Конструкция и принцип действия трансформатора

Трансформатор – это статический электромагнитный аппарат, преобразующий электрическую энергию напряжения переменного тока с одними параметрами в электрическую энергию с другими параметрами (частота, напряжение, число фаз, форма напряжения и т.д.).

Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Конструкция однофазного трансформатора изображена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Конструкция однофазного трансформатора

Здесь W1, W2 – первичная и вторичная обмотки соответственно; основной магнитный поток потоки рассеяния основного магнитного потока в обмотках первичной и вторичной цепей. Они зависят от сцепления обмоток (удаленности друг от друга), от расположения их на стержнях, а также от контура прохождения основного потока.

Рассмотрим работу трансформатора на «холостом» ходу. Представим принцип действия трансформатора в виде логической цепочки:

1 При подключении трансформатора к первичной цепи переменного тока возникает ток (по закону Ома), обратно пропорциональный входному сопротивлению трансформатора:

(1.1)

2 При протекании тока по обмотке трансформатора, намотанной на замкнутый магнитопровод, возникает напряженность магнитного поля (H):

(1.2)

где F – магнитодвижущая сила (ампер витки), l_ср – средняя линия магнитопровода, W₁ – число витков в первичной цепи.

3 Под действием напряженности магнитного поля Н в магнитопроводе (сердечнике) трансформатора возникает основной магнитный поток Ф₀, прямо пропорциональный индукции (Вх) и сечению магнитопровода (S_маг) как показано на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 Кривая намагничивания

Магнитная индукция Вх является рабочей точкой на основной кривой намагничивания и выбирается на линейном участке, чтобы при асимметричном намагничивании сердечника (или постоянном подмагничивании магнитопровода) не было захода рабочей точки в область насыщения.

4 При прохождении основного магнитного потока по сердечнику в первичной цепи возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной цепи ЭДС взаимоиндукции, которые определяются по закону магнитодвижущих сил – закону Максвелла – Фарадея:

(1.3)

где e - ЭДС – изменение потокосцепления во времени.