В системе производства и передачи электроэнергии важное значение отводится трансформаторам. Эти устройства позволяют регулировать напряжение между тем, что даёт производитель и тем, что необходимо потребителю. Наиболее распространённый тип этого прибора – однофазный трансформатор.
Основные части преобразователя с одной фазой:
- две обмотки;
- магнитопровод;
- изоляция.
Эти элементы составляют упрощённую схему характеризующую устройство однофазного трансформатора. Но она позволяет рассмотреть процессы, протекающие в приборах распределения электроэнергии.
Как работает трансформатор?
Обмотки трансформатора могут играть две роли в зависимости от того, в каком порядке они подключены:
- первичная это та катушка, которая имеет подключение к источнику переменного электрического тока;
- вторичная, имеющая подключение к потребителю.
Один и тот же трансформатор может бить как понижающим, так и повышающим напряжение. Это зависит от порядка подключения его обмоток.
Не зависимо от того, как подключены катушки, они связаны между собой магнитными полями. Когда через одну из обмоток проходит переменный во времени ток, создающий магнитное поле, которое меняется во времени по соответствующему закону. Магнитный поток в катушке так же меняется со временем. Согласно правилу Ленца, в соответствии с законом электромагнитной индукции, меняющийся магнитный поток индуцирует переменную электродвижущую силу.
В свою очередь переменный поток в первой катушке, меняет во времени поток во второй катушке. И в ней так же индуцируется переменная электромагнитная сила. Для первой обмотки характерно Явление самоиндукции, для второй обмотки – взаимоиндукции. Когда вторая обмотка подсоединяется к клеммам потребителей, они получают электроэнергию, полученную в результате изменений магнитного потока обеих обмоток.
Таким образом, принцип действия однофазного трансформатора основывается на законе электромагнитной индукции и позволяет передавать энергию от источника к потребителю без соединения обмоток между собой проводниками.
Коэффициент трансформации
За счёт разного количества витков катушек, индуцируется большая или меньшая ( в сравнении с начальным значением) электродвижущая сила. Для численного оправления величины индуцируемой электродвижущей силы применяют понятие коэффициента трансформации. Это значение определяется как отношение ЭДС первичной катушки к ЭДС вторичной обмотки.
Значение коэффициента трансформации меньше единицы указывает на то, что он повышающий, а меньше единицы – понижающий.
Как качественно будет работать трансформатор, зависит от качества магнитной связи между обмотками. Что её увеличить используют замкнутые железные сердечники. На такие основания надеваются катушки.
Различия в конструкции магнитопроводов
Любой сердечник состоит из листов стали. Эти пластины очень тонкие (толщина не более 0,5 мм) и покрыты лаком для изоляции. Наборка из отдельных изолированных листов позволяет уменьшить влияние вихревых токов и нагрев пластин.
Магнитопровод имеет два назначения:
- обеспечение магнитной связи для обмоток;
- основание для крепления отдельных частей трансформатора (отводов, переключателей, катушек).
Однофазные трансформаторы разделяются на два вида по типу магнитопровода:
У стрежневых трансформаторов сердечник состоит из двух стержней, на которых крепятся катушки, и из торцевых железных накладок. Эти накладки называют ярмами. Из стержней и двух ярм складывается замкнутый магнитопровод. Стержни могут иметь круглое и прямоугольное сечение. Для трансформаторов малой мощности можно использовать стержни прямоугольного сечения, для больших, мощных промышленных трансформаторов стержни имеют круглый срез.
У броневого трансформатора обмотки несколько видоизменены: они имеют вид плоских катушек. Магнитопровод – два железных кольца. На этих кольцах располагаются несколько плоских катушек. А кольца сердечника располагаются так, что как бронёй закрывают обмотки.
Расположение обмоток
Обмотки различаются одона от другой по количеству витков и толщине проводов. Сами катушки могут иметь два вида расположения:
- концентрическое. В этом случае одна обмотка располагается ближе к магнитопроводу, вторая – дальше;
- чередующееся. При таком расположении обмотки имеют вид дисков. Между собой первичная и вторичная обмотки чередуются.
