6. Раздел. Трансформаторы.

Т рансформатор – это электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Увеличение напряжения осуществляется с помощью повышающих трансформаторов, уменьшение – понижающих.

По назначению трансформаторы делятся на силовые (тяговые, для выпрямительных установок, питания радиоаппаратуры и т.п.) и специального назначения (сварочные, измерительные и др.). По числу фаз трансформаторы бывают однофазные и трехфазные, по количеству обмоток – двухобмоточные и многообмоточные, по способу охлаждения – сухие и масляные, с естественным и принудительным охлаждением. Основными частями трансформатора являются сердечник (магнитопровод) (рис.6.1) и обмотки.

Магнитопровод выполняется шихтованным из листов электротехнической (трансформа-торной) стали. Части магнитопровода, на которых располагаются обмотки, называют стержнями. Части магнитопровода, замыкающие стержни (части без обмоток), называют ярмом. Однофазные трансформаторы в зависимости от формы магнитопровода и расположения на нем обмоток разделяются на стержневые, броневые и торроидальные (рис. 221). Магнитопровод стержневого трансформатора имеет два стержня, на которых размещены обмотки. Магнитопровод броневого трансформатора имеет один стержень, на котором находятся обмотки. Стержень с двух сторон охватывается (бронируется) ярмом так, что обмотка частично защищена магнитопроводом от механических повреждений.

Обмотку трансформатора, к которой подводится напряжение питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подключается нагрузка, - вторичной. На сердечнике может быть размещено несколько вторичных обмоток с разным числом витков, что позволяет получить различные по значению вторичные напряжения. Обмотка с большим числом витков называется обмоткой высшего напряжения (ВН), а обмотка с меньшим числом витков – обмоткой низшего напряжения (НН). Так, у повышающего трансформатора обмотка низшего напряжения является первичной, а обмотка высшего напряжения – вторичной, а у понижающего трансформатора - наоборот.

Отношение числа витков (W) обмотки ВН и обмотки НН называется коэффициентом трансформации (К)

К = Wвн/ Wнн

Прим. Коэффициент трансформации не может быть меньше 1, т.е. не является признаком различия повышающего и понижающего трансформатора.

П ринцип действия трансформатора, основанный на явлении взаимоиндукции, рассмотрим на примере однофазного двухобмоточного трансформатора (рис. 6.3). Если на первичную обмотку с числом витков W₁ подать переменное напряжение u₁, то протекающий по обмотке переменный ток i₁ создаст в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф, пронизывающий обе обмотки трансформатора и индуцирующий в них переменные ЭДС е₁ и е₂. Если ко вторичной обмотке подключить нагрузку, то под действием ЭДС е₂ в цепи вторичной обмотки будет протекать переменный ток i₂.

Отношение ЭДС равно отношению числу витков первичной и вторичной обмоток (у понижающего трансформатора оно равно коэффициенту трансформации):

Пренебрегая незначительными падениями напряже-ния в обмотках, отношение ЭДС можно заменить отношением напряжений:

Преобразование энергии в трансформаторах происходит с незначительными потерями, и подводимая к трансформатору мощность приблизительно равна отдаваемой полной мощности . Откуда , т.е. повышение напряжения на вторичной обмотке в несколько раз создает во столько же раз понижение тока и наоборот.

Учитывая это, обмотку ВН, имеющую большее число витков, выполняют проводом меньшего сечения, чем обмотку НН.

Прим. Трансформаторы с одинаковым числом витков на первичной и вторичной обмотке (К=1) называются разделительными. Обычно они используются для разделения в целях безопасности цепей без заземления от цепей с заземлением.

В автотрансформаторах часть первичной обмотки может использоваться как вторичная и наоборот. Их эффективно использовать при небольших (К меньше 2) коэффициентах трансформации.

Измерительные трансформаторы служат для подключения маломощных измерительных приборов к силовым цепям.