ЭлектрО

Трансформатор

Устройство.

Трансформатором называют статическое электромагнитное устрой­ство, имеющее несколько индуктивно связанных обмоток и предназна­ченное для преобразования одной системы токов в другую при одной и той же частоте. Трансформатор состоит из магнитопровода, по которому проходит основной магнитный поток, и обмоток, взаимно неподвижных,

Магнитопровод. В зависимости от его конфигураций трансформаторы подразделяют на стержневые (рис. 1 a, б), броневые (рис. 1 в) и групповые, когда группа однофазных образует один трехфазный.

Рис. 1.

Магнитопровод состоит из стержня, на который посажена обмотка и ярма, где обмотки нет. Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопровод собирают из изолированных листов высоколегирован­ной электротехнической стали. Наряду с горячекатаной сталью при изготовлении трансформаторов применят анизотропную холоднока­таную, имеющую в направлении прокатки улучшенные магнитные свой­ства, из-за чего потери на перемагничивание уменьшаются в два-три раза. Однако холоднокатаная сталь усложняет конструкцию и техно­логию изготовления магнитопроводов, так как при этом требуется исключитъ прохождение магнитного потока поперёк направления  прокатки или по крайней мере, уменьшить длину тех участков, где это явление имеет место.

По способу сборки различают: магнитопроводы, собранные в «стык» и в «переплёт». У первых стержни, и ярма собирают раздельно, а затем скрепляют между, собой. Вторые же собираются как цельные конструкции (рис. 2. а, б).

Рис. 2.

Стержни магнитопровода стараются делать ступенчатого сечения, по форме приближающегося к кругу (рис. 3). Такая форма экономит обмоточные провода и обеспечивает необходимую жёсткость.

Рис. 3.

Обмотки. В современных трансфор­маторах: для лучшей магнитной связи первичную и вторичную обмотки, располагают на одном стержне: либо поочерёдно (рис. 4 а), либо концентрично (рис. 4 б). Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения ВН, а низкого напря­жения - обмоткой низшего напряжения НН. Ближе к магнитопроводу располагают обмотку НН, так её легче изолировать.

Рис. 4.

Изоляция и охлаждение. Чтобы предотвратить замыкание между обмотками или на корпус в трансформаторе ставят бумажно-бакелитовые или электрокартоновые цилиндры. Межвитковая изоляция обеспечивается примене­нием кабельной или телефонной бумаги, лакоткани, стеклоткани и др. Для отвода тепла от обмоток и магнитопровода применяют следующие способы охлаждения: воздушное (сухое) С – когда обмотки и другие части трансформатора имеют непосредственное соприкосновение с окружающим воздухом, масляное М – когда магнитопровод с обмотками погружают в бак с маслом. В последнем случае трансформаторное масло (минимальная пробивная способность - 22 кВ/мм, температура вспышки - 145°С) одновременно служит изолятором.

Принцип действия.

На рис. 5. показана электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора.

Рис. 5.

Та обмотка, которая подключается к сети называется первичной, а к которой подключается нагрузка - вторичной. При подключении к сети, протекающий по первичной обмотке ток создаёт магнитодвижущую силу, величина которой определяется законом полного тока. Изменяющаяся МДС в свою очередь создаёт переменный магнитный поток Ф₀, наводящий в каждом витке ЭДС е=dФ₀/dt, тогда в первичной обмотке, имеющей W₁ витков, будет индуктировать­ся ЭДС е₁=-W₁ dФ₀/dt, соответственно, во вторичной обмотке е₂=-W₂ dФ₀/dt. При подключении нагрузки по ней протекает ток, равный i₂=e₂/Z₂. Все вышеизложенные электромагнитные процессы, происходящие в трансформаторе, можно записать коротко в виде цепочки, называемой логическим графом:

Таким образом, главным достоинством трансформатора является простое преобразование напряжения переменного тока при высоком к.п.д. Это преобразование характеризуется отношением  k=e₁/e₂=W₁/W₂ —    называемым коэффициентом трансформации.

Область применения.

Трансформаторы используются для следующих целей:

а) для передачи и распределения электроэнергии;

б) для обеспечения, нужной схемы включения вентилей в преобра­зовательных устройствах и согласования напряжения на входе и вы­ходе преобразователя;

в) для технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), для питания электротермических установок (печные трансформаторы) и т.д.;

г) для питания радио-, телеаппаратуры и бытовых приборов;

д) для измерения тока и напряжения при включении в схемы измерительных приборов (трансформаторы тока и напряжения).