Сопротивление трансформатора: из чего складывается и как определить

Работа цепей переменного часто требует согласования входного и выходного напряжения. В этом случае, в качестве преобразующего элемента, выступает трансформатор. Кроме этого можно выделить ещё ряд направлений использования:

• посредник между источником электрической энергии и её потребителем;
• распределение электроэнергии;
• обеспечение требуемой схемы подключения вентилей в устройствах преобразования для согласования входного и выходного напряжений;
• создание условий подключения, питания, разделения на ветви, согласования напряжений в различных радио- , электронных приборах;
• подключение в цепи электроизмерительных приборов при высоком напряжении.

Трансформаторы не применяют для систем с постоянным током, а исключительно только там где электрическая цепь служит для передачи переменного тока.

С точки зрения функциональности различают устройства питания и согласования. Группируют трансформаторы с учётом доминирующей характеристики:

• по функциональному применению (силовые, специальные);
• по величине напряжения (низковольтные, высоковольтные, высокопотенциальные);
• по значению коэффициента трансформации (понижающий, повышающий);
• с учётом связи между обмотками (обмотки изолированные или связанные);
• по способу охлаждения (воздушные, масляные);
• количество фаз в первичной обмотке (однофазные, трёхфазные);
• геометрические параметры магнитопровода;
• число обмоток приходящихся на фазу (двух- , трёх- , многообмоточные);
• особенности конструкции обмоток (концентрические, дисковые).

Физические основы работы

Образующие составные части трансформатора: две катушки, одна из которых играет роль первичной, а другая – вторичной, соединённые сердечником. Обмотки катушек чаще всего изготавливаются из меди. Выбор этого металла связан с её небольшим сопротивлением, по сравнению с другими металлами аналогичного типа.

Сопротивление трансформатора складывается из внутреннего сопротивления обоих обмоток. Его значение не зависит от числа обмоток. На значение сопротивления трансформатор влияет тип трансформатора, его номинальная мощность, напряжение обмоток.

В тот момент, когда переменные ток проходит через первую катушку, он становится источником изменяющего во времени магнитного поля вокруг неё, так как меняет магнитный поток. За счёт взаимоиндукции переменное магнитное поле первой катушки наводит переменное магнитное поле во второй катушке, которое является источником переменного электрического тока.

Различают несколько основных режимов работы трансформатора:

• при холостом ходе, когда вторичная обмотка разомкнута. Организация таких условий работы позволяет экспериментально определить коэффициент трансформации, КПД;
• под нагрузкой, которая соединяется со вторичной обмоткой. Основной режим работы устройства;
• в режиме короткого замыкания. Позволяет рассчитать потери полезной мощности, происходящие при нагревании проводов.

Короткое замыкание

Чтобы правильно подобрать все элементы электрической цепи с трансформатором, необходимо учесть защиту при работе в аварийном режиме, например, при токе короткого замыкания.

Ток коротко замыкания опасен тем, что под его действием происходит сильное нагревание обмоток трансформатора. Это часто становится причиной выхода из строя прибора. Большое значение тока короткого замыкания связано с малым значением сопротивления трансформатора в данных условиях работы.

Для проведения таких расчётов необходимо знать такие параметры преобразующего устройства:

• мощность;
• схему, по которой соединяются обмотки;
• назначение;
• вид прибора.

С учётом этих данных из таблиц ГОСТа берутся значения:

• всех напряжений (короткого замыкания (Uкз) в %, фазного обмоток (Еф), номинального обмоток (Uнн);
• потерь мощности на короткое замыкание (Рк);
• номинальной мощности (Sнт);
• полного сопротивления (Zт).

Крое параметров самого трансформатора, необходимо учесть показатели внешней электролинии: длину, вид, площадь сечения кабелей, индуктивное сопротивление, полное сопротивление петли фаза/ноль.

Подходы к расчёту цепи в аварийном режиме

1. Вычисляется активное сопротивление трансформатора по формуле:
2. Проводится расчёт реактивного сопротивления (индуктивного):
3. Рассчитываются для питающей линии оба сопротивления:
   • R_К=Rуд.к*l/N_К – формула для определения значения активного сопротивления
   • Хк=Худ.к*l/Nк – формула для определения индуктивного сопротивления
4. Производится расчёт суммы активного сопротивления трансформатора и питающей линии
5. Вычисляется сумма индуктивного сопротивления трансформатора и питающей линии

На основании всех проведённых вычислений рассчитывается полное сопротивление трансформатора.

Сила тока при коротком замыкании вычисляется по отличающимся формулам для трансформаторов с разными фазами:

• однофазный преобразователь Zпт=Zпт.уд.*L
• трёхфазный прибор

По полученным параметрам можно подобрать защитное устройство.