Назначение и принцип действия трансформатора

Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппа­рат, предназначенный для преобразования переменного тока одного на­пряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансфор­матор имеет не менее двух обмоток, у которых есть общий магнитопровод и которые электрически изолированы друг от друга.

Обмотки размещаются на магни­топроводе, собранном из листов электротехнической стали (рис. 9.1). Магнитопровод отсутствует лишь в воздушных трансформаторах, которые применяются при частотах около 20 кГц и выше, когда магнитопровод почти не намагничивается из-за уве­личения вихревых токов.

Обмотка трансформатора, со­единенная с источником питания, называется первичной, а обмотка, к которой подключается потребитель элек­троэнергии, называется вторичной. Параметры, относящиеся к первичной об­мотке, обозначаются индексом 1, например, , , , относящиеся к вторич­ной обмотке – обозначают с индексом 2.

Различают однофазные и трехфазные трансформаторы.

На щитке трансформатора указывают его номинальное напряжение, пол­ную мощность, токи, напряжение короткого замыкания, число фаз, частоту, схему соединения, режим работы и способ охлаждения.

В зависимости от напряжения различают обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). По способу охлаждения трансфор­маторы делят на сухие и масляные. На рис. 9.2 показан трехфазный трансфор­матор масляный с трубчатым баком, где 1 – магнитопровод; 2 – обмотка НН; 3 – обмотка ВН; 4 – выводы обмотки ВН; 5 – выводы обмотки НН; 6 – трубчатый бак; 7 – кран для заполнения маслом; 8 – выхлопная труба для газов; 9 – газо­вые реле; 10 – расширитель масла; 11 – кран для спуска масла.

Если первичное напряжение больше вторичного , трансформатор называют понижающим, если – повышающим.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Под воздействием переменного тока первичная обмотка создает в магнитопроводе переменный магнитный поток

(9.1)

Рис. 9.2

который пронизывает обмотки и индуктирует в них ЭДС

(9.2)

где – амплитудные значения ЭДС.

Разделив максимальные значения ЭДС на , получим действующее значе­ние ЭДС в обмотках

; . (9.3)

Из (9.2) и (9.3) следует, что ЭДС обмоток отстают по фазе от магнитного потока на 90°, и пропорциональны числу витков.

Соотношение ЭДС обмоток называется коэффициентом трансформации

. (9.4)

Если , то вторичная ЭДС меньше первичной и трансформатор называ­ется понижающим, при – трансформатор повышающий.

Применяют и другое определение для коэффициента трансформации: от­ношение номинального высшего напряжения трансформатора к номинальному низшему напряжению. В этом случае коэффициент трансформации всегда больше единицы: .

Так как во вторичной обмотке индуктируется ЭДС, то при подключении нагрузки к ее выводам в контуре обмотка-нагрузка протекает ток и выделяется электрическая энергия. Таким образом, с помощью магнитной связи поток электрической энергии передается из пер­вичной цепи во вторичную. В этом и состоит принцип работы трансформато­ров.

Заметим, что положительные направления напряжения на рис. 9.1 пока­заны стрелкой от точки с высшим потенциалом к точке с низшим потенциалом, первичная обмотка рассматривается как приемник, вторичная – как источник электрической энергии.