Трансформаторы: назначение, классификация, номинальные данные трансформаторов
Опубликовано: 03.09.2018
Трансформаторы — электромагнитные статические преобразователи электрической энергии. Трансформаторами называются электромагнитные аппараты, служащие для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при той же частоте и для передачи электрической энергии электромагнитным путем из одной цепи в другую.
Основное назначение трансформаторов — изменять напряжение переменного тока. Трансформаторы применяются также для преобразования числа фаз и частоты.
Трансформаторами тока называются аппараты, предназначенные для преобразования тока любой величины в ток, допустимый для измерений нормальными приборами, а также для питания различных реле и обмоток электромагнитов. Число витков вторичной обмотки трансформатора тока ω2 > ω1.
Особенностью трансформаторов тока является их работа в режиме, близком к короткому замыканию, так как их вторичная обмотка всегда замкнута на небольшое сопротивление.
Трансформаторами напряжения называются аппараты, предназначенные для преобразования переменного тока высшего напряжения в переменный ток низшего напряжения и питания параллельных катушек измерительных приборов и реле. Принцип действия и устройства трансформаторов напряжения аналогичен принципу работы силовых трансформаторов. Число витков вторичной обмотки ω2
Особенность работы измерительного трансформатора напряжения заключается в том, что его вторичная обмотка всегда оказывается замкнутой на большое сопротивление, и трансформатор работает в режиме, близком к режиму холостого хода, так как подключаемые приборы потребляют незначительный ток.
Наибольшее распространение имеют силовые трансформаторы напряжения , которые выпускаются электротехнической промышленностью на мощности свыше миллиона киловольт-ампер и на напряжения до 1150 - 1500 кВ.
Для передачи и распределения электрической энергии необходимо повысить напряжение турбогенераторов и гидрогенераторов, установленных на электростанциях, с 16 - 24 кВ до напряжений 110, 150, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ, используемых в линиях передачи, а затем снова понизить до 35; 10; 6; 3; 0,66; 0,38 и 0,22 кВ, чтобы использовать энергию в промышленности, сельском хозяйстве и быту.
Так как в энергетических системах имеет место многократная трансформация, мощность трансформаторов в 7 - 10 раз превышает установленную мощность генераторов на электростанциях.
Силовые трансформаторы в выпускаются в основном на частоту 50 Гц.
Трансформаторы малой мощности широко используются в различных электротехнических установках, системах передачи и переработки информации, навигации и других устройствах. Диапазон частот, на которых могут работать трансформаторы, — от нескольких герц до 105 Гц.
По числу фаз трансформаторы делятся на однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные. Силовые трансформаторы выпускаются в основном в трехфазном исполнении. Для применения в однофазных сетях выпускаются однофазные трансформаторы .
Классификация трансформаторов по числу и схемам соединения обмоток
Трансформаторы имеют две или несколько обмоток, индуктивно связанных друг с другом. Обмотки, потребляющие энергию из сети, называются первичными . Обмотки, отдающие электрическую энергию потребителю, называются вторичными .
Многофазные трансформаторы имеют обмотки, соединенные в многолучевую звезду или многоугольник. Трехфазные трансформаторы имеют соединение в трехлучевую звезду и треугольник.
Повышающие и понижающие трансформаторы
В зависимости от соотношения напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформаторы делятся на повышающие и понижающие . В повышающем трансформаторе первичная обмотка имеет низкое напряжение, а вторичная — высокое. В понижающем трансформаторе , наоборот, вторичная обмотка имеет низкое напряжение, а первичная — высокое.
Трансформаторы, имеющие одну первичную и одну вторичную обмотки, называются двухобмоточными . Достаточно широко распространены трехобмоточные трансформаторы , имеющие на каждую фазу три обмотки, например две на стороне низкого напряжения, одну — на стороне высокого напряжения или наоборот. Многофазные трансформаторы могут иметь несколько обмоток высокого и низкого напряжения.
Классификация трансформаторов по конструкции
По конструкции силовые трансформаторы делят на два основных типа — масляные и сухие .
