Рабочий процесс трансформатора

сечения магнитопровода.

Однако магнитопроводы круглого попе­речного сечения не делают. Для изготовле­ния магнитопровода круглого сечения надо его собрать из большого числа стальных листов различной ширины, что потребует большого числа штампов. Поэтому у тран­сформаторов большой мощности магнитопровод имеет ступенчатое поперечное сече­ние с числом ступеней не более 9—10. Чис­ло ступеней сечения сердечника определяет­ся числом углов в одной четверти круга. На рис. 100 показано три ступени поперечного сечения магнитопровода.

Для лучшего охлаждения в магнитопроводах мощных трансформаторов устраива­ют охлаждающие каналы в плоскостях, па­раллельных и перпендикулярных плоскости стальных листов. Охлаждающие каналы устраивают и в обмотках.

В трансформаторах малой мощности поперечное сечение магни­топровода имеет прямоугольную форму и обмоткам придают фор­му прямоугольных катушек. При малых токах радиальные меха­нические усилия, возникающие при работе трансформатора и дей­ствующие на обмотки, будут малы, так что изготовление обмоток упрощается.

Магнитопроводы трансформаторов собирают встык или вна­хлест. При сборке встык все части магнитопровода собирают раз­дельно из отдельных полос или пластин и затем вместе.

При такой сборке просто осуществляется монтаж и демонтаж трансформатора, но в месте стыка необходимо поместить изоля­ционную прокладку, увеличивающую магнитное сопротивление. При установке ярма его пластины не будут точно совпадать с пла­стинами стержня, в результате чего пластины ярма и стержня ока­жутся замкнутыми. Такое замыкание пластин поведет к увеличе­нию вихревых токов, которые могут вызвать недопустимо высокий нагрев стали в месте стыка. Нагрев может стать настолько боль­шим, что стальные пластины сплавятся в сплошную массу («пожар» в стали) и трансформатор выйдет из строя.

При сборке внахлест стальные пластины укладывают так, что­бы у лежащих рядом  полос разрезы  были  в  различных  точках.

Такая сборка усложняет монтаж и демонтаж трансформатора, но и позволяет значительно уменьшить магнитное сопротивление, так как пластины могут плотно прилегать одна к другой.

В паспорте трансформатора указывают его номинальную мощность Р, номинальные напряжения U1 и U2 и токи I1 и I2 первичной и вторичной обмоток при полной (номинальной) нагрузке.

Номинальной мощностью трансформаторов  называется  полная мощность, отдаваемая его вторичной обмоткой при полной (номи­нальной) нагрузке. Номинальная мощность выражается в единицах полной  мощности, т. е. в вольтамперах  или  киловольтамперах. В ваттах и киловаттах измеряют активную мощность трансформатора, т. е. ту мощность, которая может быть преобразована из электрической в механическую, тепловую, химическую, световую и т. д.

Сечения проводов обмоток и всех частей машины или любого электрического аппарата определяются не активной составляющей тока или активной мощностью, а полным током, протекающим по проводнику и, следовательно, полной мощностью.

Трансформаторы малой мощности имеют большую удельную поверхность охлаждения и естественное воздушное охлаждение яв­ляется для них вполне достаточным.

Трансформаторы большой мощности устраивают с масляным охлаждением, для чего помещают их в металлические баки, наполненные минеральным маслом. Наиболее широко распространено естественное охлаждение стенок бака трансформатора.

Для увеличения охлаждающей поверхности в стенки баков ввари­вают стальные трубы или радиаторы.

Масло в баке трансформатора в процессе эксплуатации сопри­касается с окружающим воздухом и подвергается окислению, увлаж­нению и загрязнению, вследствие чего уменьшается его электрическая  прочность.

Для обеспечения нормальной эксплуатации трансформатора не­обходимо контролировать температуру масла, заменять его новым, производить периодическую сушку и очистку трансформатора.

Изменение температуры трансформатора приводит к измене­нию уровня масла. В связи с этим баки трансформаторов снаб­жаются расширителями.

Расширитель, представляющий собой цилиндрический сосуд из листовой стали, устанавливают над крышкой бака и соединяют пат­рубком. Уровень масла изменяется только в расширителе, что по­зволяет уменьшить поверхность масла, соприкасающуюся с возду­хом, и предохранить масло от загрязнения и увлажнения.

§ 82. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ТРАНСФОРМАТОРА

При холостом ходе трансформатора (нагрузки нет) вторичная обмотка его разомкнута и тока в этой обмотке нет. В первичной об­мотке при этом протекает ток холостого хода I0, который много меньше тока этой обмотки при номинальной нагрузке трансформа­тора. Ток холостого хода возбуждает переменный магнитный поток, который замыкается по магнитопроводу и индуктирует в первично и вторичной обмотках э. д.с, зависящие от числа витков этих обмоток ω1и ω2, амплитуды магнитного потока Фт  (вб) и частоты ег изменения f. Действующие значения э. д. с. первичной E1и вторичной Е2 обмоток:

Если, например, в магнитопроводе трансформатора, включенно­го в сеть переменного тока с частотой f=50 гц, возбужден магнит­ный поток с амплитудой Фт=0,001 вб, то при числах витков обмоток ω1=572  и ω2= 108 действующие значения э. д. с. обмоток равны:

и

Так как при холостом ходе во вторичной обмотке тока нет, то на­пряжение на зажимах этой обмотки равно э. д. с, т. е. U2=E2. В пер­вичной обмотке протекает небольшой ток холстого хода и напряже­ние этой обмотки незначительно отличается от э. д. с, т. е. U1≈E1. Отношение напряжений на зажимах первичной и вторичной обмо­ток трансформатора при холостом ходе (без нагрузки) называется коэффициентом трансформации и обозначается буквой К, т. е.

и

Таким образом, если в трансформаторе первичная и вторичная обмотки имеют различное число витков, то при включении первич­ной обмотки в сеть переменного тока с напряжением U1 на зажи­мах вторичной обмотки возникает напряжение U2, не равное напря­жению U1.

Если, например, первичная обмотка трансформатора с числом витков ω1 — 880 включена в сеть с напряжением U1=220 в, то на­пряжение на зажимах вторичной обмотки ω2=48 определится из следующего соотношения:

Если вторичную обмотку трансформатора замкнуть на какой-либо приемник электрической энергии (рис. 101), то во вторичной Цепи будет протекать ток I2, а в первичной обмотке ток I1, который может быть представлен геометрической суммой тока холостого хода и нагрузочного тока.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора электрически не соединены. Однако надо иметь в виду, что за счет магнитной связи между этими обмотками изменение тока во вторичной об­мотке  I2  вызывает  соответствующее  изменение  тока  первичной обмотки I1. Если увеличится ток во вторичной обмотке, то увеличится ток и в первичной обмотке. Наоборот, при уменьшении тока во  вторичной обмотке, уменьшится ток и в первичной обмотке. Если разомкнуть вторичную обмотку, то ток в ней станет равным нулю, а в первичной обмотке уменьшится до малой величины (ток холо­стого хода I0).

По первичной и вторичной обмот­кам при нагрузке протекают числен­но неравные токи. Если пренебречь потерями мощности в трансформаторе, то мощность, отдаваемая тран­сформатором приемнику энергии U2I2, равна мощности, потребляемой из сети источника энергии U1I1т. е.

откуда:  и