ТРАНСФОРМАТОРЫ

 Основные сведения об устройстве и действии трансформаторов

Трансформатор — это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования величины напряжения переменного тока без изменения частоты. Устройство и действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из магнитной системы и обмоток (рис. 85), Магнитная система (марнитопровод) представляет собой комплект пластин из ферромагнитного материала, например из электротехнической стали, собранных в определенной геометрической форме. Эта система служит для сосредоточения в магаитопроводе магнитного поля трансформатору. Магнитопровод состоит из стержня и ярма. Обмотка выполнена в форме катушки, содержащей определенное количество витков медного или алюминевого изолированного провода. В трансформаторе может быть две или несколько не соединенных между собой обмоток. В трехфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность трех фаз, соединенных в звезду или в треугольник. В двухобмоточном трансформаторе различают обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). В трехобмоточном трансформаторе, кроме этих обмоток, имеется еще обмотка среднего напряжения (СН).

 При подключении одной из обмоток к источнику переменного тока в этой обмотке возникает э. д. с. самоиндукции, а в другой обмотке — э. д. с. индукции. Величины э. д. с., возникающих в обмотках трансформатора, выражаются формулами:

 где Е1 — э. д. с. в первичной обмотке, в; Е2 — э. д. с. во вторичной обмотке, f— частота переменного тока, гц;

w1 — число витков первичной обмотки; w2 — число витков вторичной обмотки; Фм — максимальный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора, вб. Если не учитывать потерю напряжения в обмотках трансформатора, величина которой очень мала, то

 где U1 — напряжение на первичной обмотке; U2 — напряжение на вторичной обмотке. Сравнивая между собой приведенные выше формулы, можно убедиться, что 

 Это отношение   для данного трансформатора является постоянной величиной и называется коэффициентом трансформации. Коэффициент трансформации обозначают буквой k. Если U1>U2, трансформатор будет понижающим, если U1<U2, то повышающим. Один и тот же трансформатор можно использовать как для понижения, так и для повышения напряжения. Из опыта и путем расчетов можно убедиться, что если пренебречь потерями энергии в самом трансформаторе, то где Р1 — мощность тока в первичной обмотке; Р2 — мощность тока во вторичной обмотке. Тогда соотношение токов и напряжений в обмотках трансформатора можно выразить формулой:

 Мощности тока в первичной и вторичной обмотках одинаковы лишь в идеальном случае. Практически же часть электрической энергии бесполезно расходуется на нагревание обмоток и магаитопровода. Потери энергии в обмотках называются потерями короткого замыкания, а потери энергии в магнитопроводе — потерями холостого хода. Вследствие потерь энергии мощность тока во вторичной обмотке меньше мощности тока в первичной обмотке.
Отношение мощности тока во вторичной обмотке к мощности тока в первичной обмотке называется коэффициентом полезного действия трансформатора. К. п. д. трансформатора большой — примерно 99 — 99,5%. К. п. д. трансформатора определяют опытным путем, измеряя мощности тока в обмотках или мощности потерь энергии в обмотках и магнитопроводе. Поэтому формула для нахождения к. п. д. трансформатора выглядит так:

где n — к. п. д. трансформатора;
U1 — напряжение на первичной обмотке, в; I1 — ток в первичной обмотке, а; Pk — мощность потерь короткого замыкания, вт; Рх — мощность потерь холостого хода, вт.

Классификация трансформаторов
Трансформатор называется силовым, если он предназначен для преобразования электрической энергии в электрических сетях или для непосредственного питания электроприемников.
Силовые трехфазные трансформаторы большой мощности применяют при передаче. электроэнергии на большие расстояния. Такие трансформаторы устанавливают на электрических подстанциях, в распределительных устройствах, на трансформаторных пунктах. Силовые однофазные и трехфазные трансформаторы небольшой мощности применяют для питания отдельных электро­приемников или их группы. Среди таких трансформаторов различают сварочные, бытовые и другие трансфор­маторы.
Существуют также специальные трансформаторы, например измерительные, которые используют для включе­ния приборов измерения, защиты и сигнализации.
В зависимости от количества обмоток различают двух-, трех- и многообмоточные трансформаторы. По форме магнитной   системы   трансформаторы, бывают стержневыми, -броневыми и бронестержневыми(см. Рис.85).
Во время работы, как уже отмечалось выше, обмотки и магнитопровод трансформатора нагреваются, что вред но для него. Поэтому трансформатор имеет систему охлаждения: естественную (воздушную, масляную) или искусственную (масляное охлаждение с дутьем или принудительной циркуляцией масла).
Автотрансформаторы применяют для регулирования напряжения при пуске электродвигателей, для питания выпрямителей, в лабораторных электроустановках. Автотрансформатор имеет одну обмотку, которую подключают к сети переменного тока и с которой снимается регулируемое напряжение. Эта обмотка одновременно является первичной и вторичной.Бытовые трансформаторы предназначены для включения бытовых электроприборов, когда номинальное напряжение электроприбора не соответствует напряжению сети. В качестве бытовых трансформаторов широко приме­няются автотрансформаторы типа АСБ-0,5 (автотрансформатор сетевой бытовой мощностью 0,5 кВт). Он может повышать напряжение с 127 до 220 в или понижать напряжение с 220 до 127 в. Перед включением трансформатора в сеть предохранитель устанавливают в положение, соответствующее напряжению сети. , При пользовании бытовыми трансформаторами нужно строго соблюдать правила техники безопасности. Необходимо также учитывать специфические требования, предъявляемые в данном случае: мощность подключаемых электроприемников не должна превышать номинальной мощности трансформатора; сначала трансформатор включают в сеть, а затем к нему подключают электроприемник; отключают сначала электроприемник от трансформатора, а затем трансформатор от сети.