Назначение и устройство трансформаторов

На момент прохождения тока по проводам в них начинает выделяться тепло, то есть чем больше сопротивление проводов, тем больше выделяется тепла. Такие вредоносные тепловые потери довольно быстро повышаются с ростом силы передаваемого тока. Свести их до минимума крайне необходимо, так как большое количество энергии будет потеряно на момент «транспортировки».

Имеется два пути, которые ведут к снижению потерь в проводах:

1. понижение сопротивления проводов;

2. понижение силы передаваемого тока.

Однако лишь в ограниченных пределах возможно уменьшение сопротивления проводов. Если придерживаться данного пути, то наиболее экономическая передача электрической энергии в Москву из Шатуры нуждалась бы в огромнейших проводах, таких, что сечение их достигало бы десятки квадратных метров, что абсолютно не рационально.

Есть и второй путь снижения силы тока – это то, что под силу трансформатору. Благодаря этому устройству в электротехнике стало возможным, как будет показано далее, передавать энергию электричества на значительные расстояния.

Трансформатор, что значит преобразователь, один из самых важнейших в электротехнике аппаратов, который ещё в последней четверти позапрошлого столетия сотворили выдающиеся русские электротехники П.Н. Яблочков, а затем И.Ф. Усагин.

Трансформатор способен преобразовать величину и напряжение тока без изменения мощности. Для того чтобы было более понятно как действует трансформатор, прежде выясним, что такое мощность электрического тока. Сила тока измеряется амперами, а величина напряжения – вольтами. Если помножить число ампер на число вольт, то получится работа, совершённая электрическим током за одну секунду. А работа тока в секунду это и есть его мощность.

Имеется и единица электрической мощности – ватт. Для того чтобы с точностью узнать расход электроэнергии, необходимо величину мощности в ваттах умножить на время в часах, в течение которого расходовалась эта мощность. Для более удобного счёта ваттчасы превращают в гектоватт и киловатт-часы (гекто означает 100, кило 1000).

Простейший трансформатор несёт в себе железную раму, где установлены две проводниковые катушки.

На момент прохождения переменного тока через катушку, рама намагничивается, причем магнитное поле, создаваемое в ней тоже переменное. По законам электромагнитной индукции это переменное магнитное поле станет наводить переменный ток во второй катушке.

Когда в обеих катушках число витков одинаково, то токи в них будут одного напряжения и одной силы. Если же во вторичной обмотке количество витков будет больше, то в ней, как показывает опыт, будет наводиться ток более высокого напряжения. Поскольку подводимая мощность не изменяется при этом, уменьшится сила тока. На случай уменьшения во вторичной обмотке числа витков, в ней станет наводиться ток более низкого напряжения, но тем самым возрастёт сила тока.

Повышающий трансформатор, о котором говорилось в первом случае, необходим для передачи электроэнергии на большие расстояния. Чем меньше ток, передаваемый трансформатором в линию электропередачи, тем меньше станут потери мощности на бесцельный нагрев проводов.

Понижающий трансформатор, о котором говорилось во втором случае, используется для преобразования тока высокого напряжения в низкое, более безопасное для использования в осветительных устройствах, электромоторах, и т.п. электрических приборов.

В конструкцию трансформаторов не входят никакие движущие части. Трансформаторы строятся для преобразования мощности тока в несколько ватт до нескольких десятков тысяч киловатт, то есть для зарядки мобильного телефона и для передачи электрического тока огромной мощности от крупных электростанций по линиям электропередач на большие расстояния вплоть до 1000 километров.