Общие сведения. Трансформатором называется электротехническое устройство служащее для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую

Трансформатором называется электротехническое устройство служащее для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения без изменения частоты.

Трансформатор состоит из двух основных частей – магнитопровода (сердечника) из ферромагнитного материала и обмоток.

Магнитопровод набирается из тонких листов электротехнической стали (толщиной 0,3 – 0,5мм), изолированных друг от друга для уменьшения потерь от вихревых токов. Обычно для изоляции листы покрывают тонким слоем изоляционного лака. В трансформаторах малой мощности, а также при повышенных частотах часто применяют порошковые сердечники. При изготовлении таких сердечников магнитному сплаву придается форма мелкодисперсных частиц диаметром от 5 до 200 мкм. Частицы покрываются изолирующим материалом толщиной от 0,1 до 3 мкм и прессуют в пресс-формах при усилии до 210000 Н/см². Потери на вихревые токи в порошковых сердечниках минимальны из-за того, что каждая частица магнитного материала изолирована от других.

Обмотки трансформатора выполняются медным или алюминиевым изолированным проводом с дополнительной изоляцией между слоями.

Трансформаторы делятся по назначению: силовые, специальные, радиотехнические, измерительные; по числу фаз: однофазные и трехфазные; по способу охлаждения: сухие и масляные.

Трансформаторы могут выполняться на магнитопроводах стержневого, броневого или кольцевого типа (рис.1.1). В стержневых трансформаторах обмотки охватывают стержни магнитопровода, в броневых - сердечник частично охватывает обмотки.

а б в г

Рисунок 1.1 Магнитопроводы стержневого (а, б), броневого (в) и кольцевого (г) типа

Части магнитопровода, на которых размещены обмотки, называют стержнями, а части его без обмоток соединяющие стержни – ярмами.

Обмотка, к которой подводится электрическая энергия, называется первичной, а обмотка, от которой отводится электрическая энергия к приемнику – вторичной. Если вторичное напряжение меньше первичного, трансформатор называется понижающим, если вторичное напряжение больше первичного – повышающим. Трансформатор может быть двухобмоточным, если он имеет одну вторичную обмотку, или многообмоточным – если вторичных обмоток несколько. Обмотки трансформатора обычно изолированы одна от другой, а передача энергии от первичной обмотки к вторичной осуществляется за счет электромагнитного поля, создаваемого током протекающим в первичной обмотке.

Условные графические обозначения трансформаторов приведены на рис.1.2.

а б в г

Рисунок 1.2 – Условные – графические обозначения однофазного (а, б) и трехфазного (в, г) трансформатора

Трансформатор характеризуется номинальной мощностью, номинальными напряжениями U₁ и U₂ и силами токов I₁ и I₂ первичной и вторичной обмотки при полной (номинальной) нагрузке. Номинальной мощностью трансформатора называется полная мощность, которую отдает в нагрузку его вторичная обмотка при полной (номинальной) нагрузке. Полная мощность, вторичная S₂ = I₂U₂ и первичная S₁ = I₁U₁ измеряется в вольт-амперах (ВА) или киловольт-амперах (кВА). Активная мощность трансформатора, то есть мощность которая может быть преобразована из электрической в механическую, тепловую, химическую, световую и т.д. измеряется ватах (Вт) или киловатах (кВт) и определятся выражениями ; , где и - коэффициенты мощности, а и углы сдвига фаз между током и напряжением в первичной и вторичной цепи. Трансформатор характеризуется также коэффициентом полезного действия η (к.п.д.) η = Р₂ /Р₁. Потери мощности в трансформаторе складываются из потерь в сердечнике (на перемагничивание и вихревые токи) и потерь на нагрев обмоток трансформатора. Коэффициентом полезного действия при расчетном коэффициенте нагрузки составляет: η = 0,95 – 0,99 для трансформаторов средней и большой мощности и η = 0,6 – 0,9 для трансформаторов малой мощности.

Трансформаторы широко применяются в системах передачи электрической энергии от производителя к потребителю, в силовых цепях различных технологических установок (электросварка, электрометаллургия, термообработка и т.д.), в системах электропитания различных электрических и электронных приборов и устройств.

Трансформаторы энергетических установок изготавливают номинальной мощностью от нескольких единиц до нескольких сотен тысяч кВА, а трансформаторы, применяемые в маломощных цепях автоматики и электроники – от долей ВА до нескольких сотен ВА. Соответственно номинальные напряжения трансформаторов изменяются от долей вольта до нескольких тысяч киловольт.

Трансформатор может работать в режиме холостого хода, в режиме нагрузки и в режиме короткого замыкания.