Назначение и строение трехфазного трансформатора
Трехфазный трансформатор – это статический аппарат, который предназначен для преобразования напряжения в процессе передачи электрического тока на значительные расстояния.
Основная функция трехфазного трансформатора заключается в передаче электрической энергии на большие расстояния. Электрическая энергия переменного тока вырабатывается на электростанциях. При ее передаче возникают потери на нагрев проводов. Для того, чтобы снизить их, напряжение увеличивают до значения, находящегося в диапазоне от 6 до 500 кВ. Значение увеличения напряжения зависит от расстояния до конечного потребителя и передаваемой мощности, состоящей из двух параметров:
- Напряжение.
- Сила тока.
Среди характеристик, которые оказывают влияние на потери, связанных с нагревом проводов, основной является сила тока. Если уменьшать силу тока, то необходимо увеличивать напряжение, так как в этом случае значение мощности практически не будет меняться. При доставке напряжения потребителям, его снижают до нужного значения. Таким образом основная задача трехфазного трансформатора состоит в в увеличении напряжения до передачи электрической энергии и снижении после.
Элементы, из которых состоит трехфазный трансформатор, делятся на основные части и дополнительную аппаратуру. К основным частям относятся: выводы, вводы, магнитопровод, бак, а также обмотки высокого и низкого напряжения. К дополнительной аппаратуре относятся: выхлопная труба, пробивной предохранитель, расширительный бак, приборы контроля и сигнализации, выхлопная труба, изоляторы, заливное отверстие, охлаждающие трубы и т.п.
Магнитопровод предназначен для крепления всех составляющих. Вторая его функция состоит в создании направления движения основного магнитного потока. В зависимости от крепления обмоток к сердечнику, магнитопровод может быть трех видов: стержневой, броневой и бронестержневой. Очень важным элементом трехфазного трансформатора является масло, которое используется в устройствах средней и большой мощности. Его основные функции - увеличение изоляции и охлаждение обмоток. Пример схемы трансформатора изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема трансформатора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
1 - магнитопровод; 2,3 - обмотки высокого и низкого напряжения; 4 - бак с трансформаторным маслом; 5,6 - изоляторы; 7 - переключатель; 8 - охлаждающие трубы; 9 - расширительный бачок; 10 - измеритель уровня масла; 11 - заливное отверстие.
Принцип действия трехфазного трансформатора. Соединение обмоток
В работе трехфазного трансформатора базовым явлением является электромагнитная индукция. Из электрической сети к первичной обмотке подается питание, что способствует возникновению переменного электрического тока, а в магнитопроводе образуется магнитный переменный поток. В роли второго проводника выступает вторичная обмотка, из-за чего появляется напряжение. Разница напряжений на вторичной и первичной обмотке зависит от коэффициента трансформации, который в свою очередь зависит от количества витков в обмотках.
Электромагнитная индукция – это возникновение электрического поля, электрического тока или электрической поляризации, вследствие изменения магнитного поля при движении в нем материальной среды.
При подключении первичной обмотки к сети, в ней начинает протекать переменный электрический ток. Из-за этого в сердечнике появляется магнитный поток, охватывающий обмотки в каждой фазе. Таким образом в каждом витке возникает одинаковая электродвижущая сила.
Если число витков вторичной обмотки, меньше, чем число витков в первичной обмотке, то напряжение на выходе будет меньше, чем на входе и наоборот.
Зависимость значения электродвижущей силы от количества витков выражается следующим формулами:
$Е_1 = 4,44 • f_1 • Ф • W_1$
$E_2 = 4.44 • f_1 • Ф * W_2$
где, Е - электродвижущая сила; f1 - частота электрической сети; Ф - максимальное значение магнитного потока; W1 и W2 - количество витков в первичной и вторичной обмотках.
В трехфазный трансформаторах первичная и вторичная обмотки могут соединяться следующими способами:
- Зигзаг.
- Звезда.
- Треугольник.
При соединении обмоток трансформатора звездой линейное напряжение между началами фаз будет больше фазного напряжения (между концом и началом фазы) в 1,73 раза. В том случае, если обмотки соединяются треугольником, то линейное и фазное напряжения будут одинаковыми. Соединение звездой применяется при высоких напряжениях, а треугольником при существенных потоках. Благодаря соединению зигзагом появляется возможность сглаживания асимметрии намагничивающих токов. Но существенный недостаток соединения обмоток трехфазного трансформатора зигзагом в заключается в увеличении затрат на обмоточные материалы.
