Трансформатор — это устройство, используемое для изменения характеристик протекающего тока (то есть для преобразования значения напряжения, а также входной электрической мощности в требуемое выходное значение). Он также является оборудованием для преобразования энергии, используемым для изменения напряжения между следующими этапами передачи электроэнергии. Стоит подробнее рассмотреть эти устройства. Как устроен трансформатор и как он работает?
Безопасная передача энергии
Трансформатор является основным компонентом, передающим энергию из одной электрической цепи в другую. Энергия передаётся между двумя близко расположенными обмотками посредством магнитного поля. Цепи, между которыми передаётся энергия, изолированы друг от друга, а обмотки имеют изоляцию. Это обеспечивает безопасную работу трансформаторов и предотвращает возможность поражения пользователя электрическим током.
Как устроен трансформатор?
Основными частями трансформатора являются ферромагнитный сердечник из стали и две обмотки, расположенные близко друг к другу — первичная и вторичная. Они могут быть изготовлены из алюминиевых или медных изолированных проводников. Сердечник представляет собой магнитную цепь, по которой проходит магнитный поток. Он состоит из стержней, на которых намотаны обмотки, и ярм, соединяющих эти стержни. Сердечник изготовлен из тонких изолированных листов, пропитанных кремнием. Это позволяет уменьшить потери, возникающие из-за вихревых токов.
Энергия, передаваемая через магнитное поле
Обычно обмотки используются в виде концентрических цилиндров, установленных на одном стержне. Нижняя обмотка размещается непосредственно на стержне, а верхняя формируется поверх нижней. Конструкция трансформатора позволяет сохранять изоляцию стержня и гальванически разделённых обмоток. Поэтому между ними нет электрической связи, а энергия передаётся через магнитное поле.
Как работает трансформатор и на что он влияет?
Изменение характеристик электрической энергии требует подачи её на обмотки трансформатора. Первичная обмотка подключается к источнику тока, что вызывает поток энергии и создание переменного магнитного поля. Сердечник трансформатора проводит переменное магнитное поле, проходящее через вторичную обмотку. Такой принцип работы трансформатора, то есть изменение во вторичной обмотке, вызывает электромагнитную индукцию и переменную электродвижущую силу. Энергия преобразуется таким образом, а уровень её изменения зависит от числа витков обмоток.
Понижающие и повышающие трансформаторы
Если число витков первичной обмотки больше, чем у вторичной, индуцированное напряжение будет ниже первичного напряжения. Такое устройство называется понижающим трансформатором. В противоположном случае вторичное напряжение выше первичного, и это считается повышающим трансформатором. В некоторых случаях используются также автотрансформаторы с одной обмоткой, выполняющей функции обеих. Такое оборудование применяется, в том числе, в энергетической промышленности.
Силовые трансформаторы
Силовые трансформаторы являются крупнейшими устройствами по размерам и возможностям передачи энергии. Они соединяют различные узлы энергетической системы, работающие на разных уровнях напряжения. В Польше используются трёхфазные трансформаторы, имеющие по три обмотки на сердечнике для каждой цепи — низковольтной и высоковольтной. Эти обмотки могут быть соединены в треугольник, изолированную звезду или заземлённую звезду.
Эффективная доставка энергии к потребителям
Преобразование напряжения в энергетической системе также осуществляется для снижения потерь при передаче по линиям электропередачи. Кроме того, используются фазоповоротные устройства, то есть трансформаторы, позволяющие регулировать фазовый сдвиг с целью изменения потоков активной и реактивной мощности. Работа трансформаторов позволяет соединять сети сверхвысокого напряжения (400 кВ и 220 кВ), высоковольтные сети (110 кВ), средневольтные сети (6, 10, 15 и 20 кВ) и низковольтные сети (0,23 и 0,4 кВ).
Трансформаторы используются для изменения значения напряжения тока. Эти устройства устанавливаются на всех этапах передающих сетей. В энергетике они применяются для распределения и передачи энергии по линиям более низкого напряжения. Таким образом энергия эффективно доставляется конечным потребителям.
