Принцип дії та будова трансформаторів
Трансформаторні установки – перетворювачі електричної енергії. Вони застосовуються в більшості електричних приладів, в електромережах, пристроях автоматики, побутових приладах і комунікаційних апаратах. Принцип дії трансформаторів спирається на закон електромагнітної індукції Фарадея.
Конструктивно трансформатор складається з однієї або декількох ізольованих обмоток, які намотані на феромагнітний сердечник. У найпростішій схемі це первинна і вторинна обмотки. На первинну подається напруга, з вторинною знімається. Під впливом змінного струму, який подається на первинну обмотку, в трансформаторі утворюється синусоїдальний магнітний потік Ф. Пронизуючи обмотки, він індукує в первинній обмотці електрорушійну силу самоіндукції (ЕРС), а у вторинній – ЕРС індукції.
Обидві ці електрорушійні сили індукуються магнітним потоком Ф, отже, ЕРС (E) однакова в кожному витку. Витки з'єднані послідовно, тому ЕРС первинної обмотки буде E1 = E · w1. Для вторинної це співвідношення: E2 = E · w2, де w1, w2 – число витків.
При розімкнутої вторинної обмотці струм в ній не тече, і напруга на кінцях дорівнює ЕРС, U2 = E2. При невеликому струмі в первинній обмотці втрати будуть незначні і U1 ≈ E1. Замінимо E1 і E2, і тоді відношення напруг виразиться деякої постійної K, званої коефіцієнтом трансформації, U1 / U2 = E1 / E2 = w1 / w2 = K.
Призначення і принцип дії трансформатора полягають в можливості підвищувати і знижувати напругу, змінювати число фаз, перетворювати частоту. Залежно від виконуваних функцій трансформатори поділяються на такі види:
Силові трансформаторні установки. Генератори на електростанціях виробляють енергію високої напруги 6-24 кВ. Щоб уникнути великих втрат в лініях електропередач, потрібно підвищувати напругу до 750 кВ. Для розподілу енергії між кінцевими споживачами доводиться знижувати напругу до 380 В. Силові трансформатори виконують ці завдання перетворення напруг.
Трансформаторні установки струму. Застосовуються для вимірювань в електричних ланцюгах. Первинну обмотку підключають в ланцюг, струм в якій потрібно виміряти, а вторинна служить для підключення вимірювальних приладів. У вторинній обмотці тече струм, пропорційний струму первинної.
Трансформаторні установки напруги. Перетворять високу напругу в низьку.