Принцип действия и устройство трансформатора

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор (рис. 1.1) имеет две обмотки:

первичную w_{1 ,} к которой подводится переменное напряжение u₁;

и вторичную w₂, к которой подключаются потребители электроэнергии.

Обмотки трансформатора связаны между собой только посредством магнитного потока Ф. Для усиления магнитной связи, обмотки располагаются на замкнутом сердечнике из магнитомягкого материала.

Рис. 1.1.Схема простейшего трансформатора

Магнитопровод (сердечник и ярмо) трансформаторов набирается обычно из отдельных листов электротехнической стали марок Э330 или Э44 толщиной 0,35 мм. Листы пакета изолируются один от другого лаковой изоляцией. Малая толщина листов и высокое содержание в трансформаторной стали кремния обеспечивают малые потери, а определенное направление прокатки и термообработка стали - некоторое увеличение магнитной проницаемости.

По конструкции магнитопровода трансформаторы подразделяются на стержневые и броневые (рис. 1.2). В стержневом трансформаторе (рис. 1.2, а) обмотки располагаются на стержне 1; часть магнитопровода 2, замыкающая магнитную цепь, называется ярмом. В броневом трансформаторе (рис. 1.2, б) обмотки охватываются сердечником. Магнитный поток в броневом трансформаторе разветвляется на две части, и потому сечение ярма 2 в нем меньше, чем сечение стержня 1. Броневые сердечники обеспечивают меньший магнитный поток рассеяния, но стоимость их выше стоимости стержневых.

2 2 2

Рис. 1.2. Однофазные трансформаторы: а - стержневого типа; б - броневого типа

Переменное напряжение u₁, подведенное к первичной обмотке w₁, создает в ней переменный ток i₁, который возбуждает в катушке (обмотке) переменное магнитное поле.

Основная часть линий магнитной индукции замыкается по сердечнику, образуя рабочий магнитный поток Ф.

Линии этого поля, сцепленные с витками первичной и вторичной обмоток, образуют потокосцепления:

;

Если пренебречьпотоками рассеяния и , то можно считать, что =

Тогда и

При гармоническом напряжении из уравнения

получим

Постоянная интегрирования C равна нулю, так как рассматривается установившийся режим, при котором поток содержит только переменную составляющую.

Заменяя , получим

(1.1)

Этот поток отстает от первичного напряжения по фазе на угол .