По своей конструкции, силовой трансформатор - это статическое электромагнитное устройство, основным назначением которого является преобразование переменного тока одного напряжения в переменный электрический ток той же частоты, но иного напряжения. Такое преобразование энергии становится возможным благодаря индуктивной связи катушек трансформатора.

Как это происходит: В самом простом случае трансформаторное устройство состоит из двух обмоток: первичной и вторичной. Обмотки представляют собой проводники из цветного металла обвитые вокруг магнитопровода через разделительный изолирующий слой. Как правило, сначала наматывается обмотка низшего напряжения (НН), а поверх нее, опять же через слой изоляции, обмотка высшего напряжения (ВН). Это связано с тем, что обмотку НН легче изолировать от стального сердечника чем ВН.

Таким образом, обмотки изолированы между собой и магнитопроводом и обладают только индуктивную связь. Когда первичная обмотка подключается к источнику электроэнергии (источнику переменного тока) в магнитопроводе силового трансформатора генерируется переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, вызывает электро-движущую силу (ЭДС) во вторичной обмотке. В результате через проводник вторичной обмотки протекает переменный ток той же частоты, что и в первичной.

ЭДС, возникающая во вторичной обмотке, пропорциональна отношению числа витков в первичной и вторичной обмотках, а отношение ЭДС в обмотках определяет значение коэффициента трансформации.

Конструкция магнитопровода

Отдельно стоит отметить назначение стержня трансформатора - магнитопровода. Этот элемент конструкции позволяет сосредоточить магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, внутри трансформатора, тем самым повышая КПД устройства. Обычно по своей конструкции магнитопровод представляет собой набор изолированных металлических пластин одинаковой формы и толщиной 0,35 - 0,5 мм.

Пластины изготавливаются из специальной трансформаторной стали (горячекатаной или холоднокатаной) и покрываются жаростойким изоляционным лаком. Пластины могут изготавливаться П-образной, Ш-образной, круглой формы и др.

Магнитопроводы круглого сечения чрезвычайно дороги в изготовлении, поэтому при цилиндрической обмотке стержень трансформатора имеет ступенчатое поперечное сечение, стремящееся к круглой форме.

Для охлаждения в конструкции магнитопровода предусмотрены специальные каналы, оборудованные как параллельно, так и перпендикулярно плоскости листов.

Повышающие и понижающие трансформаторы

На электростанциях энергия вырабатывается с помощью генераторов работающих на напряжение 11-18 кВ, а на более мощных и до 35 кВ. Такие значения напряжения слишком велики для того, чтобы использовать электрическую энергию в бытовых целях и на производстве. Это связано с тем, что бытовые электроприборы и производственные электроустановки рассчитаны на напряжение до 380 В. Следовательно осуществить передачу электрической энергии от станции до конечного потребителя без понижения уровня напряжения не представляется возможным. Именно эту функцию и выполняют так называемые понижающие трансформаторы.

В магнитопроводе подключенного к источнику тока понижающего трансформатора образуется переменное магнитное поле, которое пронизывает вторичную обмотку и индуктирует в ней ЭДС. Ток, возникающий во вторичной цепи, будет протекать, только если к ней подключен приемник электрической энергии. Причем энергия передается из первичной обмотки во вторичную уже при другом напряжении – при том, на которое рассчитан приемник.

Понижающим называют трансформатор, у которого напряжение снятое со вторичной обмотки ниже, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку.

Такие трансформаторы используют для понижения уровня напряжения и распределения электрической энергии в сети конечных потребителей. Как правило, в современных электросетях такая трансформация происходит 3-4 раза.

А вот для передачи электроэнергии на большое расстояние применяются повышающие трансформаторы. Дело в том, что в линиях электропередач возникают существенные потери и напряжения 11-35 кВ, вырабатываемого станцией не достаточно. При помощи специальных трансформаторов величина напряжения повышается до 750 кВ и выше.

Повышающим называют трансформатор, у которого напряжение подаваемое на первичную обмотку ниже, чем напряжение снятое со вторичной обмотки.

Кроме того, как известно, сила тока в линии определяет площадь поперечного сечения используемой кабельно-проводниковой продукции. Чем больше сила тока, тем большее сечение проводника будет выбрано при проектировании сети.

Уменьшить силу тока можно повысив напряжение, но сохранив при этом значение передаваемой мощности. Это позволит использовать провода меньшего сечения и значительно сократить расходы на монтаж и обслуживание линии электропередач.

Таким образом, энергия, вырабатываемая синхронными генераторами электростанций, сначала трансформируется при помощи повышающих трансформаторов для передачи ее на большие расстояния по линиям электропередач. При этом напряжение повышается до 750 кВ и выше. Затем, в распределительных сетях электроэнергия преобразуется понижающими трансформаторами до напряжения пригодного для питания бытовых электроприборов, промышленных электроустановок, осветительных и других сетей.