Трансформатор Назначение, устройство, принцип действия

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки, и предназначенное для преобразования посредством явления электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.

В зависимости от назначения трансформаторы различают на силовые общего назначения, которые применяются в линиях передачи и распределения электроэнергии для получения требуемого напряжения, и трансформаторы специального назначения, разнообразные по рабочим свойствам и конструктивному исполнению (печные, сварочные, для устройств автоматики, испытаний, измерений.).

Мы будем рассматривать силовые трансформаторы общего назначения. Эти трансформаторы разделяют на понижающие и повышающие. Трансформаторы обладают свойством обратимости, т.е. один и тот же трансформатор может быть как повышающий, так и понижающий, но обычно он имеет определенное назначение, либо повышающий, либо понижающий.

Каждый трансформатор снабжается щитком, прикрепленным на видном месте с указанными на нем номинальными величинами, которые характеризуют режим работы, для которого трансформатор предназначен.

1) Номинальная мощность, ВА и кВА

(для однофазных: , для 3-х фазных: )

2) Номинальные линейные токи I_1Н, I_2Н

3) Линейные напряжения U_1ном, U_2ном – напряжения на вторичной обмотке при отключенной нагрузке и U_1ном

4) Частота, Гц

5) Число фаз

6) Схема и группа соединений

7) Напряжение короткого замыкания

8) Режим работы (длительный или кратковременный)

9) Способ охлаждения

Принцип действия трансформаторов

Простейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника), который изготавливают из ферромагнитного материала (листовая электротехническая сталь) и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода.

Одна из обмоток, которую называют первичной, присоединена к источнику переменного тока сети на напряжение U₁. К другой обмотке, называемой вторичной, подключен потребитель Zн.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора не имеют электрической связи друг с другом, поэтому мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным путем. Магнитопровод служит для усиления индуктивной связи между обмотками.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток с напряжением U, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе поток, сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в них ЭДС.

В первичной обмотке ЭДС самоиндукции:

(1)

во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции:

(2)

где w₁ и w₂ - число витков в первичной и вторичной обмотке трансформатора. При включении нагрузки Zн к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием ЭДС e₂ в цепи этой обмотки создается ток i₂, а на выводах устанавливается напряжение U₂. В повышающих трансформаторах U₂ >U₁, в понижающих U₂ <U₁.

Из уравнений 1 и 2 видно, что ЭДС e₁ и e₂, наводимые в обмотках трансформатора отличается лишь числом витков w₁ и w₂ в обмотках, следовательно, изменяя число витков, можно установить любое соотношение напряжений.

Обмотку трансформатора, подключенную к сети более высокого U, называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а обмотку, присоединненную к сети меньшего напряжения, обмоткой низшего напряжения (НН).

На принципиальных схемах однофазный трансформатор изображается

Трансформатор – аппарат переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то магнитный поток в магнитопроводе будет постоянным как по величине, так и по направлению , следовательно, в обмотках трансформатора не будет наводиться ЭДС, следовательно, электроэнергия первичной цепи не будет передаваться во вторичною.