Трансформаторы.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР - электромагнитное устройство (аппарат), преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. При трансформировании многофазных токов возможно также изменять числа фаз многофазной системы, например преобразовывать трёхфазную систему в двух-, четырёх-, шести- или двенадцатифазную. В некоторых случаях электрический трансформатор применяется для преобразования частоты переменного тока (для её удвоения или утроения). Электрический трансформатор широко используется в промышленных установках переменного тока, при передаче электрической энергии на расстояние, в устройствах проводной и радиосвязи, в схемах автоматики и телемеханики и др.

В зависимости от назначения, номинальные мощности и напряжения электрические трансформаторы колеблются в весьма широких пределах: от долей ватта и вольта до сотен тысяч киловатт и сотен киловольт. Наибольшее применение получили однофазные и трёхфазные трансформаторы.

Впервые электрический трансформатор для технических целей (освеще­ния) был предложен в 1876 русским изобретателем П. Н. Яблочковым. В 1884 английские электротехники Дж. и Э. Гопкинсон предложили конструкцию однофазных трансформаторов с замкнутым магнитным сердечником, близкую к современной. В 1890 русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский изобрёл электрический трансформатор трёхфазного тока. Дальнейшее развитие трансформаторов шло по пути совершенствования их конструкции, увеличения мощности, улучшения изоляции обмоток для возможного повышения напряжения преобразуемого тока. Дальнейшее развитие электрических трансформаторов шло по пути совершенствования их конструкции, увеличения мощности, улучшения изоляции обмоток для возможного повышения напряжения преобразуемого тока.

Различают двухобмоточные трансформаторы, имеющие одну первичную обмотку, питаемую от преобразуемой системы переменного тока, и одну вторичную обмотку, являющуюся источником преобразованного тока, и многообмоточные трансформаторы, имеющие одну первичную обмотку и две или несколько вторичных обмоток различных напряжений. Наиболее распространены двух- и трёхобмоточные трансформаторы. Мощность, токи и напряжения, на которые рассчитан трансформатор, называют номинальными.
В процессе преобразования переменного тока в электрическом трансформаторе имеют место потери мощности: электрические, возникающие в проводниках обмоток при протекании по ним токов; магнитные, обусловленные перемагничиванием сердечника, и диэлектрические, возникающие в изоляции при воздействии на неё переменного электрического поля. Наибольшего значения достигают электрические и магнитные потери; диэлектрические потери обычно не­велики, и их приходится учитывать только в электрических трансформаторах весьма высоких напряжений.

По конструктивному признаку электрические трансформаторы можно подразделить на стержневые и броневые. Однофазные стержневые трансформаторы получили наибольшее распространение. Однофазные броневые трансформаторы широко используются в устройствах связи и автоматики. Трёхфазные броневые электрические трансформаторы, не имеющие каких-либо особых преимуществ перед стержневыми, приме­няются в технике.
При конструировании электрических трансформаторов приходится обращать особое внимание на надёжность их работы не только в нормальных эксплуатационных режимах, но и при аварийных процессах, связанных с короткими замыканиями в электрических сетях и с кратковременными перенапряжениями. При коротких замыканиях токи в обмотках электрического трансформатора сильно возрастают и могут во много раз превысить номинальные значения. При этих условиях на отдельные части обмоток действуют значительные механические силы, обусловленные взаимодействием токов, которые способны при недостаточной прочности обмотки разрушить или деформировать ее. Кроме того, обмотка подвергается при коротком замыкании значительному нагреву. При перенапряжениях, обусловленными грозовыми явлениями в районе линии электропередачи, связанной с электрическим трансформатором, или при коммутационных переходных процессах изоляция обмотки высшего напряжения электрического трансформатора в отдельных ее частях подвергается воздействию электрического поля, во много раз превосходящему воздействие при нормальных условиях работы.
Для уменьшения опасности повреждения изоляции обмоток, помимо общих защитных мероприятий, связанных со снижением перенапряжений на подстанциях, применяют специальные меры защиты изоляции обмоток путём рационального её конструирования и применения системы электростатических экранов, выравнивающих электрическое поле вблизи обмоток. При работе электрического трансформатора его обмотки и сердечник нагреваются. Применение в трансформаторах изоляционных и других материалов ограниченной нагревостойкости заставляет обращать особое внимание на охлаждение нагретых частей с тем, чтобы температура нагрева обмоток, сердечника и других частей не превосходила допустимых для них пределов. Электрические трансформаторы малой мощности низкого напряжения выполняются с естественным воздушным охлаждением обмоток и сердечника (т. н. сухие трансформаторы).

Трансформаторы больших мощностей имеют обычно масляное охлаждение. Сердечник с обмотками в таких трансформаторов погружается в бак с минеральным маслом, которое обеспечивает не только более интенсивное отведение тепла от нагретых поверхностей, но и более надёжную изоляцию обмоток. Охлаждение масляного бака осуществляется или естественным путём — при соприкосновении воздуха с его поверхностью, или путём искусственного обдувания стенок бака системой вентиляторов. Для увеличения поверхности охлаждения бак имеет волнистую поверхность или соединяется с системой трубчатых радиаторов. Охлаждение нагретого масла мощных трансформаторов осуществляется иногда водяными охладителями.