5.1 Призначення і принцип роботи
5.1.1 Необхідність передачі електричної енергії на велику відстань обумовила створення єдиних енергетичних систем. У лініях електропередач витрачається від 10 до 15 % вироблюваної електричної енергії. Щоб скоротити ці втрати, потрібно зменшити силу струму (витрати пропорційні квадратові сили струму), тобто підвищити напругу до сотень тисяч вольт. Підвищення напруги в процесі передачі електроенергії і зменшення її для використання здійснюються трансформаторами. Перший трансформатор побудував у 1876 р. російський винахідник П. Н. Яблочков.
5.1.2 Трансформатор— це електромагнітний апарат, що перетворює електричну енергію перемінного струму, що має одні величини, в електричну енергію з іншими величинами. У трансформаторі перетворяться напруга, струм і початкова фаза. Незмінної залишається частота струму.
Рисунок 5.1 Схема трансформатора.
5.1.3. Найпростіший трансформатор має магнітопровод (сердечник) і обмотки. По кількості обмоток розрізняють трансформатори двох обмоточні і багато обмоточні. На мал. 5.1 показаний пристрій двох обмоточного трансформатора. Обмотка з кількістю витків ω1, до затискачів якої підводиться напруга, називається первинною. На затискачі вторинної обмотки включається споживач ZH. Вторинна обмотка має кількість витків ω2.
Первинна обмотка включається на синусоїдальну напругу, у ланцюзі протікає струм, апроксиміруємий синусоїдою, і який випереджає магнітний потік на кут магнітного запізнювання.
Змінний струм у первинному ланцюзі створює основний магнітний потік Ф, що замикається в магнітопроводі, і потік розсіювання Фр1, що замикається в повітрі. Перемінний магнітний потік Ф створює ЕРС у первинній і вторинній обмотках. Якщо на вторинну обмотку включити навантаження, то почне протікати струм 12 і виникне потік розсіювання вторинної обмотки Фр2.
Основний магнітний потік створює ЕРС у первинній і вторинній обмотках:
; (227)
. (228)
Ці ЕРС збігаються по фазі і відстають від потоку на π/2. Діючі значення ЕРС можна визначити з рівняння трансформаторної ЕРС, тобто
; (229)
. (230)
З достатньою точністю можна вважати, що
Е1=U1; (231)
Е2=U2; (232)
I1·U1= I2·U2. (233)
При U1 > U2трансформатор називається понижуючий, а при U1< U2— підвищувальний.
Важливою характеристикою трансформатора є коефіцієнт трансформації, що у звичайному випадку визначається як відношення вищої напруги до нижчої в ненапруженому режимі (неробочого ходу).
5.1.5. Коефіцієнт трансформації для понижуючого трансформатора.
. (234)
З цього випливає, що трансформатор знижує напругу і в стільки ж раз підвищує струм (і навпаки).
5.1.6. Первинний і вторинний ланцюги трансформатора зв'язані тільки магнітним зв'язком, тобто ланцюги електрино роз'єднані. Ця властивість трансформаторів використовується в роздільних трансформаторах, що мають КТ = 1.
