8.1 Назначение, принцип действия и устройство трансформатора

Трансформатор предназначен для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Их применяют в электрических сетях при передаче и распределении электрической энергии; в нагревательных, сварочных, выпрямительных электроустановках; в радиоаппаратуре; устройствах автоматики, связи; в электроизмерительной технике и т.д. Однофазный трансформатор был изобретен П.Н. Яблочковым – выдающимся русским электротехником в 1878 году. А в 1889 году русский ученый М.О. Доливо-Добровольский изобрел трехфазный трансформатор.

В соответствии с назначением различают: силовые трансформаторы для питания электрических двигателей и осветительных сетей; специальные трансформаторы для питания сварочных аппаратов, электропечей и других потребителей особого назначения; измерительные трансформаторы для подключения измерительных приборов.

По числу фаз трансформаторы длят на одно- и трехфазные. Трансформаторы, используемые в технике связи, подразделяют на низко- и высокочастотные.

Трансформатор – это статический электромагнитный аппарат для изменения величины электрического напряжения. Простой, надежный и экономичный. Его КПД достигает 99%. Он не имеет движущихся частей и скользящих контактных соединений.

Работа трансформатора основана на явлении взаимной индукции. Он состоит из замкнутого стального сердечника – магнитопровода, на котором расположены две или несколько обмоток, электрически не соединенных между собой (рис. 8.1.).

Часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, называется стержнем. Обмотка, к которой электрическая энергия подводится, называется первичной; другая обмотка, к которой присоединяются приемники энергии, называется вторичной.

Д ля уменьшения потерь на вихревые токи, магнитопровод собирается из листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм, изолированных друг от друга теплостойким лаком или специальной бумагой. Стержень магнитопровода имеет квадратное или крестовидное сечение (рис. 8.2, а и б), а у более мощных трансформаторов – ступенчатое, по форме приближающееся к кругу (рис. 8.2, в). Сборка листов магнитопровода обычно проводится «внахлестку». На рис. 8.3 показаны два следующих один за другим слоя стали магнитопровода.

Рис. 8.1 Трансформатор

Рис. 8.2 Рис.8.3

Обмотки трансформаторов изготовляют из медного провода и располагают на одном и том же или на разных стержнях, рядом или одну под другой.

Для обозначения зажимов (выводов) обмоток применяются буквы латинского алфавита. Заглавными буквами обозначают зажимы обмотки высшего напряжения: начала – А, В и С, концы – Х, Y, Z; строчными буквами – зажимы обмотки низшего напряжения: начала – а, в и с, концы – х, y и z.

Принципиальная схема включения трансформатора

Рис. 8.4

где i₁ – ток первичной обмотки; N₂ – число витков вторичной обмотки;

i₂ – ток вторичной обмотки; Ф – магнитный поток;

N₁ – число витков первичной обмотки; R_н – сопротивление нагрузки.

Подключим первичную обмотку трансформатора к источнику переменного тока. Намагничивающая сила этой обмотки (i₁N₁) создает магнитный поток Ф, замыкающийся по стальному сердечнику. Этот поток, пронизывая вторичную обмотку трансформатора, наводит в ней ЭДС: Е₂ = 4,44  N₂  f  Ф_m, (В), где

f – частота тока в сети.

Если подключить нагрузку по вторичной обмотке, то по нагрузке будет протекать переменный электрический ток.