Назначение, устройство и принцип действия трансформатора

С целью экономичной передачи электроэнергии на дальние расстояния и распределения ее между разнообразными потребителями появляется необходимость в ее трансформации. Последнее осуществляется с помощью повышающих и понижающих трансформаторов.

Трансформатор — статический электромагнитный аппарат, его действие основано на явлении взаимной индукции, он предназначен для преобразования электрической энергии переменного тока с параметрами U ₁, I ₁ в энергию переменного тока с параметрами U ₂, I ₂ той же частоты.

Трансформатор (рис. 8.1) состоит из ферромагнитного магнитопровода 1, собранного из отдельных листов электротехнической стали, на котором расположены две (w ₁, w ₂) обмотки, выполненные из медного или алюминиевого провода. Обмотку, подключенную к источнику питания, принято называть первичной, а обмотку, к которой подключаются приемники, - вторичной. Все величины, относящиеся к первичной и вторичной обмоткам, принято соответственно обозначать индексами 1 и 2.

Рис. 8.1

Если первичную обмотку трансформатора с числом витков w ₁ включить в сеть переменного тока, то напряжение сети U ₁ вызовет в ней ток I ₁ и МДС I ₁ w ₁ создаст переменный магнитный поток Ф. Переменный магнитный поток Ф создаст в обмотке w ₁ ЭДС Е ₁, а в обмотке w ₂ ЭДС Е ₂. Когда есть нагрузка, электрическая цепь вторичной обмотки оказывается замкнутой и ЭДС Е ₂вызовет в ней ток I ₂. Таким образом, электрическая энергия первичной цепи с параметрами U ₁, I ₁и частотой f будет преобразована в энергию переменного тока вторичной цепи с параметрами U ₂, I ₂ и f. Величина n называется коэффициентом трансформации трансформатора.

где

· , — входное и выходное напряжения соответственно

· — ЭДС наводимая в каждом витке любой обмотки данного трансформатора

· , — число витков первичной и вторичной обмоток

· , — токи в первичной и вторичной цепях трансформатора

· , — активные сопротивления обмоток

Если пренебречь падениями напряжений в обмотках, то есть , считать равными нулю, то

Электрическая энергия из первичной цепи во вторичную в трансформаторе передается посредством переменного магнитного потока, поскольку гальваническая связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора отсутствует.

Коэффициент трансформации трансформатора представляет собой отношение значений первичного напряжения к вторичному. Соотношение между первичным и вторичным токами можно определить из равенства первичной и вторичной мощностей. Действительно, если пренебречь потерями активной мощности в обмотках и реактивной мощностью, обусловленной главным магнитным потоком и потоками рассеяния трансформатора, то

U ₁ I ₁ = U ₂ I ₂, откуда U ₁/ U ₂ = I ₂/ I ₁ = n и, следовательно, I ₂ = I ₁ n.