Меню Закрити

Для чого потрібні трансформатори пристрій, принцип роботи, призначення і застосування

Види трансформаторів: для чого потрібні ці пристрої

Люди, незнайомі з електрикою, можуть і не знати, для чого потрібен трансформатор і як він виглядає. Роль цього пристрою для технічного прогресу можна вважати однією з найбільш недооцінених, хоча завдяки його винаходу людство отримало широкий доступ до електроенергії. За більш ніж 100 років еволюції трансформатори стали ключовими компонентами не тільки енергетичних систем, а й найрізноманітніших радіоелектронних пристроїв.

Принцип роботи та види

Трансформатором називають електричний пристрій, призначений для перенесення електроенергії змінного струму від одного ланцюга до іншої зі збереженням первісної частоти. Основа його конструкції – феромагнітний сердечник з кількома обмотками дроти. Вхідна напруга підключається до так званої первинної обмотці, а вихідна знімається з вторинних.

Змінний струм в первинній котушці індукує змінний магнітний потік, який локалізується в осерді, змінює свій напрямок протягом кожного електричного циклу. Він же індукує змінний струм в кожній з вторинних обмоток.

Різні види трансформаторів класифікуються залежно від конструкції, типу харчування, охолодження і так далі. Докладніше:

  • За цілями. Тут розрізняють два основних типи – підвищують і знижують напругу. Існують також розділові трансформатори, завданням яких є гальванічна розв'язка ланцюгів без зміни параметрів.
  • За типом харчування. Розрізняють однофазні та трифазні. Три окремих однофазних, з'єднаних в загальну електричну схему, можуть працювати в якості трифазного.
  • За способом охолодження. Поділяють на природне і примусове, повітряне та масляне.

Більшість трансформаторів в світі – це однофазні пристрої повітряного охолодження, що знижують напругу. Але найпотужніші і потужні з них працюють як раз на підвищення напруги.

транспортування електроенергії

Генератори електростанцій виробляють електроенергію до десятків кіловольт. Теоретично її в незмінному вигляді можна передати споживачам. Але з ростом потужності джерела і відстані транспортування ростуть і проблеми втрат на нагрівання проводів. При певних значеннях сама передача енергії може втрачати будь-який сенс. Зменшити втрати можна тільки двома способами:

  • зниженням опору проводів;
  • підвищенням напруги переданої електроенергії.

Перший спосіб реалізується збільшенням площі поперечного перерізу проводів. Це вкрай дорого і складно технічно, так як тягне за собою не тільки подорожчання і ускладнення самих ліній, але і посилення конструкцій, їх утримують. На великих відстанях це просто невигідно економічно, а то й неможливо.

У другому випадку, відповідно до закону Ома, при зменшенні сили струму втрати знижуються пропорційно квадрату сили струму. Це дуже привабливо з позиції зниження капітальних витрат на будівництво та утримання системи енергопередачі. Підняти напругу і одночасно знизити струм при незмінній потужності – ось навіщо потрібні трансформатори в цьому випадку.

Оскільки електроенергія високої напруги не може бути розподілена між споживачами безпосередньо, її приводять до бажаних параметрах за допомогою понижуючих трансформаторів. Таким чином, транспортування енергії не обходиться без попереднього і подальшого перетворення, тому без силових трансформаторів передача електроенергії на великі відстані в сучасному світі неможлива.

Перетворювачі напруги в схемах харчування

Побутові електричні мережі стандартизовані по напрузі і частоті змінного струму, а от прилади, які підключаються до неї, можуть потребувати зовсім інші параметри харчування.Наприклад, процесори і компоненти електроніки працюють тільки в низьковольтних ланцюгах постійного струму. Для того щоб універсальність джерела була перепоною для роботи техніки, пристроїв для підключення комплектують вбудованими або зовнішніми перетворювачами напруги на основі трансформаторів.

В лінійних або традиційних джерелах живлення використовуються силові трансформатори. Вони чудово справляються з великим навантаженням, але мають деякі недоліки:

  • Великі розміри, обумовлені частотою мережі 50 Гц. Це позначається на вазі джерел живлення, наприклад, при вихідній напрузі 16 В на кожен ампер вихідного струму потрібно приблизно 0,5 кг маси.
  • Порівняно великі втрати потужності на тепло і, як наслідок, низький ККД.
  • Помітне споживання на холостому ходу.

Через перерахованих недоліків вони були витіснені імпульсними перетворювачами в зарядний пристрій і комп'ютерній техніці. У подібних блоках харчування електроенергія потрапляє на трансформатор через фільтр і електронну схему у вигляді струму з дуже високою частотою. Завдяки цьому ККД передачі потужності різко зростає. Таким чином, блоки живлення, що працюють на цьому принципі, значно менше і легше традиційних аналогічної потужності.

Але якщо порівнювати силові трансформатори з імпульсними перетворювачами харчування, то перші є меншими джерелом електромагнітних завад, особливо в діапазоні високих частот. Це властивість важливо для їх застосування в аудіофільских техніці, лабораторне устаткування і радіоапаратури.

Перетворення електроенергії для передачі її від виробника до споживаючих приладів – дуже ємна, але далеко не єдина область застосування трансформаторів. Величезна різноманітність цих пристроїв можна зустріти в самих несхожих місцях – від звукознімача і мікрофона до зварювального апарату і потужних вимірювальних приладів. А в якості перетворювача напруги мережі трансформатори оточують людину всюди.