Трансформаторы - преобразователи переменного тока

В электротехнике и радиотехнике большое применение получили трансформаторы, служащие для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Трансформатор имеет две обмотки, находящиеся обычно на общем сердечнике из какого-либо ферромагнитного материала, например из мягкой стали (рис. 1 ,а).

Одна из обмоток — первичная — подключается к генератору того переменного тока, который нужно преобразовать. Ток первичной обмотки создает в сердечнике переменный магнитный поток.

Сердечник трансформатора делается обычно замкнутым, чтобы магнитные силовые линии шли на всем пути по сердечнику и не рассеивались в воздухе.

Устройство трансформатора

Рис. 1. Устройство трансформатора.

Переменный магнитный поток индуктирует во вторичной обмотке переменную э. д. с., величина которой зависит от числа витков этой обмотки и скорости изменения7 магнитного потока, как это следует из основных законов электромагнитной индукции.

Если вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная, то вторичное напряжение U2 выше первичного их и трансформатор называется повышающим. Если же во вторичной обмотке число витков меньше, чем в первичной, вторичное напряжение ниже первичного и трансформатор называется понижающим.

Мощность тока во вторичной обмотке Р2 почти равна мощности переменного тока Ри так как потери энергии в трансформаторе незначительны. Но мощность является произведением напряжения на ток.

Поэтому при повышении напряжения с помощью трансформатора одновременно происходит уменьшение тока и наоборот, а произведение напряжения на ток остается примерно неизменным.

Пусть в первичной обмотке напряжение 200 в и ток 1 а. Тогда первичная мощность составляет 200 вт, Предположим, что трансформатор понижает напряжение в 4 раза. Вторичное напряжение будет равно 50 в, а ток в 4 раза возрастет и будет равен 4 а. Мощность тока во вторичной цепи по-прежнему составляет 50*4 = 200 вт.

Конечно, в действительности у каждого трансформатора вторичная мощность меньше первичной, так как имеются потери энергии на нагрев проводов обмоток и на нагрев сердечника вследствие его перемагничивания и возникновения в нем вихревых токов.

Однако у трансформаторов коэффициент полезного действия (к. п. д.), равный отношению вторичной мощности Р2 к первичной P\t получается достаточно высоким.

У мощных трансформаторов он бывает равен до 99% и даже выше, а у трансформаторов малой мощности, применяемых в радиоаппаратуре, к. п. д. может быть порядка 80—90%.

Для каждого "трансформатора характерна величина нормальной мощности, которую можно передавать через трансформатор. Второй характерной величиной является нормальное напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка.

К трансформатору можно подводить напряжение и мощность меньше нормальных, но увеличение напряжения или мощности сверх нормальных значений недопустимо, так как это вызовет перегрев сердечника и обмоток трансформатора.

Еще одной важной величиной является коэффициент трансформации я, представляющий собой отношение числа витков первичной обмотки W1 к числу витков вторичной обмотки W2 или, что то же самое, отношение первичного напряжения к вторичному:

Трансформаторы - преобразователи переменного тока

Например, если у трансформатора W1 = 500, а W2=1 000, то коэффициент трансформации равен 1 :2. В данном случае имеется трансформатор, повышающий напряжение в 2 раза. Для повышающих трансформаторов коэффициент трансформации всегда меньше единицы.

Рассмотрим другой пример. Пусть имеется трансформатор, у которого W = 600 и W2 = 30. Этот трансформатор — понижающий и коэффициент трансформации у него равен п = 600 : 30 = 20: 1. Таким образом, напряжение снижаемся в 20 раз. Коэффициент трансформации у понижающих трансформаторов всегда больше единицы.

Нормальная мощность, первичное напряжение и коэффициент трансформации определяют число витков обмоток и другие данные трансформатора. Чем больше напряжение в данной обмотке, тем больше в ней должно быть витков.

При этом меняется и диаметр провода, так как при более высоких напряжениях ток уменьшается, а значит провод может быть взят более тонким.

Наибольшее распространение получили так называемые броневые трансформаторы, имеющие разветвленный магнитный поток. Сердечник такого трансформатора со средним, более широким стержнем и двумя боковыми стержнями меньшей ширины напоминает букву «Ш», замкнутую дополнительной пластиной. Обмотки размещаются на одной катушке, которая надевается на средний более широкий стержень (рис. 1,6).

Чаще всего применяется так называемая цилиндрическая обмотка. В этом случае обычно изготовляется каркас катушки из картона или другого изоляционного материала и на него наматываются обмотки одна поверх другой.

Принципиально безразлично, какая обмотка будет внутри и какая снаружи. Практически обмотку высокого напряжения обычно располагают снаружи, для того чтобы легче было ее перематывать в случае, если в ней произойдет короткое замыкание из-за пробоя изоляции, который чаще всего бывает именно в этой обмотке. Иногда обмотки делаются в виде отдельных катушек без всякого каркаса и надеваются непосредственно на сердечник.

Обмотка должна заполнять все внутреннее пространство, окруженное сердечником и называемое окном. Необходимо обеспечить хорошую изоляцию провода и обмоток друг от друга и от. сердечника.

Первичную и вторичную обмотки следует располагать, возможно ближе друг к другу, чтобы уменьшить вредное явление магнитного рассеяния, состоящее в том, что часть магнитного потока, созданного первичным током, не пересекает витки вторичной обмотки и, таким образом, не участвует в трансформации.

Иногда для уменьшения магнитного рассеяния обмотки делят на части или секции и наматывают секции первичной и вторичной обмоток поочередно. Для уменьшения потерь энергии сердечник изготовляют из тонких пластинок специальной стали.

Со стороны вторичной обмотки трансформатор является генератором, обладающим определенной э. д. с. и некоторым внутренним сопротивлением.

А со стороны первичной обмотки трансформатор представляет собой нагрузочное сопротивление для того генератора, который питает трансформатор.

Возможны два основных случая работы трансформатора. Когда вторичная обмотка разомкнута, трансформатор работает в режиме холостого хода. Первичная обмотка при этом ведет себя, как дроссель,

0
940
Добавить комментарий