1. Трансформаторы

1.1. Назначение трансформаторов

Трансформатор (от лат. transformo – преобразовывать) – статический электромагнитный аппарат, имеющий две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Типы трансформаторов:

1. Силовые трансформаторы. Предназначены для преобразования напряжений и распределения электрической энергии в электрических сетях и энергосистемах. Внешний вид силовых трансформаторов показан на рисунке 1.

2. Автотрансформаторы. Предназначены для преобразования напряжения в небольших пределах.

3. Измерительные трансформаторы. Для включения в схемы измерительных приборов.

4. Трансформаторы специального назначения: сварочные, печные, испытательные, для вентильных преобразователей, для преобразователей частоты и т.д. Существует большое количество типов трансформаторов, позволяющих изменять частоту, число фаз, форму выходного напряжения.

а)

б)

Рис. 1. Внешний вид силовых однофазного (а) и трехфазного (б) трансформаторов.

1.2. Принцип работы трансформаторов

Однофазный двухобмоточный трансформатор состоит из двух обмоток, размещенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала. На рисунке 1.1. схематически показан трансформатор стержневого типа, изображения первичной и вторичной обмоток которого для упрощения показаны на разных стержнях.

Рис. 1.1. Однофазный двухобмоточный трансформатор и его обозначение на электрических схемах: 1 – первичная обмотка; 2 – вторичная обмотка; 3 – магнитопровод.

Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и X; обмотки НН – буквами а и х.

Применение ферромагнитного магнитопровода позволяет уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток машины.

Первичную обмотку 1 подключают к источнику переменного тока с напряжением . Квторичной обмотке 2 присоединяют сопротивление нагрузки .

При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток , который создает переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС –и, пропорциональные числу витков, исоответствующих обмоток и скорости изменения магнитного потока. Трансформатор может работать только в цепях переменного тока.

Согласно закону электромагнитной индукции мгновенные значения ЭДС, индуцированные в каждой обмотке, равны

,.

Отношение ЭДС обмоток высшего и низшего напряжений называют коэффициентом трансформации:

. В практических расчетах обычно пренебрегают падениями напряжения в обмотках трансформатора, которые обычно не превышают 3...5 % номинальных значений напряженияи, и считают, чтои, тогда

или.

В системах передачи и распределения энергии в ряде случаев применяют трехобмоточные трансформаторы, а в устройствах радиоэлектроники и автоматики – многообмоточные трансформаторы. В таких трансформаторах на магнитопроводе размещают три или большее число изолированных друг от друга обмоток, что позволяет при питании одной из обмоток получать два или большее число различных напряжений (,,и т.д.). В трех- обмоточных силовых трансформаторах различают обмотки высшего, низшего и среднего (СН) напряжений.

В трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность остается приблизительно постоянной (несколько уменьшается вследствие внутренних потерь энергии в трансформаторе), следовательно,

,.

При увеличении вторичного напряжения трансформатора в раз по сравнению с первичным токво вторичной обмотке соответственно уменьшается вk раз.