В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками находится в баке, заполненном трансформаторным маслом, которое является хорошим изолятором и охлаждающим агентом.
Сухие трансформаторы охлаждаются воздухом. Они применяются в жилых и промышленных помещениях, в которых эксплуатация масляного трансформатора является нежелательной. Трансформаторное масло является горючим, и при нарушении герметичности бака масло может повредить другое оборудование. Подробнее про этот вид трансформаторов читайте здесь: Сухие трансформаторы
В соответствии с нормативными документами особенности конструкции трансформатора отражаются в обозначении его типа и систем охлаждения.
Тип трансформатора:
Автотрансформатор (для однофазных О, для трехфазных Т) - А Расщепленная обмотка низшего напряжения - Р Защита жидкого диэлектрика с помощью азотной подушки без расширителя - З Исполнение с литой изоляцией - Л Трех обмоточный трансформатор - Т Трансформатор с РПН - Н Сухой трансформатор с естественным воздушным охлаждением (обычно вторая буква в обозначении типа), либо исполнение для собственных нужд электростанций (обычно последняя буква в обозначении типа) - С Кабельный ввод - К Фланцевый ввод (для комплектных ТП) - ФСиловой масляный трансформатор ТМ-160 (250) кВА
Системы охлаждения сухих трансформаторов:
Естественное воздушное при открытом исполнении - С Естественное воздушное при защищенном исполнении - СЗ Естественное воздушное при герметичном исполнении - СГ Воздушное с принудительной циркуляцией воздуха - СДСистемы охлаждения масляных трансформаторов:
Естественная циркуляция воздуха и масла - М Принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла - Д Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с ненаправленным потоком масла - МЦ Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с направленным потоком масла - НМЦ Принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла - ДЦ Принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла - НДЦ Принудительная циркуляция воды и масла с ненаправленным потоком масла - Ц Принудительная циркуляция воды и масла с направленным потоком масла - НЦСистемы охлаждения трансформаторов с негорючим жидким диэлектриком:
Охлаждение жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха - НД Охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха и с направленным потоком жидкого диэлектрика - ННДСтатьи по теме:
Силовые трансформаторы - устройство и принцип действия
Силовые трансформаторы: номинальные режимы работы и величины
Системы охлаждения силовых трансформаторов
Автротрансформаторы
Наряду с трансформаторами широко применяются автотрансформаторы , в которых имеется электрическая связь между первичной и вторичной обмотками. При этом мощность из одной обмотки автотрансформатора в другую передается как магнитным полем, так и за счет электрической связи. Автотрансформаторы строятся на большие мощности и высокие напряжения и применяются в энергосистемах, а также используются для регулирования напряжения в установках небольшой мощности.
Номинальные данные трансформаторов
Номинальные данные трансформатора, на которые он рассчитан с заводской гарантией на 25 лет указываются в паспортной табличке трансформатора :
номинальная полная мощность Sном, КВ-А,
номинальное линейное напряжение U л.ном, В или кВ,
номинальный линейный ток I л.ном. А,
номинальная частота f , Гц,
число фаз,
схема и группа соединения обмоток,
напряжение короткого замыкания Uк, %,
режим работы,
способ охлаждения.
В табличке приводятся также данные, необходимые для монтажа: полная масса, масса масла, масса выемной (активной) части трансформатора. Указываются тип трансформатора в соответствии с ГОСТ на марки трансформаторов и завод-изготовитель.
Номинальная мощность однофазного трансформатора Sном= U1 ном I1 ном, a трехфазного
где U1 лном, U1 фном, I1 лном и I1 фном — соответственно номинальные линейные и фазные значения напряжений и токов .
Номинальными напряжениями трансформатора являются линейные напряжения при холостом ходе на первичной и вторичной обмотках трансформатора. За номинальные токи первичной и вторичной обмоток трансформатора принимаются токи, рассчитанные по номинальной мощности при номинальных первичных и вторичных напряжениях.
Ввиду общности конструкции и методов расчета к трансформаторам могут быть отнесены реакторы, дроссели насыщения и сверхпроводящие индуктивные накопители.