной работе ни не гудят), необходимо срочно позвонить в службу энергосбыта, это, возможно, предотвратит аварию и отключения большого количества потребителей от электроснабжения. Недаром говорили древние: «Знающий человек предупрежден, а предупрежден, значит вооружен».

---