Назначение и принцип действия трансформатора.

Трансформатор – устройство, для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в другое той же частоты.

Принцип действия основан на законе эл.-магн. индукции, согласно которому возникает ЭДС взаимоиндукции между двумя индуктивно связанными контурами.

Повышение напряжения с помощью трансформатора снижает ток и, соответственно, потери энергии в линии при передаче ее от источника к приемнику:∆P=I²P.

Поэтому в месте производства електрической енергии (на эл.мтанции) напряжение повышают до 10⁴_...10⁵ В и выше, а в местах потребления снижают его до требуемых значений (рис. 1.79).

Рис. 1.79. Схема передачи электроэнергии на большое расстояние.

В обычных (не энергетически большой мощности) эл.схемах трансформаторы обозначают иначе:

а) б)

Рис. 1.80. Схематическое обозначение трансформаторов: а)с сердечником; б) без сердечника.

Трансформаторы без сердечника (воздушные) применяются на радиочастотах (f>50кГц). В остальных случаях используются трансформаторы с сердечником (Рис. 1.81.)

Рис. 1.81. Устройство и принцип действия трансформатора.

На замкнутом магнитопроводе, собранном из изолированных друг от друга пластин листовой стали (или навитом из стальной ленты), помещены гальванически разобщенные обмотки W₁ и W_2.

Обмотка W_1, к выводам которой подключается источник е, называется первичной, а обмотка W_2, к выводам которой подключается нагрузка, называется вторичной.

Протекающий по первичной обмотке переменный ток вызывает в стальном магнитопроводе переменный магнитный поток

Ф=Ф_msinωt,

который сцеплен с обеими обмотками и вызывает в каждой из них переменную ЭДС.

Значение ЭДС, индуктируемой в одном витке первичной и вторичной обмоток, определяется на основании закона электромагнитной индукции (закон Фарадея):

Следовательно, индуктируемая ЭДС отстает по фазе от магнитного потока на угол π/2.

Действующее ЄДС в одном витке:

Если а первичной обмотке W₁ витков, а во вторичной – W₂, то бействующее значение ЭДС в каждой обмотке:

E₁=4,44W₁fФ_m

E₂=4,44W₂fФ_m

Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток, или отношение их числа витков называется коэффициентом трансформации:

Для понижающего трансформатора E₁>E₂; W₁>W₂; k₁₂>1.

Для повышающего трансформатора E₁<E₂; W₁<W₂; k₁₂<1.

Первичная активная мощность, т.е. средняя мощность, потребляемая трансформатором из сети

P₁=U₁I₁cosφ₁

Вторичная активная мощность, т.е. мощность, отдаваемая потребителю,

P₂=U₂I₂cosφ_2.

Если не учитывать потери в трансформаторе, то Р₁≈P₂, φ₁≈φ₂, то

U₁I₁=U₂I₂;

Отсюда следует, что

,

т.е. при понижении напряжения в k₁₂ раз ток увеличивается в k₁₂ раз и наоборот.