Принцип работы

Теория о трансформаторах
Основные понятия

Статические электромагнитные устройства, используются для преобразования электрической энергии и её передачи из одних цепей в другие, называются трансформаторами. С помощью трансформаторов можно преобразовывать основные параметры электрической энергии в цепях переменного тока: напряжение, ток, частоту, число фаз и форму кривой. Передача энергии в трансформаторе возможна не только электромагнитным, но и комбинированным (электромагнитно-электрическим) путем. Такой тип трансформатора известен под названием автотрансформатора.
Трансформатор может быть использован также для передачи энергии электромагнитным путем без ее преобразования. Такой тип трансформатора, применяемый для изоляции одной электрической цепи от другой, называется изолирующим.
Дросселями называют статические электромагнитные устройства, используемые в электрических цепях в качестве индуктивных сопротивлений. Различают несколько разновидностей дросселей. Основным из них являются дроссели переменного тока, называемые также индуктивными катушками, сглаживающие дроссели электрических фильтров и дроссели насыщения.

Трансформаторы питания малой мощности обычно делятся:
1) по напряжению — на низковольтные и высоковольтные;
2) по частоте питания — на трансформаторы промышленной частоты (50Гц) и на трансформаторы повышенной частоты (400-50 000Гц);
3) по числу фаз
4) по коэффициенту трансформации — на повышающие и понижающие;
5) по числу обмоток — на двухобмоточные и на многообмотчные;
6) по конструкции магнитопровода — на стержневые, броневые и тороидальные;

Принцип действия трансформатора

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из стального магнитопровода 2 и двух расположенных на нем обмоток 1 и 3. Обмотки выполнены из изолированного провода и электрически не связаны. К одной из обмоток подается электрическая энергия от источника переменного тока. Эту обмотку называют первичной. К другой обмотке, называемой вторичной , подключают потребители.

При подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i 1 , образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные Э.Д.С. е 1 и е 2 . Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием Э.Д.С. е 2 по ее цепи проходит ток i 2 .
Э.Д.С. [E, ( В )] , индуцированная в каждом витке первичной и вторичной обмоток трансформатора, согласно закону электромагнитной индукции зависит от магнитного потока [B, ( Тл )] , пронизывающего виток [W] , частоты [f, ( Гц) ] и площади сечения магнит о провода [S, (мм 2) ] .

E=4.44*W*f*B*S

Отношение Э.Д.С. Е 2 обмотки высшего напряжения к Э.Д.С. E 1 обмотки низшего напряжения (или отношение чисел их витков) называется коэффициентом трансформации,

n = Е 1 / E 1\2 = W 1 / W 2

Если пренебречь падениями напряжения в первичной и вторичной обмотках трансформатора (в трансформаторах средней и большой мощности они не превышают обычно 2—5 % номинальных значений напряжений U 1 и U 2 ), то можно считать, что отношение напряжения U 1 первичной обмотки к напряжению U 2 вторичной обмотки приблизительно равно отношению чисел их витков , т. е.

U 1 /U 2 = W 1 / W 2

Таким образом, подбирая требуемое соотношение между числами витков первичной и вторичной обмоток, можно увеличивать или уменьшать напряжение на приемнике, подключенном к вторичной обмотке. Если необходимо на вторичной обмотке получить напряжение большее, чем подается на первичную, то применяют повышающие трансформаторы, у которых число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной.

Параметры трансформатора

Одним из наиболее важных параметров трансформатора является его мощность. Различают электромагнитную, полезную, расчётную и типовую мощности трансформатора.
Электромагнитной мощностью трансформатора называются мощность, передаваемая из первичной обмотки ко вторичную электромагнитным путём; она равна произведению действующей значению ЭДС этой обмотки на величину тока нагрузки, т. е.

Рэм=Е2I2, [ВА]

Полезной или отдаваемой мощностью трансформатора называется произведение действующего напряжения на зажимах вторичной обмотки на величину её нагрузочного тока, т.е.

Р2=U2I2, [ВА]

Расчётной мощностью трансформатора называется произведение действующего значения тока, протекающего по обмотке, на величину напряжения на её зажимах.

Р1=U1I1, [ВА]

Виды трансформаторов

С иловой трансформатор переменного тока — статическое электромагнитное устройство, использующееся для преобразования электрической энергии и её передачи из одних цепей в другие. Слово «силовой» отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями.
Автотрансформатор — вид трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь и электрическую. Как правило автотрансформатор обладает высоким КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию. Основным отличием от трансформатора является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью.

Трансформатор тока — называется трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичный ток практически пропорционален первичному току и при правильном включении сдвинут относительно его на угол, близкий к нулю. Первичная обмотка трансформатора тока включена в цепь последовательно (в рассечку токопровода), а вторичная обмотка замыкается на некоторую нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая прохождение по ней тока, пропорционального току первичной обмотке.

Импульсный трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока, имеющего вид импульсов.

Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей электронных схем при минимальном искажении формы сигнала, обеспечивая создание гальванической развязки между участками схем.

Обмотки

Основным элементом обмотки является виток — электрический проводник , или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.
Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Обмотки разделяют по:
Назначению
Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.
Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третьей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.

Исполнению
Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.
Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.
Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.
Ортоциклическая обмотка
Распределенная обмотка
Спиралевидная обмотка
Пирамидальная обмотка
Обмотка типа «универсаль»