Что такое силовой трансформатор?

Силовой трансформатор — это статическое электрическое устройство, передающее электрическую энергию между двумя или более цепями по принципу электромагнитной индукции. Он является важнейшим компонентом энергосистем, обеспечивая эффективную передачу, распределение и использование электроэнергии путем регулирования уровня напряжения при поддержании постоянной частоты (в большинстве случаев).

Основные функции силовых трансформаторов
Преобразование напряжения:
Повышающие трансформаторы: повышают напряжение для передачи на большие расстояния. Более высокое напряжение снижает ток (за счёт P=VI), минимизируя потери мощности (I²R) в линиях электропередачи.
Понижающие трансформаторы: снижают напряжение до более безопасного уровня для промышленного, коммерческого или бытового применения (например, с распределительных линий 110 кВ до бытовой электросети 230 В).
Изоляция:
Они электрически изолируют цепи (первичная и вторичная обмотки физически не соединены), повышая безопасность и уменьшая помехи.
Согласование импедансов:
Оптимизируют передачу энергии между цепями путем согласования импеданса источников и нагрузок, повышая эффективность. Базовая конструкция
Силовой трансформатор состоит из следующих основных компонентов:
Сердечник: Обычно изготавливается из ламинированного железа или стальных листов для минимизации потерь на вихревые токи. Он обеспечивает путь магнитного потока с низким сопротивлением.
Обмотки (катушки): Проводящие катушки (обычно медные или алюминиевые), намотанные вокруг сердечника.
Первичная обмотка: Подключена к входному напряжению (источнику).
Вторичная обмотка: Обеспечивает преобразованное выходное напряжение.
Бачок: Защитный корпус (часто заполненный изоляционным маслом), охлаждающий трансформатор и изолирующий обмотки.
Система охлаждения: Масляная или воздушная для отвода тепла, выделяемого во время работы (критически важно для эффективности и долговечности).
Изоляционные материалы: Бумага, масло или синтетические материалы для изоляции обмоток и предотвращения коротких замыканий. Принцип работы
Силовые трансформаторы работают по закону электромагнитной индукции Фарадея:
Когда переменный ток протекает через первичную обмотку, он создает переменный магнитный поток в сердечнике.
Этот переменный поток наводит электродвижущую силу (ЭДС) во вторичной обмотке. Отношение первичного и вторичного напряжений равно отношению числа их витков: V s V p = N s N p , где V p /V s = первичное/вторичное напряжение, а N p /N s = первичное/вторичное напряжение.
Типы силовых трансформаторов, классифицируемые по применению, конструкции или фазе:
По применению:
Распределительные трансформаторы: понижают напряжение для местного распределения (например, районные трансформаторы).
Силовые трансформаторы: используются в высоковольтных сетях электропередачи (например, от 220 до 500 кВ).
Измерительные трансформаторы: измеряют высокие напряжения/токи (например, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения).
По фазам:
Однофазные: для бытового использования (однофазный переменный ток).
Трёхфазные: для промышленных и распределительных систем (трёхфазный переменный ток, более эффективен для больших мощностей).
По охлаждению:
Масляные (наиболее распространены для больших мощностей).
Сухие (с воздушным охлаждением, используются в помещениях, где масло представляет опасность).
Значение в энергосистемах
Без силовых трансформаторов эффективная передача электроэнергии на большие расстояния была бы невозможна. Высоковольтная передача энергии снижает потери, что позволяет поставлять электроэнергию с электростанций (например, гидроэлектростанций, солнечных или тепловых) в удалённые города и посёлки. Таким образом, они являются «основой» современных электросетей.