Трансформаторы – статические электромагнитные аппараты, с помощью которых возможно преобразовать переменный ток из одного класса напряжения в другой, при этом с неизменной частотой.
В энергосистемах трансформатор, преобразовывающий электроэнергию трехфазного напряжения, называют трехфазным силовым. Для передачи электроэнергии от генераторов электростанций к линиям электропередач (ЛЭП) применяют повышающие трансформаторы (они увеличивают класс напряжения), от ЛЭП к распределительным подстанциям и далее к потребителям – понижающие (они уменьшают класс напряжения).
Конструктивная особенность
Трехфазный трансформатор имеет основу – магнитный сердечник, собранный из трёх ферромагнитных стержней. На стержнях располагаются первичная обмотка высокого напряжения и вторичная обмотка низкого напряжения. Для соединения фаз первичных обмоток применяют схемы «треугольник» либо «звезда». Аналогичным способом соединения выполняются и вторичные обмотки.
На первичную обмотку подаётся электроэнергия из питающей сети, а на вторичную подключается нагрузка. Электроэнергия передаётся за счет электромагнитной индукции. Главная функция магнитопровода – обеспечить между обмотками магнитную связь. Магнитопровод изготавливают из тонких стальных пластин (так называемая, электротехническая листовая сталь). Чтобы сократить потери, стальные листы между собой изолируют, используя оксидную пленку или специальный лак.
Обмотки с магнитопроводом погружаются в бак, в котором находится трансформаторное масло. Оно одновременно выполняет функцию изоляции и охлаждающей среды. Такие трансформаторы называются масляными. Трехфазный трансформатор, у которого в качестве охлаждения и изоляции используется воздух, называют сухим. Недостаток масляных трансформаторов заключается в повышенной пожароопасности.
Принцип действия
Электромагнитная индукция – базовое явление в работе трансформатора.
Из электрической сети подается питание к первичной обмотке, в ней появляется переменный ток, в магнитопроводе при этом образуется магнитный переменный поток. Как известно из физики, если поместить второй проводник в магнитное поле, в нем также появляется переменный ток. В качестве второго проводника в трансформаторе выступает вторичная обмотка. Таким образом, в ней появляется напряжение.
Разница между первичным и вторичным напряжением зависит от коэффициента трансформации, который определяется числом витков в обмотках.
Назначение трехфазного трансформатора
Трансформаторы применяются для передачи электроэнергии на большие расстояния. Она вырабатывается на электростанциях и при ее передаче происходят потери, вызванные нагреванием проводов. Чтобы снизить их, требуется уменьшить силу тока. Это достигается за счет увеличения напряжения. При этом его показатель должен находиться в диапазоне от 6 до 500 кВ.
Кратность увеличения рассчитывается на основе значений передаваемой мощности и расстояния, через которое нужно передать электроэнергию. Мощность, передаваемая при этом, зависима от напряжения и силы тока.
После того как совершилась передача электроэнергии, нужно снизить напряжение до требуемой потребителями величины.
Именно для изменения напряжения используются трехфазные трансформаторы. Перед передачей электроэнергии они служат для того, чтобы повысить, а после – чтобы понизить его.
Принцип действия трехфазного трансформатора
Основные рабочие элементы трёхфазного трансформатора – магнитопровод и обмотки. На каждую фазу приходится по паре обмоток: понижающая и повышающая. Так как оборудование является трехфазным, соответственно и обмоток 3 пары. Они никак не соединяются между собой. Принцип работы трансформатора основан на электромагнитной индукции.
При подаче питания на первичную обмотку в ней начинает протекать переменный ток. Он приводит к появлению в сердечнике магнитопровода магнитного потока, который воздействует на обмотки во всех фазах. В каждом витке начинает появляться одинаковая по своим параметрам электродвижущая сила.
Если витков вторичной обмотки больше, чем первичной, то напряжение на выходе возрастает. Этот же принцип действует и в обратную сторону. При меньшем количестве витков вторичной обмотки – напряжение на выходе падает.
Разное соединение обмоток изменяется разница в напряжении между фазами. При соединении звездой начальное напряжение в 1.73 раза больше, чем конечное. Соединение треугольником обеспечивает одинаковое фазное и линейное напряжение. Использование звезды выгодно при работе с высокими напряжениями, а треугольника – при повышенных токах. В зависимости от типа расположения стержней выделяются: плоская и пространственная, а также симметричная и несимметричная магнитные системы.
Строение трехфазного трансформатора
Трансформатор состоит из нескольких ключевых элементов, позволяющих обеспечить безопасную работу принципа электромагнитной индукции:
· Магнитопровод – служит в качестве крепежного элемента для всех частей оборудования. За счет его формируется направление движение основного магнитного потока. Особенности крепления обмоток к сердечнику магнитопровода определяют его тип. Он может быть броневым, стержневым или бронестержневым.
· Обмотки – 3 высшего напряжения и 3 низшего. При изготовлении обмоток небольшой мощности используется медь. Провод может иметь круглое или прямоугольное сечение.
· Бак – элемент трансформатора, внутри которого устанавливается его активная часть. Чаще всего он представлен в виде стального овального резервуара. При небольшой мощности охлаждение происходит естественным путем, а для трансформаторов высокой мощности требуется охлаждение при участии минерального масла. Оно выполняет 2 функции: охлаждение и повышение изоляции.
· Ввод – изготовленный из фарфора проходной изолятор.
· Вывод.
В зависимости от проводимых мощностей, на трехфазный трансформатор может устанавливаться дополнительная аппаратура:
· Расширительный бак – резервуар, объем которого равен примерно 10% объема трансформаторного масла. Он служит для компенсации изменений температуры при работе оборудования. С его помощью обеспечивается постоянное заполнения бака маслом, независимо от температуры воздуха и воздействующих нагрузок.
· Выхлопная труба – служит для защиты от разрушения бака в случаях, когда повышается давление внутри бака. Это происходит при внутренних повреждениях: КЗ, пробои и т.д. При этом выхлопная труба является вторым элементом защиты, который начинает работать в случае, если не произошло автоматическое отключение поврежденного трансформатора.
· Пробивной предохранитель – используется для предотвращения роста потенциала со стороны обмотки низшего напряжения при пробое между обмотками.
· Контрольные приборы и сигнализация – устройства, которые используются для отслеживания правильности работы и подачи сигналов при обнаружении неисправностей.
Использование дополнительных элементов позволяет обеспечить правильное и стабильное функционирование при работе трансформатора. С его помощью добиваются повышения безопасности работы, защиты от внутренних повреждений и разрывов изоляции.
Область применения трехфазных трансформаторов
Трехфазные трансформаторы чаще всего применяются в промышленности. Их используют в сетях, где требуется питать большие нагрузки, например, при работе станков ЧПУ. Они незаменимы для обеспечения производственных мощностей электроэнергией.
Сделайте заказ на трёхфазный трансформатор в нашей компании, и мы быстро осуществим доставку и монтаж оборудования. Мы оказываем всестороннее проектирование, внедрение и обслуживание оборудования на объектах.
Вам может быть интересно
