1. Трансформаторы

1.1. Назначение и области применения

Трансформаторомназывают статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

Известно, что при передаче электрической энергии потери мощности в проводах определяются как:

,

(1.1)

где I – сила тока; R_ПР – сопротивление проводов линии. При этом, передаваемая полная мощность равна:

.

(1.2)

Из (1.2) видим, что одну и ту же мощность можно передать при различных соотношениях напряжения и тока в линии. С учетом выражения (1.1) можно сделать вывод, что с точки зрения снижения потерь в линии электропередачи, целесообразно электрическую энергию передавать при максимально возможном напряжении на линии и минимальным током. Поэтому, в месте производства электрической энергии переменное напряжение, поступающее с генератора (U_Г < 30 кВ), с помощью трансформатора повышают до 220 ÷ 750 кВ, а в месте потребления энергии снова с помощью трансформатора снижают до требуемого потребителю напряжения 380/220 В.

Трансформаторы содержат большинство электрических приборов: источники питания различной мощности; компьютеры; осциллографы; теле-, радиопередатчики и приемники; блоки управления различными станками и промышленными установками; и т.д.

Выпускаются повышающие и понижающие трансформаторы размерами от единиц миллиметров до 10 и более метров, мощностью от милливатт до сотен мегаватт. Кроме так называемых силовых, различают измерительные, согласующие, разделительные трансформаторы. Они бывают низкочастотными и высокочастотными - рассчитанными на преобразование переменного напряжения частотой до десятков мегагерц; однофазными и многофазными; с обычными (медными или алюминиевыми) и сверхпроводящими обмотками, залитыми жидким азотом.

1.2. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора

Устройство трансформатора схематично показано на рис. 1.1. На замкнутом магнитопроводе, собранном из листовой стали или навитом из стальной ленты, помещены две изолированные обмотки с числами витков w₁ и w₂. Обмотка, к зажимам которой подводится электрическая энергия, называется первичной; обмотка, на зажимы которой включаются потребители, называется вторичной.

Протекающий по первичной обмотке переменный ток (~ I₁) вызывает появление в стальном магнитопроводе переменного магнитного потока Ф. Этот поток пронизывает обе обмотки и вызывает в каждой из них переменную ЭДС. Поэтому вторичная обмотка может рассматриваться как источник переменного напряжения. При замкнутом выключателе S, по вторичной цепи потечет ток (~ I₂).

Трансформатор, изображенный на рис. 1.1, является двухобмоточным. При необходимости на магнитопроводе можно поместить несколько вторичных обмоток с различными числами витков и получить соответственно несколько различных вторичных напряжений. Такие трансформаторы называются многообмоточными.

Из принципа действия трансформатора ясно, что он может работать только на переменном токе, так как при постоянном магнитном потоке ЭДС в обмотках возникать не будут.