5.3. Трансформаторы и автотрансформаторы

5.3. Трансформаторы и автотрансформаторы

5.3.1. Основные определения и обозначения

Трансформаторы предназначены для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Различают двух-, трех- и многообмоточные трансформаторы, имеющие соответственно две, три и более гальванически не связанные обмотки. Передача энергии из первичной цепи трансформатора во вторичную происходит посредством магнитного поля.

Автотрансформатором называется трансформатор, две или более обмотки которого гальванически связаны так, что они имеют общую часть. Обмотки АТ связаны электрически и магнитно, и передача энергии из первичной цепи во вторичную происходит как посредством магнитного поля, так и электрическим путем.

В трансформаторе вся энергия трансформируется из первичной энергии во вторичную, тогда как в АТ только часть всей энергии трансформируется, а другая часть передается непосредственно из системы одного напряжения в систему другого напряжения без трансформации.

В трансформаторе первичная и вторичная обмотки с напряжением U₁ и U₂ имеют токи I₁ и I₂, протекающие в противоположных направлениях. В АТ часть первичной обмотки используется в качестве вторичной, что позволяет понизить напряжение во вторичной обмотке до U₂. При этом часть первичной обмотки включает в себя вторичную и дополнительную часть с напряжением (U₁ ? U₂). Ток, протекающий в общей части обмотки АТ, является разностью двух токов (I₂ ? I₁). Поэтому общая часть обмотки может быть изготовлена из провода меньшего сечения, рассчитанная на разность токов (I₂? I₁) вместо полного тока I₂.

С другой стороны, первичная обмотка, имеющая более высокое напряжение, как бы уменьшена до последовательной части АТ, имеющей n₁ ? п₂ витков вместо полного числа витков n₁. Следовательно, первичная обмотка уменьшается пропорционально величине (n₁ ? n₂) /n₁, а вторичная — пропорционально (I₂ ? I₁)/I₂. Это позволяет получить экономию активных материалов и размеров АТ по сравнению с трансформатором.

Для сравнения трансформаторов и автотрансформаторов приняты такие понятия, как «проходная» (S_пр) и «типовая» (S_т) мощности АТ.

Проходная мощность — мощность, передаваемая АТ во вторичную сеть, типовая мощность — мощность двухобмоточного трансформатора, имеющего параметры данного АТ.

Чем выше коэффициент трансформации (U_1н/U_2н), тем б?льшая выгода достигается с помощью АТ.

Различают силовые трансформаторы общего назначения, предназначенные для включения в сети, не отличающиеся особыми условиями работы, или для непосредственного питания совокупности приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. Силовые трансформаторы специального назначения, предназначены для непосредственного питания сетей и приемников электроэнергии, если эти сети и приемники отличаются особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. К числу таких сетей и приемников электроэнергии относятся, например, подземные рудничные и шахтные сети и установки, выпрямительные установки, электрические печи и т. п. Ниже приводятся номинальные данные по силовым трансформаторам общего назначения (мощность, напряжение обмоток и т. д.), соответствующие условиям их работы, установленным нормативными документами.

Номинальной мощностью двухобмоточного трансформатора является номинальная мощность каждой из его обмоток, в трехобмоточном трансформаторе — наибольшая из номинальных мощностей трех его обмоток.

За номинальное напряжение обмотки принимается напряжение между соответствующими зажимами, связанными с данной обмоткой при холостом ходе трансформатора.

По исполнению трансформаторы могут быть трехфазными и однофазными. В трехфазном трансформаторе под обмоткой обычно понимают совокупность соединенных между собой обмоток одного напряжения разных фаз. В двухобмоточном трансформаторе различают обмотку ВН, присоединяемую к сети высокого напряжения, и обмотку НН, присоединяемую к сети низкого напряжения. Обмотку трансформатора, к которой подводится электрическая энергия, называют первичной, а обмотку, от которой энергия отводится, — вторичной. В трехобмоточном трансформаторе различают обмотки ВН, СН[6] и НН.

По виду охлаждающей среды различают сухие и масляные трансформаторы. Трансформаторы с естественным воздушным охлаждением (сухие трансформаторы) обычно не имеют специальной системы охлаждения. В масляных трансформаторах в систему охлаждения входят: бак трансформатора, заливаемый маслом, для мощных трансформаторов — охладители, вентиляторы, масляные насосы, теплообменники и т. д.

Ряды номинальных мощностей, на которые разрабатываются трансформаторы по ГОСТ 9680—77, приведены ниже, кВА: