Трансформатор электрический, статическое (не имеющее подвижных частей) устройство для преобразования переменного напряжения по величине. В основе действия Трансформатор электрический лежит явление индукции электромагнитной . Трансформатор электрический 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 Трансформатор электрический 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 Трансформатор электрический часть магнитного потока замыкается вне магнитопровода, образуя так называемые потоки рассеяния; однако в высококачественные Трансформатор электрический 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 Трансформатор электрический удобно рассматривать действующие значения эдс E1 и E2, напряжений U 1 и U 2 и токов I 1 и I 2. В случае режима холостого хода (ВО разомкнута), пренебрегая активным сопротивлением в ПО и учитывая, что I 2 = 0, имеем U 1 + E1 = 0 и U 2 = E2, то есть (без учёта знака)
Основной магнитный поток в режиме холостого хода создаётся относительно малым намагничивающим током (током холостого хода I 0) в ПО. Если Трансформатор электрический нагружен (ВО подключена к нагрузке и по ней протекает ток), магнитодвижущая сила ВО (произведение I 2w2) компенсируется соответствующим увеличением магнитодвижущей силы ПО (I 1w1—I 0w1) и величина основного магнитного потока остаётся практически такой же, как и в режиме холостого хода (то есть сохраняется условие U 1 + E1 = 0). Отсюда, пренебрегая током холостого хода, имеем: I 1w1 I 2w2.
Трансформатор электрический был впервые использован в 1876 П. Н. Яблочковым в цепях электрического освещения. В 1890 М. О. Доливо-Добровольский разработал трёхфазный Трансформатор электрический Дальнейшее развитие Трансформатор электрический заключалось в совершенствовании их конструкции, увеличении мощности и кпд, улучшении изоляции обмоток. В настоящее время (середина 70-х гг. 20 в.) существует множество типов Трансформатор электрический, получивших распространение в различных областях техники.
Основной вид Трансформатор электрический — силовые трансформаторы, среди которых наиболее представительную группу составляют двухобмоточные силовые Трансформатор электрический, устанавливаемые на линиях электропередачи (ЛЭП). Такие Трансформатор электрический 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 Трансформатор электрический высокое напряжение преобразуют в низкое (220 в, 380 в и др.). Многократное преобразование электроэнергии требует большого количества силовых Трансформатор электрический, поэтому их суммарная мощность в энергосистеме в несколько раз превышает мощность источников и потребителей энергии. Мощные силовые Трансформатор электрический 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 Трансформатор электрический обычно помещают в бак, заполненный минеральным маслом, которое используется для изоляции и охлаждения обмоток. Такие Трансформатор электрический (масляные) обычно устанавливают на открытом воздухе, что требует улучшенной изоляции выводов и герметичности бака. Трансформатор электрический без масляного охлаждения называются сухими. Для лучшего отвода тепла Трансформатор электрический 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 Трансформатор электрический включают последовательно (см. Каскадный трансформатор ). В ряде случаев используют трансформаторы с регулированием под нагрузкой . Среди сухих силовых Трансформатор электрический обширный класс составляют трансформаторы малой мощности с большим числом вторичных обмоток (многообмоточные); их часто применяют в радиотехнических устройствах и системах автоматики.
Помимо силовых, существуют Трансформатор электрический 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 Трансформатор электрический служат для преобразования напряжения ВЧ; их изготовляют с магнитопроводом из магнитодиэлектрика либо без магнитопровода; в радиопередатчиках мощность таких Трансформатор электрический 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.
I 1 и I 2 — токи в первичной и вторичной обмотках; U 1 — напряжение на первичной обмотке; Rн — сопротивление нагрузки." href="/a_pictures/19/23/200113023.jpg">I 1 и I 2 — токи в первичной и вторичной обмотках; U 1 — напряжение на первичной обмотке; Rн — сопротивление нагрузки."http://iodine.atomistry.com/">I 1 и I 2 — токи в первичной и вторичной обмотках; U 1 — напряжение на первичной обмотке; Rн — сопротивление нагрузки." src="a_pictures/19/23/th_200113023.jpg">
Схема простейшего электрического трансформатора: 1 и 2 — первичная и вторичная обмотки соответственно с числом витков w1 и w2; 3 — сердечник; Ф0 — основной магнитный поток; Ф1 и Ф2 — потоки рассеяния; I 1 и I 2 — токи в первичной и вторичной обмотках; U 1 — напряжение на первичной обмотке; Rн — сопротивление нагрузки.