Высоковольтный трансформатор

Трансформатор — это статическое устройство для преобразования электрической энергии переменного тока с одним параметром, в электрическую энергию с другими параметрами за счет электромагнитной индукции (ЭМИ).

Принцип работы

Действие основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки и источника переменного тока в её витках протекает ток I1 , который создает в магнитопроводе магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе этот поток сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в них ЭДС.

В первичной обмотке ЭДС (электродвижущая сила) взаимоиндукции:

е1= -W1 (dФ/dt);

Во вторичной:

е2 = -W2 (dФ/dt);

W — это количество витков, t — время, дельта (d) указывает на изменение. Электродвижущая сила равна скорости изменения магнитного потока за единицу времени в замкнутом контуре.

При подключении нагрузки к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием электродвижущей силы е2 в цепи создается ток, а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U2 . В повышающих трансформаторах U2 > U1, в понижающих U1 > U2. Первичная обмотка называется намагничивающей, а вторичная — размагничивающей.

Назначение

Подстанция

По назначению трансформаторы делятся:

  1. Силовые
  2. Специального назначения
    • сварочные
    • измерительные
    • лабораторные
    • трансф. безопасности (низкого U, разделительные) и т.д.

Назначением трансформаторов является преобразование электрических величин. Чаще всего их используют для преобразования напряжения и силы тока. Повышающие трансформаторы ставят зачастую на выходе с электростанции для передачи электроэнергии на большие расстояния и уменьшения потерь. А для потребителя на подстанциях напряжение понижают и увеличивается сила тока для работы бытовых приборов и промышленных агрегатов.

Устройство силового трансформатора

Магнитопровод

Выполнен из легированной электротехнической стали. Делается из сплава железа и кремния, и некоторые с добавлением алюминия. Снижает потери, повышает максимальную индукцию при этом уменьшаются габариты магнитопровода. Обладает необходимым свойством — быстрое перемагничивание (для переменного тока это важно, особенно на повышенных частотах) и охлаждение.

Используют тонкие пластины, потому что в монолитной конструкции образуются большие токи Фуко,  вихревые токи, возникающие в проводниках при изменении потока магнитного поля, которые нагревают конструкцию и увеличивают потери.

а) Стержневого типа.

Состоит из вертикальных основ, на которых расположены обмотки, сверху и снизу замкнутые ярмом. Стержни трансформаторов большой мощности имеют много ступеней, что обеспечивает лучшее заполнение сталью площади внутри. Для лучшей теплоотдачи иногда оставляют воздушные зазоры шириной 5-6 мм.

б) Броневого типа.

Стержни и ярма частично покрывают обмотки. Магнитный поток магнитопровода стержней в 2 раза больше чем у ярма, сечение которого в 2 раза меньше. Этот тип сложен в изготовлении и используется лишь в преобразователях малой мощности.

в) Бронестержневая конструкция.

Применяются в трансформаторах большой мощности, требует повышенного расхода электротехнической стали, но позволяет уменьшить высоту магнитопровода, следовательно, уменьшить высоту всего сооружения, что важно при транспортировке.

Обмотки

Виды обмоток

а) Концентрические

Выполнена в виде цилиндров, размещённых на стержне по окружности. Ближе к центру обычно располагают обмотку низкого напряжения (НН), а снаружи высокого (ВН). По способу намотки:

  1. Цилиндрические. Проводом прямоугольного сечения в качестве обмоток НН на номинальный ток до 800 А.
  2. Винтовые. Прямоугольный проводник с применением транспозиции ( перехода) для одинаковой нагрузки током.
  3. Непрерывные. Из отдельных дисковых обмоток, накладываемых по спирали между собой без пайки, то есть непрерывно.

б) Дисковые (чередующиеся)

Выполняют в виде отдельных секций (дисков) НН и ВН, располагают на стержне в чередующемся порядке. Применяются редко, лишь в некоторых трансформаторах специального назначения.

Схемы соединения обмоток

Соединение в трехфазную группу.

Схемы соединения трансформаторов

По одному однофазному трансформатору на фазу. Недостатки: громоздки, повышенная стоимость, большой вес. Магнитопровод является не симметричным, так как магнитное сопротивление среднего меньше чем у крайних.

Трёхфазный трансформатор.

Симметричная система, сечения ярма в 2 раза толще. Например, Y/ ∆ (ВН/НН) 380/220 такое обозначение значит, что обмотка высокого напряжения подключена соединением звезда, а низкого U по схеме треугольник.

Соединение зигзаг.

Используется в трансформаторах специального назначения. Если часть обмоток, расположенных на разных стержнях и соединены последовательно, то называются равноплечными, Если эти части неодинаковые, то неравноплечные. При соединении зигзагом ЭДС отдельных частей обмоток геометрически вычитаются.

Y (соединение звезда) —   Uл= √3*Uф 
∆  (соединение треугольник)   Uл = Uф
Y/ ∆ (отношение)   (W1 / √3*W2)  

Источник: уникальная статья на нашем сайте electricity220.ru