Трансформатор – это электрическая машина, которая преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.
В первых сетях для передачи электрической энергии использовался постоянный ток. Напряжение в сетях зависело от изоляционной способности применяемых материалов и составляло, как правило, 110 В.
С ростом пропускной мощности сетей появилась необходимость увеличения поперечного сечения проводов для того, чтобы потери напряжения оставались в приемлемых пределах.
И только изобретение трансформатора позволило экономично вырабатывать электрическую энергию на крупных электростанциях, передавать ее под высоким напряжением на большие расстояния и затем понижать напряжение до безопасного значения перед подачей электричества потребителям.
Без трансформаторов сегодняшние структуры сетей электроснабжения с их уровнями высокого и сверхвысокого, среднего и низкого напряжения были бы просто не возможны. Трансформаторы используются как в однофазных, так и в трехфазных электрических сетях.
Работа силового трехфазного трансформатора значительно различается на какую нагрузку он работает – активную, индуктивную или емкостную. В реальных условиях нагрузкой трансформатора является активно-индуктивная нагрузка.
Рисунок 1 – Трехфазный силовой трансформатор
1. Режим работы на активную нагрузку
В этом режиме напряжение первичной обмотки близко к номинальному U1 = U1ном, ток первичной обмотки I1 определяется нагрузкой трансформатора, а ток вторичной обмотки ее номинальным током I2ном = P2 / U2ном.
По данным измерений аналитически определяют коэффициент полезного действия трансформатора:
КПД = P2 / P1,
где P1 – активная мощность первичной обмотки трансформатора, P2 – мощность, которая отдается в цепь питания вторичной обмоткой трансформатора.
Зависимость КПД трансформатора в функции от относительного тока первичной обмотки изображена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Зависимость КПД трансформатора от относительного тока первичной обмотки
В режиме активной нагрузки вектор тока вторичной обмотки сонаправлен с вектором напряжения вторичной обмотки, следовательно, увеличение тока нагрузки вызывает снижение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора.
Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений для данного вида нагрузки трансформатора изображена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений в режиме активной нагрузки трансформатора
2. Режим работы на индуктивную нагрузку
В режиме индуктивной нагрузки вектор тока вторичной обмотки отстаёт от вектора напряжения вторичной обмотки на 90 градусов. Снижение величины индуктивности, подключённой ко вторичной обмотке трансформатора, вызывает увеличение тока нагрузки, что приводит к снижению вторичного напряжения.
Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений для данного вида нагрузки трансформатора изображена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений в режиме индуктивной нагрузки трансформатора
3. Режим работы на ёмкостную нагрузку
В режиме ёмкостной нагрузки вектор тока вторичной обмотки опережает вектор напряжения вторичной обмотки на 90 градусов. Увеличение ёмкости, подключённой ко вторичной обмотке трансформатора, вызывает увеличение тока нагрузки, что приводит к увеличению вторичного напряжения.
Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений для данного вида нагрузки трансформатора изображена на рисунке 5.
Рисунок 5 – Упрощённая векторная диаграмма токов и напряжений в режиме ёмкостной нагрузки трансформатора
Андрей Повный