Общие сведения о трансформаторах

Под трансформатором понимают статическое (т.е. без движущихся частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины, но той же частоты.

Трансформатор состоит из двух и более обмоток, электрически изолированных друг от друга и охваченных общим магнитным потоком (рис. 10.1). Для усиления индуктивной связи между обмотками они размещаются на магнитопроводе. Передача энергии от источника к нагрузке происходит посредством переменного магнитного поля в магнитопроводе. Магнитопроводы трансформаторов, предназначенных для работы в области низких частот, выполняют двух типов: пакетные и спиральные.

Под воздействием переменного тока в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф(t). В плоскости листа, перпендикулярной магнитному потоку, наводится Э.Д.С., которая вызывает ток, называемый вихревым. Вихревые токи по закону Ленца стремятся создать поток, встречный основному, что равноценно потерям энергии.

Обмотка трансформатора, соединенная с источником питания, называется первичной. Все величины, относящиеся к этой обмотке: число витков, напряжение, ток и т.д., – также именуются первичными. Их буквенные обозначения снабжаются индексом 1, например, (здесь применяются обозначения действующих значений тока и напряжения). Обмотка, к которой подключается нагрузка (потребитель электроэнергии) и относящиеся к ней величины, называются вторичными. Они снабжаются индексом 2.

Различают однофазные (для цепей однофазного тока) и трехфазные (для трехфазных цепей) трансформаторы. У трехфазного трансформатора первичной или вторичной обмоткой принято называть соответственно совокупность трех фазных обмоток одного напряжения. Трансформатор может работать в 3х режимах: номинальном, рабочем, режиме холостого хода и режиме короткого замыкания.

Если первичное напряжение U₁ трансформатора меньше вторичного U₂, то он работает как повышающий трансформатор; в противном случае (U₁> U₂) – как понижающий.

Одним из основных параметров трансформаторов является коэффициент полезного действия (КПД) – η. Его оценивают отношением активной мощности, передаваемой в нагрузку – Р₂, к активной мощности, поступающей в первичную обмотку трансформатора – Р₁, т. е. η = Р₂/Р₁.

Трансформаторы обладают очень высоким КПД, значение которого, для мощных силовых трансформаторов достигает 99%.

Трансформаторы, используемые в системах распределения электроэнергии, называются силовыми. Они имеют полную номинальную мощность от 10 кВ∙А до 1 млн. кВ∙А.

В сварочных трансформаторах используется возможность снизить напряжение до безопасного уровня и обеспечить гальваническую развязку рабочего места с цепью высокого напряжения.

В устройствах промышленной электроники применяют высокочастотные и импульсные трансформаторы, мощность которых изменяется в пределах от нескольких милливатт до 1000 В∙А.