1. Трансформаторы

1. Назначение, устройство и принцип действия

Трансформатор - это статистический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии переменного тока с одного напряжения на другое при неизменной частоте.

Трансформаторы получили широкое распространение:

1) в связи с необходимостью передачи электрической энергии на большие расстояния (рис. 1.1). Экономически выгодно передавать энергию при высоких напряжениях и малых токах (требуется меньшее сечение проводов).

Рис. 1.1

2) возможностью изменять напряжение в зависимости от нужд потребителя.

Электрический двигатель переменного тока – 127 , 220, 380, 500, 3000, 6000, 10000 В.

Электрические лампы общественного освещения – 127 , 220 В.

Электрические лампы безопасного освещения –12, 24, 36 В.

Нити накаливания радиоламп – 6, 6,3 В.

Принципиальное устройство однофазного трансформатора.

На стержнях магнитопровода, собранного из листовой трансформаторной стали размещаются изолировано друг от друга и от стержня две обмотки с числом витков W и Wсоответственно. Обмотка, к которой подводится электрическая энергия из сети, называется первичной. Обмотка, в которой включается потребитель – вторичной (рис. 1.2).

Рис. 1.2 В зависимости от напряжения различают обмотку высшего напряжения и низшего. Трансформатор работает на принципе электромагнитной индукции: переменный ток , проходя по первичной обмотке, создаёт в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф, который пронизывает одновременно витки обеих обмоток. При изменении потока во времени в витках индуцируется ЭДС. Поэтому вторичная обмотка может рассматриваться как источник напряжения . Если эту обмотку замкнуть на сопротивление нагрузки Z, то в ней потечёт ток .

Из принципа действия трансформатора ясно, что он может работать только на переменном токе. При постоянном напряжении и токе магнитный потокФ не будет изменятся во времени, а значит не будет индуцировать ЭДС E.

Однофазные трансформаторы бывают двухобмоточные и многообмоточные (одна первичная и несколько вторичных).

Мгновенные значение индуктированной ЭДС одного витка может быть найдено по формуле:

. (1.1)

то есть синусоидален.

Тогда, если

,

то

Итак,

, (1.2)

где

- амплитуда ЭДС одного витка.

Сравнивая (1.1) и (1.2), видим, что индуктированная ЭДС отстаёт от магнитного потока фазе на π/2 (рис. 1.3).

Рис. 1.3

Действующее значение ЭДС одного витка

. (1.3)

Если первичная обмотка имеет W витков, то

-действующее значение ЭДС в первичной обмотке.

Если вторичная обмотка имеет Wвитков, то

-действующее значение ЭДС вторичной обмотки.

Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации.

. (1.4)

Если пренебречь потерями, то S= S

= 

Обычно напряжение незначительно отличаются от соответствующих ЭДС, поэтому

(1.5)