Назначение, устройство и принцип работы однофазного трансформатора

 

Трансформатораминазываются статические электромагнитные аппараты, предназначенные для преобразования энергии переменного тока одного напряжения в энергию переменного тока другого напряжения при неизменной частоте.

Трансформаторы применяются в системах электропередачи, в автоматике, измерительной технике.

 

Простейший силовой трансформатор состоит из (рис.1.2, а):

- замкнутого магнитопровода, выполненного из ферромагнитного материала (обычно листовая электротехническая сталь),

- и двух обмоток ω1, ω2, расположенных на стержнях магнитопровода.

 

а)
б)

Рис.1. Конструкция (а) и условное обозначение трансформатора (б)

 

Одна из обмоток, называемая первичной ω1, присоединяется к источнику переменного тока с напряжением U1.

К другой обмотке - вторичной ω2, подключается нагрузка ZH.

Особенность построения трансформатора

- первичная и вторичная обмотки трансформатора не имеют электрической связи друг с другом, и мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным путем;

-магнитопровод, на котором расположены эти обмотки, служит для усиления индуктивной связи между обмотками.

Принцип действие трансформатора (основан на явлении электромагнитной индукции): При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока по ней протекает переменный ток i1, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в них электродвижущие силы (ЭДС):

в первичной обмотке - ЭДС самоиндукции: e1=-ω1(dФ/dt), (1.1)

 

во вторичной обмотке - ЭДС взаимоиндукции:e2=-ω2(dФ/dt), (1.2)

где ω1 и ω2 – числа витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

При подключении нагрузки ZH к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием ЭДС e2 в цепи этой обмотки создается ток i2, а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U2.

Логическая цепочка:

u1 i1Ф1е1, е2; е2u2i2Ф2

u1= - е1; u2= е2; Ф1, Ф2Ф

 

Особенности конструкции:

1) Магнитопровод представляет пакет, набранный из листов, электротехнической стали (толщиной 0,5 и менее), изолированных друг от друга теплостойким лаком. Назначение магнитпровода – усиление магнитной связи (магнитного поля) между обмотками.

Часть магнитопровода, вокруг которой расположены обмотки, называется сердечником (или стержнем), а часть, соединяющая сердечники – ярмом.

2) Обмотки трансформаторов изготавливают из медного или алюминиевого провода в виде катушек и располагают на одном и том же или на разных стержнях рядом или одну под другой. В последнем случае, обмотку более высокого напряжения располагают ближе к стержню, а поверх нее располагаются обмотки более низкого напряжения. Катушки обмоток должны быть надежно изолированы друг от друга. На сердечнике может быть расположено несколько вторичных обмоток с разным числом витков, что позволяет получать различные по величине вторичные напряжения.

Классификация трансформаторов:

 

1. По назначению

- силовые (предназначены для питания различных устройств);

- измерительные (предназначены для подключения к измерительным приборам - трансформаторы тока и напряжения),

- специальные (автотрансформаторы, импульсные, согласующие и т.д.).

 

2. По числу фаз:

- однофазные;

- трехфазные.

 

3. По частоте переменного тока

- на низкочастотные (до 10 000 Гц);

- высокочастотные (свыше 10 000 Гц).

 

4. По соотношению первичного и вторичного напряжения

- на повышающие U2 > U1;

- понижающие U2 < U1.

 

5. По числу обмоток

- на двухобмоточные;

- многообмоточные.

 

6. По способу охлаждения

-на сухие (с воздушным охлаждением);

- масляные (используются в трансформаторных подстанциях).

 

7. По виду магнитопровода

-на стержневые,

-броневые;

- кольцевые (тороидальные).

Броневые и кольцевые магнитопроводы используются только для однофазных трансформаторов. У броневого магнитопровода площадь сечения среднего стержня равна сумме сечения двух крайних.

Кольцевые магнитопроводы изготавливают не из листов, а из стальной ленты или цельного сплава (ферритовый сплав).

 

 
 

 


 

 

Рис. 2