Принцип действия трансформатора.

Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат с двумя (или больше) обмотками, предназначенный чаще всего для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформаторы чаще всего применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении её между приёмниками, а также в различных выпрямительных, усилительных и других устройствах .Стержнем называется часть магнитопровода, на которой размещены обмотки трансформатора. В действительности каждая обмотка размещается на обоих стержнях так, что одни половины двух обмоток находятся на левом, а другие половины - на правом стержне магнитопровода. При таком расположении обмоток достигается лучшая магнитная связь между ними, благодаря чему снижаются потоки рассеяния, которые не участвуют в процессе трансформирования энергии.

Принцип действия трансформатора.Действие трансформатора основано на явлении взаимной индукции. Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника переменного тока, то по ней будет проходить переменный ток I0, который создаст в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, будет индуктировать в ней ЭДС Е2. Если вторичную обмотку замкнуть на какой-либо приёмник энергии, то под действием индуктируемой ЭДС Е2 по этой обмотке и через приёмник энергии начнёт протекать ток I2.

Одновременно в первичной обмотке также появится нагрузочный ток I1` , который в сумме с током I0 составит ток первичной обмотки I1. Таким образом, электрическая энергия, трансформируясь, передаётся из первичной сети во вторичную при напряжении, на которое рассчитан приёмник энергии, включённый по вторичную сеть.В целях улучшения магнитной связи между первичной и вторичной обмотками их помещают на стальной магнитопровод. Обмотки изолируют как друг от друга, так и от магнитопровода. Обмотка более высокого напряжения называется обмоткой высшего напряжения (ВН), а обмотка более низкого напряжения - обмоткой низшего напряжения (НН). Обмотка, включённая в сеть источника электрической энергии, называется первичной; обмотка от которой энергия подаётся к приёменику, - вторичной.В трёхобмоточных трансформаторах на магнитопровод помещают три изолированные друг от друга обмотки. Такой трансформатор, питаемый со стороны одной из обмоток, дает возможность получать два различных напряжения и снабжать электрической энергией две различные группы приёмников. Кроме обмоток высшего и низшего напряжения трёхобмоточный трансформатор имеет обмотку среднего напряжения (СН).При цилиндрических обмотках поперечному сечению стержня магнитопровода желательно придать округлую форму, чтобы в площади, охватываемой обмотками, не оставалось немагнитных промежутков. Чем меньше немагнитные промежутки, тем меньше длина витков обмоток, а следовательно и масса меди при заданной площади сечения стального стержня. В трансформаторах малой мощности площадь сечения провода мала и выполнение обмоток упрощается. Магнитопроводы таких трансформаторов имеют прямоугольное сечение.

2. Конструкции обмоток, магнитопроводов и систем охлаждения трансформаторов

.Магнитопроводы собирают из отдельных пластин, изолированных друг от друга для уменьшения потерь на вихревые токи лаком, окалиной или химическим способом. Иногда магнитопроводы малых трансформаторов наматывают из стальной ленты на специальных приспособлениях в виде плоских спиралей.Потери в стали магнитопровода складываются из потерь на гистерезис (перемагничивание стали) и потерь на вихревые токи. Потери на вихревые токи зависят от материала магнитопровода, толщины стальных пластин и изоляции между ними. Кроме того , потери на вихревые токи оценивают совместно, называют потерями в стали и обозначают PстПовышение магнитной проницаемости даёт возможность использовать большие значения магнитной индукции. Это приводит к уменьшению поперечного сечения магнитопровода трансформатора и числа витков его обмоток, т.е. уменьшает расход стали и меди. .

В зависимости от формы магнитопровода и расположения обмоток на нём однофазные трансформаторы подразделяют стержневые и броневые.

Стержневой магнитопровод имеет дав стержня, охватываемых обмотками. На каждом стержне магнитопровода помещена катушка, состоящая из половин первичной и вторичной обмоток.Такое расположение обмоток на магнитопроводе обеспечивает лучшую магнитную связь между ними, чем при размещении первичной и вторичной обмоток на разных стержнях, как это условно изображается на схемах. Более хорошая магнитная связь уменьшает изменения вторичного напряжения трансформатора, которые возникают при изменениях его нагрузки.Половины каждой обмотки помещённые на правом и левом стержнях магнитопровода, соединяют между собой последовательно, чтобы их намагничивающие силы совпали по направлению.

В трансформаторе броневого типа первичная и вторичная обмотки помещены на среднем стержне магнитопровода. Таким образом, в этом трансформаторе обмотки частично охватываются (бронируются ) ярмом. Магнитный поток, пронизывающий стержень магнитопровода, разветвляется на две части. Поэтому сечение ярма вдвое меньше сечения стержня.Трансформаторыбольших и средних мощностей выполняют стержневыми, так как в броневых трансформаторах обмотки ВН сложно изолировать от магнитопровода. Трансформаторы малой мощности часто выполняют броневыми.Броневой магнитопровод обладает рядом конструктивных достоинств - один комплект обмоток вместо двух при стержневом магнитопроводе, более высокий коэффициент наполнения окна магнитопровода обмоточным проводом, частичная защита обмотки ярмом от механических повреждений.Стержневой трансформатор имеет следующие основные достоинства: большая поверхность охлаждения обмотки; малая индуктивность рассеяния вследствие половинного числа витков на каждом стержне и меньшей толщины намотки; меньший расход обмоточного провода, чем у броневого трансформатора, так как уменьшение толщины на мотки вызывает уменьшение средней длины витка обмотки; значительно меньшая, чем в броневом трансформаторе, чувствительность к внешним магнитным полям, так как э. д. с. помех, наводимых в обеих катушках трансформатора, имеют противоположные знаки и взаимно уничтожаются.

Магнитопроводы трансформаторов выполняют стыковыми и шихтованными. На рис схематично показана схема сборки стыкового магнитопровода, на рис- шихтованного из П-образных стальных пластин. Пластины могут иметь и иную форму (Г-образные, Ш-образные, прямоугольные и т. д.).При сборке встык сердечник состоит из двух частей, собранных из стальных пластин; после размещения обмоток на магнитопроводе обе части его скрепляют. При шихтовке пластины чередуют так, чтобы у лежащих друг на друге пластин разрезы были с разных сторон сердечника. При этом один слой стальных пластин (например, нечетный) укладывают, как показано сплошной линией, а другой слой (четный) - как показано прерывистой линией.При тщательной сборке шихтованного магнитопровод зазоры между пластинами стержня и ярма можно сделать очень малыми, так что магнитное сопротивление магнитопровод будет относительно небольшим.После сборки магнитопровод стягивают болтами, шпильками или ленточными бандажами. Стяжные планки, болты и т. д. изолируют от тела магнитопровода электрокартоном или бумагой, чтобы предотвратить возможность образования короткозамкнутых витков вокруг магнитопровода или его части. Образование короткозамкнутых витков приводит к аварии.