Трансформатор электрический
Трансформатор электрический, статическое (не имеющее подвижных частей) устройство для преобразования переменного напряжения по величине. В основе действия Т. э. лежит явление индукции электромагнитной. Т. э. состоит из одной первичной обмотки (ПО), одной или нескольких вторичных обмоток (ВО) и ферромагнитного сердечника (магнитопровода), обычно замкнутой формы (см. рис.). Все обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны между собой (см. Индуктивность взаимная). Иногда вторичной обмоткой служит часть ПО (или наоборот); такие Т. э. называются автотрансформаторами. Концы ПО (вход трансформатора) подключают к источнику переменного напряжения, а концы ВО (его выход) - к потребителям. Переменный ток в ПО приводит к появлению в магнитопроводе переменного магнитного потока. В реальных Т. э. часть магнитного потока замыкается вне магнитопровода, образуя так называемые потоки рассеяния; однако в высококачественные Т. э. потоки рассеяния малы по сравнению с основным потоком (потоком в магнитопроводе).
Основной поток Ф0 создаёт в ПО и ВО эдс e1 и e2: e1= - w1 dФ0/dt и e1= - w1dФ0/ dt, где w1 и w2 - числа витков в соответствующих обмотках. Отношение e1/e2 = w1/w2 = k называют коэффициентом трансформации. Напряжения, токи и эдс в обмотках (без учёта эдс, наводимых потоками рассеяния) связаны соотношениями:
u1 + e1 = ir1
и
u2 + i2r2 = e2,
где r1 и r2, u1 и u2, i1 и i2 - активные сопротивления обмоток, напряжения и токи в них. Если напряжение u1, приложенное к ПО, синусоидальное, то магнитный поток Ф0 и эдс e1 и e2 будут также синусоидальными, поэтому при анализе работы Т. э. удобно рассматривать действующие значения эдс E1 и E2, напряжений U1 и U2 и токов I1 и I2. В случае режима холостого хода (ВО разомкнута), пренебрегая активным сопротивлением в ПО и учитывая, что I2 = 0, имеем U1 + E1 = 0 и U2 = E2, то есть (без учёта знака)
?
Основной магнитный поток в режиме холостого хода создаётся относительно малым намагничивающим током (током холостого хода I0) в ПО. Если Т. э. нагружен (ВО подключена к нагрузке и по ней протекает ток), магнитодвижущая сила ВО (произведение I2w2) компенсируется соответствующим увеличением магнитодвижущей силы ПО (I1w1-I0w1) и величина основного магнитного потока остаётся практически такой же, как и в режиме холостого хода (то есть сохраняется условие U1 + E1 = 0). Отсюда, пренебрегая током холостого хода, имеем: I1w1 ?I2w2.
Т. э. был впервые использован в 1876 П. Н. Яблочковым в цепях электрического освещения. В 1890 М. О. Доливо-Добровольский разработал трёхфазный Т. э. Дальнейшее развитие Т. э. заключалось в совершенствовании их конструкции, увеличении мощности и кпд, улучшении изоляции обмоток. В настоящее время (середина 70-х гг. 20 в.) существует множество типов Т. э., получивших распространение в различных областях техники.
Основной вид Т. э. - силовые трансформаторы, среди которых наиболее представительную группу составляют двухобмоточные силовые Т. э., устанавливаемые на линиях электропередачи (ЛЭП). Такие Т. э. повышают напряжение тока, вырабатываемого генераторами электростанций, с 10-15 кв до 220-750 кв, что позволяет передавать электроэнергию по воздушным ЛЭП на несколько тыс. км. В местах потребления электроэнергии при помощи силовых Т. э. высокое напряжение преобразуют в низкое (220 в, 380 в и др.). Многократное преобразование электроэнергии требует большого количества силовых Т. э., поэтому их суммарная мощность в энергосистеме в несколько раз превышает мощность источников и потребителей энергии. Мощные силовые Т. э. имеют кпд 98-99%. Их обмотки изготовляют, как правило, из меди, магнитопроводы - из листов холоднокатаной электротехнической стали толщиной 0,5-0,35 мм, имеющей высокую магнитную проницаемость и малые потери на гистерезис и вихревые токи. Магнитопровод и обмотки силового Т. э. обычно помещают в бак, заполненный минеральным маслом, которое используется для изоляции и охлаждения обмоток. Такие Т. э. (масляные) обычно устанавливают на открытом воздухе, что требует улучшенной изоляции выводов и герметичности бака. Т. э. без масляного охлаждения называются сухими. Для лучшего отвода тепла Т. э. снабжают трубчатым радиатором, омываемым воздухом (в ряде случаев - водой). В грозоупорных трансформаторах применяют обмотки, конструкция которых устраняет появление опасных напряжений на изоляции. Иногда два или более Т. э. включают последовательно (см. Каскадный трансформатор). В ряде случаев используют трансформаторы с регулированием под нагрузкой. Среди сухих силовых Т. э. обширный класс составляют трансформаторы малой мощности с большим числом вторичных обмоток (многообмоточные); их часто применяют в радиотехнических устройствах и системах автоматики.
Помимо силовых, существуют Т. э. различных типов, предназначенные для измерения больших напряжений и токов (см. Измерительный трансформатор, Трансформатор напряжения, Трансформатор тока), снижения уровня помех проводной связи (см. Отсасывающий трансформатор), преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсное (см. Пик-трансформатор),преобразования импульсов тока и напряжения (см. Импульсный трансформатор), выделения переменной составляющей тока, разделения электрических цепей на гальванически не связанные между собой части, их согласования и т.д. Радиочастотные Т. э. служат для преобразования напряжения ВЧ; их изготовляют с магнитопроводом из магнитодиэлектрика либо без магнитопровода; в радиопередатчиках мощность таких Т. э. достигает нескольких сотен квт.Лит.: Петров Г. Н., Электрические машины, 3 изд., ч. 1, М., 1974; Вольдек А. И., Электрические машины, Л., 1974.
В. С. Хвостов.