Трансформаторы Устройство и принцип действия трансформаторов

Трансформатор состоит из первичной 1 и вторичной 2 обмоток и магнитопровода 3 (рис. 1). 

Рис.1.

Первичная обмотка - это обмотка, подключенная к источнику электроэнергии (в основном к электрической сети).

К вторичной обмотке подключают потребителя электрической энергии.

Магнитопровод предназначен для магнитной связи первичной и вторичной обмоток. Магнитопровод трансформатора изготавливают из тонких (0,35 ... 0,5 мм) листов электротехнической стали для уменьшения потерь, обусловленных вихревыми токами.

Магнитопроводы трансформаторов малой мощности, предназначенных для работы в диапазоне высоких частот, прессуют из порошковых материалов (магнитодиэлектриков и ферритов).

Обмотки трансформаторов выполняют в виде цилиндрических катушек из медных или алюминиевых, изолированных друг от друга проводов круглого или прямоугольного сечений. Первичную и вторичную обмотки располагают на одном стержне.

Обмотки низкого напряжения (НН) располагают ближе к магнитопроводу, а обмотки высокого напряжения (ВН) располагают поверх. Между обмотками находится изоляционный цилиндр. 

Силовые трансформаторы имеют, кроме того, систему охлаждения (рис. 2).

Рис. 2.

Работа трансформатора в режиме холостого хода

Холостым ходом трансформатора называется такой режим работы трансформатора, при котором к вторичной обмотке потребитель не подключается, цепь вторичной обмотки разомкнута и поэтому ток во вторичной обмотке равен нулю.

В режиме холостого хода первичная обмотка трансформатора подключена к источнику электрической энергии (как правило, к электрической сети промышленной частоты), поэтому электрическая цепь первичной обмотки замкнута и по виткам обмотки протекает ток холостого хода.

Переменный ток в витках первичной обмотки создает магнитодвижущую силу, которая в свою очередь возбуждает в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток. Магнитный поток связан с магнитодвижущей силой обмотки законом Ома для магнитных цепей.

Переменный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора сцеплен ка со всеми витками первичной обмотки, так и с всеми витками вторичной обмотки и поэтому, согласно с законом электромагнитной индукции, наводит в обоих обмотках переменные магнитодвижущие силы.

В первичной обмотке трансформатора напряжение сети, приложенное к обмотке, почти полностью компенсируется наведенной магнитным полем магнитодвижущей силой. Таким образом, амплитуда суммарной электродвижущей силы, действующей в цепи, составляет несколько процентов от приложенного напряжения.

Именно компенсацией приложенного напряжения поясняется то факт, что трансформатор пригоден для работы только в цепях переменного тока.

Трансформатор нельзя включать на постоянное напряжение потому, что магнитное поле, создаваемое постоянным током, не изменяется во времени и поэтому не наводит в первичной обмотке электродвижущей силы. В таком случае напряжение сети, не скомпенсировано электродвижущей силой, приложено к обмотке с малым сопротивлением, поэтому ток в обмотке в десятки и сотни раз превышает номинальный ток. Вследствие этого в обмотке выделяется большое количество теплоты. Температура обмотки в течение нескольких секунд быстро повышается и трансформатор выходит из строя.

Во вторичной обмотке, с витками которой сцеплен магнитный поток, наводится электродвижущая сила, к в первичной обмотке. Поскольку в режиме холостого хода потребитель к вторичной обмотке не присоединен, то электрическая цепь обмотки остается незамкнутой и ток во вторичной обмотке равен нулю.