Podstawowe informacje o transformatorach. Model transformatora.

Transformator to urządzenie powszechnie stosowane do przetwarzania napięcia prądu przemiennego lub układu napięć (układ n-fazowy) na napięcie lub układ napięć o wartościach wyższych, niższych lub takich samych, z zachowaniem pierwotnej częstotliwości. W transformatorach elektrycznych przeniesienie energii z obwodu pierwotnego do obwodu wtórnego odbywa się bez udziału energii mechanicznej.

Modelowy transformator jednofazowy zbudowany jest z rdzenia stanowiącego obwód magnetyczny oraz uzwojeń owiniętych wokół elementów rdzenia należących do obwodów elektrycznych. Rdzeń jest wykonany najczęściej z materiału ferromagnetycznego, natomiast uzwojenia wykonywane są z izolowanego drutu miedzianego lub aluminiowego. 

Fot.1. Transformator suchy żywiczny produkcji SGB-SMIT Transformers

Napięcie w obwodzie wtórnym transformatora powstaje na drodze indukcji elektromagnetycznej. Na skutek zasilenia uzwojenia pierwotnego transformatora przepływający przez nie prąd wzbudza w rdzeniu strumień magnetyczny. Strumień ten obejmuje uzwojenie wtórne i indukuje w nim siłę elektromotoryczną. Jeśli obwód wtórny transformatora jest zamknięty, występuje w nim przepływ prądu. Tym samym przez transformator przepływa energia w kierunku od obwodu pierwotnego do obwodu wtórnego.

Napięcie strony pierwotnej transformatora (uzwojenie pierwotne) zwane jest też napięciem wejściowym, napięcie strony wtórnej transformatora (uzwojenie wtórne) zwane jest też napięciem wyjściowym (rys. 1). 

Rys.1. Schemat modelowego transformatora jednofazowego

W układach wielofazowych rdzenie poszczególnych faz mogą mieć części wspólne (rys. 2). W zakresie transformatorów energetycznych jest to rozwiązanie najczęściej stosowane, lecz nie jedyne. W układach trójfazowych, szczególnie w zakresie napięć wysokich i dużych mocy na każdą z faz stosuje się pojedynczy transformator jednofazowy. 

Rys.2. Symetryczny obwód elektryczny transformatora trójfazowego – jarzma w układzie gwiazdy

W elektroenergetyce transformatory są stosowane powszechnie w zakresie przesyłu i rozdziału energii elektrycznej. Ich zadaniem jest zapewnienie poziomów napięć najkorzystniejszych ze względów gospodarczych – są to tzw. transformatory energetyczne.

Do lat 80. XX w. stosowano w Polsce wyłącznie transformatory rozdzielcze olejowe. Obecnie transformatory rozdzielcze suche konkurują z olejowymi, zwłaszcza w przedziale mocy poniżej 1000 kVA. Nie widać dużej dynamiki wzrostu rynku transformatorów olejowych, sprzedaż utrzymuje się mniej więcej na stałym poziomie. Natomiast rośnie zainteresowanie transformatorami suchymi. Jest ono generowane głównie przez przemysł. Transformatory suche są coraz chętniej stosowane przez klientów przemysłowych w różnego rodzaju aplikacjach.

Łącznie w kraju zainstalowanych jest ok. 250 tys. transformatorów rozdzielczych. W zakładach dystrybucyjnych energii elektrycznej pracuje ich ok. 240 tys., a w przedsiębiorstwach prywatnych kilka – kilkanaście tysięcy. Zakres mocy transformatorów dystrybucyjnych stosowanych w Polsce to 25 KVA – 2,5 MVA. Zakłady dystrybucyjne kupują transformatory rozdzielcze w zakresie mocy 25 kVA do 1000 kVA. Urządzenia o większych mocach mogą być potrzebne w różnych zakładach (np. 1600 kVA do zasilania pompy o dużej mocy w oczyszczalni ścieków) lub na wiatrakach (na farmach wiatrowych – do 2500 kVA, zawieszane w gondolach).

Czytaj więcej na temat transformatorów:

Transformatory rozdzielcze (dystrybucyjne). Zastosowanie oraz konstrukcja.

Przekładnia transformatora. Połączenia uzwojeń. Kojarzenie uzwojeń.

Transformatory. Ekonomika pracy. Koszty.

Polski rynek transformatorów dystrybucyjnych. Kierunki rozwoju.