Трансформатор (Від лат. transformare – “Перетворювати”) – це апарат, що перетворює струм одної напруги на струм іншої напруги, но тієї ж частоти.
На сердечник (магнітопровід) з електротехнічної сталі, намотані дві обмотки вони виконані з ізольованого проводу та електрично не пов’язані. Обмотка до якої подається напруга від зовнішнього джерела, називається первинною. Струм проходить по первинній обмотці, створює магнітне поле, індуктивні лінії якого замикаються по сердечнику. Обмотка в якій буде наводитись Е.Р.С. буде називатись вторинною.
Е.Р.С. електромагнітної індукції, що виникає у вторинній обмотці пропорційна числу витків в ній, змінюючи це число можна змінювати в широких межах напругу на виході трансформатора.
Трансформатори мають високий коефіцієнт корисної дії який доходить до 99% та не має в своїй конструкції частин, що рухаються.
Режими роботи трансформатора
Номінальний режим роботи
Це звичайний стан трансформатора під час його експлуатації, для якого він і створений. Струми в обмотках і прикладені до них напруги відповідають розрахунковим значенням. Трансформатор у режимі номінального навантаження споживає та перетворює потужності, що відповідають проєктним значенням протягом усього передбаченого йому ресурсу.
Режим холостого ходу
Він створюється у тому випадку, коли на трансформатор подано напругу від джерела живлення, а на висновках вихідної обмотки відключено навантаження, тобто розімкнено ланцюг. Цим виключається перебіг струму за вторинною обмоткою. Трансформатор у режимі холостого ходу споживає мінімально можливу потужність, яка визначається його конструкторськими особливостями.
Режим короткого замикання
Так називають ситуацію, коли навантаження, підключене до трансформатора виявляється закороченим, наглухо зашунтованим ланцюжками з дуже малими електричними опорами і на неї діє вся потужність живлення джерела напруги. У цьому вся режимі протікання великих струмів КЗ нічим мало обмежується. Вони мають величезну теплову енергію і здатні спалити дроти або обладнання. Причому діють доти, доки схема живлення через вторинну або первинну обмотку не вигорить, розірвавшись у найслабшому місці. Це найнебезпечніший режим, який може виникнути під час роботи трансформатора, причому, у будь-який, найнесподіваніший момент часу. Його поява можна передбачити, а розвиток слід обмежувати. З цією метою використовують захист, який відстежує перевищення допустимих струмів на навантаженні і максимально швидко їх відключає.
Будова трансформатора
Трансформатор складається з активної частини та неактивної. Активна частина – це магнітопровід та обмотки, а все інше – це неактивні частини або допоміжні.
Магнітопровід
Виконує дві функції, по-перше, він складає магнітне коло по якій замикається головний магнітний потік. Магнітопровід має шихтовану конструкцію тому що складається з тонких стальних пластин), що вкритий з обох боків ізолятором (зазвичай лаком). Це робиться для зменшення вихрових струмів, що наводяться в ньому змінним магнітним полем, а отже це зменшить кількість втрат енергії в трансформаторі.
Магнітопроводи бувають:
– Стрижневі
Стрижневий трансформатор складається з двох стрижнів (1), на яких знаходяться обмотки (2) і ярма (3), яке з’єднує стрижні, власне, тому він і отримав свою назву.
– Броньові
Броньовий трансформатор являє собою ярмо (2) всередині якого полягає стрижень (1) з обмоткою (3). Ярмо захищає стрижень, тому трансформатор називається броньовим.
– Бронестрижневі
1 – Стрижень, 2- Ярмо, 3- Обмотки
– Тороїдальні
- Магнітопровід має кільцеву форму на якому знаходяться обмотки,
- Обмотки
Обмотка
Обмотки трансформаторів відрізняються, кількістю витків, поперечним перерізом і маркою проводу, направленням намоток, ізоляційними відстанями та товщиною ізоляції. Чим більше напруга трансформатора, тим більша кількість витків; з збільшенням потужності зростає переріз проводів і розміри обмоток.
Провідники та ізоляційні деталі є складовими обмотками. Вони перешкоджають змішенню під дією електромагнітних сил, захищають витки від електричного пробою, створюють канали для охолодження.
Види трансформаторів
Трансформатори розділяють:
По призначенню:
– Силові трансформатори загального призначення
– Трансформатори спеціального призначення
В залежності від призначення трансформатори розділяють на силові трансформатори загального призначення, та трансформатори спеціального призначення.
– Силові трансформатори загального призначення
Силові трансформатори загального призначення використовують для ліній передач та розподілення, а також в різноманітних приладах для отримання необхідної напруги.
Силові трансформатори загального призначення грають велику роль в електротехніці. Наприклад в потужних лініях електропередач використовують високу напругу, що дозволяє зменшити силу струму, а отже і поперечний переріз проводів, завдяки цьому знижується вартість будівництва ліній електропередач. Але створювати генератори і прилади, що розраховані на високу напругу дуже тяжко, адже необхідно буде забезпечити хорошу ізоляцію обмоток. Тому електричні генератори будують на низьку напругу, а потім цю напругу підвищюють за допомогою трансформатора. А в місцях споживання електроенергії напругу знижують за допомогою знижувального трансформатора до 220 В.
– Трансформатори спеціального призначення
До таких трансформаторів відносяться: імпульсні, зварочні, пік-трансформатори, та інші. Вони можуть бути різноманітної форми та конструкцій.
Імпульсні трансформатори
Використовуються в приладах імпульсної техніки для вимірювання амплітуди імпульсів, виключення постійної складової, розмноження імпульсів.
Пік-трансформатори
Такі трансформатори призначення для перетворення напруги синусоїдальної форми в піко подібну форму. Такі імпульси необхідні в колах управління тиристорів, тиратронів. Принцип роботи оснований на явищі магнітного насичення феромагнітного матеріалу.
Трансформатор для дугової електрозварки
Однофазний двухобмоточний понижаючий трансформатор, який перетворює напругу мережі 220 В в напругу 60-70 Вольт яка необхідна для запалення та стійкого горіння електричної дуги між металевим електродом та зварювальними деталями.
Пристрій і вузли зварювального апарату дозволяють регулювати силу струму. Для цього необхідно змінювати відстань між вторинною та первинною обмотками. Тут спостерігається зворотна залежність: що менше відстань, то сильніша сила струму, і навпаки – що більше відстань, то менше значення. Дані регулювання дають можливість зварювальнику працювати з матеріалами, що відрізняються і за складом, і за товщиною.
По виду охолодження:
– Повітряне охолодження (сухі трансформатори)
– Масляне охолодження (масляні трансформатори)
Для напруги до 6 кВ трансформатори напруги виготовляють сухими, тобто з природним повітряним охолодженням. Для напруги вище 6 кВ застосовують масляні трансформатори напруги.
За кількістю фаз які трансформуються:
– Однофазні
– Трифазні
При використанні в промисловості трьох фаз виникає необхідність використовувати трансформатори і для трьох-фазних кіл. Для вирішення цієї проблеми можна використовувати комплект з трьох трансформаторів для кожної фази або використання одного трифазного трансформатора.
Магнітопровід трифазного трансформатора має три стрижні на кожному з них розташовані обмотки високї і низької напруги.
