Теория / 19.1. Основные определения, принцип действия и классификация трансформаторов
Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной
(первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему
переменного тока.
В общем случае вторичная система переменного тока может отличаться
любыми параметрами: величиной напряжения и тока, числом фаз, формой
кривой напряжения (тока), частотой.
Наибольшее применение в электротехнических установках, а также в
энергетических системах передачи и распределения электроэнергии имеют
силовые трансформаторы, посредством которых изменяют величину переменного напряжения и тока. При этом число фаз, форма кривой напряжения
(тока) и частота остаются неизменными.
Простейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника, выполненного из ферромагнитного материала (обычно листовая
электротехническая сталь), и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода (рис. 1). Одна из обмоток присоединена к источнику переменного
тока i1 на напряжение U1), эту обмотку называют первичной. К другой обмотке
подключен потребитель Zн, ее называют вторичной.
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока
в витках этой обмотки протекает переменный ток i, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе,
этот поток сцепляется с обеими обмотками (первичной и вторичной) и индуктирует в них ЭДС:
При подключении нагрузки Zн к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием ЭДС е2 в цепи этой обмотки создается ток i2 , а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U2. В повышающих трансформаторах U2 > U1 , а в понижающих U2 < U1.
ЭДС е1 и e2 отличаются друг от друга числом
витков обмоток, в которых они наводятся. Поэтому, применяя обмотки с требуемым соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое
отношение напряжений.
Рис. 1 - Конструктивная (а) и принципиальная (б) схемы однофазного
двухобмоточного трансформатора
Обмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напряжением, называют обмоткой высшего напряжения (ВН); обмотку, присоединенную к сети меньшего напряжения, - обмоткой низшего напряжения
(НН).
Трансформаторы обладают свойством обратимости: один и тот же
трансформатор можно использовать в качестве повышающего и понижающего. Но обычно трансформатор имеет определенное назначение: либо он
является повышающим, либо понижающим.
Трансформатор — это аппарат переменного тока. Если же его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то магнитный
поток в магнитопроводе трансформатора также будет постоянным как по величине, так и по направлению (dФ/dt=0). Поэтому в обмотках трансформатора не будет наводиться ЭДС.
Конструкция трансформаторов в значительной степени зависит от их
назначения, по этому признаку трансформаторы разделяют на следующие основные виды:
1) силовые, применяемые: а) в системах передачи и распределения электроэнергии; б) для установок со статическими преобразователями (ионными
или полупроводниковыми) при преобразовании переменного тока в постоянный (выпрямители) или постоянного в переменный (инверторы); в) для получения требуемых напряжений в цепях управления электроприводами и
в цепях местного освещения;
2) силовые специального назначения — печные, сварочные т. п.;
3) измерительные — для включения электрических измерительных приборов в
сети высокого напряжения или сильного тока;
4) испытательные — для получения высоких и сверхвысоких напряжений,
необходимых при испытаниях на электрическую прочность электроизоляционных изделий;
5) радиотрансформаторы — применяемые в устройствах радио- и проводной
связи, в системах автоматики и телемеханики для получения требуемых
напряжений, согласования сопротивлений электрических цепей, гальванического разделения цепей и др.
Трансформаторы одного и того же назначения могут различаться: по виду
охлаждения — с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным (масляные
трансформаторы) охлаждением;
по числу трансформируемых фаз — однофазные и многофазные; по форме
магнитопровода — стержневые, броневые, бронестержне-вые, тороидальные;
по числу обмоток — двухобмоточные и многообмоточные (одна первичная и две или более вторичных обмоток);
по конструкции обмоток — с концентрическими и чередующимися
обмотками.