3 Трансформаторы

Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования первичной системы переменного тока в другую систему переменного тока, вторичную, обладающую иными параметрами: напряжением, током и т.д.

Рисунок 6

Трансформатор состоит из двух обмоток с разным числом витков, индуктивно связанных друг с другом благодаря наличию сердечника из магнитного материала (рисунок 6).

Принцип работы трансформатора заключается в следующем. В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Периодические изменения тока в первичной обмотке вызывают соответствующие изменения магнитного потока, которые во вторичной обмотке индуцируют переменное напряжение. Напряжения на первичной и вторичной обмотках различаются из-за разного числа витков этих обмоток.

Если W₁ - число витков первичной обмотки, W₂ – число витков вторичной обмотки, U₁ - напряжение на первичной обмотке, U₂ – напряжение на вторичной обмотке, то в случае ненагруженного трансформатора, т.е. без передачи мощности, имеем

где n – коэффициент трансформации.

Если пренебречь потерями мощности, которые в трансформаторе незначительны, то Р₁ = Р₂, откуда, учитывая соотношение Р = U·I, получим

U₁·I₁ = U₂·I₂;

К основным параметрам трансформатора питания относятся:

• номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, U₁;

• номинальный ток первичной обмотки трансформатора;

• напряжение вторичной обмотки трансформатора;

• ток вторичной обмотки трансформатора;

• номинальная мощность трансформатора – сумма мощностей вторичных обмоток трансформатора;

• коэффициент трансформации;

• частота питающей сети.

На согласующие и импульсные трансформаторы вводится ряд дополнительных параметров.

Классификация трансформаторов. Малогабаритные трансформаторы могут классифицироваться по различным признакам: функциональному назначению, рабочей частоте, электрическому напряжению, электрической схеме, а также конструктивным признакам.

Функциональное назначение. Этот классификационный признак характеризует основные функции, выполняемые трансформатором в электрической схеме. Согласно данному признаку, малогабаритные трансформаторы подразделяются на трансформаторы питания, согласующие и импульсные.

Трансформаторы питания преобразуют переменное напряжение первичного источника в любые другие значения, необходимые для нормального функционирования аппаратуры. Кроме того, трансформатор питания позволяет получать ряд вторичных напряжений, электрически независимых друг от друга и от питающей сети.

Согласующие трансформаторы предназначены, в основном, для согласования сопротивлений различных узлов устройства, приборов.

Импульсные трансформаторы предназначены для передачи или преобразования импульсов напряжения или тока определенной формы и длительности между различными звеньями электрической схемы.

Рабочая частота трансформатора – один из наиболее важных параметров, который определяет ряд характеристик изделия, назначение и область возможного применения. По этому признаку трансформаторы могут быть классифицированы на трансформаторы пониженной частоты (ниже 50 Гц), промышленной частоты (50 Гц), повышенной частоты (400, 1000 Гц), высокой частоты (свыше 10 000 Гц).

Электрическое напряжение. По данному признаку трансформаторы можно разделить на низковольтные, у которых напряжение любой из обмоток не превышает 1000 В и высоковольтные, у которых напряжение любой из обмоток может превышать 1000 В.

Электрическая схема. По данному признаку трансформаторы подразделяются на однообмоточные, двухобмоточные и многообмоточные.

Однообмоточный трансформатор – это автотрансформатор, в котором между первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками, кроме электромагнитной связи, существует еще и непосредственная электрическая связь. Такой трансформатор не имеет гальванической развязки.

Двухобмоточный трансформатор имеет одну первичную и одну вторичную обмотки, а многообмоточный – несколько вторичных обмоток. Все обмотки двухобмоточных и многообмоточных трансформаторов электрически не связаны друг с другом.

Конструктивные признаки. По конструктивному исполнению трансформаторы подразделяются на броневые, стержневые и тороидальные (кольцевые).

Броневые трансформаторы характеризуются следующими достоинствами: наличием только одной катушки с обмотками по сравнению со стержневыми трансформаторами, более высоким заполнением окна магнитопровода обмоточным проводом (медью), частичной защитой от механических повреждений катушки с обмотками ярмом магнитопровода.

Магнитопровод стержневого трансформатора выполняется П - образной формы и имеет два стержня с обмотками. На каждом стержне помещается половина витков первичной и половина витков вторичной обмоток. Они соединяются между собой последовательно так, чтобы намагничивающие силы этих обмоток совпадали по направлению.

Стержневые трансформаторы обладают меньшей чувствительностью к внешним магнитным полям, так как знаки ЭДС помех, наводимых в двух катушках трансформатора, равны по величине, но противоположны по знаку, поэтому взаимно уничтожаются.

У стержневых трансформаторов - лучшие условия охлаждения обмоток, чем у броневых трансформаторов.

В условное обозначение такого трансформатора входит буква П.

Тороидальные трансформаторы характеризуются следующими достоинствами: меньшим магнитным сопротивлением, минимальным внешним потоком рассеяния и нечувствительностью к внешним магнитным полям. Однако, технология изготовления обмоток при полностью замкнутом магнитопроводе весьма сложна, условия охлаждения обмоток наиболее неблагоприятны по сравнению с другими трансформаторами. Тороидальные трансформаторы используются, как правило, на повышенных частотах.

Маркировка и обозначение трансформаторов в конструкторской документации. На трансформаторы наносится буквенно-цифровая маркировка. Она состоит из букв русского алфавита, указывающих на его тип, и последующих цифр или отдельных букв, характеризующих его основные параметры.

Система обозначения трансформаторов питания включает следующие элементы: первый – буква Т – обозначает трансформатор, второй – буква или две буквы – указывает на значение трансформатора (А – трансформатор питания анодных цепей, Н – накальных цепей, АН – анодно-накальных цепей, ПП - для питания устройств на полупроводниках, С – силовой для питания бытовой аппаратуры). Последующие элементы указывают: третий – число – порядковый номер разработки, четвертый – число – номинальное напряжение питания, пятый – число – рабочую частоту, шестой – буквы или сочетание букв – вид исполнения (буква В – всеклиматического исполнения, ТС, ТВ – тропического исполнения, УХЛ – для районов с умеренным и холодным климатом).

Пример: ТА5-127/220-50-В – трансформатор для питания анодных цепей, номер разработки 5, напряжение 127 и 220 В частоты 50 Гц, всеклиматического исполнения.

Система обозначения согласующих трансформаторов состоит из следующих элементов: первый – буква Т, второй – сочетание букв (ВТ – входной, ОТ – оконечный, М – межкаскадный), третий – число, указывающее порядковый номер разработки.

Пример: ТВТ-1 – входной согласующий трансформатор, номер разработки – 1.

Для импульсных малогабаритных трансформаторов в системе обозначения: первый элемент – буква Т, второй элемент – буква И или ИМ (И – трансформатор на длительность импульсов от 0,5мкс до 100мкс, ИМ – на длительность от 0,02мкс до 100мкс), третий элемент – число – порядковый номер разработки.

Пример: ТИМ-5 – трансформатор импульсный на длительность импульсов от 0,02 мкс до 100мкс, номер разработки-5.

В конструкторской документации РЭА на электрической схеме указывается условное графическое обозначение (рисунок 7) и позиционный номер трансформатора.

Позиционный номер трансформатора, автотрансформатора обозначается латинской буквой Т с числом, например, Т22.

В перечне элементов отмечается позиционный номер, тип и основные параметры трансформатора.

Рисунок 7