В электрических схемах часто требуется регулирование напряжения, которое может как повышать, так и понижать его. Для выполнения таких изменений применяются специальные компоненты – трансформаторы.
Основные типы и принцип действия трансформаторов
Существуют различные типы трансформаторов, отображаемые соответственно на электрических схемах. Например, при наличии только одной обмотки, такие устройства относятся к категории автотрансформаторов. Основные конструкции этих приборов, в зависимости от сердечника, бывают стержневые, броневые и тороидальные. Они имеют практически одинаковые технические характеристики и различаются лишь по способу изготовления. Каждое устройство, независимо от типа, состоит из трех основных функциональных частей – магнитопровода, обмоток и системы охлаждения.
Схематическое изображение трансформатора тесно связано с принципом его работы. Все особенности конструкции отражаются в электрической схеме. Очень хорошо просматривается первичная и вторичная обмотка. К первичной обмотке поступает ток от внешнего источника, а с вторичной обмотки снимается уже готовое выпрямленное напряжение. Преобразование тока происходит за счет переменного магнитного поля, возникающего в магнитопроводе.
Схематическое обозначение трансформаторов
Изображение трансформаторов на схемах определяется ГОСТами, разработанными еще при СССР. С незначительными изменениями и дополнениями они продолжают действовать и в настоящее время. В этом документе определены все известные виды трансформаторов, автотрансформаторов и их условные графические изображения, которые могут выполняться ручным способом или с помощью специальных компьютерных программ.
Условные графические изображения трансформаторов и автотрансформаторов могут быть построены тремя основными способами:
- Упрощенная однолинейная схема (чертеж 1) отображает трансформаторные обмотки в виде двух окружностей. Их выводы показываются одной линией, на которую черточками наносится количество этих выводов.
- Для автотрансформаторов предусмотрена развернутая дуга (чертеж 2), отображающая сторону более высокого напряжения.
- Упрощенные многолинейные обозначения обмоток трансформаторов и автотрансформаторов (чертежи 3 и 4) такие же, как и на однолинейных схемах.
Исключения составляют обозначения выводов обмоток, представленные в виде отдельных линий. Кроме того, существуют развернутые обозначения обмоток, изображаемые в виде полуокружностей, соединенных в цепочку (
). В данной схеме не устанавливается число полуокружностей и направление выводов обмотки. Начало обмотки обозначается точкой 
.
В зависимости от конструкции, трансформаторы отображаются на схемах следующим образом: трансформатор без магнитопровода с постоянной связью (рисунок 1) и с переменной связью (рисунок 2). Полярность мгновенных значение напряжения (рисунок 3) представлена на примере трансформатора с двумя обмотками и указателями полярности. Трансформаторы с магнитодиэлектрическими магнитопроводами обозначаются как обычный (рисунок 4) и подстраиваемый (рисунок 5).
Существуют и другие схематические обозначения, отображающие количество фаз, расположение отводов, тип соединения (звезда или треугольник) и другие параметры.
- Чертеж 1 – ступенчатое регулирование трансформатора.
- Чертеж 2 – однофазный трансформатор с ферромагнитным сердечником. Между обмотками имеется экран.
- Чертеж 3 – дифференциальный трансформатор. Местом отвода служит средняя точка одной из обмоток.
- Чертеж 4 – однофазный трансформатор с тремя обмотками и ферромагнитным сердечником.
- Чертеж 5 – трехфазный трансформатор с ферромагнитным сердечником. Соединение обмоток выполнено звездой. В одном из вариантов может быть вывод средней нейтральной точки.
- Чертеж 6 – трехфазное устройство с ферромагнитным магнитопроводом (сердечником). Соединение обмоток выполнено по схеме звезда-треугольник с выводом средней нейтральной точки.
- Чертеж 7 – трансформатор, рассчитанный на три фазы. Обмотки соединяются комбинированно методом звезды и зигзага с выводом средней точки.
- Чертеж 8 – тип устройства такой же, как и на предыдущих чертежах. Основное соединение – звезда, при необходимости регулировки под нагрузкой используется треугольник-звезда с выводом нейтральной точки.
- Чертеж 9 – три фазы, три обмотки, соединенные по схеме звезда-звезда.
- Чертеж 10 – схема вращающегося трансформатора. Таким способом обозначаются обмотки статора и ротора, соединенные между собой. Схема может меняться, в зависимости от конструкции и назначения машины.
- Чертеж 11 – типовое устройство, в котором одна обмотка соединена звездой, а две другие обмотки – обратными звездами. Из двух обмоток выведены нейтральные точки, соединенные с уравнительным дросселем.
- Чертеж 12 – группа трансформаторов, состоящая из трех однофазных устройств с двумя обмотками, соединенными по схеме звезда-треугольник.
- Чертеж 13 – схема однофазного автотрансформатора с ферромагнитным сердечником.
- Чертеж 14 – однофазный автотрансформатор с функцией регулировки напряжения.
- Чертеж 15 – трехфазный автотрансформатор с ферромагнитным сердечником и обмотками, соединенные звездой.
- Чертеж 16 – автотрансформатор на девять выводов.
- Чертеж 17 – однофазный автотрансформатор с третичной обмоткой.
Существуют и другие конструкции трансформаторных устройств, которые отображаются на электрических схемах:
- С одной вторичной обмоткой (рисунок 18).
- Две вторичные обмотки и один магнитопровод (рисунок 19).
- Два магнитопровода и две вторичные обмотки. Если магнитопроводов более двух, их можно не изображать (рисунок 20).
- Шинный трансформатор тока с нулевой последовательностью и катушкой подмагничивания (рисунок 21).
Кроме приведенных примеров, обозначение трансформатора на схеме существует и в других вариантах. Более подробно с ними можно ознакомиться в специальных справочниках по электротехнике.
Каким способом соединены обмотки трехфазного трансформатора?
Обмотки трехфазного трансформатора соединены в соответствии с определенными схемами, которые называются «схемами соединения фаз» или «схемами обмоток». В зависимости от схемы обмоток, трансформатор может иметь различные параметры и характеристики, а также применяться для различных целей.
Существуют три основных типа схем соединения фаз трехфазного трансформатора:
-
Схема «звезда» (Y) или «треугольник» (Delta): в этой схеме обмотки соединены так, что три фазы образуют звезду (в случае схемы «звезда») или треугольник (в случае схемы «треугольник»). В схеме «звезда» один конец каждой обмотки соединен в точке, которая называется «нулевой», а второй конец каждой обмотки подключен к соответствующей фазе. В схеме «треугольник» каждая обмотка соединена с двумя другими обмотками, образуя треугольник.
-
Смещенная схема «звезда» (Yd) или «треугольник» (Dd): в этой схеме обмотки соединены так, что нулевой конец каждой обмотки соединен со смещенным потенциалом, а второй конец каждой обмотки подключен к соответствующей фазе. В схеме «смещенная звезда» нулевой конец каждой обмотки соединен с потенциалом, отличным от нулевого, а в схеме «смещенный треугольник» второй конец каждой обмотки соединен со смещенным потенциалом.
-
Схема «зигзаг» (Z): в этой схеме обмотки соединены таким образом, что каждая обмотка имеет три точки соединения, образуя зигзаг. В этой схеме фазы подключаются к точкам соединения между обмотками.
Выбор схемы соединения обмоток зависит от требуемых параметров трансформатора и условий его эксплуатации.
