16. Принцип роботи трансформатора розглянемо на прикладі однофазного трансформатора з двома обмотками, первинна обмотка якого з числом витків w1 включена в однофазну мережу змінного струму з напругою u1, а вторинна обмотка з числом витків w2 замкнута на опір навантаження Zн. Під дією прикладеної напруги u1 первинною обмоткою протікає струм i1, що створює магніторушійну силу первинної обмотки F1 = i1·w1, яка призводить до появи змінного магнітного потоку. Основна частина потоку (потік взаємоіндукції Ф0) замикається по магнітопроводі, зчіплюється з обома обмотками і наводить в них ЕРС e1 та e2. Невелика частина потоку Ф?1, названа потоком розсіювання первинної обмотки, замикається по повітрю безпосередньо навколо цієї обмотки.
У вторинній обмотці ЕРС e2 викликає струм i2, на опорі навантаження Zн знімається вихідна напруга u2 = i2·Zн і вихідна потужність P2 = u2·i2. Одночасно струм i2 створює магніторушійну силу вторинної обмотки F2 = i2·w2, напрямок якої в контурі магнітопроводу визначається за правилом Ленца. Значення потоку взаємоіндукції Ф0 визначається результуючим дією магніторушійної сили F1 і F2. В обох обмотках ЕРС взаємоіндукції визначаються відповідно до закону електромагнітної індукції:
e1 = - w1dФ0/dt; e2 = - w2dФ0/dt
Потік Ф?1 наводить ЕРС самоіндукції в первинній обмотці:
e?1 = - L?1di1/dt
де L?1 – індуктивність первинної обмотки, відповідна до потоку розсіювання.
При збільшенні струму навантаження i2 магніторушійна сила F2 прагне зменшити потік Ф0 і тим самим – ЕРС e1. Оскільки трансформатори виконують з мінімальними потоками розсіювання і мінімальним активним опором обмоток, основна частина прикладеної напруги u1 врівноважується ЕРС e1, яка спрямована в контурі обмотки зустрічно напрузі u1. При незмінній амплітуді напруги u1 струм i1 збільшується. Таким чином, приріст вихідної потужності покривається за рахунок збільшення споживаної потужності P1 = u1·i1. Збільшення струму i1 призводить до збільшення магніторушійної сили F1, і потік Ф0 відновлюється до колишнього значення. Невелике зменшення потоку може бути викликане падінням частини прикладеної напруги на опорі обмотки. Ця зміна тим більша, чим менша потужність трансформатора, однак при зміні струму навантаження від нуля (холостий хід) до номінального значення воно не перевищує декількох відсотків.
Співвідношення напруг на вході і виході трансформатора визначається в основному співвідношенням ЕРС взаємоіндукції в первинній та вторинній обмотках, яке називається теоретичним коефіцієнтом трансформації:
Kт = E1/E2 = w1/w2
Як видно, співвідношення напруг на обмотках трансформатора визначається співвідношенням кількості витків.
При проектуванні і виготовленні магнітопроводів трансформаторів слід зводити до мінімуму повітряні зазори на шляху основного магнітного потоку, так як магнітна проникність повітря значно менша від магнітної проникності феромагнітних матеріалів.
Слід зазначити, що поряд з трансформаторами, що мають фіксований коефіцієнт трансформації, випускається ряд типів трансформаторів з регульованою вторинною напругою. В основному регулювання здійснюється зміною співвідношення між числами витків первинної і вторинної обмоток. При ступінчастому регулюванні обмотка, зазвичай вторинна, має ряд відгалужень з різним числом витків. Для плавного регулювання трансформатор може бути виготовлений з ковзаючим контактом – щітками, що переміщаються неізольованою контактною доріжкою на поверхні провідників вторинної обмотки і підключають до виходу різне число витків.
Конструкція трансформтора
Основними частинами конструкції трансформатора є:
магнітна система (магнітопровід),обмотки ,система охолодження %22Магнітна"Магнітна система (магнітопровід)
Магнітна система (магнітопровід) трансформатора - комплект елементів (найчастіше пластин) електротехнічної сталі або іншого феромагнітного матеріалу, зібраних в певній геометричній формі, призначений для локалізації в ньому основного магнітного поля трансформатора. Магнітна система в повністю зібраному вигляді спільно з усіма вузлами і деталями, що служать для скріплення окремих частин в єдину конструкцію, називається остовом трансформатора.
Частина магнітної системи, на якій розташовуються основні обмотки трансформатора, називається - стержень.Часть магнітної системи трансформатора, що не несе основних обмоток і служить для замикання магнітного ланцюга, називається - ярмо.
У залежності від просторового розташування стержнів, виділяють:
Плоска магнітна система - магнітна система, в якій поздовжні осі всіх стрижнів і ярем розташовані в одній площині.
Просторова магнітна система - магнітна система, в якій поздовжні осі стрижнів або ярем, або стрижнів і ярем розташовані в різних площинах.
Симетрична магнітна система - магнітна система, в якій всі стрижні мають однакову форму, конструкцію та розміри, а взаємне розташування будь-якого стрижня по відношенню до всіх ярмам однаково для всіх стрижнів.
Несиметрична магнітна система - магнітна система, в якій окремі стрижні можуть відрізнятися від інших стержнів за формою, конструкції або розмірами або взаємне розташування будь-якого стрижня по відношенню до інших стержнів або ярмам може відрізнятися від розташування будь-якого іншого стрижня.
Обмотки
Основним елементом обмотки є виток - електричний провідник, або ряд паралельно з'єднаних таких провідників (багатодротяна жила), одноразово обхоплюють частина магнітної системи трансформатора, 00050110810080911110електричний струм якого спільно з струмами інших таких провідників та інших частин трансформатора створює магнітне поле трансформатора і в якому під дією цього магнітного поля наводиться електрорушійна сила.
Обмотка - сукупність витків, що утворюють електричний ланцюг, у якій підсумовуються ЕРС, наведені у витках. У трифазному трансформаторі під обмоткою зазвичай мають на увазі сукупність обмоток однієї напруги трьох фаз, що з'єднуються між собою.
Провідник обмотки в силових 021000110100010108трансформаторах зазвичай має квадратну форму для найбільш ефективного використання наявного простору (для збільшення коефіцієнта заповнення у вікні осердя). При збільшенні площі провідника провідник може бути розділений на два і більше паралельних провідних елементів з метою зниження втрат на вихрові струми в обмотці і полегшення функціонування обмотки. Провідний елемент квадратної форми називається жилою.
Кожна жила ізолюється за допомогою або паперової обмотки, або емалевого лаку. Дві окремо ізольованих і паралельно з'єднаних жили іноді можуть 0900108мати загальну паперову ізоляцію. Дві таких ізольованих жили в загальній паперової ізоляції називаються кабелем. Транспонований кабель застосовуваний в обмотці трансформатора.
Особливим видом провідника обмотки є безперервно транспонований кабель. Цей кабель складається з жил, ізольованих за допомогою двох шарів емалевого лаку, розташованих в осьовому положенні один до одного, як показано на малюнку. Безперервно транспонований кабель виходить шляхом переміщення зовнішньої жили одного шару до наступного шару з постійним кроком і застосування загальної зовнішньої ізоляції.
Паперова обмотка кабелю виконана з тонких (кілька десятків мікрометрів) паперових смуг шириною кілька сантиметрів, намотаних навколо жили. Папір загортається в кілька шарів для отримання необхідної загальної товщини.