6.2. Трансформаторы

6.2.1. Назначение и устройство трансформатора

Трансформатором называют электромагнитное статическое устройство, служащее главным образом для преобразования (трансформации) переменных напряжений и токов одних величин в другие при неизменной частоте и для согласования сопротивлений (напряжений) между каскадами радиоэлектронных устройств и гальванической (электрической) развязки электрических цепей.

Конструктивно трансформатор состоит из обмоток и сердечника (магнитопровода), на котором располагаются обмотки.

Для усиления магнитной связи между обмотками магнитопровод выполняется из магнитомягкого материала. Обмотка, к которой подводится электрическая энергия, называется первичной, обмотка, с которой снимается электрическая энергия, - вторичной.

По количеству фаз трансформаторы, так же как и электрические цепи, могут быть однофазными и многофазными (в основном трехфазными).

По расположению обмоток на магнитопроводе различают трансформаторы стержневого типа (рис. 6.11а) и броневого типа (рис. 6.11б).

а	б
Рис. 6.11

6.2.2. Принцип действия трансформатора

Принцип действия трансформатора рассмотрим на примере однофазного трансформатора, изображенного на рис. 6.12.
	Рис. 6.12

Первичная обмотка с числом витков подключена к источнику синусоидального напряжения ; вторичная обмотка с числом витков подключена к приемнику электроэнергии с сопротивлением .

Ток , протекающий под действием напряжения по виткам первичной обмотки, возбудит переменный магнитный поток , который, пронизывая витки собственной обмотки, наведет в ней ЭДС самоиндукции .

Часть потока - поток, замыкающийся по сердечнику, пронизывая витки вторичной обмотки, наведет в ней ЭДС взаимоиндукции

.

Под действием по вторичной обмотке (при) потечет ток, который, так же как и, возбудит собственный магнитный поток. Магнитный поток, пересекая собственную обмотку, наведет в ней ЭДС самоиндукции.

Часть магнитного потока - поток, проходя по сердечнику и пронизывая витки первичной обмотки, наведет в ней ЭДС взаимоиндукции

.

Взаимодействие магнитных полей (потоков ,), созданных токами,, приведет в конечном счете к некоторому результирующему магнитному полю, которое характеризуется тремя потоками(рис. 6.12).

По определению поток является основным магнитным потоком взаимоиндукции между обмотками. В этом выражении знак «±» определяет способ включения обмоток (6.1).

На рис. 6.12 показан согласный способ включения обмоток и.

Потоки проходят в основном по воздуху (рис. 6.12) и охватывают витки только собственных обмоток. Это магнитные потоки рассеяния обмотоки.

Отметим, что поток нелинейно связан с токамиииз-за нелинейности кривойнамагничивания сердечника. Потокиобычно считаются пропорциональными токами, поскольку магнитное сопротивление воздуха, по которому они замыкаются, является величиной постоянной.

Переменные магнитные потоки наведут в обмоткахиЭДСи(рис. 6.12):

.

В этих выражениях ,- ЭДС самоиндукции, наведенные потоками рассеянияв обмоткахисоответственно;- ЭДС, наведенные в обмотках основным магнитным потоком.

Так как потоки пропорциональны соответствующим токами, потокосцеплениярассеяния обмоток могут быть выражены формулами

.

С учетом этого формулы для определения ЭДС самоиндукции перепишем в виде, где- коэффициенты пропорциональности - индуктивности рассеяния обмотокисоответственно.иопределяются конструктивными параметрами трансформатора и не зависят от токови, т. е. являются постоянными величинами.

Для синусоидального магнитного потока

их действующие значения

начальные фазы т. е. ЭДСиотстают по фазе от наводящего их магнитного потокана уголл/2.

Отношение называют коэффициентом трансформации. В паспорте трансформатора обычно указывается отношение номинальных напряжений первичной и вторичной обмоток в режиме холостого хода, т.е. отношение, которое практически равно коэффициенту трансформации. Более того, у современных трансформаторов коэффициент трансформациис достаточной степенью точности определяет отношение, а также отношениев широком диапазоне изменения нагрузки трансформатора, т.е..

Из последнего выражения получается, что , т.е. полная мощность, подводимая к трансформатору, практически полностью передается во вторичную цепь, что вполне реально, учитывая высокий КПД современных трансформаторов.

Трансформатор, у которого , называется понижающим, а если- повышающим.