Трансформаторы. Передача электроэнергии

Трансформатор – это устройство, служащее для повышения или понижения переменного напряжения без изменения его частоты и практически без потерь мощности. Трансформатор состоит из двух или более катушек, надетых на общий сердечник.

Катушка, которая подключается к источнику переменного напряжения, называется первичной, а катушка, к которой присоединяется нагрузка (потребители электрической энергии), - вторичной. Сердечники трансформаторов изготавливаются из электротехнической стали и набираются из отдельных изолированных друг от друга пластин (для уменьшения потерь энергии вследствие возникновения в сердечнике вихревых токов).

Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике возникает переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Магнитное поле концентрируется внутри сердечника и одинаково во всех его сечениях. Мгновенное значение индукции ei в любом витке и первичной, и вторичной обмоток одинаково: e1 = e2

Потери энергии при работе трансформатора:

•на нагревание обмоток;

•на рассеивание магнитного потока в пространство;

•на вихревые токи в сердечнике и на его перемагничивание.

Меры, принимаемые для уменьшения потерь:

•обмотка низкого напряжения делается большого сечения так, как по ней протекает ток большой силы;

•сердечник делают замкнутым, чтобы уменьшить рассеяние магнитного потока;

•сердечник делают пластинчатым, чтобы уменьшить вихревые токи.

Благодаря этим мерам КПД современных трансформаторов достигает 95-99%.

Коэффициентом трансформации называют отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке.

К=N1/N2

Если K >1 трансформатор понижающий

Если K < 1 трансформатор повышающий

Холостой ход

Режимом холостого хода трансформатора называется режим с разомкнутой вторичной обмоткой (I2 = 0).

В этом случае напряжение на вторичной обмотке равно индуцируемой в ней ЭДС:

U 2 =e2 −I 2 ⋅r 2 =e 2

K = U1/U2

Рабочий ход

Рабочим ходом трансформатора называют режим, при котором в цепь его вторичной обмотки включена некоторая нагрузка.

K = N1/N2=U1/U2=e1/e2

Режимом короткого замыкания

Режимом короткого замыкания называется режим, при котором вторичная обмотка трансформатора замкнута без нагрузки.

Данный режим опасен для трансформатора, поскольку в этом случае ток во вторичной обмотке максимален и происходит электрическая и тепловая перегрузка системы.

Для трансформатора выполняется условие мощность P1=P2

I1U1≈I2U2

Во сколько раз трансформатор увеличивает напряжение во, столько же раз и уменьшает силу тока.

КПД =

Применение трансформаторов

В электросетях.

В источниках электропитания.