Электрические машины. Трансформаторы и выпрямители

При практическом использовании энергии электрического тока очень часто возникает необходимость изменять напряжение, даваемое каким-либо генератором. Осуществить такого рода преобразования постоянного напряжения очень трудно, между тем как переменное напряжение можно преобразовывать – повышать или понижать – достаточно просто и почти без потерь энергии. Электрические машины, с помощью которых производится преобразование переменного тока, получили название трансформаторов. Принципиальная схема трансформатора показана на рисунке. 5.3.а.

Рисунок 5.3.а - Принципиальная схема трансформатора	Рисунок 5.3.б - Схема генератора с неподвижным якорем (Я) и вращающимся индуктором (И)

Каждый трансформатор имеет железный сердечник, на который одеты две катушки (обмотки). Концы одной из обмоток подключены к источнику переменного тока с напряжением U₁, а нагрузка – к концам второй обмотки, в которых создается переменное напряжение U_2. Величины напряжений в первичной и вторичной обмотке связаны соотношением U₁ / U₂ = n₁ / n₂, где n₁ иn₂– число витков в первичной и вторичной обмотке соответственно. Отношение к = U₁ / U₂ называют коэффициентом трансформации. Трансформаторы рассчитываются так, чтобы токи в первичной и вторичной обмотке были приблизительно обратно пропорциональны соответствующим напряжениям I₂ / I₁ ≈ U₁ / U₂(т.е. передача мощности осуществлялась практически без или при минимальных потерях W₁=W₂).

Поэтому, если напряжение вторичной обмотки во много раз меньше чем первичной, то во вторичной цепи такого понижающего трансформатора можно получить очень большие токи. Такие трансформаторы применяются при электросварке, подробнее о них можно прочесть в гл.6, посвященной сварке. Трансформаторы для небольших мощностей, применяющиеся главным образом в лабораториях и для бытовых целей, они имеют очень небольшие размеры. Мощные трансформаторы, преобразующие сотни и тысячи киловатт, представляют собой сложные инженерные сооружения. Обычно мощные трансформаторы помещают в стальной бак, заполненный специальным минеральным маслом. Это улучшает условия охлаждения трансформатора, и, кроме того, масло играет важную роль как изолирующий материал. Концы обмоток трансформатора выводятся через проходные изоляторы, укрепленные на верхней крышке бака.

В технике применяется преимущественно переменный ток, однако в ряде случаев бывает необходимо иметь постоянный ток. В связи с этим важное техническое значение имеют устройства, позволяющие превращать переменный ток в постоянный, или, как принято говорить–выпрямлять его. В основе действия всех устройств такого рода–выпрямителей–лежит применение полупроводниковых вентилей, приборов, которые пропускают ток в одном направлении и не пропускают его в противоположном (см.Рисунок 5.4).

а – однополупериодная, б – двухполупериодная (мостовая); D1-D4 – полупроводниковые вентили, R – нагрузка.

Рисунок 5.4. - Схемы выпрямления переменного тока.