Назначение и принцип действия трансформатора.

Трансформатор – устройство, для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в другое той же частоты.

Принцип действия основан на законе эл.-магн. индукции, согласно которому возникает ЭДС взаимоиндукции между двумя индуктивно связанными контурами.

Повышение напряжения с помощью трансформатора снижает ток и, соответственно, потери энергии в линии при передаче ее от источника к приемнику:∆P=I2P.

Поэтому в месте производства електрической енергии (на эл.мтанции) напряжение повышают до 104...105 В и выше, а в местах потребления снижают его до требуемых значений (рис. 1.79).

ЛЭП
Источник  
Тр2
Приемник
Тр1

Рис. 1.79. Схема передачи электроэнергии на большое расстояние.

 

В обычных (не энергетически большой мощности) эл.схемах трансформаторы обозначают иначе:

 

а) б)

Рис. 1.80. Схематическое обозначение трансформаторов: а)с сердечником; б) без сердечника.

Трансформаторы без сердечника (воздушные) применяются на радиочастотах (f>50кГц). В остальных случаях используются трансформаторы с сердечником (Рис. 1.81.)

 

Рис. 1.81. Устройство и принцип действия трансформатора.

На замкнутом магнитопроводе, собранном из изолированных друг от друга пластин листовой стали (или навитом из стальной ленты), помещены гальванически разобщенные обмотки W1 и W2.

Обмотка W1, к выводам которой подключается источник е, называется первичной, а обмотка W2, к выводам которой подключается нагрузка, называется вторичной.

Протекающий по первичной обмотке переменный ток вызывает в стальном магнитопроводе переменный магнитный поток

Ф=Фmsinωt,

который сцеплен с обеими обмотками и вызывает в каждой из них переменную ЭДС.

Значение ЭДС, индуктируемой в одном витке первичной и вторичной обмоток, определяется на основании закона электромагнитной индукции (закон Фарадея):

 

Следовательно, индуктируемая ЭДС отстает по фазе от магнитного потока на угол π/2.

Действующее ЄДС в одном витке:

 

Если а первичной обмотке W1 витков, а во вторичной – W2, то бействующее значение ЭДС в каждой обмотке:

E1=4,44W1m

E2=4,44W2m

Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток, или отношение их числа витков называется коэффициентом трансформации:

 

Для понижающего трансформатора E1>E2; W1>W2; k12>1.

Для повышающего трансформатора E1<E2; W1<W2; k12<1.

Первичная активная мощность, т.е. средняя мощность, потребляемая трансформатором из сети

P1=U1I1cosφ1

Вторичная активная мощность, т.е. мощность, отдаваемая потребителю,

P2=U2I2cosφ2.

Если не учитывать потери в трансформаторе, то Р1≈P2, φ1≈φ2, то

U1I1=U2I2;

Отсюда следует, что

,

т.е. при понижении напряжения в k12 раз ток увеличивается в k12 раз и наоборот.