Устройство и принцип действия однофазного трансформатора

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством явления электромагнитной индукции первичной системы переменного тока во вторичную. Вторичная система может отличаться от первичной: значениями напряжения и тока, числом фаз, формой кривой напряжения (тока), частотой.

По назначению трансформаторы подразделяются на силовые и специальные. Наибольшее применение в электротехнических установках имеют силовые трансформаторы, посредством которых изменяют значения переменного напряжения и тока.

Простейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода, выполненного из ферромагнитного материала, и двух обмоток, расположенных на его стержнях. Магнитопровод изготавливается обычно из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм, а обмотки из медных или алюминиевых проводов круглого или прямоугольного сечений от 0,02 до 60 мм² .

Магнитопровод с насаженными на его стержни обмотками является активной частью трансформатора. Остальные элементы трансформатора называют неактивными (вспомогательными) частями.

Первичная обмотка присоединяется к источнику переменного тока на напряжение U₁, а ко вторичной обмотке – нагрузка потребителя (рисунок 15). Обмотки не имеют электрической связи друг с другом, и мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным путем. Магнитопровод служит для усиления индуктивной связи между обмотками.

Рисунок 15 – Электромагнитная схема однофазного трансформатора

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в ее витках протекает переменный ток i₁,который создает в магнитопроводе магнитный поток Ф. Этот поток сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в них ЭДС: в первичной обмотке ЭДС самоиндукции , а во вторичной – ЭДС взаимоиндукции ,

где ω₁ и ω₂ – число витков в первичной и вторичной обмотках.

При подключении нагрузки к выводам вторичной обмотки в этой цепи создается токi₂под действием ЭДС е₂,и на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U₂.

Трансформатор – это аппарат переменного тока. Если первичную обмотку подключать к источнику постоянного тока, то магнитный поток в магнитопроводе также будет const как по величине, так и по направлению , в обмотках не будет наводиться ЭДС, и электроэнергия из первичной цепи не будет передаваться во вторичную.

В «повышающих» трансформаторах U₂> U₁,а в «понижающих»U₂<U₁.

Величины е₁ ие₂,наводимые в обмотках трансформатора, зависят от количества витков первичной ω₁ и вторичной ω₂ обмоток.Поэтому, применяя обмотки с требуемым соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений.

Обмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напряжением, называют обмоткой высокого напряжения (ВН), а обмотку, присоединенную к сети меньшего напряжения – обмоткой низшего напряжения (НН).

Свойства трансформатора определяются его параметрами:

1) номинальным первичным линейным напряжением , В;

2) номинальным вторичным линейным напряжением

(напряжение на выводах вторичной обмотки при отключенной нагрузке

и номинальном первичном напряжении), В;

3) номинальными линейными токами в первичной и

вторичной обмотках, А;

4) номинальной полной мощностью , кВА:

для однофазного трансформатора ,

для трехфазного - .

Номинальные линейные токи однофазного трансформатора вычисляют по номинальной мощности трансформатора:

(20)

где S_ном – номинальная мощность трансформатора, ВА.