Конструкция трансформатора

ВВЕДЕНИЕ

Трансформаторы - электромагнитные статические преобразователи электрической энергии, имеющие две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенные для изменения напряжения переменного тока. Трансформаторы применяются также для изменения числа фаз и частоты. В современной электроэнергетике они применяются на всех стадиях выработки, преобразования и использования электроэнергии.

Для связи с энергосистемой и потребителями, а также для питания собственных потребителей станции (собственных нужд) на электрических станциях и подстанциях устанавливают повышающие и понижающие трансформаторы. Так как в сетях энергосистем существует несколько ступеней трансформации, количество трансформаторов и их мощность в несколько раз превышают число и установленную мощность генераторов. Они  делятся по классам напряжения: 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Напряжение 1150 кВ отечественных трансформаторов является наивысшим в мире.

Трансформаторы, применяемые в схемах с полупроводниковыми приборами (диодами, транзисторами), в которых осуществляется выпрямление переменного или инвертирование постоянного тока. называют преобразовательными. Такие трансформаторы мощностью до сотен        мегавольт-ампер  применяются в электрических установках промышленных предприятий.

1. 1    Принцип работы и устройство трансформатора

1. Закон электромагнитной индукции

В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции, открытом М. Фарадеем в 1831 году. В ходе опытов (рис.1)  Фарадей выяснил, что при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную замкнутым контуром, в нем возникает электрический ток, который назвали индукционным. В связи с тем что электроток возникает в цепи только в случае воздействия на свободные заряды сторонних сил, то при изменяющемся магнитном потоке, проходящем по поверхности замкнутого контура, в нем появляются сторонние силы. Действие сторонних сил в физике называется электродвижущей силой или ЭДС индукции.

[pic 2]

Рис.1. Опыт Фарадея

Электромагнитная индукция появляется также в незамкнутых проводниках. В том случае когда проводник пересекает магнитные силовые линии, на его концах возникает напряжение. Причиной появления такого напряжения становится ЭДС индукции. Если магнитный поток, проходящий сквозь замкнутый контур, не меняется, индукционный ток не появляется.[pic 3]

Ленц установил правило, позволяющее найти направление индукционного тока. По правилу Ленца, ток, вызванный ЭДС, стремится воспрепятствовать изменению потока Ф, пронизывающего контур. Следовательно, ЭДС, наведенная в замкнутом контуре,

                                                                                где ω - число витков контура; ψ=ωФ - потокосцепление контура.[pic 4]

Учитывая, что потокосцепление контура можно также выразить через его индуктивность L и ток i, протекающий по контуру, т. е. ψ=iL, уравнение (1.1) запишем в виде [1]:

        (1.1a)[pic 5]

1. Однофазный двухобмоточный трансформатор[pic 6]

Принцип работы трансформатора рассмотрим на примере простейшего однофазного двухобмоточного трансформатора, электромагнитная система которого представлена на рис.2.

[pic 7][pic 8]

[pic 9][pic 10][pic 11]

Рис.2. Электромагнитная система однофазного двухобмоточного трансформатора: 1 - первичная обмотка; 2 - вторичная обмотка; 3,4 - магнитопровод; 3- стержень магнитопровода; 4 - ярма магнитопровода

Трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода и двух обмоток с числом витком w1 и w2. Обмотки трансформатора служат для создания магнитного поля, посредством которого осуществляется передача электрической энергии и обеспечивается наведение в обмотках ЭДС, требуемой по условиям эксплуатации. Обмотки обычно выполняют из медных и алюминиевых изолированных проводов круглого или прямоугольного сечения. [pic 12]