Назначение и принцип действия трансформатора.

Трансформатор – это электромагнитный статический преобразователь с двумя или более неподвижными обмотками, которые преобразуют параметры переменного тока: напряжение, ток, частота, число фаз. Силовые трансформаторы преобразуют напряжение переменного тока при неизменной частоте. Силовые трансформаторы небольшой мощности (не более нескольких киловольт-ампер), получили наибольшее применение в блоках электропитания устройств автоматики, вычислительной техники, в измерительных приборах, связи.

Силовые трансформаторы (далее, просто трансформаторы) разделяются, в зависимости от:

-числа фаз преобразуемого напряжения, на однофазные и многофазные (обычно трехфазные);

-числа обмоток, приходящихся на одну фазу трансформируемого напряжения на двухобмоточные и многообмоточные;

-способа охлаждения, на сухие (с воздушным охлаждением) и масляные (погруженные в металлический бак, заполненный трансформаторным маслом).

Принцип действия однофазного двухобмоточного трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Трансформатор представляет собой сердечник из тонких стальных изолированных одна от другой пластин, на котором помещаются две, а иногда и больше обмоток из изолированного провода. Обмотка, к которой присоединяется источник электрической энергии переменного тока, называется первичной обмоткой, остальные обмотки – вторичными.

Переменный ток, проходящий по виткам первичной обмотки, создает МДС (магнито- движущую силу), которая наводит в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток Ф ( рис.1).

 

 

Рис. 1. Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора.

Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с витками обмоток трансформатора и индуцирует соответственно в первичной и вторичной обмотках ЭДС.

E₁ = - w₁dФ / dt; (4.1)

E₂ = - w₂dФ/ dt; (4.2)

Магнитный поток трансформатора Ф = Ф_maxsinωt, изменяющаяся с угловой скоростью ω=2πf. После подстановки, дифференцирования и преобразования получим действующее значение ЭДС равное:

 

Е₁ = 4,44fw₁Фmax; (4.3)

Е₂ = 4,44fw₂Фmax. (4.4)

Если во вторичной обмотке трансформатора намотано в три раза больше витков, чем в первичной, то магнитное поле, созданное в сердечнике первичной обмоткой, пересекая витки вторичной обмотки, создаст в ней в три раза больше напряжение.

Применив трансформатор с обратным соотношением витков, можно так же легко и просто получить пониженное напряжение.

С допустимой для практики точностью можно считать, что отношение числа витков первичной обмотки к вторичной равно отношению приложенного напряжения к выходному.

k = E₁/E₂ =w₁ /w₂ = U₁ /U₂₀ (4.5)

 

Это отношение, называемое коэффициентом трансформации, обычно сокращают на меньшее из чисел, и тогда коэффициент трансформации получают в виде отношения единицы к некоторому числу (1:4; 1:50) или, наоборот, некоторого числа к единице (4:1; 50:1).

Если w₁ < w₂ и U₁ <U₂₀ , то трансформатор называют повышающим_. Если w₁ > w₂ и U₁ >U₂₀ , то трансформатор называют понижающим.