5. Трансформаторы и их классификация

Трансформатор – это статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при неизменной частоте.

В системах электропитания РЭУ (сетевые приемники, телевизоры, блоки питания передатчиков и др.) используются трансформаторы малой мощности: однофазные – до 4 кВА и трехфазные - до 5 кВА.

6. Рассматриваемые трансформаторы питания классифицируют по следующим признакам:

7. * по числу фаз преобразуемого напряжения – однофазные и трехфазные;

8. * по числу обмоток – двухобмоточные и многообмоточные;

9. * по конфигурации магнитопровода – стержневые (собирают из пластин прямоугольной формы одинаковой толщины), броневые (из пластин Ш-образной формы и прямоугольных пластин, замыкающих Ш-образные пластины) и тороидальные (из штампованных колец, покрытых изолирующим лаком).

6. Принцип действия однофазного трансформатора

Простейший однофазный трансформатор состоит из стального сердечника и двух обмоток – первичной и вторичной (рис.1.1). Для уменьшения потерь от вихревых токов, возникающих при перемагничивании, сердечники собирают из тонких (0,3-0,5 мм) пластин специальной трансформаторной стали (эта сталь характеризуется узкой петлей гистерезиса и большим электрическим сопротивлением). Пластины изолируют друга от друга путем покрытия их изолирующими лаками.

Если к первичной обмотке подвести переменное напряжение U₁ , то в ней появится некоторый ток i_o1, который в сердечнике создает переменный магнитный поток Ф_o . Этот поток (по закону электромагнитной индукции) наведен в обоих обмотках ЭДС е₁ и е₂ :

где W_{1 ,} W₂ - числа витков в первичной и вторичной обмотках соответственно.

Рис. 1.1. Однофазный трансформатор

Если приложенное напряжение U₁ = U _m1 sin ωt , то в идеальном трансформаторе (без потерь) его первичная обмотка будет представлять собой чистую индуктивность. Поэтому ток будет отставать по фазе от напряжения на /2 (рис. 1.2):

i _o1= I_o1m sin (ωt - /2) ,

а магнитный поток будет совпадать по фазе с создающим его током:

Ф_{o =} Ф_m sin(

Тогда ЭДС е₁ и е₂ будут равны:

е₁ = - W₁ω Ф_m sinωt = - E _m1 sinωt ;

е₂ = - W₂ω Ф_m sinωt = - E _m2 sinωt .

Рис. 1.2. Векторная диаграмма идеального трансформатора

Поскольку для идеального трансформатора (в соответствии со вторым законом Кирхгофа) u₁= -e₁ и u₂= е₂, то

Iu ₁/ u ₂I = e₁ / e₂ или U ₁ / U ₂ = E _m2 / E _m1 = W₂ / W₁ = n ₁₂ ,

где n ₁₂ – коэффициент трансформации.

Отсюда видно, что отношение действующих значений напряжений на вторичной и первичной обмотках трансформатора равно отношению чисел витков в этих обмотках.

Таким образом, электрическая энергия из первичной обмотки передается во вторичную с помощь переменного магнитного потока (при отсутствии гальванической связи между обмотками). Обмотка трансформатора с большим числом витков (с большим напряжением) называется обмоткой высшего напряжения, а обмотка с меньшим числом витков (с меньшим напряжением) - обмоткой низшего напряжения. В зависимости от способа включения обмоток с питающей сетью один и тот же трансформатор может работать как повышающий или понижающий трансформатор.