Трансформаторы: назначение, классификация, области применения

      При монтаже распределительных устройств  напряжением 6—10 кВ применяют трансформаторы тока с литой и фарфоровой изоляцией, а при напряжении до 1000 В —  с литой, хлопчатобумажной и фарфоровой.   

Принцип действия и устройство трансформатора 

      Действие  трансформатора основано на явлении  взаимной индукции. Если первичную  обмотку трансформатора включить в  сеть источника переменного тока, то по ней будет протекать переменный ток, который создаст в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, будет индуктировать в ней электродвижущую силу ( ЭДС ). Если вторичную обмотку замкнуть на какой-либо приемник энергии, то под действием индуктируемой ЭДС по этой обмотке и через приемник энергии начнет протекать ток. Одновременно в первичной обмотке также появится нагрузочный ток. Таким образом, электрическая энергия, трансформируясь, передается из первичной сети во вторичную при напряжении, на которое рассчитан приемник энергии, включенный во вторичную сеть. 

      В целях улучшения магнитной связи  между первичной и вторичной  обмотками их помещают на стальной магнитопровод. Обмотки изолируют  как друг от друга, так и от магнитопровода. Обмотка более высокого напряжения называется обмоткой высшего напряжения ( ВН ), а обмотка более низкого напряжения - обмоткой низшего напряжения ( НН ). Обмотка, включенная в сеть источника электрической энергии, называется первичной; обмотка, от которой энергия подается к приемнику, - вторичной. 

      Обычно  напряжения первичной и вторичной  обмоток неодинаковы. Если первичное  напряжение меньше вторичного, трансформатор  называется повышающим, если больше вторичного - понижающим. Любой трансформатор может быть использован и как повышающий, и как понижающий. Повышающие трансформаторы применяют для передачи электроэнергии на большие расстояния, а понижающие - для ее распределения между потребителями.  

      В трехобмоточных трансформаторах на магнитопровод помещают три изолированные  друг от друга обмотки. Такой трансформатор, питаемый со стороны одной из обмоток, дает возможность получать два различных напряжения и снабжать электрической энергией две различные группы приемников. Кроме обмоток высшего и низшего напряжения трехобмоточный трансформатор имеет обмотку среднего напряжения ( СН ). 

Обмоткам трансформатора придают преимущественно цилиндрическую форму, выполняя их при малых токах  из круглого медного изолированного провода, а при больших токах - из медных шин прямоугольного сечения.  

Ближе к магнитопроводу располагают обмотку низшего напряжения, так как ее легче изолировать от него, чем обмотку высшего напряжения.  

Обмотку низшего  напряжения изолируют от стержня  прослойкой из какого-либо изолировочного материала. Такую же изолирующую  прокладку помещают между обмотками высшего и низшего напряжения. 

При цилиндрических обмотках поперечному сечению стержня  магнитопровода желательно придать  круглую форму, чтобы в площади, охватываемой обмотками, не оставалось немагнитных промежутков. Чем меньше немагнитные промежутки, тем меньше длина витков обмоток, а следовательно, и масса меди при заданной площади сечения стального стержня. Однако стержни круглого сечения изготовлять сложно. Магнитопровод набирают из тонких стальных листов, и для получения стержня круглого сечения понадобилось бы большое число стальных листов различной ширины, а это потребовало бы изготовления множества штампов. Поэтому в трансформаторах большой мощности стержень имеет ступенчатое поперечное сечение с числом ступеней не более 15-17. Количество ступеней сечения стержня определяется числом углов в одной четверти круга. Ярмо магнитопровода, т. е. та его часть, которая соединяет стержни, имеет также ступенчатое сечение.          Для лучшего охлаждения в магнитопроводах, а также в обмотках мощных трансформаторов устраивают вентиляционные каналы в плоскостях, параллельных и перпендикулярных плоскости стальных листов. 

В трансформаторах  малой мощности площадь сечения  провода мала и выполнение обмоток  упрощается. Магнитопроводы таких трансформаторов имеют прямоугольное сечение.  

Область применения

      Трансформаторы  широко используются в промышленности и быту для различных целей.

      1. Для передачи и распределения электрической энергии.

Обычно на электростанциях  генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-24 кВ, а передавать электроэнергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500, и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения. Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населёнными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям, при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех распределительных узлах должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение до величины 220, 380 и 660 В (рис. 1.1)

 
                                                   Рис. 1.1

      2. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входе преобразователя. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются преобразовательными.

      3. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др.

      4. Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры, устройств связи и автоматики, электробытовых приборов, для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств, для согласования напряжения и пр.

      5. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности. Трансформаторы, применяемые для этих целей, называются измерительными.