Основні частини, з яких складається трансформатор

Трансформатор – це електрична машина, яка служить для перенесення енергії змінного струму за допомогою індукції від одного електричного кола до іншого зі зміною параметрів. Оскільки він не має рухомих частин, його можна віднести до пристроїв.

Основні частини трансформатора – сердечник і обмотки – дійсно нерухомі і не перетворять електричну енергію в механічну, тому обидва терміни (машина і пристрій) будуть вірні.

Принцип роботи

Пристрій трансформатора грунтується на законі Фарадея, згідно з яким змінне магнітне поле може викликати змінну напругу на кінцях витка з провідника. У найпростішому трансформаторі це явище провокується шляхом обгортання декількох витків дроту навколо сердечника з магнітного матеріалу. Як правило, існує два типи обмоток:

• первинна (приєднується до генератора, мережі або іншого джерела);
• вторинна (приєднується до навантаження).

По суті, будь-які дві (або більше) котушки індуктивності, розташовані досить близько одне до одного, будуть працювати як трансформатор. І чим більше вони пов'язані магнітним способом, тим ефективніше їх робота.

При змінах магнітного поля, викликаних проходженням змінного електричного струму через первинну обмотку, напруга індукується у вторинних обмотках в повній відповідності з доданим до них магнітним полем.

Цей принцип також використовується в генераторах змінного струму, електродвигунах і динаміках акустичних систем.

Основне завдання трансформаторів – збільшувати або зменшувати напругу з відповідним збільшенням або зменшенням струму. Кожен з них, незалежно від його призначення і ролі в електричних схемах, має такими загальними ознаками:

• в основі використовують закон електромагнітної індукції;
• частота вхідного і вихідного струму однакова;
• первинні і вторинні обмотки позбавлені електричного з'єднання – передача потужності здійснюється тільки через магнітний потік.

Основні конструкційні частини

Розміри трансформаторів бувають від мініатюрних для передачі менше однієї тисячної вольт-ампера до величезних агрегатів вагою понад 100 тонн, що оперують потужностями в кілька мільйонів вольт-ампер. І використовуються для різних цілей.

Відповідно, оснащені неоднаковими варіантами схем обмоток, типами сердечників і матеріалами виготовлення конструктивних частин. Крім того, будова трансформатора може передбачати інтеграцію в них допоміжних систем, таких як примусове рідинне або повітряне охолодження.

Магнітне осердя

Здатність речовини нести магнітне поле називається проникністю. Ця величина для сердечників коливається в широкому діапазоні, в залежності від застосовуваних матеріалів і способу їх обробки. Проникність повітря дорівнює одиниці. Більшість традиційних сердечників має набагато більше значення. Характеристики деяких матеріалів, які використовуються в якості магнітного контуру:

• Повітря. Забезпечує найгірше утримання потоку, але ідеально підходить для високих частот.
• Трансформаторні стали. Проникність 500 і вище.
• Порошкові композити. Проводять спікся магнітні частинки зі сполучною агентом з подальшим випалюванням. Отриманий керамічний матеріал володіє видатними якостями на частотах понад 1 МГц. Проникність від 40 і вище.
• Ферити. Магнітна кераміка, як правило, з використанням екзотичних магнітних матеріалів. Надзвичайно висока проникність (від 500 до 9000 і вище) і відмінні характеристики на частотах від 50 кГц до 1 МГц.

Теоретично, порошкові композити та ферити класифікуються як м'які.Ця характеристика не має нічого спільного з їх фізичними властивостями, а вказує на їх придатність до залишкової намагніченості. Жорсткі магнітні матеріали використовуються для постійних магнітів і здатні зберігати більшу частину спочатку наведеного в них магнітного поля.

Магнітні кола трансформаторів піддаються впливу змінного поля, яке в масивних провідниках здатне індукувати так звані вихрові струми – звичайні індукційні струми, замкнули свій рух всередині товщі провідника.

Це явище призводить до втрат при передачі енергії і перегріву трансформатора. Ефективний спосіб боротьби з вихровими струмами – застосування шихтованних (набраних з ізольованих пластин) сердечників. В цьому випадку для гарного результату важливо передбачити в конструкції трансформатора вірні напрямки магнітних потоків.

Обмотки і ізоляція

В якості основного провідника струму в обмотках трансформатора використовують два типи проводів – алюмінієві і мідні. Перші значно легше і, як правило, дешевше. Алюмінієві дроти для того, щоб пропускати таке ж кількості струму, як і мідні, повинні бути більшої площі поперечного перерізу. Тому використовуються в стаціонарних силових трансформаторах. Для малопотужних низьковольтних електричних мереж і схем виправдане застосування мідних проводів, як володіють більшою міцністю і компактністю в обмотках.

З метою запобігання замикання дотичних витків їх попередньо ізолюють. Як правило, для трансформаторів з повітряним охолодженням застосовують готовий провід з нанесеною на нього емаллю або в шовковій оплітці.

У великих силових і розподільних трансформаторах провідники ізолюють один від одного за допомогою просоченого маслом паперу або тканини. У такій конструкції сердечник разом з обмотками працює зануреним в герметичний резервуар з трансформаторним маслом. Останнє виконує функції ізолятора і холодоагенту.

Для боротьби з вихровими струмами в обмотках нерідко використовують багатожильні провідники. У випадках з трансформаторами дуже великої потужності з тієї ж причини застосовують стрічки і смуги з міді або алюмінію.

Первинні і вторинні обмотки можуть мати винесені з'єднання в проміжних точках навивки. Їх призначення – забезпечити вибір в співвідношеннях подається і знімається напруги.

Ці пристрої надзвичайно різноманітні і можуть використовуватися самими екзотичними способами: в комп'ютерних мережевих картах і модемах, підсилювачах потужності і мікрохвильових печах, автомобілях і суднових системах запалювання, рухливих котушках Фонокоректори і котушках Тесла, розподільних вузлах електроенергії – це лише невеликий перелік безлічі видів трансформаторів.