5.1.12. Типи і застосування трансформаторів
5.1.12.1. Трифазні трансформатори
Промислові електричні мережі, як правило, є мережами трифазного змінного струму. В них пересилання енергії від місця її генерування до приймачів супроводжується багатократним перетворенням напруги за допомогою трифазних трансформаторів.
На рис. 5.13 наведено схематичне зображення трифазних трансформаторів, первинні та вторинні обмотки яких з’єднані за схемою зірка-зірка (рис. 5.13, а) та зірка-трикутник (рис. 5.13,б).
Виводи обмоток трансформаторів прийнято позначати так: початки обмотки вищої напруги - А, В, С, відповідні кінці – Х, Y, Z; початки обмотки нижчої напруги - а, в, с, а відповідні кінці - x, y, z .
Принцип роботи та електромагнітні процеси трифазного та однофазного трансформаторів однакові.
5.1.12.2. Автотрансформатор
В автотрансформаторі (рис. 5.14) передача енергії здійснюється не тільки за допомогою магнітного потоку, що замикається по магнітопроводу, але й електричним шляхом, оскільки частина витків первинної обмотки w1 використовується в якості вторинної обмотки w2.
Силові автотрансформатори використовують для регулювання напруги в невеликих межах, пуску потужних двигунів в електроприводах, зв’язку двох електричних систем з різними напругами. Автотрансформатори малої потужності використовуються в пристроях радіо та автоматики.
Найдоцільніше застосовувати автотрансформатори з коефіцієнтом трансформації в межах k тр = 1,5 ÷ 2,0. При більших значеннях коефіцієнта трансформації недоліки автотрансформатора набирають більшої ваги відносно його переваг.
5.1.12.3.Вимірювальні трансформатори
Вимірювальні трансформатори застосовують для:
розширення меж вимірювань приладів змінного струму (амперметрів, вольтметрів, ватметрів тощо), які мають невеликі стандартні межі вимірювань, а також для увімкнення котушок реле, апаратури керування тощо в силову мережу (мережу високих напруг та великих струмів);
електричної ізоляції контрольно-вимірювальної та захисної апаратури від мереж високої напруги з метою надійності їх експлуатації та безпеки обслуговуючого персоналу.
Вимірювальні трансформатори електрично розділяють силове і вимірювальне коло. Ці кола зв’язані між собою тільки магнітним шляхом. Первинна обмотка трансформатора вмикається в коло, в якому проводиться вимірювання і яке, в багатьох випадках, може мати високу і небезпечну для життя напругу. Вторинна обмотка – обмотка низької напруги, заземлена й електрично ізольована від первинної обмотки. Крім того, пряме вмикання приладу в коло високої напруги вимагало б високої електричної міцності його ізоляції, що привело б до ускладнення конструкції приладу й збільшення його габаритів та ціни. Вмикання через вимірювальні трансформатори дає змогу застосовувати низьковольтні прилади, ізоляція яких перевіряється на напругу не більшу, ніж 2000В.
В залежності від призначення розрізняють вимірювальні трансформатори напруги (рис. 5.15,а) і вимірювальні трансформатори струму (рис.5.15,б). Вони так само, як і силові трансформатори, мають феромагнітні осердя, на яких розташовані первинні й вторинні обмотки.
Трансформатор напруги зменшує вимірювану напругу від U1 до U2, тобто розширює в U1 / U2 раз межу вимірювання напруги вольтметром, який підключений до вторинної обмотки.
Так як за формулою U1 / U2 ≈ w1 / w2 , то межа вимірювання напруги вольтметром розширяється в w1 / w2 раз.
Крім вольтметрів, у вторинне коло трансформатора напруги вмикаються обмотки напруги ватметрів, лічильників і інших приладів, які утворюють струмове навантаження. Зі зміною цього навантаження за рахунок зміни падіння напруги в обмотках трансформатора змінюється відношення первинної і вторинної напруги, що вносить похибку в результати вимірювання. Але, так як електричний опір вольтметрів і обмоток напруги приладів великий (до десятки тисяч Ом), то трансформатор практично працює в режимі холостого ходу і вказана похибка незначна.
Трансформатор струму зменшує вимірюваний струм від значення І1 до І2, тобто розширює межу вимірювання струму амперметром, який підключений до вторинної обмотки (рис.9,10,б). Так як І1 / І2 ≈ w2 / w1 , то межа вимірювання струму амперметром розширюється в w2 / w1 раз.
Крім амперметрів, в коло вторинної обмотки трансформатору струму вмикаються струмові обмотки ватметрів, лічильників і інших приладів, з’єднаний з послідовно з амперметром. В результаті послідовного з’єднання приладів збільшується опір навантаження трансформатора струму і зменшується струм І2 , тобто змінюється співвідношення первинного і вторинного струму, що вносить похибку у вимірювання. Однак ця похибка незначна, так як опори амперметрів і струмових обмоток приладів близькі до нуля. По цій же причині трансформатори струму працюють в режимі короткого замикання.