Принцип действия трансформатора.

Назначение и области применения трансформаторов. Устройство трансформатора.

Трансформатор — статическое электромагнитное устрой­ство, имеющее две или больше индуктивно связанныхобмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких системпеременного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Назначение трансформаторов. С помощью трансформато­ров повышается или понижается напряжение, изменяетсячисло фаз, в некоторых случаях преобразуется частота переменного тока. Возможность передачи электрических сигналов от одной обмотки к другой посредством взаимо­индукции была открыта М. Фарадеем в 1831 г.: при изме­нении тока в одной из обмоток, намотанной на стальной магнитопровод, в другой обмотке индуцировались ЭДС. Однако первый практически работающий трансформатор создал известный изобретатель П. Н. Яблочков в содружестве с И. Ф. Усагиным в 1876 г. Это был двухобмоточный трансформатор с разомкнутым магнитопроводом.

Области применения трансформаторов. Трансформаторы широко используют для следующих целей.

1. В системах передачи и распределения электрической энергии.

2. В преобразовательных устройствах для обеспечения нужной схемы включения вентилей и согласования напряжений на входе и выходе преобразователя. В вентильных преобразова­телях, выпрямляющих переменный ток или пре­образующих его из постоянного в переменный (инверторы), отношение напряжений на входе и выходе зависит от схемы включения вентилей.

3. В различных электротехнологических установках для технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные транс­форматоры) и др. Мощность их достигает десятков тысяч киловольт-ампер при напряжении до 10 кВ; они работают обычно при частоте 50 Гц.

4. В устройствах связи, автоматики и телемеханики, электробытовых приборов, для питания цепей радио- и те­левизионной аппаратуры, разделения электрических цепей различных элементов этих устройств; согласования напряже­ний и т. п.

5. В электроизмерительных устройствах для включения электроизмерительных приборов в электрические цепи высокого напряжения или в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности. Трансформаторы, при­меняемые для этой цели, называют измерительными. Они имеют сравнительно небольшую мощность, опре­деляемую мощностью, потребляемой электроизмеритель­ными приборами, реле и др.

Активными элементами трансформатора являются:
1. магнитопровод
2. обмотки
Магнитопроводы бывают: 1. Броневые 2. Стержневые
Для магнитопровода используется электротехническая сталь: горячекатаная и холоднокатаная.
2. Обмотки
а) дисковые у броневого трансформатора
б) цилиндрические
в) винтовые
г) непрерывные
Однослойные и многослойные
Магнитопровод с обмоткой помещается в бак с трансформатором маслом, которое служит для изоляции и охлаждения

Принцип действия трансформатора.

Как и у электрических машин, принцип действия трансформаторов основан на законе электромагнитной индукции, согласно которому при пересечении магнитным потоком токопроводящего витка в последнем наводится ЭДС.
Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, собранного из листовой электротехнической стали (для уменьшения вихревых токов и потерь на гистерезис) и называемого магнитопроводом, и двух или более обмоток, насаженных на сердечник трансформатора (рис. 1). Обмотка, к которой подводится энергия, называется первичной;
она содержит ад, витков и присоединяется к источнику напряжения U. Обмотка, от которой отводится энергия, называется вторичной; в ней содержится w2 витков. К зажимам вторичной обмотки присоединяется нагрузка, полное сопротивление которой ZH.

Рис. 1. Схема трансформатора

Условились обозначать начала обмотки высшего напряжения (ВН) прописными буквами латинского алфавита, А, В, а их концы — буквами X, У; соответственно начала и концы обмотки низшего напряжения (НН) — строчными буквами а, b и х, у.
Таким образом, трансформатор, с одной стороны, является потребителем энергии, поскольку первичная обмотка присоединена к источнику, а с другой — источником энергии, так как ко вторичной обмотке присоединен потребитель энергии. Мощность трансформаторов, как и всех источников переменного тока, выражают в вольт-амперах (В * А) или киловольт-амперах (кВ * А). Выражать мощность источников переменного тока в ваттах или киловаттах нельзя потому, что их мощность непостоянна и зависит от коэффициента мощности потребителя.
При подключении к сети первичной обмотки в ней возникает переменный ток, который создает переменный магнитный поток, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф пересекает обе обмотки и наводит в них переменные ЭДС
(1)
Если подведенное первичное напряжение и ток синусоидальны, то, пренебрегая насыщением магнитопровода, можно считать синусоидальными также магнитный поток и наведенные ЭДС, т. е.
(2)
где Фт — амплитудное значение потока.
Подставив в (1) выражение (2), получим
(3)

Проще, Вокруг провода с током всегда существует магнитное поле которое намагничивает сердечник трансформатора. Потом ток отключают и магнитное поле начинает изменяться (в данном случае убывать, хотя тоже происходит и при включение тока, правда в обратной последовательности) порождая ток во вторичной и первичной обмотках трансформатора.